Explanatory analysis of the relationship between atmospheric circulation and occurrence of flood‐generating events in a coastal city

The aim of this study is to enhance the understanding of the occurrence of flood‐generating events in urban areas by analysing the relationship between large‐scale atmospheric circulation and extreme precipitation events, extreme sea water level events and their simultaneous occurrence, respectively. To describe the atmospheric circulation, we used the Lamb circulation type (LCT) classification and re‐grouped it into Lamb circulation classes (LCC). The daily LCCs/LCTs were connected with rare precipitation and water‐level events in Aarhus, a Danish coastal city. Westerly and cyclonic LCCs (W, C, SW and NW) showed a significantly high occurrence of extreme precipitation. Similarly, for extreme water‐level events westerly LCCs (W and SW) showed a significantly high occurrence. Significantly low occurrence of extreme precipitation and water‐level events was obtained in easterly LCCs (NE, E and SE). For concurrent events, significantly high occurrence was obtained in LCC W. We assessed the change in LCC occurrence frequency in the future based on two regional climate models (RCMs). The projections indicate that the westerly directions in LCCs are expected to increase in the future. Consequently, simultaneous occurrence of extreme water level and precipitation events is expected to increase in the future as a result of change in LCC frequencies. The RCM projections for LCC frequencies are uncertain because the representation of current LCCs is poor; a large number of days cannot be classified and the frequencies of the days that can be classified differ from the observed time series. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

CMIP6模式中的中国冬季气温主要区域空间模态及与观测的对比分析

利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的全球气候模式历史模拟试验资料，通过旋转经验正交函数分析得到了CMIP6模式中的我国冬季气温变化主要的区域空间模态。结果表明：CMIP6多模式集合平均中我国冬季气温有4个主要的区域空间模态，分别为中原—西北型，华南型，东北型以及滇藏型。其中，东北型与滇藏型是较为稳定的空间模态，在所选CMIP6模式及观测资料中都稳定存在，这也是前人研究中一致性较高的模态。而我国新疆、西北、华中及华南地区的冬季气温在空间分型上存在分歧，这些地区的分型在以往研究中的一致性也较差。华南型在所选CMIP6模式内是一致存在的模态，中原—西北型在模式内部的差异性较大。在近40 a观测资料中，新疆及西北到我国南方为统一的空间分型，在CMIP6多模式集合平均的结果中新疆及西北地区气温空间分布与我国中原地区的联系更为紧密。CMIP6模式能较好地模拟出与低温空间分布有直接联系的对流层中层的槽的位置，当CMIP6模式和观测中的冬季气温都表现为同一个空间模态时，该模态所对应的对流层中层的主要环流系统在观测和CMIP6模式中也是一致的。     

大尺度环流系统对西北太平洋变性TC频数影响的气候诊断分析

基于中国热带气旋年鉴资料,从气候学角度出发,对西北太平洋TC(热带气旋)发生温带变性的频数与大尺度环流系统间的关系进行了诊断和分析.研究发现变性TC多发生于夏、秋两季,通过对NCEP月平均再分析资料的500hPa高度场进行EOF分解,发现西北太平洋TC变性的频数与65°N附近强冷高压系统在夏、秋两季都存在着正相关关系,且相关性在秋季高于夏季;与30°N附近强副热带高压系统存在负相关关系,夏季副热带高压系统的作用更大;与30°N以南西北太平洋多台风活动区域的弱低压存在显著的负相关,低压越弱,对流越弱,则TC的生成数越少,其中发生变性的TC数也会减少.500hPa高度场EOF分解的第一特征向量所对应的时间函数分布在20世纪70年代中期前后出现了反号,较好地对应了变性TC年频数的年际变化趋势,70年代中期之前变性TC呈总体偏多,之后变性TC的频数总体偏少,呈明显下降趋势.     

粤港澳大湾区地下热水地球化学特征及其热储含义

粤港澳大湾区地热资源丰富, 但人们对区内地下热水地球化学特征的认识还存在一定争议。本文对27组地下热样品的水化学分析表明, 研究区内陆地热水的水化学相主要为重碳酸盐型, 沿海地热水则主要呈氯离子型。地热水的δ2H和δ18O值分别为–30‰ ~ –48‰和–5.2‰ ~ –7.5‰。内陆地热水的δ2H和δ18O值沿当地大气降水线(LMWL)分布, 表明内陆地热水来源于当地大气降水补给。沿海地热水的δ18O值偏离当地大气降水线并向海水数据点靠拢, 沿海地热水的δ18O值与Cl–含量呈强正相关, 表明沿海地热流体源于当地大气降水和海水混合补给。经典地球化学温标、多矿物平衡状态模拟、硬石膏-玉髓矿物对饱和指数模拟以及硅-焓混合模型揭示的粤港澳大湾区地热系统热储温度为104~156 ℃。内陆地热水中的地下冷水的混入比例为52%~84%, 沿海地热水中海水的混入比例高达37%。内陆和沿海地热水的最大循环深度分别为3300~4800 m和3200~4200 m, 没有显著差别。水化学组成与氢氧同位素研究均表明, 水岩反应和混合作用共同控制着研究区地下热水的地球化学特征。     

