滇中城市群不透水表面时空变化与反常气候现象研究

人类活动对全球气候变化的影响是学科前沿也是热点和难点,其中城市不透水表面（IS）的热岛、雨岛等气候现象是研究重点,但有关其他气候要素的研究尚有待开展。本文以全球30 m IS数据集(GAIA)和中国区0.1°地面气象要素数据集为数据源,通过Mann-Kendall（M-K）突变检验法和贝叶斯模型等方法,对滇中高原湖滨城市群在1985—2018年间IS的时空变化特征、气象要素变化与IS的关系,以及反常气候现象进行了刻画。结果表明,相较1985年滇中城市群的IS面积增加了227.56%,2007—2018年增长速度达到最快（89.85 km²/a）,主要在S、NE、SE、W 4个方向扩张;34 a滇中城市群气候整体经历冷湿（1985—1995年）、暖湿（1996—2006年）、暖干（2007—2018年）3个快速转化阶段;IS具有显著的“热岛现象（气温+0.63 ℃,长波+4.49 W m²）”“雨岛现象（降水+38.27 mm）”“湿岛现象（比湿+0.51 g/kg）”“风速低岛现象（风速-0.025 m/s）”和“气压高岛现象（气压+602.64 Pa）”;滇中城市群的长波辐射主要分布在313~329 W m²、比湿8.9~9.9 g/kg、气压76235~79946 Pa、短波186~194 W m²、降水840~876 mm和876~998 mm、风速2.08~2.38 m/s、气温13.85~15.85 ℃区间内,且显著受IS分布影响。IS对气压和湿度的影响具有“气压反温度现象”和“湿度反常现象”,这可能与副热带高压带控制、海拔和大型湖泊（湖陆风）影响有关。     

Predicting Western Pacific Subtropical High Using a Combined Tropical Indian Ocean Sea Surface Temperature Forecast

Weather and climate in East China are closely related to the variability of the western Pacific subtropical high（WPSH）, which is an important part of the Asian monsoon system. The WPSH prediction in spring and summer is a critical component of rainfall forecasting during the summer flood season in China. Although many attempts have been made to predict WPSH variability, its predictability remains limited in practice due to the complexity of the WPSH evolution. Many studies have indicated that the sea surface temperature（SST） over the tropical Indian Ocean has a significant effect on WPSH variability. In this paper, a statistical model is developed to forecast the monthly variation in the WPSH during the spring and summer seasons on the basis of its relationship with SST over the tropical Indian Ocean. The forecasted SST over the tropical Indian Ocean is the predictor in this model, which differs significantly from other WPSH prediction methods. A 26-year independent hindcast experiment from 1983 to 2008 is conducted and validated in which the WPSH prediction driven by the combined forecasted SST is compared with that driven by the persisted SST. Results indicate that the skill score of the WPSH prediction driven by the combined forecasted SST is substantial.     

江淮流域梅雨期降水与10～30 d低频振荡的联系

利用1961—2010年中国756站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30 d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30 d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30 d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。     

2013年7月大气环流和天气分析

2013年7月环流特征如下:欧亚中高纬呈西低东高异常分布型,我国中高纬多短波槽活动,西太平洋副高强度较常年偏强,西南季风较常年偏强。7月全国平均降水量138.9 mm,较常年同期（120.6 mm）偏多15.2%,为1951年以来第四多雨年;全国平均气温为22.4℃,较常年同期（21.9℃）偏高0.5℃。月内共出现11次强降水过程,多站出现极端日降水量。7月共有4个热带气旋在南海和西北太平洋活动,并有“温比亚”、“苏力”、“西马仑”等3个热带气旋登陆。江南、江淮、江汉及重庆等地出现持续高温天气,全国100个气象观测站发生极端高温事件。     

2013年8月大气环流和天气分析

2013年8月环流特征如下：极涡呈单极型分布、贝加尔湖以东地区为明显负高度距平,我国中高纬多短波槽活动,东北冷涡活动频繁,西太平洋副热带高压强度较常年偏强、偏西。8月全国平均降水量101.0 mm,较常年同期（105.3 mm）偏少4.1%;全国平均气温22.0℃,较常年同期（20.8℃）偏高1.2℃,与2006年并列为1961年来同期最高。8月我国的大范围强降水过程有7次。月内东北地区暴雨过程频繁,共出现5次局地强降水过程,造成松花江、嫩江和黑龙江流域等出现大范围洪涝灾害。8月共有6个热带气旋在南海和西北太平洋活动,其中“飞燕”、“尤特”和“潭美”等3个热带气旋在我国登陆。我国黄淮西部及淮河以南大部地区出现35℃以上异常高温天气,其中黄淮西部、江淮大部、江汉、江南以及广西北部、重庆、贵州东部、四川东部、新疆南部和东部最高气温普遍达38～40℃,部分地区超过40℃。     

