华北降水年代际变化特征及相关的海气异常型

利用近50年华北地区26个站逐月降水观测资料和全球大气海洋分析资料,分析了华北降水的年代际变化特征及其和全球海气系统年代际变化的关系.对华北降水距平指数变化分析表明,近50年来华北降水具有减少的总体趋势,叠加在该趋势之上的是年代际变化,其中1965年和1980年发生了两次跃变,使得20世纪80年代干旱尤为严重.在对华北地区降水年代际变化特征分析的基础上,揭示了与华北降水年代际异常相伴随的大气环流和上层海洋热力异常型.结果表明,华北降水年代际异常与太平洋上层海洋热力状况异常有显著关系,主要表现为太平洋年代际振荡（PDO）与华北降水异常的相关.在年代际时间尺度上,华北干旱与上层海洋热力及大气环流异常的配置关系如下：当华北地区干旱时,则热带中东太平洋海温偏高,北太平洋中部海温偏低,即太平洋上主要表现为PDO暖位相,全球大部分地区（包括华北地区）气温偏高,青藏高原地区气温偏低,日本北部及东西伯利亚气压异常偏低,华北及其以南大片地区气压偏高,华北地区由异常西北风控制,不利于水汽向华北地区输送.     

青藏高原东部玉树降水中稳定同位素季节变化与水汽输送

青藏高原东部玉树降水中稳定同位素的季节变化特征与青藏高原南部的西南季风区和北部的内陆地区有显著不同, 降水中δ¹⁸O波动幅度大季节变化特征不明显. 降水中稳定同位素变化的差异反映了水汽来源变化的差异. 通过降水中稳定同位素的空间对比以及结合NCAR/NCEP再分析数据研究了形成该地区降水的水汽来源变化与降水中稳定同位素之间的关系. 研究发现青藏高原东部降水的水汽来源受夏季西南季风直接带来的水汽以及北部内陆与局地蒸发水汽的共同影响; 水汽来源以西南季风为主, 但西南季风的输送强度较青藏高原南部地区偏弱, 而北方的大陆水汽输送与局地水汽增强. 其结果导致夏季玉树降水中δ¹⁸O波动幅度增加, 而季节变化特征减弱.     

现代蒙古高原与中纬度东亚季风区夏季降水一致性变化的空间范围及其成因

蒙古高原地处亚洲中部干旱区东部,受到西风环流的主控,表现出干旱半干旱气候特征,其东部受到季风环流的影响,表现为湿润半湿润气候特征的中纬度东亚季风区.但有研究关注到该地区现代夏季降水的变化与亚洲中部干旱区西部变化并不一致,却与中纬度东亚季风区表现出同相位的降水变化特征.为了查明这种降水一致性的空间范围,文章使用1979～2016年GPCC数据集的逐月降水资料,分别对蒙古高原夏季降水年际和年代际信号进行分析.结果显示:蒙古高原与中纬度东亚季风区在年际和年代际尺度上都呈现出了基本一致的降水变化特征,一致性变化区域主要为蒙古高原、中国东北和华北地区.进一步对蒙古高原与中纬度东亚季风区年代际出现降水一致性变化的物理机制进行研究,发现北大西洋和中亚地区与欧洲和蒙古高原高度场异常反相位配置的欧亚大陆中纬度遥相关波列是导致降水一致性变化的关键因素.当北大西洋和中亚地区为高度场正异常,而蒙古高原出现高度场负异常这种环流配置时,能够将更多的西风和中纬度季风水汽输送到蒙古高原、中国东北和华北地区,并且通过加强东北亚低压来增强东亚夏季风,还可以激发异常上升运动,从而导致主要受西风环流控制的蒙古高原和受季风环流控制的中国东北和华北地区降水出现一致性增加.反之则出现一致性降水减少.这项研究将对理解东亚古降水/湿度重建样点的空间代表性,以及厘清区域气候的一致性背景具有指示性意义.     

1997/1998 El Niño期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Niño事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Niño事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Niño事件的响应情况更为复杂和多样化.     

1997/1998ElNio期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Ni駉事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Ni駉事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Ni駉事件的响应情况更为复杂和多样化.     

