基于改进版NUIST CFS1.1的热带大气季节内信号及其对中国气温降水影响的预测评估

基于南京信息工程大学次季节气候预测系统(NUIST CFS1.1),通过调整成员的大气初始化方案并优化了集合预测方案,构建了性能更优、计算成本更低的9成员NUIST CFS1.1 Pro系统。进一步基于实时多变量Madden-Julian Oscillation(MJO)指数和两类北半球夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO)指数BSISO1和BSISO2,评估了该预测系统对热带不同季节的大气季节内振荡(ISO)的预测技巧。结果表明,NUIST CFS1.1 Pro能分别提前26、17、12 d有效预测(距平相关高于0.5)MJO、BSISO1、BSISO2,对强事件(振幅>1)的有效预测时长能分别延长到30、21、13 d。此预测性能对比国内其他最新次季节动力模式如BCC_CSM2和FGOALS-f2有一定优势,同时在与国际S2S计划的8个主要业务预测系统的技巧对比中,NUIST CFS1.1 Pro在冬季MJO和夏季BSISO1预测上处于较为领先的水平,BSISO2的预测则处于中等水平;对不同位相的计算技巧显示,冬季MJO和夏季BSISO1的2、3、6、7位相较其他位相技巧更高。进一步的分析表明,NUIST CFS1.1 Pro能提前5候准确把握冬季MJO的东传特征,并能在一定程度上预测出其对我国气温异常的影响,尤其是对位相2、3时候的冷异常预测;而在夏季,则能提前4候正确预测BSISO1的北传、西北传特征,尤其能较好地预测西北太平洋上的对流和低层环流异常,从而成功预测出BSISO1造成的我国东部地区降水异常的空间形态。然而预测的强度较观测偏弱,这需要进一步的工作来改进。     

贺兰山过去196年降水的树轮宽度重建及降水变率

贺兰山属于中国北方的半干旱地区,位于东亚夏季风的西北缘。应用贺兰山南段、中段和北段的3组树轮宽度差值年表合成贺兰山树轮宽度年表,应用邻近采样点的贺兰山东坡、山顶和西坡的气象站资料合成贺兰山气象数据。通过贺兰山树轮宽度年表和贺兰山气象数据的线性回归分析,重建了1802—1997年2—7月降水标准化序列,重建方程的方差解释量是46%。计算重建序列的11年滑动平均标准差后,发现存在着3次标准差的突然变化:1908年标准差由前年的0.38增加到当年的0.56,1942年标准差由两年前的0.57增加到当年的0.70,1956年标准差由前年的0.74降低到当年的0.63。小波分析表明,1908年到1949年之间存在显著的11年准周期,1942年出现2年准周期,该2年准周期到1959年彻底消失。1965—1997年,存在由8年向3年过渡的准周期。11年周期对应着太阳活动周期,2年周期对应“准两年脉动”,8年到3年周期与ENSO周期比较一致。故此认为,当太阳活动、“准两年脉动”或ENSO活动增强时,贺兰山地区降水变率一般比较大,年际间降水变得不稳定。     

非饱和渗流Richards方程数值求解的欠松弛方法

非饱和土渗流理论是岩土工程问题的基础理论,在土石坝渗流、污染物传输、冻土渗流相变和边坡稳定分析等领域有着广泛的应用。非饱和土渗流Richards方程的数值求解过程中,某些参数如水力传导系数计算不当可能引起非线性方法,如Picard方法或Newton方法的迭代收敛震荡,从而导致非线性迭代方法收敛缓慢和精度降低。为了消除或降低迭代收敛震荡对求解精度和计算性能的影响,目前主要采用欠松弛方法。通过一维入渗算例和二维非均质土坝渗流算例演示已有欠松弛方法的局限性,进而提出新的短项混合欠松弛法,并对其实用性和可靠性进行验证。     

Australian rainfall trends and their relation to the southern oscillation index

Rainfall is the key climate variable that governs the spatial and temporal availability of water. In this study we identified monthly rainfall trends and their relation to the southern oscillation index (SOI) at ten rainfall stations across Australia covering all state capital cities. The nonparametric Mann–Kendall (MK) test was used for identifying significant trends. The trend free pre‐whitening approach (TFPW) was used to remove the effects of serial correlation in the dataset. The trend beginning year was approximated using the cumulative summation (CUSUM) technique and the influence of the SOI was identified using graphical representations of the wavelet power spectrum (WPS). Decreasing trends of rainfall depth were observed at two stations, namely Perth airport for June and July rainfall starting in the 1970s and Sydney Observatory Hill for July rainfall starting in the 1930s. No significant trends were found in the Melbourne, Alice Springs and Townsville rainfall data. The remaining five stations showed increasing trends of monthly rainfall depth. The SOI was found to explain the increasing trends for the Adelaide (June) and Cairns (April) rainfall data and the decreasing trends for Sydney (July) rainfall. Other possible climatic factors affecting Australian rainfall are also discussed. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

