冬季东亚副热带急流与温带急流的比较分析：大尺度特征和瞬变扰动活动

使用ERA40再分析的月资料和逐日资料,从大尺度特征和瞬变扰动活动两个角度对冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)进行了比较分析.结果表明,使用月资料分析的EASJ与EAPJ在高层风场上没有清晰的地理分界区,而使用逐日资料计算得到的冬季逐日急流发生数则以高原北部上空所处的纬度带为分界岭,存在两个急流中心集中区,分别对应于EASJ和EAPJ区域.通过分析东亚上空天气尺度瞬变扰动活动(STEA)表明,与强盛的冬季EASJ相伴随的是较弱的南支STEA,而与较弱的EAPJ相伴随的北支STEA却十分活跃,显示出EAPJ是与瞬变活动相伴而存的急流.进一步的诊断分析揭示了冬季东亚温带急流的两种主要异常模态,一种是EAPJ区域反气旋性/气旋性异常环流型,另一种是局地西风的减弱/增加.与第1种异常模态相关的北半球大尺度环流异常主要集中在欧亚中高纬地区,其形成受中高纬大气环流以及东亚上游大气环流异常的共同影响.当EAPJ局地西风减弱/增加时.EASJ东段至西太平洋上空的西风急流呈现出与之相反的变化型,北半球大气环流异常表现为大气遥相关的欧亚(EU)型.冬季EAPJ的两种异常模态还与东亚上空STEA异常密切联系,其中在北支STEA区域出现的瞬变异常以波列的形式沿STEA北支轴线传播到达东亚沿海上空,然后东传入洋面上空,而对于靠近STEA南支轴线的异常扰动活动则只能存在于东亚东部及其沿海上空的200 hPa层上.     

Mid-latitude atmospheric responses to heat and vorticity forcing using a linear baroclinic model

Based on diagnostic analysis of reanalysis data for 58-year, the distribution characteristics of decadal variability in diabatic heating, transient eddy heating and transient eddy vorticity forcing related to the sea surface temperature (SST) anomalies over the North Pacific, as well as their relationship with anomalous atmospheric circulation have been investigated in this paper. A linear baroclinic model(LBM) was used to investigate atmospheric responses to idealized and realistic heat and vorticity forcing anomalies, and then to compare relative roles of different kinds of forcing in terms of geopotential height responses. The results illustrate that the responses of atmospheric height fields to the mid-latitude heating can be either baroclinic or barotropic. The response structure is sensitive to the relative horizontal location of heating with respect to the background jet flow, as well as to the vertical profile of heating. The response to the idealized deep heating over the eastern North Pacific, mimicking the observed heating anomaly, is baroclinic. The atmospheric response to the mid-latitude vorticity forcing is always barotropic, resulting in a geopotential low that is in phase with the forcing. The atmospheric responses to the realistic heat and vorticity forcing show the similar results, suggesting that diabatic heating, transient eddy heating and transient eddy vorticity forcing can all cause atmospheric anomalies and that the vorticity forcing plays a relatively more important role in maintaining the equivalent-barotropic structure of geopotential height anomalies.     

鄂尔多斯盆地加里东期不整合面类型及分布特征*

加里东期不整合面是早古生代华北板块内一个重要的盆地性质转换界面。鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳岩溶型油气藏和二叠系本溪组、太原组铝土质泥岩气藏的发现,促进了地质学家对该地区古生代加里东运动性质的探讨。基于大量的野外露头、钻井和地震资料,对加里东运动形成的不整合面的识别标志、不整合类型及其空间分布、不整合结构和时间变量进行深入解析。研究表明: (1)加里东运动后,鄂尔多斯盆地的古地貌形态大致可分为鄂托克旗—定边一带的高地貌区、神木—靖边—富县以及吴忠地貌过渡区、中东部地势低缓东倾区; (2)奥陶系顶部不整合面相邻地层呈角度各异的接触关系,具有“削截(下)—整一(上)”、“削截(下)—超覆(上)”的结构,整体表现为盆地边缘为具削截和褶皱的高角度不整合、盆缘向盆内过渡地区的低角度不整合及盆内大范围分布的平行不整合; (3)不整合面也是上、下古生界之间形成的主要风化壳界面,长期的沉积间断和风化剥蚀为该区铝土质泥岩发育奠定了环境背景,而铝土岩不仅可作为下古生界风化壳气藏的理想盖层,同时也是陇东勘探新区天然气大规模聚集成藏的有利场所。     