1997/1998 El Ni(n)o期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料,对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现,在这一El Nino事件期间,与NINO3区海表温度正距平升高的同时,1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常,并一直持续到次年春季结束,各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%,30%,45%,498%和55%,其中冬季变化幅度最大;正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区,而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾.与正常年份相比,各季闪电密度正距平中心位置显著偏西,特别是冬、春季同时偏北.另外,中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明,正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关;在三项中,闪电密度的相对变化率最大,闪电活动对ElNino事件的响应最灵敏.但是,黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Nino事件的响应情况更为复杂和多样化.     

中国东部夏季持续性降水日变化在淮河南北的差异分析

本文利用1961-2006年我国285站观测的逐时降水数据,分析了中国东部不同地区夏季平均降水日变化随降水持续时间的变化特征. 虽然整个东部地区都表现为短时降水峰值较一致地出现在下午17时左右,持续较长时间降水在清晨前后发生峰值降水,但持续性降水日变化的平均峰值时间以淮河为界存在显著南北差异. 北部地区的持续性降水峰值主要出现在02-06时前后;南部地区的持续性降水峰值时间出现在06-10时. 无论是降水强度或频次的日变化峰值的南北差异均较明显,但降水强度差异更为突出,且主要表现在持续性强降水中. 进一步分析发现：一方面北部地区持续性强降水开始时间较南部地区更早;另一方面,北部地区降水从开始到峰值经历的时间更短. 最后,对持续性强降水峰值时间南北差异的可能原因进行了初步讨论.     

上新世以来构造隆升对亚洲夏季风气候变化的影响

大量地质证据表明,上新世以来(最近5 MaB.P.)青藏高原北部及非洲东部和南部地区出现过显著的构造隆升,而与此同时亚洲季风也经历了显著变化,这两者之间是否存在着因果联系一直是地学界所关心和争论的一个重要科学问题.本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)的公用大气模式(CAM 3.1)就上新世以来青藏高原北部及东-南非高原的构造隆升对亚洲夏季风气候变化的影响进行了数值试验研究.结果表明,上新世以来亚洲夏季风的增强与两地构造隆升密切相关,但两者隆升对于亚洲季风子系统的作用是有区别的.青藏高原北部隆升主要造成东亚北部夏季风的增强及季风降水的增多,但对南亚夏季风的作用较小;东-南非高原的隆升明显增强南亚夏季风,但对东亚北部夏季风的影响有限.     

青海都兰地区公元850年以来树轮记录的降水变化及其与北半球气温的联系

经过精确定年, 建立了青海都兰地区三个地点的祁连圆柏的树轮宽度年表, 重建了青藏高原东北部公元850年以来上年7月至当年6月年降雨量变化. 重建序列的方差解释量: 1385~2000A.D.为54.7%; 1099~1384 A.D.为50.5%; 850~1098 A.D.为45.7%. 整个千年降水序列呈现明显的3峰2谷的“W”型变化. 其中1571~1879 A.D.长达309年中, 降水偏少, 但是1880~2000 A.D.期间降水稳步上升. 20世纪是青藏高原东北部千年以来降水最高的世纪, 而1962~2000年的降水量是千年中最多的时期, 降水变率也是千年中最大的时期. 重建序列还揭示出在降水偏多的时候, 年际间降水变率大; 相反, 在降水偏少的时候, 年际间降水变率小, 在20世纪的明显增温时段, 降水显著偏高, 降水变率加大, 旱涝变化更加频繁. 本地区树轮宽度年际间的高频变化响应当地降水变化, 而在40年滑动平均后, 十年至百年尺度的低频信号在反映降水低频变化的同时, 也响应大范围气温变化, 它与7条北半球气温曲线变化十分一致, 在不同的时段上都显著相关, 如1852~1982 A.D.之间, 与大部分温度曲线的相关系数在0.9左右. 总体上, 都兰地区温度与降水同步变化, 温度低, 降水量少; 温度高, 降水多. 反映了在百年至千年尺度上都兰地区暖湿和冷干的气候组合模式. 40年滑动后的距平序列可以认为是青藏高原东北部地区分辨率为年的千年温度曲线.     

