东亚季风环流演变的主要模态及其与中国东部降水异常的联系

利用美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析环流资料、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重构的海温资料和中国国家气象信息中心(NMIC)整理的752个测站降水资料,对东亚地区季风环流季节演变主要模态及其与中国东部降水异常的关系进行了分析。结果表明,东亚地区850hPa季风环流季节演变存在两个主要模态,第一模态主要受热带印度洋海温和赤道东太平洋海温偏低背景下印度洋偶极(IOD)演变过程控制;第二模态主要受赤道东太平洋ENSO循环和IOD演变控制。对应第一模态,夏季华北多雨,长江流域少雨;对应第二模态,夏季华北、长江流域多雨,淮河、华南少雨。近50年两模态发生了明显改变,与降水变化有很好的对应关系。     

华北降水变化研究进展

由于近60 年来华北降水量呈现减少趋势, 使该地区本已紧张的水资源形势更加严峻, 给工农业生产、居民生活、城市运行造成严重威胁, 已引起政府和科学界的高度关注, 例如为缓解华北用水紧张形势, 国家实施了南水北调工程。华北降水发生变化的机理是什么, 搞清这个问题对认识华北降水未来变化趋势及转型很有借鉴意义。本文重点从华北降水年代际变化特征出发, 回顾了海温、东亚夏季风、副热带高压、积雪和海冰变化影响华北夏季降水的机制。在归纳总结的基础上, 指出了未来研究方向, 主要包括华北降水什么时间发生转型, ENSO影响华北降水的机制以及ENSO长期变化趋势对华北降水年代际变化的影响, 印度洋海温异常影响华北夏季降水的机制, 如何更好地定量描述东亚夏季风季节内、年际、年代际变化及其影响华北夏季降水的机制, 副热带高压季节内变化、长期变化对华北夏季降水的影响。     

1961-2005年东北暴雨气候特征分析

利用东北地区232站夏季(6~8月)逐日降水资料,分析了近45年(1961-2005年)东北地区暴雨的变化特征。结果表明,东北地区暴雨主要发生在辽宁东部地区,东北地区年平均大暴雨日数分布形态与暴雨日数基本一致。EOF分析表明,东北地区暴雨量大部分区域基本呈一致的变化,第二模态反映出东北地区暴雨量呈西北-东南的反向变化。暴雨主要分为4个分布形态:东北中部型、东北南部型、东北西北部型、东北东部型。东北大部分地区暴雨强度除黑龙江北部地区外均呈弱上升趋势(均没有通过0.05显著性水平检验),在东北西北部地区暴雨强度上升趋势最为显著,为0.19 mm.(d.(10a)-1)-1;东北中部、东北南部、东北西北部在1990年代之后表现出暴雨强度增强的趋势。东北地区暴雨初日整体提前,而暴雨终日除东北中部地区延后外,其他地区均有所提前。在1987年之后东北地区暴雨发生的频率明显多于前期,其中东北西北部这种变化最为明显,其次是东北南部,东北东部变化最弱。     

中国西部环境演变及其影响研究

文章综述了气候与中国西部环境演变过程及其对社会经济的影响 ,特别分析了人类活动和全球变暖条件下的演变特征。以政府间气候变化专门委员会 (IPCC) )的研究方法 ,采用全球大气海洋耦合模式和区域气候模式 ,预测了 2 0 10年、2 0 30年和 2 0 5 0年中国西部地区未来气候生态环境的可能变化趋势即情景。对西部地区生态与经济的脆弱性问题也作了分析 ,最后提出了在西部大开发中实施生态环境保护与可持续发展双赢战略的思想。     

亚洲季风活动及其与中国大陆降水关系

用１９８０～１９９２年ＥＣＭＷＦ的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ资料设计了南亚季风和东亚季风指数,发现南海夏季风的暴发和撤退具有较大的年际差异,南海北部和南部夏季风的暴发和撤退时间也不一致．相关试验表明,南亚季风指数与中国大陆春、夏降水的相关分布型类似于东亚季风指数与降水的相关分布型,且相关系数略高．东亚冬季风指数以南海地区区域平均的８５０ｈＰａ经向风速或纬向风速为好．夏季风指数以南海地区或亚洲区域平均的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ的纬向风速差最佳．     

水文模式DHSVM与区域气候模式RegCM2/China嵌套模拟试验

本研究在改进水文 -土壤 -植被模式DHSVM ,用气候观测资料驱动DHSVM进行模拟试验的基础上 ,建立了区域气候模式RegCM2 /China与水文模式DHSVM的嵌套系统 ,将区域气候模式对中国和东亚地区控制试验 (目前气候情景 )和敏感性试验 (未来 2×CO2 气候情景 )结果用双线性插值方法降尺度 (downscaling)到滦河、桑干河流域的 8个气象站点 ,然后再用数字高程模式DEM插值到DHSVM的细网格点 ,驱动水文模式进行嵌套模拟试验。试验结果表明 ,滦河、桑干河流域在未来大气中CO2 浓度加倍情况下 ,地面气温呈一致的增加趋势 ,年平均气温增加2 .8℃ ;两流域未来降水也呈增加趋势 ,滦河、桑干河流域年降水量分别增加 6mm和 4 6mm ;两流域未来蒸发量有所增加 ,年均蒸发量增加 2 9mm ;未来滦河流域年径流深减少 2 7mm ,流量减少 14 .72× 10 8m3 ,桑干河流域径流深增加 2 6mm ,流量增加 12 .2 2× 10 8m3 ,两流域合计 ,流量减少 2 .5× 10 8m3 ;未来滦河、桑干河流域径流深趋向一致 ,分别为 74和 71mm ,约为全国目前平均径流深 2 84mm的 1/ 4。可见 ,两流域未来总体上仍呈现暖干化趋势。本研究发展的嵌套模式系统具有一定的预测能力 ,而且通过参数移植 ,可应用于中国其他流域     

