冬春季黄海温度锋面的多时间尺度变化及主控因素分析

海洋锋面强度变化对陆源物质输运和全球物质循环有重要作用。冬春季节,中国东部陆架区西太平洋边界流分支与沿岸流之间形成了海洋温度锋。为探究冬季风暴和陆架环流双重影响下温度锋面的多时间尺度变化及主控因素,本文以黄海为研究区,分别在年代际尺度和天气尺度,利用信号分解和可解释深度学习方法,研究了低纬度驱动的环流系统和高纬度驱动的冬季风暴对锋面变化的耦合作用。在年代际尺度,通过使用经验正交函数分解和集合经验模态分解的方法,将北黄海的温度变化与黄海暖流强度相联系。研究结果表明,黄海的海表温度经验正交函数（EOF）分解第一模态的空间分布有明显的黄海暖流—沿岸流体系特征;海表温度EOF第一模态时间序列与黄海暖流强度指标的相关性良好,且受低频率厄尔尼诺‒南方涛动信号调控。在天气尺度,对卷积神经网络−长短时记忆网络（CNN-LSTM）模型进行训练并使用可解释性指标进行分析,结果发现无风或弱风条件下,海洋锋面主要由压力梯度力和科里奥利力的地转平衡维持;但在冬季风暴条件下,受开尔文波传播和切变锋破碎的影响,流场的低频波动成为导致锋面强度变化的主因。本文研究结果表明,大数据及机器学习方法是在众多海洋参数间建立联系,并发现一些独特物理海洋过程的重要手段,具有广阔的应用前景。     

1961—2020年中国区域性高温过程的气候特征及变化趋势

利用全国2419个国家气象观测站长序列日最高气温资料,依据目前国家气候中心业务上采用的区域性高温过程客观判别标准和综合评估模型,对1961—2020年我国区域性高温过程的最早开始和最晚结束日期、发生频次以及过程的持续时间、覆盖范围、高温强度和综合强度等的气候特征和长期变化趋势进行了分析.结果显示：（1）我国区域性高温过程平均每年发生4次,在5月上旬至10月上旬均可出现,主要集中在6月下旬至8月下旬,其中7、8月发生最为频繁.区域性高温过程在年内的首次出现日期平均为6月18日,末次结束日期平均为8月31日.平均每次过程覆盖760站、高温强度36.4℃、持续日数13天.（2）近60年来,我国区域性高温过程在年内的首次出现日期明显提前、末次结束日期显著推后,整个高温期大幅变长;区域性高温过程的发生频次呈先减少后增加变化特征,1990s以后维持高位;区域性高温过程的平均高温强度先减弱后增强,1980—2020年增强趋势显著;区域性高温过程的覆盖范围显著增大、持续时间显著变长、综合强度显著增强.（3）近60年,我国历年区域性高温过程的首次开始时间和末次结束时间,高温期长度及高温过程发生频次等均没有发生气候突变;区域性高温过程的平均高温强度在1987年由弱转强,并在2002年进一步突变增强.同时,区域性高温过程的影响范围、持续时间和综合强度分别在1998、2016和2012年前后突变增加和增强.总体而言,近60年来我国区域性高温过程已发生了显著变化,高温灾害趋于严重.

     

多年冻土区典型地面浅层地温对降水的响应

在大气-地面-冻土之间存在复杂的水热变化过程,降水是青藏高原地区主要的水分补给来源,在浅层形成水热变化的不连续层。通过对北麓河地区降水和工程路面(沥青路面、砂砾路面)、天然地面(高寒草原、高寒草甸)浅层(0~80cm)温度数据的原位监测,分析在不同降水量和不同时段浅层的温度变化,结果表明:北麓河地区年降水量逐年增加,增加速率为22.9mma-1。降雨主要集中在5~9月。白天地温对降水的响应比夜间强烈。工程路面夜间的温度变化大于天然地面。在相同降水条件下, 10:00~15:30时段的温度变化量大于16:00~18:00时段。随着降雨量的增加,温度下降幅度增大。砂砾、高寒草原、高寒草甸地面地温对降水的响应深度范围为0~30cm。受路面结构中隔水层的影响,沥青路面为0~20cm,且5cm深度温度的变化幅度大于地表。为进一步研究不同地面类型不同水热传输模式层结的划分提供数据基础。     

近60a新疆区域气温降水变化事实分析

利用1961～2017年新疆89个国家级气象观测站57年气温和降水量整编资料,采用一元线性回归进行趋势倾向估计,用最小二乘法反映气候要素的年平均增加、减少速率及年变化趋势。结果表明：新疆及北疆、天山山区、南疆各分区的年和四季平均气温呈现一致的上升趋势,其中新疆年平均升温速率为0.31℃/10a,90年代后期以后出现了明显增暖。冬季升温趋势最明显,夏季最弱。全疆和各分区的年、四季降水量呈现一致的增多趋势,新疆年降水量增加速率为10.14mm/10a。2010年代以来比1960年代增多了30%。冬季降水量增多趋势最明显。1961～2017年新疆气候变化较明显,总体在向暖湿方向变化。     

