华北夏季降水的年代际趋势突变及其可能成因

介绍了一种最新的分段线性拟合检验气候变化趋势突变点的方法,并利用该方法对1968-2000年华北地区夏季降水年代际时间尺度的趋势突变点进行了检验,结果表明在年代际时间尺度条件下,华北夏季降水在1977年前后发生了趋势突变,500 hPa位势高度距平场在突变前后基本上呈“反向”分布。与趋势估计方法比较,分段线性拟合方法可以明确地给出趋势突变点的位置,物理意义更加合理,具有较大的优越性。分析年代际趋势突变前后水汽输送和地面感热通量的变化,发现突变前后,中国东部的西南水汽输送由强转弱,而突变前后春、夏季地表感热通量的变化使得大陆东南部的海陆热力差异由强转弱,可能导致东亚夏季风环流由强变弱,进而削弱华北的水汽输送,使华北夏季降水出现减少趋势。     

地表粗糙度非均匀性对模式湍流通量计算的影响

理论分析和数值试验结果表明,地表参量的不均匀性对网格区地表湍流通量的计算有重要影响。近中性大气层结条件下,次网格粗糙度长度的变差系数、网格平均粗糙度及参考高度的选取是影响网格湍流通量计算的主要因素,其中次网格粗糙度长度的变差系数对计算偏差起主要决定作用。实际计算表明,某些特定地区(如植被气候过渡带)粗糙度的地表非均匀性引起的计算相对误差可达40%以上,选取特定的参考高度能改善高网格湍流通量计算的效果。非中性大气层结条件下,由地表粗糙度不均匀性所致的平均风速、位温梯度以及近地层大气稳定度的次网格分布都对网格湍流通量(感热通量)计算产生影响,比较而言,相对误差大小对大气稳定度的次网格分布最为敏感。所以,在目前的数值模式中有必要进一步对湍流通量计算过程中由于地表不均匀性产生的计算偏差加以考虑。     

EOF模型分析北京周边气溶胶影响域气候变化显著性特征

利用1979~2000年TOMS气溶胶光学厚度和华北地区气象站日照时数、雾日数、低云量等资料以及EOF模型综合统计分析方法,研究冬季北京及周边城市群落的气溶胶分布特征及其对区域气候的影响效应问题,重点探讨了北京周边区域气候EOF模型特征向量变化显著区与气溶胶影响效应的相关联系.分析多年平均冬季TOMS气溶胶光学厚度的区域分布,发现北京及其南部周边地区“马蹄型”大地形谷地内存在南北向带状大范围相对稳定的气溶胶浓度高值区空间分布;冬季气溶胶光学厚度在北京与周边地区存在高相关影响区,在此气溶胶相互影响显著区,冬季气溶胶光学厚度与雾日数、低云量呈年际变化“同位相”特征,表明特定区域大气环流背景下,北京及周边地区气溶胶变化对该地区低云量、雾日数的年际变化存在影响效应.进一步通过EOF模型特征分析,揭示出华北地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多气候变化区及其长期演变趋势,尤其EOF模型第一特征向量中日照时数、雾日数及低云量变化显著区与其20世纪80~90年代偏差显著区近似重合,且这些变化特征显著区域均与北京周边南北向带状气溶胶光学厚度高值区及其高相关区呈对应关系;日照时数、雾日数、低云量EOF模型第一特征向量时间系数与区域平均气溶胶光学厚度年际变化呈“同位相”特征,且均呈长期演变上升趋势.EOF模型分析描述出北京南部周边地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多的区域气候变化主体特征,揭示出区域气溶胶影响效应,即多年平均冬季气溶胶光学厚度高值区以及日照时数、低云量和雾日数EOF模型第一特征向量变化显著区均位于北京南部周边城市群落区域,上述相关分布特征揭示出北京南部周边城市群落影响域存在气溶胶气候效应区域性增强的变化趋势.     

"中国气候观测系统实施方案"设计进展

根据全球气候观测系统(GCOS)中国委员会的总体部署,GCOS中国委员会办公室负责人郭亚曦司长、巢清尘副司长负责组织了"中国气候观测系统实施方案"的设计实施,由中国气象科学研究院张人禾院长、徐祥德研究员主持的多部门联合设计专家组于2005年成功地完成了"实施方案"初步编写,设计工作取得了显著成果.     

东亚冬季风年代际变化可能成因的模拟研究

利用NCEP/NCAR再分析月平均海平面气压资料, 定义了一个东亚冬季风强度指数 (I_WI), 并发现20世纪60年代到70年代初期东亚冬季风强度减弱, 其后冬季风强度有所增强, 80年代初期以后东亚冬季风强度又开始减弱。年代际时间尺度上, 冬季陆地表面气温与I_WI的相关性比海洋与I_WI相关性好, 冬季大陆东部的年代际增温与东亚冬季风的年代际减弱之间可能存在密切的联系。利用区域气候模式 (RegCM3) 进行敏感性数值模拟试验发现:减小冬季东亚大陆东北部的长波辐射降温率, 将导致东西向海平面气压差的减小以及低层北风减弱, 反映了东亚冬季风的减弱。近40年来, 特别是20世纪80年代以后东亚冬季风的年代际减弱趋势很可能是东亚区域气候对温室效应的一种区域响应。     