中国东部夏季暴雨极端事件与水汽输送相关流型特征

1961~2010年中国东部夏季季风过程降水量与暴雨频数年际变化分析发现,两者年代际变化趋势相反,尤其90年代后暴雨频数年代际变化呈显著上升趋势,而中国东部夏季降水量却总体上呈下降趋势.分析1961~2010年夏季暴雨频数空间分布场,研究发现中国东部暴雨频数分布状态呈东南高频区向西北方向的大地形边缘带逐步递减,其可描述出50mm以上暴雨频数分布特征为"东南高,西北低"的与地形"阶梯式"分布相似的格局.另外,在全球气候变化背景下中国东部夏季降水变率与暴雨极端事件频数年际变率空间分布在中国"三阶梯"地形存在显著的区域性差异.研究发现中国东部夏季季风过程降水与暴雨极端事件频数相关的水汽输送通道及其水汽流型,水汽流汇合区的空间结构均呈显著差异.长江流域及华南等为暴雨高频区,中国东部暴雨过程整层水汽输送通道相关结构可描述出自中低纬海洋三支强水汽流"汇合"及其整层水汽辐合特征,此暴雨高频区水汽流相关"汇合"较夏季季风过程降水或非暴雨类降水"偏南",且水汽"辐合"结构更为显著.另外,中国东部夏季水汽流环流型特征亦对暴雨极端事件发生频数也有着重要的影响.整层水汽通量相关场暴雨类高频区对应矢气旋式涡旋结构环流型,对比分析非暴雨降水和暴雨频数与整层水汽输送通量相关矢场,可发现两者呈空间位置、尺度不同的相关气旋式环流型,其中暴雨类相关环流型"涡动"结构尺度小、位置偏南;非暴雨降水相关涡动结构尺度大、位置偏北.研究表明了夏季风强弱变化背景下整层水汽输送"涡动"环流的"驱动"及其水汽通量"辐合"的结构对中国东部暴雨高频区南-北位移格局变动有显著影响效应,中国东部暴雨高频区的年代际南北动态"摆动"与中国东部水汽输送"涡动"结构的涡度(正值中心)与散度高值区(负值中心)呈"同步"年代际变化特征.基于上述暴雨极端事件水汽输送及环流型影响综合分析研究,本文研究还提出了中国东部暴雨水汽输送流型结构的综合相关模型.     

利用IGS数据分析全球TEC的周年和半年变化特性

利用太阳活动高年（2000年）IGS提供的全球TEC数据,采用傅里叶展开的方法,分析了白天电离层TEC周年和半年变化的全球特征.结果显示：电离层TEC周年变化幅度在南北半球中高纬度地区较大、赤道和低纬地区很小.半年变化的幅度在“远极地区”（远离地球南北地磁极点的东北亚和南美地区） 比“近极地区”（靠近地球南北地磁极点的北美和澳大利亚）大得多.进一步的统计显示,全球大部分地区TEC在春秋月份出现最大值,北半球近极地区最大值在冬季出现.南半球的南美和澳大利亚部分地区,最大值出现在夏季.同样,采用傅里叶方法分析了中性大气模式MSIS90计算的全球大气原子分子浓度比值（［O/N2］）的数据,发现在南北半球中高纬度地区,中性成分［O/N2］周年变化幅度较大且有明显的冬季异常现象,依据Rishbeth等提出的理论,我们认为大气成分［O/N2］可能对TEC周年变化的产生有重要作用,并且也是TEC在近极地区出现冬季异常现象的主要原因.TEC半年变化的全球分布特征形成的原因较复杂,我们初步分析可能是由于中性成分［O/N2］、太阳天顶角控制的电离层光化学产生率变化共同作用而产生的.     

Inter‐comparison of hydro‐climatic regimes across northern catchments: synchronicity,resistance and resilience