海温异常对东亚夏季风影响机理的研究进展

利用湖北省梅雨监测资料、国家气候中心新百项指数和NCEP/NCAR环流资料,分析了2020年湖北梅雨异常特征及其成因。结果表明：（1）2020年湖北梅雨持续时间异常长,为54 d,仅次于1996年;梅雨量异常多、强度强、雨日率大,均为1961年以来第1位。（2）高空西风急流、副热带高压、夏季风系统的冬夏调整季节性进程早,是造成湖北入梅早的主要原因。西风急流和副热带高压在7月下旬北跳,较常年时间偏晚,导致了出梅晚。入梅早、出梅晚,梅雨持续时间异常长。（3）在前冬El Niño事件、春夏热带印度洋海温偏暖和北大西洋三极子负位相的共同影响下,欧亚中高纬经向环流发展,冷空气活跃,副热带高压强且位置稳定,西侧水汽输送强,冷暖气流在长江中下游交汇,造成湖北省梅雨量异常偏多。

     

16 Ma以来南海北部海域古水温变化规律与机制

长期以来古海洋表层古水温研究的热点主要集中在第四纪,很少涉及到2.5 Ma之前。利用ODP 184航次1147和1148站位的获得的相关资料,并主要采用长链烯酮U37k)和底栖有孔虫氧同位素(δ18O)两种方法,计算海水氧同位素组成,然后,利用浮游有孔虫氧同位素法计算16 Ma以来的海水温度变化,探讨南海北部16 Ma以来的古海水温度变化机制。结果表明,南海北部水温总体趋势与全球气候发展相对应,在北半球冰盖形成时期,海水表层温度与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫δ18O几乎同步变化,反映出南海热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

基于C-DTS的土壤含水率分布式测定方法研究

主动加热光纤布拉格光栅法(Actively Heated Fiber-Optic method based on Fiber Bragg grating method,AHFO-FBG method)因具有体积小、测温精度高、准分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,近年来成为含水率测量技术的研究热点。研究该技术的率定方法对提高含水率测量的精准性和适用性是十分关键的,但现有研究中均未涉及到此内容。因此,本文采用自主研发的AHFO-FBG传感器对黄土开展了一系列率定试验,研究了ΔT_max和ΔT_cum两种率定方法的含水率率定结果,对此两种方法进行了对比分析。同时,进一步探究了不同加热时长和不同加热功率对ΔT_max法和ΔT_cum法率定结果的影响。研究结果表明：ΔT_max和ΔT_cum法均可得到良好的含水率率定结果,ΔT_max法的RMSE比ΔT_cum法高0.001 m³·m^-3,ΔT_cum法的测量优势不是很显著。在相同加热功率下,ΔT_max法和ΔT_cum法均在较短加热时间下的测量误差较小,且加热时间越短,ΔT_cum法较ΔT_max法的优势越明显;在相同加热时间下,低功率(5~10 W·m^-1)时ΔT_max法的RMSE较小,高功率(15~35 W·m^-1)时ΔT_cum法的RMSE较小,且适当的增加热功率有助于减少含水率率定误差。研究成果为AHFO-FBG技术实现土体含水率的精确测量和进一步应用提供了依据。     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DIC-δ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测.结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响.芙蓉洞5个滴水点的DIC-δ13C平均值为-8.98‰,两个池水点的DIC-δ13C平均值为-6.98‰,池水的DIC-δ13C比滴水的重2‰.对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DIC-δ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DIC-δ13C值则是对湿润气候的滞后响应.洞穴水的DIC-δ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期.洞穴水DIC-δ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DIC-δ13C造成一定的影响.研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DIC-δ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化.     

藏北地区午后热对流天气过程特征

利用常规气象观测资料、NCEP及ERA-interim再分析资料,对那曲市2017~2019年6~8月发生的热对流降水进行统计分析,结果表明：近三年出现了27d的热对流天气,午后热对流降水最集中的时段是15~17时;出现热对流天气时最高气温（Tmax）、最高地温至少分别达到14.2℃、32℃,日最高气温、最高地温与08时的数值相比较,平均高出10.4℃、37.3℃;从对流温度（Tg）看,当Tmax-Tg处于（1.5~5.5）℃区间时,出现热对流的频率最高,当Tmax-Tg值<1℃或>8℃时,出现热对流的概率为0,并非Tmax-Tg值越大,热对流发生的概率就越大;水汽条件上,08时平均湿层在460hPa以下,具有上干下湿的特性;通过订正Tlog-P曲线得到,发生热对流时CAPE值最少要达到800J·kg⁻¹;从个例合成分析得出,对流发生前那曲市处于高压控制或晴空少云状态,午后有辐合上升运动,低层的辐合上升引起周围水汽的汇聚;水汽的来源是前期平流输送或是地表蒸发有待于进一步研究。     

基于Landsat卫星数据的山东临沂市热岛效应研究

利用Landsat卫星数据分别反演了2005年和2014年临沂市的地表温度和不透水层指数,分析了城市化进程对临沂市热岛效应的影响。结果表明,2005年临沂市表现为中等强度的热岛效应,2014年表现为强热岛效应。利用地面站点资料统计分析来看,2005～2014年,临沂市热岛强度总体呈波动增加的趋势,冬季最强,春秋季次之,夏季较弱。分析城市化因子发现,城市经济、人口、用电消耗、城市房屋面积增量等多个因素对城市热岛强度变化的影响,其相关系数分别为0.86、0.82、0.67、0.81,其中房屋面积增量与热岛强度增强密切相关。从不透水层指数分布图的动态变化来看,也说明了城市化进程中城镇建筑和硬化的路面的增多导致了热岛强度的增强。