NCC/IAP T63海气耦合模式对云滴有效半径的敏感性分析

利用NCC/IAP T63海气耦合模式研究了模拟对云滴有效半径的敏感性。结果表明,可变水云粒子有效半径的引入（REL和REL_CAM3方案）导致对流层中下部云消光光学厚度的明显变化,但REL和REL_CAM3之间的变化位置不同、符号相反;而引入可变的冰云粒子有效半径后（REI方案）,对流层中上部的云消光光学厚度明显减小。云辐射强迫的变化主要受REI方案的影响,长波和短波云辐射强迫均以减小为主;从全球平均来看,大气顶云辐射强迫的变化对冰云有效半径的变化更加敏感,尽管量级还有明显差距,各种方案均正确模拟出了大气顶净云辐射强迫的符号。大气顶净辐射的变化与净云辐射强迫的变化基本一致,总体以减少为主。对于地表气温的变化,REL和REI方案总体上有着较为一致的分布,夏季以降温为主,冬季的欧亚大陆中部和北美北部增温明显。此外,大陆地表气温的变化主要受地表热量输送的影响,而热带海洋上空却表现出明显的不一致性。同时引入可变的水云和冰云粒子（RIW和RIW_CAM3方案）,云的消光光学厚度和辐射强迫相对单独引入主要呈线性响应,但地表气温表现出明显的非线性特征,非线性最明显的地区主要位于大陆地区。       

2004/2005年冬季强寒潮事件与大气低频波动关系的研究

2004/2005年冬季中国出现了两次大范围寒潮过程,造成长时期的降温和严寒天气,从而改变了从1986年以来中国大部分地区连续出现18个暖冬的局面。利用2004年10月1日～2005年3月31日中国740站逐日平均温度和NCEP/NCAR的逐日高度场和风场资料,分析了2004/2005冬季的强寒潮事件,并对寒潮爆发的周期、低频波动特征及其影响寒潮爆发的可能原因进行研究。结果表明:2004/2005年冬季两次主要强寒潮事件（12月22日～1月1日和2月14～21日）是在强10～20天低频振荡背景下发生的。在一次季节内低频振荡过程中,寒潮经历了高空形势相似的3个阶段,它们分别是乌拉尔东侧阻塞脊建立、阻塞脊下游横槽发展、横槽转竖与南支槽耦合重建东亚大槽最后导致寒潮爆发。进一步分析表明,乌拉尔东侧阻塞脊和里海高度脊是导致这两次寒潮的主要系统。研究还表明在寒潮爆发过程中,10～20天低频波动在40°N南北独立传播,南北波列耦合寒潮全面爆发;寒潮爆发后期低频波动引起我国东南部低空辐散异常、高空辐合异常,从而导致我国南部地区偏北风增强,使寒潮向南爆发程度和高空东亚急流明显加强。     

IPCC AR4气候模式对东亚夏季风年代际变化的模拟性能评估

文中使用多种观测资料和分类的方法评估了IPCC AR4(政府间气候变化委员会第4次评估报告)气候模式(亦称Coupled Model Intercomparison Program 3, CMIP3)对东亚夏季风降水与环流年代际变化的模拟性能.结果表明,在评估的19个模式中,有9个模式可以较好地再现中国东部地区多年平均降水场,但仅有3个模式(第1类模式)可以较好地对东亚夏季风降水的年代际变化作出模拟,这3个模式是:GFDL-CM2.0、MIROC3.2(hires)和MIROC3.2(medres),其中模式GFDL-CM2.0具有最好的模拟性能.进一步的分析表明,大部分模式对东亚夏季风变化模拟能力的缺乏是因为这些模式没有抓住东亚夏季风降水变化的主要动力和热力学机制,即东亚地区在过去所出现的大范围对流层变冷和变干.而第1类模式由于较好地再现了东亚地区垂直速度场(动力学因子)和水汽场(热力学因子)的变化特征,因此较好地模拟出中国东部南涝北旱的气候变化特征.本文的评估清楚地表明,当选择不同模式进行集合时,模式对某一研究变量的模拟性能好坏极大地影响了集合的结果.当模拟性能较好的模式在一起进行集合时,所得到的结果更加接近于真实的观测结果.就特定的研究变量而言,这种集合更加优于将可得到的所有模式进行集合.这说明,虽然多模式集合一般优于单个模式的结果,但应考虑使参与集合的模式对所研究变量具有一定的模拟能力.     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.