大气环流的季节突变与季风的建立I·基本理论方法和气候场分析

将曾庆存等提出的大气环流的季节划分和计算季风的理论方法作了改进,使之更便于研究季风的建立过程。该理论方法将环流突变和季风建立时段,其“变差度”和与其前和其后场的“相似度”等由空间场的泛函随时间的变化(即数学名词上的“流”[flow])一起求出来。研究I先分析气候平均场,II分析各个别年份的情况及年际变化。研究I的结果表明:(1)该方法可以客观定量地定出“突变”时段的关键日期;与季风建立过程联系,即是季风建立的“预兆日期”,它比人们用天气-气候学方法(甚至用别的气象要素)定出的可以明显感觉到的或有明显实用价值的“季风来临日期”要早2至4天。(2)在北半球亚澳季风系统区域,夏季风的来临在许多关键地区伴有明显的环流突变,建立和推进都很快,但也有许多区域不表现为当地环流的突变,推进速度也慢。(3)北半球亚澳季风系统低空的热带季风分支,在6月中以前可明确区分为3个子系统,(a)西太平洋暖池和邻近低纬区域,4月中下旬建立;(b)热带东北印度洋(北界与孟加拉湾相邻,但不包括其在内)及索马里东边海洋,4月末至5月初建立;和(c)南海区域,5月上旬从南到5月下旬到北部。南海夏季风向北推进最快,于5月末候即可达北回归线附近,然后与暖池西北区域风场的突变一起,于6月中旬影响到东亚30°N区域;印度洋季风于6月初到达印度半岛东南端,然后逐渐推向印-巴次大陆。7月中以后,热带季风才连成一片,由非洲东岸直至长江下游和菲律宾附近。副热带季风分支于6月中旬可以感到其影响,于7、8月盛行于东亚和西太平洋区域,且结构和演变都比较复杂;6~7月间只表现为在(5~20°N,120~150°E)区域有强的环流突变(与副高增强并北移对应),7月中至8月底,则在上述区域和沿30°N的长江下游和日本以南的洋面上有3个强的环流突变中心(对应于副高又一次增强北移和西伸)。这里暂不讨论温寒带季风分支。(4)季风具有鲜明的三度空间斜压结构,尤其是在低空季风“爆发”之前,平流层早已有强的环流突变,季节调整完成,然后突变向下延伸(虽然强度大减),跟着就有当地的低空季风“爆发”(建立)。平流层和对流层环流的相互作用及其与季风建立的关系很值得进一步研究。     

Seasonal patterns of soil respiration in three types of communities along grass-desert shrub transition in Inner Mongolia,China

The seasonal dynamics of soil respiration in steppe (S. bungeana), desert shrub (A. ordosica), and shrub-perennial (A. ordosica + C. komarovii) communities were investigated during the growth season (May to October) in 2006; their environmental driving factors were also analyzed. In the three communities, soil respiration showed similar characteristics in their growth seasons, with peak respiration values in July and August owing to suitable temperature and soil moisture conditions during this period. Meanwhile, changes in soil respiration were greatly influenced by temperatures and surface soil moistures. Soil water content at a depth of 0 to 10 cm was identified as the key environmental factor affecting the variation in soil respiration in the steppe. In contrast, in desert shrub and shrub-perennial communities, the dynamics of soil respiration was significantly influenced by air temperature. Similarly, the various responses of soil respiration to environmental factors may be attributed to the different soil textures and distribution patterns of plant roots. In desert ecosystems, precipitation results in soil respiration pulses. Soil carbon dioxide (CO₂) effluxes greatly increased after rainfall rewetting in all of the ecosystems under study. However, the precipitation pulse effect differed across the ecosystem. We propose that this may be a result of a reverse effect from the soil texture.     

