对流起沙的研究进展

对流起沙是一种由热力对流湍流直接夹卷沙尘进入大气的起沙机制,由于其频繁发生,长期累积的沙尘排放贡献不可忽视。根据国内外研究现状,总结归纳对流起沙的发生机理和影响因素,介绍目前相关的参数化方案,并从发生条件和起沙通量等方面分析对流起沙与跃移起沙、尘卷风的异同。最后,对对流起沙的野外观测和参数化方案改进等方面提出建议：应加强对流起沙潜在活跃区的观测及比较不同沙源地对流起沙的特征,进一步构建土壤湿度、植被覆盖等影响因素的修正函数以提升模式模拟性能。     

大气环流因子对北半球气温变化影响的研究

首先分析了北大西洋涛动(NAO)、北太平洋涛动(NPO)和南方涛动(SO)对北半球气温影响的空间分布特征。冬季大气涛动对温度方差贡献主要是在低纬和中高纬大陆地区及北太平洋部分区域,40°N以北大部分陆地总的贡献率达30%以上,热带3/4地区也在30%以上。近百年气温和大气涛动关系表明,三个涛动对北半球冬季、夏季和年平均气温的变化贡献分别达31.8%、2.6%和12.8%,也是以冬季影响最大。用大气涛动可以解释近20多年来气温上升的很大一部分方差,这说明可能在原有气温上升的趋势上,由于叠加了近期大气环流引起的气温变化,所以才形成了70年代末以来的加速变暖现象。     

北半球春季植被NDVI对温度变化响应的区域差异

利用1982年到2000年的探路者NDVI资料，采用奇异值分解分析方法，研究北半球春季NDVI对温度变化响应的空间差异，前7对模态对总的协方差平方的解释率高达91％以上，反映出NDVI和气温的相关性非常高，第一对模态解释率达42．6％，显示北半球最显著的NDVI响应中心在西西伯利亚，其次是北美大陆，中心在其中东部，第三对及以后的模态反映的是次一次的空间特征，分析表明这些NDVI一温度的耦合模态受大尺度的大气环流系统的显著影响，9个重要的大气环流指标能解释整个北半球NDVI方差的55．6％，其中对欧洲、北美东南部，北美西北部，亚洲高纬以及东亚地区的影响最突出，因此，研究未来植被生态系统对全球变化响应的区域特征时，必须要考虑到这些环流系统的可能变化及其影响。     

华北农牧交错带夏季极端气候的趋势分析

利用1956~2001年日降水量及日平均气温资料,分析华北农牧交错带极端气候事件的长期变化趋势。对降水极端事件的分析季节为5~9月,温度为6~8月。结果发现暴雨 (日降水 ≥50 mm) 频数没有显著的线性变化趋势,但1980年前后发生了明显的年代际尺度变化,1980年代到1990年代初,频次显著减少,此期间暴雨发生的时间更加分散。定义连续无雨的天数为干燥事件。发现虽然降水量没有显著的变化,但是严重干燥事件 (连续0降水日 ≥10天) 的频数却呈显著增加趋势 (+8.3%/10a), 超过99%信度水平。最高和最低的10%温度分别定义异常高温和异常低温,则异常高温的频数有显著增加趋势 (+20.9%/10a),特别是1990年代后期以来增加非常突出。异常低温频次有减少的趋势 (-15.1%/10a),超过99%信度水平。严重干燥事件及异常高温事件的强烈增加,可能是造成近来北方干旱频繁发生的重要原因。     

近百年中国华北农牧交错带与非洲Sahel 地区环境变化的比较分析

非洲Sahel 地区与中国华北农牧交错带在环境特征及演变过程中体现出许多相似之处, 存在明显内在联系。对两个地带近百年降水变化、植被覆盖、干旱事件和沙尘事件对比分析, 可以 对我国干旱/半干旱地区环境变化的相关科学问题有更好认识。两个地区年降水量序列的年代际 变化趋势有很大相似性。非洲Sahel 地区年降水量在1950s 以前存在明显的年际变化特征, 从 1960s 中期起主要以年代际变化为主; 其大部分地区植被覆盖表现为增长趋势; 降水量年代际变 化可能是影响该地区干旱的重要因素, 温度变化也可能存在作用; 该区沙尘暴频次年际、年代际 变化与降水量相应尺度变化有显著关系, 年均温变化和天气变率可能具有一定影响。华北农牧交 错带年降水量以年际变化为主要特征, 有明显低频波动; 该带偏北和偏东地区植被覆盖增长比较 显著, 南部部分地区植被覆盖呈下降趋势; 降水量年代际变化是影响该地区干旱的重要因素, 但 相同降水量可能引发不同程度的干旱; 该带春季沙尘暴频次与前冬温度变化及天气变率有密切 联系, 与春季降水量也有一定关系。     