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力“驱动”对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2) 青藏高原地-气过程热力“驱动”及其季风水汽输送结构;(3) 青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4) 青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种“动态的吸引”。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为“北涝南旱”和“南涝北旱”。青藏高原视热源强(弱)异常变化“强信号”将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有“前兆性”的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈“南涝北旱趋势”,西北区域呈现出“西部转湿趋势”。但基于近10年青藏高原春季视热源出现“降后回升”趋势,中国东部“南涝北旱”的降水格局已出现转折趋势。     

中国持续性暴雨特征及青藏高原热源的影响

利用气象站点逐日降水资料研究了中国1961 2011年5 10月持续性暴雨事件发生次数的空间分布、时间变化及其季节演变特征,分析了持续性暴雨事件异常的环流形势,并讨论了青藏高原大气热源的可能影响。结果表明,中国5 10月持续性暴雨事件的发生地主要集中在中国东部地区,逐年发生次数具有明显的年际波动和年代际变化,且其季节内的变化与东亚夏季风的季节演变进程联系密切。通过对比和相关分析还表明,青藏高原前期的大气热源偏弱(强),将导致东亚夏季风偏弱(强),西南水汽输送亦偏弱(强),水汽聚集在中国南(北)方地区,最终使得夏季中国的持续性暴雨事件偏多(少),初步揭示了青藏高原大气热源对中国持续性暴雨事件的可能影响。     

北京及周边气溶胶区域影响与大雾相关特征的研究进展

针对2011年12月初北京及华北持续近一周的严重大雾天气这一热点事件,从城市群大雾过程气溶胶区域影响的视角,基于"973"项目"北京及周边地区大气-水-土环境污染机理与调控原理"的研究工作,就北京及周边地区大雾天气与大气气溶胶区域影响的关系等方面进行了讨论.研究表明,北京城市大雾前低空SO₂和NO₂浓度存在"积聚"与"突增"现象.北京及周边地区冬季雾日数和气溶胶光学厚度则呈正相关,并具有"同位相"的年际变化趋势.研究同时发现北京及其南部周边的冬季气溶胶高值区呈南北向带状分布,其与北京周边居民户数高值区有所吻合,反映了冬季北京城市气溶胶颗粒物的远距离影响源区及大尺度输送效应.统计分析指出,冬季北京气溶胶颗粒物PM₁₀、PM_2.5主要影响成分是SO₂和NO_X,且有关研究也表明,电厂、采暖和工业面源是SO₂的三大本地排放源,而机动车、电厂、工业为NO_X的三大本地排放源,上述大气PM₁₀、PM_2.5主成分污染源亦与雾水样本化学分析结果相吻合,即冬季由于燃煤在生活能源中的比例较大,北京雾水中硫元素和碳元素的含量都较高.因此,北京冬季大雾不仅与北京城区气溶胶及其污染排放影响存在相关关系,而且与北京周边天津、河北、山东等地气溶胶及大气污染物的远距离输送和气溶胶区域影响效应有着重要的联系.因此,北京雾霾天气及相关大气污染的治理工作首先要着眼于局地污染物的减排,但同时如何做好区域大气污染的协同治理也是不容忽视的问题.     

近40年来东亚冬季风的年代际时空变化趋势

利用经验正交函数－奇异值分解（EOF－SVD）综合分析方法和1961～2000年NCEP/NCAR月平均再分析资料对近40年来东亚冬季风和冬季表面气温的年代际变化特征及其相关关系进行了分析。研究结果表明, EOF得到的冬季海平面气压场主成分空间结构（第一特征向量）及其时间系数可以较好地反映出东亚冬季风的变化, 而且可以同时得到东亚冬季风强度和南扩程度的变化, 具有一定的优越性。通过对冬季海平面气压和表面气温年代际分量的EOF－SVD综合分析, 发现了东亚冬季风强度减弱、南扩加强的年代际变化趋势, 冬季表面气温则表现出中高纬地区海陆热力差异减弱、低纬地区海陆热力差异加强的年代际变化特征, 两者之间存在很好的对应关系。另外, 大陆冬季表面气温与海平面气压的年代际对应关系比海洋的更加显著, 表明对温室效应的区域气候响应与东亚冬季风的年代际变化之间可能存在较为密切的联系。     

青藏高原大气水分循环特征

青藏高原对亚洲季风环流的形成有重要作用,同时作为"世界屋脊"拥有丰富的冰川、积雪、河流、湖泊和地下蓄水层。青藏高原特殊大地形动力和热力作用深刻地影响着亚洲与全球大气水分循环,也对全球气候与环境产生深远的影响。基于青藏高原在亚洲夏季风系统大气水分循环过程的重要地位,从青藏高原对全球大气水分循环重要作用的视角,综述了青藏高原大气水分循环过程中青藏高原局地热力对流、高原的"阶梯式"水汽流爬升"第二类条件不稳定(CISK)"物理模型、青藏高原视热源结构影响及多尺度水汽汇流通道、海洋-青藏高原"水汽源-汇"结构、青藏高原跨半球垂直环流圈水分循环结构、青藏高原大气水分循环综合模型等的相关研究进展,剖析了青藏高原大气水分循环综合模型的研究背景,探讨了青藏高原特殊大地形热力驱动机制及其云水效应,描述出与青藏高原热力驱动的亚洲区域和跨半球垂直环流圈水分循环结构,揭示了青藏高原热力强迫与海洋-大气-陆地水文过程特殊的相互反馈作用。青藏高原发源的亚洲河流水系是为人口众多的亚洲区域供给生活、农业和工业用水的重要水资源之一。因此,认识在全球变暖背景下青藏高原的水分循环及其对水资源变化影响至关重要,仍需深入地探讨青藏高原大气水分循环机制及其全球影响效应。