环境场大尺度锋面系统与变性台风结构特征及其暴雨的形成

本文将登陆台风环境大尺度锋面系统动力、热力结构作为台风变性发展的关键影响因子。本文的分析研究揭示了变性台风半冷半暖的热力非对称结构,及其演变过程气压谷型、动能峰型、降水增幅特征形成的环境场影响因子。本文的数值试验表明,台风环境场斜压结构（锋面特征）可以显著地影响台风变性过程,并可导致台风中心气压呈“谷型”、动能“锋型”以及热力非对称结构特征。引起台风变性涡旋加强及其暴雨增幅现象或台风衰减、消亡。本文的数值试验证实了登陆台风变性发展的某些成因,某种程度揭示了中低纬度系统的相互作用的机理问题。     

On the Differences and Climate Impacts of Early and Late Stratospheric Polar Vortex Breakup

The stratospheric polar vortex breakup (SPVB) is an important phenomenon closely related to the seasonal transition of stratospheric circulation. In this paper, 62-year NCEP/NCAR reanalysis data were employed to investigate the distinction between early and late SPVB. The results showed that the anomalous circulation signals extending from the stratosphere to the troposphere were reversed before and after early SPVB, while the stratospheric signals were consistent before and after the onset of late SPVB. Arctic Oscillation (AO) evolution during the life cycle of SPVB also demonstrated that the negative AO signal can propagate downward after early SPVB. Such downward AO signals could be identified in both geopotential height and temperature anomalies. After the AO signal reached the lower troposphere, it influenced the Aleutian Low and Siberian High in the troposphere, leading to a weak winter monsoon and large-scale warming at mid latitudes in Asia. Compared to early SPVB, downward propagation was not evident in late SPVB. The high-latitude tropospheric circulation in the Northern Hemisphere was affected by early SPVB, causing it to enter a summer circulation pattern earlier than in late SPVB years.     

从华北克拉通中、西部结构的区域差异性探讨克拉通破坏

详细的深部结构信息是深入认识华北克拉通显生宙改造和破坏的重要依据。基于密集流动地震台阵和固定台网记录的远震P波和S波接收函数资料,获得了跨越华北克拉通东、中、西部的3条剖面的岩石圈和上地幔结构图像,揭示了克拉通不同区域深部结构特征的显著差异。与东部普遍减薄的岩石圈(60～100km)相比,中、西部表现出厚、薄岩石圈共存的强烈横向非均匀性,既在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着厚达200km的岩石圈,又在新生代银川—河套和陕西—山西裂陷区存在厚度<100km的薄岩石圈,差异最大的厚、薄岩石圈仅相距约200km。岩石圈厚度在东、中部边界附近的约100km横向范围内显示出20～40km的迅速增加。岩石圈厚度的快速变化与地表地形从东向西的突然改变以及南北重力梯度带的位置大致吻合,并对应于地壳结构、地幔转换带厚度和660km间断面结构的快速变化。这种从地表到上地幔底部深、浅结构的耦合变化特征表明,东西两侧区域在显生宙可能经历了不同的岩石圈构造演化和深部地幔动力学过程。克拉通东部薄的地壳、岩石圈和厚的地幔转换带以及复杂的660km间断面结构可能与中生代以来太平洋板块深俯冲及其相关过程对这一地区岩石圈的改造和破坏有关;而中、西部存在显著减薄的岩石圈这一观测结果,并结合岩石、地球化学资料表明,克拉通岩石圈改造和减薄不仅发生在东部,而且可能影响了包括中、西部在内的更广泛的区域。岩石圈薄于100km的中、西部裂陷区可能与先前存在于岩石圈中的局部构造薄弱带相联系。这些古老岩石圈薄弱带可能经历了后期构造事件的多次改造,并在新生代印度—欧亚陆陆碰撞过程中被进一步弱化、减薄,最终造成地表裂陷。另一方面,中、西部总体较厚的地壳、岩石圈以及正常偏薄的地幔转换带表明,同太平洋深俯冲对东部的作用相比,包括印度—欧亚大陆碰撞在内的多期热-构造事件对该地区的构造演化影响相对较弱,不足以大范围改造和破坏高强度的克拉通岩石圈地幔根,从而造成了该地区现今岩石圈结构的高度横向不均匀。     