中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。     

全球变暖的模拟研究及与自然变率的比较

用NCAR 公共气候模式CCM3.6进行了1872～1999年共128 a的给定月平均海温强迫下的全球气候变化模拟研究,以及给定月平均气候海温强迫下积分100 a的全球气候自然变化模拟研究,对模拟的全球气温的变化进行了分析,发现模式能很好地模拟全球年平均气温的年际变化和年代际变化.模拟的结果可以弥补早期气候观测资料的不足,这样,就可以用来估算覆盖面完整情况下的全球平均气候变暖趋势.把经过模拟补充的完整覆盖面情况下的百年全球年平均气温变化序列称为第一近似,其1900～1999年增暖趋势为0.87 ℃/100a,比用Jones序列不完整覆盖面得到的气候增暖趋势0.66 ℃/100a要大,更接近于IPCC报告的上限.实测海温强迫下模拟的气温,其EOF1为全球一致的趋势,其时间系数为向上的变暖趋势,反映全球一致性的变暖;EOF2类似于ENSO的模态;EOF3类似于PDO的模态;而气候海温强迫的积分结果,则没有全球一致的温度变化.     

大气污染对中国重点城市地面总辐射影响的时空特征

利用2000年6月_2003年12月全国33个重点城市的PM10日监测数据与地面总辐射日观测数据, 结合总云量、 降水量等气象观测数据, 定量分析了人类活动排放的污染物质与地面总辐射的关系, 并分析了人类活动影响下的地面总辐射减少的时空分布特征。结果表明： 各观测站点的总辐射随着PM10浓度的增大而减小; 其空间特征表现为西北、 华北和华中地区的重点城市所受的影响较大, 而华南、 西南地区的重点城市所受影响较小; 其时间特征表现为春、 秋季影响较大, 而夏、 冬季影响相对较小.总的来说, 在2001_2003年人类活动产生的气溶胶使我国晴天地面总辐射减少20.1±1.9 W·m-2。     

南半球中高纬大气环流年代际变率的研究

利用近百年全球海平面气压图和再分析海平面气压等资料,建立了自1871年以来1,4,7和10月份的南极涛动指数（AOI）序列。近百年来1月AOI有明显增强的趋势,7月AOI则有明显减弱的趋势。最近40多年来,1,4和10月AOI都有较强的上升趋势。4个月份的AOI都有20～30a左右的准周期波动,表现出显著的年代际尺度的变化。用1,4,7和10月的平均可以近似反映年平均南极涛动指数的变化。在年代际尺度上,年平均指数在1894～1901年、1910～1935年左右是强的负指数时期。1880～1893年、1936～1945年左右是较强的正指数时期,1980年代以来,强的正指数已经持续了近20a,且1990年代以来还有加强的趋势。模拟结果的功率谱显示气候系统内部产生的低频变化主要体现在年际尺度变率上,年代际尺度变率的谱值则远远低于观测结果,但不排除在个别情况下,通过Hasselmann机制产生AOI年代际变率的可能性。     

近500年南极涛动指数重建及其变率分析

南极涛动是南半球大气环流的主要模态, 在多种尺度上对南半球及北半球部分地区的气候系统产生重要影响。在对树轮、珊瑚、冰芯等多种代用资料进行挑选与主成分分析的基础上,重建了公元1500 年以来南半球夏季(当年12 月-次年2 月) 的南极涛动指数。重建序列的解释方差(r2)、误差减少量(RE) 平均值分别为59.9%、0.47,较高的r2、RE表明重建具有了较高的可信度;而整体呈减少趋势的标准误差(SE) 表明代用资料的增多可以减少重建序列的不确定性。重建结果与其它研究给出的南极涛动指数有着较好的一致性。重建序列的功率谱分析表明,过去500 多年南极涛动年际变率突出的周期有2.4a、2.6a、6.3a,年代际变率突出的周期有24.1a、37.6a,均达到95%显著性水平。进一步的小波分析表明南极涛动在不同时间尺度上的变率及其周期有着随时间而演变的特征。