中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估

地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。中国的地球气候系统模式研发工作始于20世纪80年代,最近10年得到快速发展。研发格局上已经形成中国科学院、有关部委和高校三足鼎立的局面。文中在简要回顾中国地球气候系统模式早期发展历史的基础上,总结了中国参加第6次耦合模式比较计划的9个地球气候系统模式的技术特点,初步评估了中国4个模式对全球和东亚气候模拟的基本性能,分析了其在4种共享社会经济路径情景下对全球降水与温度的预估变化及其与平衡态气候敏感度的联系。最后,结合国际态势,从发展的角度提出未来中国气候模式研发工作需要加强的8个方向。      

基于Denauit-Hartenbery的高分辨Kirkpatrick-Baez镜成像结构设计与控制方法研究

针对在高能等离子体X射线诊断中的Kirkpatrick-Baez （KB）高分辨显微控制较困难的问题,基于Denauit-Hartenbery （DH）原理,率先提出了双5自由度KB镜成像结构,分析了双机械手的各个连杆坐标系和位姿结构的运动学方程,从理论上分析双5自由度KB镜的像差.在此基础上搭建双5自由度KB镜光路系统,编制了KB镜控制流程,并获取了清晰的十字成像.实验结果表明,该方法设计的双5自由度机械手控制方法可以实现KB镜的精确控制,从而得到高精度分辨成像效果.     

2018年7月15—17日北京极端强降水过程三类对流风暴及其强降水特征分析

2018年7月15—17日,北京遭遇当年入汛以来最强降水过程。该过程具有持续时间长、累计雨量大、局地雨强强等特点。针对小时降水量阶段性减弱的特征,对该过程不同阶段三类对流风暴及其强降水特点进行了对比分析。结果表明： 16日凌晨副热带高压边缘暖区强降水主要由低质心型对流风暴造成,该时段暖湿层结深厚,垂直风切变较弱;对流系统具有类似热带强降水型风暴特征,加之“列车效应”影响,导致北京密云出现极端强降水;高质心型对流风暴出现在16日至17日凌晨,受高空槽和副热带高压共同影响,中层有干空气侵入,整层垂直风切变较强;对流系统存在悬垂结构特征,但局地性强、移速快,其造成的最大降水量要弱于低质心型对流风暴;混合型对流风暴对应17日高空槽过境的强降水,该时段能量和水汽条件较前期明显减弱;对流风暴的强度和降水量级在三类风暴中最弱。不同类型对流风暴对应的环境条件、结构特征及其移动传播特点决定了该过程不同阶段的降水强度和量级。     

热带气旋过台湾后再次登陆的路径强度变化统计分析

登陆台湾后再次登陆大陆的热带气旋(TC)由于受复杂下垫面及中低纬天气系统的共同影响,过岛后在海峡内的路径、强度及结构变化复杂,导致登陆大陆的精确化定位、定强及预报难度大。分析了1949—2017年二次登陆的81个热带气旋路径及强度变化特征,并对上海台风所(CMA/STI)、美国联合台风警报中心(JTWC)及东京区域台风中心(RSMC-Tokyo)的热带气旋最佳路径数据中过岛热带气旋的定位定强进行对比分析。结果表明:二次登陆大陆热带气旋强度以减弱为主,少数热带气旋在海峡内增强;过岛后热带气旋路径多数会发生明显偏折,但三家最佳路径资料判断的偏折趋势不一致;由于热带气旋过岛时结构遭到破坏,定位定强难度增大,导致三个业务中心对其定位定强的差异较大,这种不确定性增大了其路径和强度监测预报的难度。     

Trend and Interannual Variability of Chinese Air Pollution since 2000 in Association with Socioeconomic Development: A brief Overview

air pollution, trend and variability, socioeconomic development, satellite measurements, bottom-up emission inventories, top-down constraints     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

揭阳市低温的气候变化特征

选取了揭阳市4个市县1966-2015年50年国家站地面观测气温资料,采用线性回归、Mann-Kendall非参数检验和Morlet小波分析等方法,分析了揭阳市低温的气候变化特征,结果表明:50年来,揭西县低温日数最多,最主要影响时段在1月份。低温日数呈显著减少趋势;低温初日呈延后的趋势,低温终日则是提前的趋势。揭阳市区低温日数在1981年出现突变;揭阳市的低温期下降趋势不显著;揭阳市区低温日数在13年尺度上,平均周期约为8年,约经历了4个周期的从多到少的振荡,在2004年之后表现较平稳;在4年的尺度上,20世纪70年代之前经历了4个周期的从多到少的振荡,1978年之后振荡幅度变小,周期变化不明显。     

基于降水目标的主雨带识别及预报误差空间检验

利用2014—2018年4—6月福建省及周边地区实测降水量和ECMWF模式降水量预报产品资料,采用目标识别方法,设定降水量阈值α,选取合适的特征尺度D₀和邻近度阈值β,分别识别实况降水场的主雨带和预报降水场的所有雨带,并选取匹配度阈值进行目标配对,确定与实况降水场主雨带最匹配的预报降水场主雨带。改进SAL空间检验方法,将模式主雨带预报误差用主雨带的强度（指降水极值和降水量阈值）、位置（指重心点位置）、形态（指主轴、次轴特征长度和轴向角度）属性的预报误差来表示。结果表明：预报主雨带的降水极值比实况小,但降水量阈值比实况大;预报主雨带的重心点位置与实况相比,4月偏西、偏南,5月、6月偏西、偏北,预报主雨带的重心位置多是滞后于实况,位于实况主雨带的上游;主雨带大都呈窄长带状分布,预报主雨带比实况更窄长,且预报时效越长越窄长。预报主雨带轴向角度比实况略小,总体均呈东偏北走向。以上分析结果可为模式主雨带预报误差的订正提供依据。     

1961—2017年辽宁省旱涝急转现象时空演变特征

利用1961-2017年辽宁省61个气象站逐月降水数据,以5-8月为研究时段建立旱涝急转指数（drought-flood abrupt alternation index,DFAI）序列,采用线性倾向法、趋势分析、阶段性分析、T检验、ArcGIS空间插值等方法对辽宁省降水集中期的旱涝急转现象进行时空特征分析。结果表明：1961-2017年辽宁省降水集中期DFAI总体以-0.7/（10 a）的速率下降,有13 a出现旱转涝,有19 a出现涝转旱;DFAI强度以0.1/（10 a）的速率略呈上升趋势。近57 a,辽宁省旱转涝多发生在20世纪60年代,涝转旱多发生在20世纪70年代和20世纪初之后,1989年出现了涝转旱的突变,发生频率呈增多趋势,1994年又出现旱转涝的突变,发生频率呈减少趋势。典型旱转涝年（2013年）,DFAI的高值区分布在中、西部地区;典型涝转旱年（2014年）,DFAI绝对值的高值区分布在东北部和中西部地区。DFAI变化率在空间分布上具有明显的中、北部增多,东、西部减少的趋势差异。