福建早侏罗世火山作用的动力学机制及大地构造学意义探讨

通过对福建早侏罗世火山作用的研究,对中生代大地构造演化提出了新的看法。研究认为华南地区的早中生代火山作用是印支运动后造山大陆裂解（伸展）形成的,与古太平洋板块俯冲无关;中侏罗世是区域中生代构造-岩浆活动性质发生重大变化的主要时期,由于古太平洋板块作用导致印支后造山裂解大陆的闭合,构造域转换发生在中侏罗世。中侏罗世太平洋板块往北西方向俯冲碰撞和持续挤压,早侏罗世的火山-沉积盆地逐渐开始闭合,开始从东西向特提斯构造域向北东向太平洋构造域的体制转换,在地球动力学体制上,由后造山阶段的伸展应力体制转换为挤压应力体制。     

三大自然区过渡带生境质量时空差异及形成机制——以榆中县为例

以地处三大自然区过渡地带的榆中县为案例,分析了1995-2015年县域及内部分区生境质量演变的时空特征,借助地理探测器模型分析并探索了生境质量影响因素及其机制。结果表明：① 全县生境质量变化保持稳定并略有提升,县域内部生境质量变化呈现出由南向北递减的三级梯度特征;② 全县生境质量的地带间与地带内差异均趋于缩小,北部黄土高原区持续加大,中部平原区连续下降,南部山区则先缩小后增大;③ 全县及县域内部的影响因素及机制因为地理尺度的差异而不同。自然环境变量对生境质量变化发挥着基础和关键性的作用,社会经济变量呈现出减小的态势,而政策调控变量对生境质量的影响则越来越大,各因子间的协同增强效应推动了生境质量的变化。     

青海湖流域土壤可蚀性K值研究

以土壤亚类为基础,依据青海省第二次土壤普查资料建立了青海湖流域土壤亚类理化性质数据库.使用Wischmeier建立的通用方程计算土壤可蚀性K值,利用三次样条函数插值方法转换不同粒径标准的土壤质地;分别使用土壤有机质含量和土壤最小饱和水力传导率来确定土壤的结构和渗透级别.根据计算结果,建立了青海湖流域土壤可蚀性的分级指标.结果显示,中等和高等可蚀性K值的土壤面积分别占流域土壤总面积的72.1%和15.5%,土壤易于侵蚀.使用Arc/Info对青海湖流域土壤地图进行数字化得到值的K空间分布图,分析了流域可蚀性K值的分布规律及其土壤沙化原因,这对青海湖流域水土保持及流域长期规划具有重要意义.     

北半球温带气旋的变化

许多学者对近半个世纪以来温带气旋的频数、强度和路径的年际、年代际变化等特征进行了研究,并探讨了温带气旋变化与大气环流的关系,试图揭示气候变暖背景下温带气旋变化的可能原因。较为一致的研究结论是：在全球变暖背景下,北半球气旋活动的变化显示出在中纬度明显减少,而在高纬度增加的趋势,意味着气旋的路径已经明显地北移。研究还表明,气旋活动的变化与对流层斜压性、急流以及北大西洋涛动、海温梯度等因素有关。     

1949—2014年影响山东的变性台风特征分析

利用1949—2014年上海台风研究所整编的热带气旋年鉴资料、常规降水、大风资料以及NCEP日平均（25°×25°）再分析资料,统计这期间所有影响山东的变性台风,并对这些变性台风时空分布的气候特征进行分析。结果表明：1949—2014年,共有80个变性台风影响山东。影响山东的变性台风变性地点主要在中纬度地区。变性台风的个数有明显的年代际变化和年变化,变性台风主要分布在夏季和秋季,春季和冬季比较少。台风变性地点分布与副热带高压分布还有西风槽的位置及等高线梯度有一定的关系。台风变性时存在明显锋区,锋区强,变性台风个数多,锋区弱,变性台风个数少。影响山东的台风变性后加强的有33个。斜压锋区、一定的冷空气、冷空气从中高层倾斜下沉入侵、高空正涡度平流及低层暖平流这些因子都有利于变性台风强度加强。