基于大气环流的稻纵卷叶螟气象预测模型

基于1980-2016年全国稻纵卷叶螟逐年发生面积、产量损失资料、逐月74项大气环流特征量以及南方15省(区、市)地面气象资料,采用因子膨化处理技术、Pearson遥相关分析法和逐步回归分析法,筛选对中国稻纵卷叶螟发生面积率有显著影响的大气环流因子,构建中国稻纵卷叶螟发生面积率的多时相动态大气环流预测模型,探讨大气环流对中国稻纵卷叶螟发生的可能影响机制。结果表明:46项大气环流因子与稻纵卷叶螟发生关系密切,副热带高压类、极涡类环流因子是中国稻纵卷叶螟发生面积率的主导影响因子。建立的中国稻纵卷叶螟发生面积率年前、年后3-10月的月动态预测模型历史拟合较好,对2015年、2016年1月初及3-10月各月初外延预报两年平均准确率分别达86.6%,90.5%,91.8%,93.4%,93.4%,94.0%,94.0%,94.3%,95.4%。关键环流特征因子、当年气候年型和稻区5-9月气象条件对中国稻纵卷叶螟的发生程度具有较好的指示效应,稻纵卷叶螟发生面积率较大的年份主要出现在干暖年和湿暖年;干冷年型常导致稻纵卷叶螟发生面积率偏小。     

广西输电线路覆冰典型年份的环流特征分析

采用NCEP/NCAR逐月再分析资料、广西北部43个气象台站的温度、湿度、风、降水、导线覆冰等观测资料以及广西输电线路覆冰资料,建立雨凇覆冰厚度计算模型,并得出气象台站的历史覆冰厚度序列。采用数理统计和合成分析等方法研究典型覆冰年份的时空特征、环流背景及气象要素变化特征,结果发现:广西输电线路覆冰主要出现在冬季的桂北,并有逐年减轻的趋势,MannKendall突变检验表明,存在1个明显的突变点,出现在1985年;广西典型覆冰年份,500 hPa欧亚大陆中高纬地区呈明显的"两槽一脊"型,广西高空处于南支槽前,地面受冷高压脊控制;赤道中东太平洋,从夏季到秋季,海温由偏高转为偏低,到冬季SSTA维持为负距平,说明广西输电线路覆冰与LA NINA事件有较密切的关系。当日最低气温在0.2℃以下,风速5 m·s-1,并伴有雨凇和弱降水,低温寡照天气时容易出现覆冰。     

中亚五国局地暴雨及其环流特征

采用NCEP/NCAR全球逐日格点再分析资料,分析了中亚五国暴雨的落区特征,归纳了不同落区暴雨环流形势的天气学特点。结果表明：中亚五国暴雨次数较少,局地性强。暴雨三个相对集中的区域分别为哈萨克斯坦西部、北部和东部。中亚五国暴雨的环流可分为11个环流型。中亚五国暴雨的影响系统主要为东欧低值系统东南伸,西西伯利亚低值系统西南伸,以及中纬度西风带上东移的短波。伊朗脊是控制中亚五国降水的主要天气系统。中亚五国降水主要有3个水汽源地,分别是地中海,大西洋和北冰洋。     

东亚夏季风次季节变化研究进展

东亚夏季风次季节（10~90 d）变化是中国夏季持续性强降水、高温热浪等高影响天气事件的重要环流载体,处于天气预报上限和气候季节预测下限之间的预报过渡区。研究表明:东亚夏季风次季节变化是东亚夏季风的固有物理特征,它和季节进程之间的时间锁相关系是东亚夏季风次季节变化潜在可预报性的重要来源。东亚夏季风次季节变化与Madden-Julian振荡（MJO）存在显著差异,试图通过MJO来预测东亚夏季风次季节变化的不确定性较大。东亚夏季风次季节预测的另一重要来源是下垫面外强迫,包括欧亚大陆春季积雪、中国东部春季土壤湿度和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件。此外,去趋势偏-交叉相关分析统计方法能够分析东亚夏季风多因子和多时间尺度问题。目前,亟需解决的科学问题包括:东亚夏季风次季节模态的客观定量描述、造成东亚夏季风次季节模态年际变化的关键物理过程、不同外强迫因子对东亚夏季风次季节模态的共同影响。     

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。