The higher mid‐latitudes of the Northern Hemisphere are particularly sensitive to climate change as small differences in temperature determine frozen ground status, precipitation phase, and the magnitude and timing of snow accumulation and melt. An international inter‐catchment comparison program, North‐Watch, seeks to improve our understanding of the sensitivity of northern catchments to climate change by examining their hydrological and biogeochemical responses. The catchments are located in Sweden (Krycklan), Scotland (Mharcaidh, Girnock and Strontian), the United States (Sleepers River, Hubbard Brook and HJ Andrews) and Canada (Catamaran, Dorset and Wolf Creek). This briefing presents the initial stage of the North‐Watch program, which focuses on how these catchments collect, store and release water and identify ‘types’ of hydro‐climatic catchment response. At most sites, a 10‐year data of daily precipitation, discharge and temperature were compiled and evaporation and storage were calculated. Inter‐annual and seasonal patterns of hydrological processes were assessed via normalized fluxes and standard flow metrics. At the annual‐scale, relations between temperature, precipitation and discharge were compared, highlighting the role of seasonality, wetness and snow/frozen ground. The seasonal pattern and synchronicity of fluxes at the monthly scale provided insight into system memory and the role of storage. We identified types of catchments that rapidly translate precipitation into runoff and others that more readily store water for delayed release. Synchronicity and variance of rainfall–runoff patterns were characterized by the coefficient of variation (cv) of monthly fluxes and correlation coefficients. Principal component analysis (PCA) revealed clustering among like catchments in terms of functioning, largely controlled by two components that (i) reflect temperature and precipitation gradients and the correlation of monthly precipitation and discharge and (ii) the seasonality of precipitation and storage. By advancing the ecological concepts of resistance and resilience for catchment functioning, results provided a conceptual framework for understanding susceptibility to hydrological change across northern catchments. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Precipitation,temperature and runoff analysis from 1950 to 2002 in the Yangtze basin,China / Analyse des précipitations,températures et débits de 1950 à 2002 dans le bassin du Yangtze,en Chine

Abstract

Abstract Monthly precipitation and temperature trends of 51 stations in the Yangtze basin from 1950–2002 were analysed and interpolated. The Mann-Kendall trend test was applied to examine the monthly precipitation and temperature data. Significant positive and negative trends at the 90, 95 and 99% significance levels were detected. The monthly mean temperature, precipitation, summer precipitation and monthly mean runoff at Yichang, Hankou and Datong stations were analysed. The results indicate that spatial distribution of precipitation and temperature trends is different. The middle and lower Yangtze basin is dominated by upward precipitation trend but by somewhat downward temperature trend; while downward precipitation trend and upward temperature trend occur in the upper Yangtze basin. This is because increasing precipitation leads to increasing cloud coverage and, hence, results in decreasing ground surface temperature. Average monthly precipitation and temperature analysis for the upper, middle and lower Yangtze basin, respectively, further corroborate this viewpoint. Analysis of precipitation trend for these three regions and of runoff trends for the Yichang, Hankou and Datong stations indicated that runoff trends respond well to the precipitation trends. Historical flood trend analysis also shows that floods in the middle and lower Yangtze basin are in upward trend. The above findings indicate that the middle and lower Yangtze basin is likely to face more serious flood disasters. The research results help in further understanding the influence of climatic changes on floods in the Yangtze basin, providing scientific background for the flood control activities in large catchments in Asia.     

亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化与中国旱涝的关系

利用1958～2002年的NCEP-R1和ERA-40逐日再分析资料以及中国160站点月平均降水资料探讨了亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化及其与中国降水异常的关系. 分析结果表明,亚洲夏季风水汽输送和中国夏季降水的异常主模态呈现显著的准两年变化周期. 当南亚夏季风纬向水汽输送偏强（弱）时,东亚—西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常有利于长江中下游地区和江淮流域的水汽辐合负（正）异常与华南和华北地区的水汽辐合正（负）异常,从而引起中国东部的经向三极子雨型,即长江中下游地区和江淮流域的偏旱（涝）与华南和华北地区的偏涝（旱）. 1970s年代末之后,亚洲夏季风水汽输送的年代际减弱与西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常相配合,导致长江中下游地区的持续偏涝与华南和华北地区的持续偏旱. 从中国夏季降水异常与水汽通量辐合异常的同相对应关系来看,ERA-40资料对亚洲夏季风水汽输送年际年代际变化的描述能力强于NCEP-R1资料.     

