东亚夏季风降雨的可预报性研究

本文根据CMAP(The Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)观测资料,使用相关系数和均方根误差,对CHFP2(Coupled Historical Forecast Project, phase 2 )的2个模式对东亚夏季降雨的季节预报技巧作出评价。在完美模式的理论框架下,分别使用基于信噪比的潜在相关系数和基于信息熵的潜在可预报性指标,对该区域主要针对夏季降雨的可预报性作出评价。通过最可预报分量分析(PrCA),得到季节降雨的最可预报型。将最可预报型投影到海温场,得到了降水最可预报型对应的海温分布。研究发现:相关系数所反映的预报和观测的线性相关程度总体上是低纬度海洋区域比高纬度陆地区域高,而均方根误差反映的则是在海洋区域降雨预报偏离实际值的程度较陆地区域大,预报水平与目前降雨的季节预报水平相符。潜在可预报性估计表明,潜在可预报率存在空间上的变化,从低纬度向高纬度、从海洋到内陆,呈衰减趋势。同时,信号和噪音的分析表明,信号成分占主导作用,形成了潜在可预报率的空间分布格局,暗示了海洋外强迫的重要作用;中国大陆缺少像海洋区域那样明显的外强迫,因此降水季节预报技巧相比热带海洋区域非常有限。海温投影的分析表明海洋的外强迫是东亚降雨季节预报的重要来源。尽管厄尔尼诺本身的复杂性,它对东亚夏季风的重要影响及其与东亚降雨预报之间的遥相关揭示了它们内在的联系。     

南海海平面高度年循环的特征

根据 ＴＯＰＥＸ／ ＰＯＳＥＩＤＯＮ－ＥＲＳ高度计提供的海平面高度异常资料和并行海洋气候模式（ＰＯＣＭ）模拟海平面高度资料，分析了南海海平面高度年循环特征。结果表明：ｌ月，３月和５月海平面高度的异常值分别与７月，９月，１１月的异常值相反。ｌ月（７月），深水海区与吕宋海峡的海平面高度为负（正）异常，在大部分陆架区和南海的西和南部，海平面高度为正（负）异常。在３月（９月），除海平面高度异常的量级已减少，且较小的ＳＳＨ正异常（负异常）出现在南海的中部以外，海平面高度异常的分布型与 １月（７月）类似； ＳＳＨ的年循环的最大振幅出现在吕宋岛的西北海域；风的季节变化是南海ＳＳＨ季节变化的主要原因。     

印度洋热力分异与洋际协同对中国气候的影响及关键灾害风险初探

印度洋是泛第三极海陆气系统的重要成员,同时是全面顺利推进“21世纪海上丝绸之路”建设的关键海域,其热力状况严重影响亚洲季风变异及我国和全球的气候变化。文章从印度洋热力异常的模态分型、中小尺度关联、海气相互作用过程、洋际协同效应以及对我国气候环境的关键影响风险等角度进行分析探讨,并针对研究现状和不足提出研究建议。结果表明：印度洋热力分异与跨区域多源、多尺度交互胁迫对我国东部季风气候与环境生态具有重要协同调控作用和高致灾风险。建议通过国际合作开展海洋全要素过程综合调查,夯实印度洋多维度系统观测体系,突出印度洋中小尺度动力过程研究,深化跨界面多尺度过程相互作用、影响和适应有关的耦合机理、联合影响、协同效应气候诊断分析,明确作用隶属和通道机制;发展大数据诊断人工智能和机器学习自适应自组织新方法与数字孪生新技术,丰富中小尺度理论和建模研发,提高我国季风气候和海洋环境变化及其极端灾害研究与预测水平,服务于关键风险预估和等级区划以及灾害精准防治,为“21世纪海上丝绸之路”的气候与海洋环境安全保障及我国防灾减灾与风险治理提供必要科学参考和科技支撑。     

2017年春季季风间期南海中北部浮游植物生长与微型浮游动物摄食

Phytoplankton growth rates and mortality rates were experimentally examined at 21 stations during the 2017 spring intermonsoon(April to early May) in the northern and central South China Sea(SCS) using the dilution technique, with emphasis on a comparison between the northern and central SCS areas which had different environmental factors. There had been higher temperature but lower nutrients and chlorophyll a concentrations in the central SCS than those in the northern SCS. The mean rates of phytoplankton growth(μ_0) and microzooplankton grazing(m) were(0.88±0.33) d~(–1) and(0.55±0.22) d~(–1) in the central SCS, and both higher than those in the northern SCS with the values of μ_0((0.81±0.16) d~(–1)) and m((0.30±0.09) d~(–1)), respectively.Phytoplankton growth and microzooplankton grazing rates were significantly coupled in both areas. The microzooplankton grazing impact(m/μ_0) on phytoplankton was also higher in the central SCS(0.63±0.12) than that in the northern SCS(0.37±0.06). The microzooplankton abundance was significantly correlated with temperature in the surface. Temperature might more effectively promote the microzooplankton grazing rate than phytoplankton growth rate, which might contribute to higher m and m/μ_0 in the central SCS. Compared with temperature, nutrients mainly affected the growth rate of phytoplankton. In the nutrient enrichment treatment,the phytoplankton growth rate(μn) was higher than μ_0 in the central SCS, suggesting phytoplankton growth in the central SCS was nutrient limited. The ratio of μ_0/μn was significantly correlated with nutrients concentrations in the both areas, indicating the limitation of nutrients was related to the concentrations of background nutrients in the study stations.     