多套大气再分析资料的南亚高压强度变化特征及其与海表温度异常关系的比较分析

以往的研究中多采用NCE/NCAR再分析资料来讨论南亚高压的变化特征及其与海表温度的关系,鉴于其分析结果具有一定的片面性,本文采用ERA40、ERA—Interim、NCEWNCAR、NCEP—DOE和JRA．25五套再分析资料,以及应用全球、热带印度洋和热带大西洋1978--2008年逐月观测海表温度分别驱动NCARCAM5．1全球大气环流模式的数值模拟结果,比较了它们的夏季南亚高压强度变化特征及其与海表温度的关系。再分析资料问的比较结果表明,NCEWNCAR、NCEP—DOE两套再分析资料与ERA40、ERA—Interim、JRA-25三套再分析资料的南亚高压强度变化在20世纪70年代末至90年代初存在非常明显的差异,前两套再分析资料揭示的该时段南亚高压强度显著偏高,可能是不真实的,进而导致南亚高压强度与海表温度异常的关系与后三套再分析资料的结果差异明显。ERA40、ERA—Interim和JRA-25三套再分析资料和数值试验结果均表明,20世纪70年代末以后,夏季南亚高压强度异常与前期冬季、春季及同期夏季的热带印度洋海表温度异常关系持续密切,表明热带印度洋是影响夏季南亚高压强度变化的关键海区。当热带印度洋偏暖时,热带地区对流层温度增暖,南亚高压强度增强、面积增大、南扩、东伸西展,反之亦然。     

南亚高压在NCEP-2和MERRA再分析资料中的对比分析

通过双线性插值、相关分析、Morlet小波分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对比分析了NASA高分辨率再分析资料MERRA和NCEP-DOE（NCEP-2）再分析资料中100hPa南亚高压的活动特征.结果表明：100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料.除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合.以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之.NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异.NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异.两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979～2009年有很好的一致性：都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异：南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8～9年两个周期.     

2010年7月吉林省一次副高后部暴雨天气浅析

本文利用NCEP/NCAR再分析资料、区域自动气象站资料和数值预报产品资料,对2010年7月20日吉林省一次副高后部暴雨天气过程进行了分析,结果发现高空冷涡与华北气旋北上,导致冷暖空气在吉林省中部地区发生交汇;副高后部有较明显的西南气流存在,该气流与其北端内蒙附近的西风急流形成一暖锋式切变;深厚的暖湿舌、水汽通量散度和比湿的大值区与暴雨落区形成很好地吻合;雷达速度产品"牛眼"结构、速度模糊等特征表明低空急流为本次暴雨天气提供良好的触发和水汽输送。     

淮河梅雨洪涝与西太平洋副热带高压季节推进异常

基于台站观测和卫星观测资料及再分析数据集,本文研究了6月淮河洪涝发生时中国东部降雨型及与雨带异常相联系的环流特征、环流的季节推进异常及其机理.结果发现6月淮河流域洪涝与亚洲环流和中国东部降水联合模态的第二模态密切相关.该模态在我国东部降水表现为以长江为界北增南减的“梅雨偶极型”分布,对应的低层风场呈现出倾斜的以台湾为界,以南西太平洋是异常气旋环流,以北为反气旋环流,即西太平洋副热带高压偏北,淮河流域上存在异常西南风;同时阿拉伯海上是异常反气旋,印度上空西风偏强、降水显著偏多.这些特征是东亚和西太平洋季风区季节推进超前的反映,且与前期春季澳大利亚东北向海域海洋热含量异常偏高显著相关.该关键区海洋热含量变化是太平洋热含量变化第一模态——三极型变化的一部分,即当菲律宾以东的西太平洋和澳大利亚东北向海域海洋热含量增加,赤道中东太平洋热含量减少.该三极型海洋热含量异常从春到夏信号稳定,它激发正感热加热异常控制菲律宾以东到夏威夷以北的广大热带—副热带西太平洋地区,其北侧黑潮延伸区为负感热区.两者共同作用激发出局地反气旋在北、气旋在南,使对流层低层西太平洋副热带高压偏北.因此春季三极型海洋热含量通过影响对流层低层西太平洋副热带高压异常北移对东亚—西太平洋季节推进提前和6月淮河梅雨洪涝发生起重要作用,可作为季节预测的前期因子之一.     

中国大范围持续性低温事件与中国南方降水异常

本文利用1951~2009年的数据资料,探讨了与冬季大范围持续性低温事件对应的中国南方降水多寡的原因以及不同降水类型事件的不同前兆信号。主要结果如下:(1)欧亚大陆中高纬大型斜脊斜槽是中国大范围持续性低温事件的关键环流特征。降水偏多型和偏少型低温事件的中高纬环流系统存在显著差异:当大型斜脊的纬向尺度较大且其正高度距平中心偏强时,斜槽的负距平中心靠近东亚大槽区,西伯利亚高压大范围加强,南侵冷空气活动偏强,使中国南方地区降水偏少。相反,当大型斜脊的纬向尺度相对小时,斜槽位置偏西,西伯利亚高压加强范围偏小,南侵冷空气活动也偏弱,有利于中国南方地区降水偏多。(2)在低温事件中我国南方地区的降水多寡,也取决于西太副高和孟加拉湾南支槽。当西太副高和孟加拉湾南支槽加强时,来自西太平洋、南海和孟加拉湾的三支暖湿气流到达我国南方地区,导致南方降水偏多,反之亦然。(3)不同降水类型低温事件的前兆环流信号(之前1~3侯)显著不同。降水偏多型低温事件前期,源自北大西洋地区的波列向东亚地区传播。降水偏少型事件前期,极涡在欧亚大陆一侧的次极区显著减弱,同时极涡呈两极型,一极伸向南欧及地中海地区,另一极伸向阿留申群岛。在中期—延伸期时间尺度上,这一结果可为持续性低温事件降水形势的预测提供依据。