青藏高原上空甲烷的时空分布特征及其夏季高值形成机制分析

利用搭载在美国Aqua卫星上的大气红外探测仪(AIRS)观测资料反演的全球甲烷(CH_4)产品和NCEP再分析资料,分析了2003~2014年青藏高原上空CH_4的时空变化特征,探讨了夏季CH_4高值变化与季风的关系。研究结果表明:就青藏高原整体而言,CH_4浓度随高度增加递减;对流层中高层CH_4含量季节变化较为明显,其平均浓度在7~9月处于高值,6月、10月次之,其余月份处于低值。2003~2014年CH_4含量呈逐年上升趋势,年增长率约为4.66ppb(10-9)。高原上空CH_4空间分布分析显示,高原北部CH_4浓度高于南部地区。夏季风期间,随着高原上的强对流输送和上空南亚高压的阻塞,对流层中高层CH_4浓度明显增加并不断积累,在8月底至9月初出现最大值。在分析季风指数的基础上发现,夏季季风影响下的强对流输送是高原对流层中高层CH_4高值形成的主要原因之一,对流层中高层CH_4浓度最大值出现时间较季风指数的峰值滞后约半至一个月,随着夏季风的撤退,CH_4浓度高值迅速降低。     

青藏高原大气甲烷浓度时空分布变化特征

利用瓦里关大气本底站甲烷观测数据对美国Aqua卫星的AIRS观测结果进行对比分析,并分析研究了2003~2012年青藏高原对流层大气甲烷的时空分布特征,结果表明:1)AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致,存在显著的正相关关系,突变时间比较一致,可以用于青藏高原区域的甲烷浓度特征分析。2)青藏高原对流层甲烷浓度在空间分布上存在显著的西北—东南走向的低值带及其南北侧存在4个固定的高值中心,分别位于阿里、那曲、山南和玉树。3)青藏高原甲烷浓度呈现显著随高度而降低的趋势,年平均甲烷浓度分别为1.810ppm(1 ppm=10-6)、1.797 ppm和1.781 ppm。在对流层中层和中上层,甲烷浓度基本呈现低值带最低、南北侧均高的山谷型分布特征。在对流层层顶,以低值带为分界线,呈现明显的南高北低特征。4)青藏高原甲烷浓度随时间呈缓慢上升趋势,平均速度为0.0018 ppm/a,夏季上升最快,秋季上升最慢。5)青藏高原甲烷存在明显的单峰型季节变化特征,夏秋季高,冬春季低,与东部地区冬、夏双峰型特征不同,随着高度上升季节变化更为明显。     

1991~2010年中国小时暴雨时空变化格局及其与城镇化因子的空间相关分析

采用1991~2010 年小时降水数据对中国小时暴雨雨量和雨时进行研究。结果表明,在时间上,1991~2010年中国小时暴雨雨量和雨时的年累计值在波动中呈明显增加趋势。在空间上,小时暴雨雨量和雨时的高值区主要集中在中国黑龙江漠河—云南腾冲一线的东部地区,该界线以西则是低值地区,其中小时暴雨变化最为显著地区主要集中在中国东南沿海地区和西北内陆地区。中国白昼和夜晚的小时暴雨雨量和雨时在空间分布上也有类似的规律。在日变化的时间尺度上,小时暴雨雨量和雨时呈现出双峰现象,最高值均出现在17：00（北京时间,下同）,而最低值出现在12：00。同时选择表征城镇化发展水平的夜晚灯光指数、黑炭气溶胶、低能见度日数和细颗粒物（PM2.5）浓度4 个因子,分别与小时暴雨雨量和雨时做空间相关分析。在全国平均水平上,4 个空间相关系数均在波动中呈明显增加趋势;而在中国气候变化区划一级分区上,空间相关系数均呈增加趋势,且增加趋势最为明显的是II 分区和III 分区。     

1616-1911年河南省异常洪涝灾害的时空特征及其成因

通过分类和整理1616-1911年河南省洪涝灾害记录,建立了洪涝灾害等级序列。采用Morlet小波变换、DBSCAN空间聚类等方法研究了河南异常洪涝灾害时空分异规律。探讨了洪涝发生对东亚夏季风和太阳活动变化的响应。结果表明：河南省洪涝灾害的发生存在80 a、30 a、20 a、9 a 4个主周期。在不同冷暖时期,北部地区洪涝灾害强度大于南部地区,且气候冷期洪涝强度和发生区域明显大于气候暖期,这除了与降水分布有关外,可能还与水域分布有关。河南南、北部洪涝强度对东亚夏季风强度的响应存在较大的差异,在东亚夏季风强年,季风系统位置偏北,易引起北部地区多洪涝;在东亚夏季风弱年,季风系统位置偏南,易引起南部地区多洪涝。不同时间尺度上二者相关性有显著差异,在100 a及以下时间尺度上,东亚夏季风对河南南部的洪涝影响显著;在200 a时间尺度上,东亚夏季风对河南北部的洪涝影响更显著。洪涝灾害易出现在太阳黑子数极值年及其附近,出现在极大值M年的频率高于极小值m年。河南北部的洪涝在各种不同时间尺度上对太阳黑子周期长度（SCL）的变化均有显著响应,河南南部的洪涝只在100 a尺度上对SCL的变化有显著响应,即当SCL变长（太阳活动减弱）时,有利于河南北部洪涝的少发;反之有利于洪涝的多发。河南省洪涝的变化可能是太阳活动与东亚夏季风共同作用的结果。进一步揭示历史洪涝发生规律及其成因对于正确预估未来旱涝趋势具有重要意义。     