宽频带数字资料低频波在大震前的短临前兆信息研究

通过对高台、兰州、成都、安西地震台宽频带数字资料在2001年昆仑山口西8.1级地震,2008年汶川8.0级地震以及2003年山丹、民乐6.1级地震前低频波频谱变化的研究,总结了数字资料在频率域上的短临前兆异常特征,发现0.1~0.14 Hz频幅在震前几天成逐渐增强的趋势。并结合震源区构造特征对前兆机理进行了探讨。认为低频波的产生与静地震和慢地震有关。     

基于分层结构参数变化的地球自由振荡简正模研究

大地震激发导致的地球自由振荡可为获得地球深部结构提供重要手段,通过理论计算自由振荡简正模的本征周期,并与实测结果进行比较,可为地球深内部结构和新地球模型的研究提供有效约束.采用微分方程数值积分技术和G-D1066A地球模型,本文计算了0~48阶的187个球型自由振荡简正模的本征周期,将计算结果与Gilbertt和Dziewonski等3组模型理论结果及Ness等4组观测结果进行比较,相对偏差在0.3%以内.分析说明由于考虑了地幔、外核和内核等不同分层密度和拉梅参数变化的影响,获得了较高精度的地球自由振荡简正模周期.本文提供的理论计算结果可为修正真实地球内部参数提供有效参考.     

2004年南海夏季风活动概述

利用NCEP逐日再分析资料、向外长波辐射（OLR）和卫星降水资料,分析了2004年影响南海夏季风活动的一些特征。结果表明,2004年由于西太平洋副热带高压主体位置比正常偏北、偏西,导致南海夏季风爆发日期比正常偏晚（5月19日）、强度偏大,并主要在南海地区活动。南海季风爆发期间存在明显的季节内振荡,有两个显著振荡周期：一个峰值为20-30天,另一个峰值为40～50天。南海夏季风期间,主要的水汽通量输送集中在南海一西太平洋地区,向北到达华南的水汽输送减少,致使华南地区干旱。     

CMIP6模式大气中南北半球际涛动的季节循环

利用1958—2014年47个CMIP6模式输出资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了模式大气中南北涛动(InterHemispheric Oscillation,IHO)的季节变化特征,且评估了CMIP6对IHO季节特征的模拟能力。结果表明:47个CMIP6模式都能模拟出IHO的季节演变特征,但模式间存在一定差异。通过比较,筛选出模拟IHO季节循环较好的16个模式,它们能成功模拟出半球大气质量的时间演变和空间结构。进一步分析表明,水汽对IHO季节变化有抵消作用且半球内部水汽质量变化可驱动越赤道质量流的产生;地表净短波辐射夏高冬低,其加热造成的水汽蒸发在水汽质量变化中起到重要作用;地表净长波辐射在春秋变化幅度较大,与大气质量逐月变化吻合。对比再分析资料表明,CMIP6模式模拟的半球大气质量的峰谷值变化有明显的月份偏差,且CMIP6模式模拟的地表气压异常值的偏差主要出现在北太平洋、欧亚大陆、南半球中纬度地区和两极极区,模拟的南北半球的蒸发和降水量、赤道风场、地表净长波和短波辐射通量等均存在明显的偏差。     

奇异交叉谱在海气相互作用诊断研究中的应用

利用SCSA（奇异交叉谱分析）方法,对中低纬海气及中低纬环流相互作用的耦合同期信号进行分析。结果表明：在3－7年尺度上海气相互作用关系密切,这个尺度与ENSO循环尺度基本一致,且其振荡行为与ENSO根荡相似．从这个意义上说在中低纬海气相互作用中,ENSO是个强信号;中低纬环流相互作用存在10－12年及准4年的优势耦合周期,其中准4年振荡和ENSO循环尺度相一致．这说明中低纬环流相互作用,除受ENSO影响外,自身还存在10年左右的振荡周期。     

华北降水年代际振荡及其与全球温度变化的联系

利用小波分析,发现华北近百年降水变化中除了较强的年际振荡外,存在明显的准２０年振荡,但６０年代后信号减弱,导致持续的偏旱气候．在全球温度场中也存在类似尺度的振荡．分析还表明,我国范围内副热带与中纬带温度差异呈现与我国北方降雨十分相似的振荡谱,２０多年尺度的振荡较为明显,且也是６０年代以来有所减弱．华北降雨与中低纬温差呈正相关,特别表现为两者的准２０年尺度振荡位相极为吻合,在此尺度上,南北温差较大时华北降水较多．北美地区温度和一些区域降水气候也同样存在准２０年振荡信号,与华北降水变化近于反相