Global aridification in the second half of the 20th century and its relationship to large-scale climate background

The variation in surface wetness index (SWI), which was derived from global gridded monthly precipi- tation and monthly mean surface air temperature datasets of Climatic Research Unit (CRU), from 1951― 2002 over global land was analyzed in this paper. The characteristics of the SWI variation in global continents, such as North America, South America, Eurasia, Africa, and Australia, were compared. In addition, the correlation between the SWI variation of each continent (or across the globe) and the large-scale background closely related to SST variations, which affects climate change, was analyzed. The results indicate that the SWI variation shows distinct regional characteristics in the second half of the 20th century under global warming. A drying trend in the last 52 years occurred in Africa, Eurasia, Australia and South America, most obviously in Africa and Eurasia. North America shows a wetting trend after 1976. A 30-year period of dry-wet oscillation is found in South America and Australia; the latest is in a drying period in two regions. The results also revealed that global warming has changed the dry-wet pattern of the global land. South America and Australia have a drying trend despite in- creases in precipitation. This indicates that increases in surface air temperature cannot be ignored in aridification studies. Global dry-wet variation is closely related to large-scale SST variations: the drying trend in Africa and Eurasia and the wetting trend in North America are correlated with Pacific Decadal Oscillation (PDO); the interdecadal oscillation of SWI in South America and Australia is consistent with the interdecadal variation in Southern Oscillation Index (SOI).     

西北太平洋热带气旋活动影响区域大尺度环流的数值模拟研究

本文利用"模式手术"方法研究了西北太平洋热带气旋(TC)对东亚—西北太平洋区域大尺度环流的影响.结果表明,夏季频繁的西北太平洋TC活动导致东亚夏季风增强,季风槽加深;西太平洋副热带高压东退,位置偏北;东亚副热带高空急流强度增强,北太平洋(东亚大陆)上急流轴偏北(偏南);热带地区(副热带地区)的对流层中低层出现异常上升气流(下沉气流),并且从低纬向高纬呈现异常上升气流和异常下沉气流交替分布特征.在中国东南沿海,TC降水导致夏季降水量明显增加;而在长江中下游和华北地区,TC活动引起的异常下沉气流使夏季降水量显著减少.因此,夏季西北太平洋TC活动对东亚—西北太平洋区域气候有显著影响.     

Moisture budget variations in the Yangtze River Basin, China, and possible associations with large-scale circulation

We analyzed seasonal and annual variations of the whole layer atmospheric moisture budget and precipitation during 1961–2005 and their associations with large-scale circulation in the Yangtze River basin, China. The results indicated increasing moisture budget in summer and winter, but decreasing moisture budget in spring and autumn. Positive correlations between moisture budget and precipitation illustrate tremendous impacts the moisture budget has on the precipitation changes across the Yangtze River basin. In terms of seasonal variations, significant correlations were observed between precipitation and moisture budget in spring and autumn in the upper Yangtze River basin. Besides, we also analyzed changes of geopotential height. The positive trends of the geopotential height (850 hPa) were observed in the East Asia and the negative trends in the middle and west Pacific Ocean, indicating increasing geopotential height from south to north in east Asia which largely limited the moisture propagation to north China. While decreasing meridional geopotential height from west to east along the Yangtze River basin caused more moisture propagation from the west to the east parts of the study region, which may benefit more precipitation in the middle and lower Yangtze River basin.     

Model of the latitudinal,seasonal, and vertical variations in the long-term temperature trend of the middle atmosphere

Based on the data of the rocket sounding of the middle atmosphere (25–75 km) in the Northern and Southern hemispheres during 1964–1994, the average monthly vertical distributions of the long-term temperature trend have been obtained for the low, middle, and high latitudes. These distributions have been approximated by the series of the harmonic functions describing the latitudinal, seasonal, and vertical variations in the temperature trend. The characteristics of the obtained harmonics are presented.     

Long-term variation of total ozone

The long-term variation of total ozone is studied for 1957 up to date for different latitude zones. The 3-year running averages show that, apart from a small portion showing parallelism with sunspot cycles, the trends in different latitude zones are dissimilar. In particular, where northern latitudes show a rising trend, the southern latitudes show an opposite (decreasing) trend. In the north-temperate group, Europe, North America and Asia show dissimilar trends. The longer data series (1932 ownards) for Arosa shows, besides a solar-cycle-dependent component, a steady level during 1932–1953 and a down-trend thereafter up to date. Very localised but long-lasting circulation patterns, different in different geographical regions, are indicated.