四套土壤湿度再分析数据在中国西北东部—华北—江淮地区的适用性研究

基于1992~2010年全国778个农业气象站土壤湿度观测资料、ERA-Interim、JRA55、NCEP-DOE R2和20CR土壤湿度再分析资料,通过平均差值、相关系数、差值标准差、标准差比四个参数,利用Brunke排名方法和EOF(Empirical Orthogonal Function)分析,对四套土壤湿度再分析资料在中国西北东部—华北—江淮区域的适用性进行了分析。主要结论如下:不同季节的平均偏差空间分布上,JRA55资料同观测数据的平均偏差在±0.08m~3 m~(-3)之间,春、夏季西北东部JRA55土壤湿度偏小,ERA-Interim、NCEP-DOE R2、20CR资料较观测数据偏湿,华北南部、江淮地区平均偏差小于西北东部、华北北部。在年际变化上,各个季节ERA-Interim资料同观测资料最为接近,能稳定地再现西北东部、华北、江淮地区土壤湿度干湿变化趋势,反映出重要的旱涝年。整体而言,四套再分析资料中ERA-Interim资料同观测资料接近,JRA55、NCEP-DOE R2资料次之,20CR资料最差。     

2011—2015年安徽省高速公路低能见度变化特征

利用2011—2015年安徽省高速公路自动气象观测站观测的能见度资料,分析了安徽省低能见度年、日变化及其与降水的关系,结果表明：受降雨影响,大别山区和皖南山区部分站点低能见度出现频率最高时段在汛期（5—9月）,其他地区主要出现在10月和11月。低能见度出现时间存在明显日变化,夜间出现频率高于白天,19：00以后开始逐渐增多,日出前后达到最大,之后迅速减少。7—8月的13：00—17：00出现与降水相关的低能见度频率较高。不同季节里,各站低能见度出现最多的时间和频率存在一定差异,春季和秋季最低能见度主要出现在日出前后,冬季主要出现在夜间到日出之前,夏季江淮之间北部和淮北地区主要出现在日出前后,江淮之间南部到江南在一天各时间段内出现频率较为均匀。     

江南春雨的时空分布特征及其旱涝年环流差异

利用1979—2010年中国753站逐日降水资料,定义了江南春雨时间范围(12—27候)和空间范围(110~120°E,23~30°N),并通过EOF方法分析了江南春雨的时空分布特征,得到3个主要模态:全区一致型、南北反相型和东西反相型。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析了江南春雨的旱涝年的环流差异。结果表明:江南春雨偏涝年,上游青藏高原东南侧的西南风增强,西太平洋副热带高压加强西伸,有利于来自副高南侧的水汽与高原南侧的水汽汇合向江南地区输送,而江南地区的上升运动也明显加强,有利于江南地区降水的产生。进一步分析发现在春雨期涝年青藏高原的热源强度明显强于旱年,导致高原东南侧的绕流增强,进而有利于江南地区的降水,而旱年情况大致相反。此外,比较旱涝年西太平洋—东亚大陆之间的纬向海陆热力差异发现,涝年大约在第11候发生冷热源的反转,旱年则在第16候反转。涝年江南地区春雨期热源强度也明显强于旱年,进一步说明江南地区冷热源的反转以及增强对于江南地区的降水具有重要的作用,同时对于判定江南春雨的季风降水性质具有重要指示意义。     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

北疆地区极端降水事件气候特征分析

利用北疆地区42个台站1961—2011年逐日降水量资料,采用百分位法统计分析极端降水事件发生频次的空间分布特征,运用线性趋势法探讨极端降水事件的时间演变特征。结果显示:北疆地区1961—2011年极端降雪与极端降雨阈值的分布总体类似,极端降雨(雪)阈值天山山区及北麓(中东部)较大,古尔班通古特沙漠西南缘(西—西北缘)较小。多年平均极端降雨事件为3.76d,极端降雨事件呈一致增多趋势;多年平均极端降雪事件为2.84d,大部分台站极端降雪事件呈增多趋势;极端降雨(雪)量总体表现为增大趋势。暴雨、暴雪事件多年平均分别为0.45d和0.82d,天山区中部出现最多,80%以上的台站呈增多趋势。     

1961-2009年新疆伊犁地区暴雨日数时空变化特征

根据1961-2009年伊犁地区10个自动站逐日降水资料,采用线性趋势、累积距平、M-K 突变检验、以及周期分析等方法,分析近 49 a暴雨日数的年代际、年际、月、旬、空间的变化规律及其周期变化,并对该地区近 49 a暴雨日数进行突变检验。结果表明：近49 a来伊犁地区的暴雨日数呈上升趋势,其线性倾向率为0.107 d/10 a;暴雨主要发生在5-7月,约占总数的73.2 %,其中6月最多,7月次之;暴雨异常偏少年为1995年,暴雨异常偏多年为1996、1999、2002、2003和2007年;暴雨日数由西向东、由北向南均呈逐渐增加趋势;暴雨日数发生频次存在显著2.8 a左右年际变化周期。