不同分辨率BCC_AGCM模式对东亚区域垂直云量的模拟

基于ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)资料分析了BCC_AGCM2.1(Beijing Climate Center_Atmospheric General Circulation Model 2.1)和BCC_AGCM2.2模拟的云在东亚的垂直分布特点,并探讨了误差来源。两个模式大体上模拟出了总云量的分布形势,较好地模拟出了垂直方向上云量大值带随地形的变化特点,但模拟的总云量偏少。AGCM2.2模拟的云量整体上小于AGCM2.1,除复杂地形外AGCM2.2没有体现出高分辨率的优势。模式对中国东部环流场的模拟效果差导致模拟的云量偏少,尤其是AGCM2.2。模拟的对流层高层相对湿度明显偏大导致高层云量偏大。模式在近海面模拟的相对湿度偏小,四川盆地及周围地区冷季模拟的水汽含量偏少,因而模拟的云量偏少。模式云量对相对湿度的响应能力较好,模拟出了云量对垂直速度和稳定度的响应,但地区差异不明显。模式的云参数化方案中云与相对湿度的关系系数需要调整,应更利于云的生成。     

中更新世气候转型时期南海生态环境的南北差异

中更新世气候转型在南海浮游有孔虫、氧同位素和其它生物记录上主要反映在900 ka BP前后发生高频率变化,特别是指示表层水骤然降温。北部冬季表层水温从24~25℃降至17~28℃,而南部也从26~27℃降至23~24℃。总的降温趋势与开放西太平洋一致,直接反映了西太平洋暖池在900 ka BP之后MIS22期间有明显的减弱。表层水大幅度降温还发生在后继的MIS 20、18、16几大冰期,说明主要冰期旋回周期由41 ka转变为100 ka经历了长达400 ka的过渡时期,并且冬季风增强也在过渡时期的后半段最明显。南海南北生物组合和δ18O值的差异,突出了中更新世气候转型期边缘海区南北气候梯度反差和冬季风在冰期增强的讯号。结论是：生态环境系统反应总体表现与冰期旋回一致的同时,还包含了独特的地区性系统演变特征。但是,南海—西太平洋地区在0.9 Ma BP前后表层海水盐度因东亚冬季风和海平面下降的定量变化,以及这些变化对气候转型时期海—气耦合过程和生态环境系统的影响,尚缺乏足够的资料和证据。     

西太平洋暖池对西北太平洋季风槽和台风活动影响过程及其机理的最近研究进展

本文回顾和综述了近年来关于西太平洋暖池对西北太平洋热带气旋和台风（TCs）活动影响过程及其机理的研究进展。文中首先简单回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态和菲律宾周围对流活动变化特征及其对与TCs活动有关的南海夏季风爆发和西太平洋副热带高压的季节内、年际变异的影响过程和机理的研究;然后,本文系统地回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态通过西北太平洋季风槽影响TCs活动年际和年代际变化的影响过程及其机理的研究。此外,文中还指出了关于西太平洋暖池对西北太平洋上空季风槽和TCs活动变异的热力和动力作用需进一步深入研究的科学问题。     

季风影响下的青藏高原上空甲烷、水汽及云的变化

为进一步了解季风对于水汽及其它大气成分的输送作用,利用美国Aqua卫星上AIRS反演的甲烷（CH4）和MODIS反演的水汽、云高和云量等卫星观测资料,分析了2003至2010年中国青藏高原上空CH4、水汽和云在季风期间的变化及其与季风指数的关系。研究发现：夏季（6月至9月）高原上空水汽、云量和云顶高度的变化与季风指数有很好的相关;在强对流影响下,输送到高原上空的水汽增多,引起云量增多,云顶高度增加,而向上输送的甲烷引起高原上空CH4浓度增加,并在青藏高压强大的反气旋的阻塞下CH4不断积累,在季风期的后半程维持一个高值,但最大值出现在8月底至9月初,比季风指数的峰值晚近一个月。随着季风减退和青藏高压的消失,甲烷的高值快速消失。由此可见,夏季青藏高原的强对流输送无疑是甲烷高值形成的主要动力机制之一。cH4作为一种长寿命的温室气体,有潜力作为一种示踪气体来帮助研究季风和季风期间高原上空强大的反气旋动力机制的变化。     

EVIDENCE FOR ABRUPT CLIMATIC CHANGES ONNORTHWESTERN MARGIN OF EAST ASIAN MONSOON REGION DURING LAST DEGLACIATION

Based on investigations of the Zhongwei Nanshan aeolian section situated in the southeastern margin of Tengger Dcsert, carbon-14 and TL (thermoluminescence) dating results and paleoclimatic proxies such as magnetic susceptibility and grain size, we inferred that the northwestern margin of East Asian monsoon region experienced abrupt climatic changes during the last deglaciation. Six oscillation events were identified: Oldest Dryas, Belling, Older Dryas, AllerФd, lntra-AllerФd Cold Period (1ACP) and Younger Dryas (YD). The summer monsoon was weaker during Oldest Dryas and Younger Dryas when the winter monsoon was stronger. However, during the B/A (BФlling/AllerФd) period, the summer monsoon strengthened, reflected by magnetic susceptibility, when the winter monsoon also became strong, which is different from the paleoclimatic pattern established in the East Asian monsoon region. Furthermore,the summer monsoon was nearly in phase with the climate changes inferred from the oxygen isotopic records of Greenland ice cores. It could be speculated that the variations of the sea ice cover in the high latitudes of the North Hemisphere affected the high pressure of Asian continent and the changes of the winter monsoon inland. On the other hand,the sea ice cover variations might have indirectly caused the occurrence of ENSO events that has tightly been related to the summer monsoon in northwest margin of East Asian monsoon region.