一种基于全球动力模式和SMART原理结合的统计降尺度区域季节气候预测方法

针对江苏夏季旱涝和高温热浪等异常气候的预测难题,以江苏夏季站点降水和气温为预测目标,建立了一种基于全球动力模式BCC_CSM1.1（m）和最优可预测气候模态和异常相对倾向（SMART）原理结合的统计降尺度季节气候预测方法。利用历史观测资料和SVD方法提取决定中国夏季降水异常相对倾向的同期热带地区向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation,OLR）和北半球中高纬500 hPa位势高度场异常相对倾向的最优可预测气候模态,并利用逐步回归法构建其与同期江苏站点降水和气温异常相对倾向同期关系的统计降尺度模型;将动力模式对最优可预测气候模态的预测带入统计降尺度模型,实现对区域降水和气温异常相对倾向的预测;最后通过引入观测的近期背景异常实现对降尺度的降水和气温总距平的预测。通过对1991—2019年江苏夏季降水和气温的回报检验表明,本文建立的统计降尺度模型效果较BCC_CSM1.1（m）动力模式的直接预测效果有显著提高,为区域精细化季节气候预测提供了一种有效的手段。     

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。     

CO2倍增对我国东部极端降水的影响

 利用GFDL-CM2.1耦合模式控制试验和CO₂增长试验逐日降水输出结果,评估了CO₂浓度加倍对我国极端降水变化的影响。结果表明：CO₂浓度加倍导致我国东部地区年极端降水的强度增强、降水量显著增多及降水频次显著增加（除华北南部外）; CO₂浓度加倍对我国春夏季极端降水影响较大,导致东部多数地区春夏季极端降水频次增加,强度增强;而CO₂浓度加倍导致华北南部和长江中下游春夏季雨日减少以及小雨、中雨减少,从而导致年总降水量减少。     

青藏高原感热通量的变化及与江淮流域降水异常的关系

利用1979—2010年NCEP-R2再分析资料和全国586站降水资料, 对青藏高原感热通量进行小波变换和EOF分析, 并研究了它与江淮流域降水的关系。结果发现:高原感热通量具有2 a和8 a的变化周期。空间分布上主要有东、西反相变化和南、北反相变化以及全区一致性变化3种形态。高原感热通量与江淮流域降水异常的同期相关中, 1998年以来, 春季高原东部的感热通量偏小, 其他地区偏大, 与此同期江淮流域降水偏少;夏季西藏西部的感热通量偏小, 其他地区偏大, 与此同期江淮流域降水偏多。两者超前相关中, 江淮流域降水对春季的感热通量变化最敏感。1998年以来, 当春季高原东南部的感热通量偏小, 其他地区偏大时, 江淮流域的夏季降水偏多, 秋季降水偏少;当春季高原感热通量东部偏小, 西部偏大时, 江淮流域的冬季降水以长江为界南多北少, 次年春季降水偏少。     

华南夏季12-30 d持续性强降水的低频特征分析

利用1982-2011年夏季（5-8月）中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12-30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明：（1）华南夏季降水具有显著的12-30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。（2）在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海-菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海-菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。（3）在高层,华南北侧（22°-45°N,95°-130°E）区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾-中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。（4）低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。     

基于多源数据融合的北京市人口时空动态分析

高精度、动态、空间化的人口数据是科学核算城市资源环境压力、促进人口合理调控的重要参考依据。研究首先以2012和2017年北京市常住人口统计信息为基础,融合夜间灯光、土地利用、道路网络等数据,依据用地类型、VANUI指数对街道分割成的区域进行分类和分级,并在此基础上构建人口空间化模型,制备2期100 m格网尺度的人口空间化数据。验证表明,模型误差在10%以内;与已有成果对比分析发现,人口空间化数据整体与局部精度均有提升。最后,基于该数据分析北京市人口分布的时空动态变化特征,揭示其影响因素。结果表明:① 格网单元上的人口平均数量在-2542~190之间变化,以-500~500人为主。② 2期人口空间分布均呈“内密外疏”格局,且减少人口主要聚集于城六区,2012—2017年间减少近21万人;③ 首都功能核心区减少人口最为显著,减少量占城六区减少量的62%;④ 二三环间减少人口最多,共减少近11万人,减少量占城六区减少量的52%;⑤ 与城六区接壤的城郊街道,人口呈现增加趋势,可能形成新的人口聚集区。北京市人口时空变化特征与首都功能定位、产业升级转型、人口疏解政策实施等因素密切相关,该研究可为北京市未来人口空间合理布局与人口疏解政策完善提供定量化的科学依据。     

应用3种方法对降水在各尺度空间不均匀性的分离

利用滑动平均、傅里叶分解和小波分析3种方法,对基于COMRPH高分辨卫星降水资料的中国区域2004—2009年夏季平均降水场进行尺度分离,分析了1 000 km以上、500~1 000 km,200~500 km、64~200 km及64 km以下的5个尺度上的降水空间不均匀性,比较了3种方法在降水空间尺度分离上的优缺点和适用范围,并着重分析了长三角地区降水在各尺度空间的不均匀性及其成因。结果表明：空间尺度分离可以得到具有物理意义的降水非均匀分布特征,可以反映出大尺度海陆分布和季风环流、地形、洋流以及城市和城市群等不同尺度因子对降水的影响。空间滑动平均方法简单、易操作,适用性广泛,但是精确度较低。傅里叶分解能进行解析的分离,但是依赖于信号的平稳性,对于小尺度分离存在较大误差。小波分解则可以对非平稳信号进行处理,且具有较好的细节分辨能力。