气候变化背景下山东大气自净能力特征分析

利用山东22个基本（准）气象站小时气象观测资料,采用A值法计算了山东1961—2017年逐日大气自净能力指数（the atmospheric self-purification capacity index,ASPC）,分析了其气候空间分布特征和时间演变规律,利用MK检验（Mann-Kendall检验）和MT检验（Moving-t,滑动t检验）方法对历年ASPC进行了突变检验。结果表明：平均ASPC气候倾向率减小趋势极显著(P<0.01),除章丘和威海外,其他各地ASPC减小趋势均极显著(P<0.01);春季各月ASPC较大,历年各月ASPC随时间明显减小;年和四季ASPC空间分布基本一致,半岛地区较大,鲁南等内陆地区相对较小;年和春、夏、秋、冬季ASPC突变年份分别出现在2003年和2006年、2003年、2003年、2005年。济南、青岛地区ASPC分别从1999年、1993年开始显著减小,低ASPC日数历年变化大致与ASPC变化相反;济南和青岛历年各月ASPC变化差异明显。     

Atmospheric Response to Mesoscale Ocean Eddies over the South China Sea

The South China Sea(SCS) is an eddy-active area. Composite analyses based on 438 mesoscale ocean eddies during 2000–2012 revealed the status of the atmospheric boundary layer is influenced remarkably by such eddies. The results showed cold-core cyclonic(warm-core anticyclonic) eddies tend to cool(warm) the overlying atmosphere and cause surface winds to decelerate(accelerate). More than 5% of the total variance of turbulent heat fluxes, surface wind speed and evaporation rate are induced by mesoscale eddies. Furthermore, mesoscale eddies locally affect the columnar water vapor, cloud liquid water, and rain rate. Dynamical analyses indicated that both variations of atmospheric boundary layer stability and sea level pressure are responsible for atmospheric anomalies over mesoscale eddies. To reveal further details about the mechanisms of atmospheric responses to mesoscale eddies, atmospheric manifestations over a pair of cold and warm eddies in the southwestern SCS were simulated. Eddy-induced heat flux anomalies lead to changes in atmospheric stability. Thus, anomalous turbulence kinetic energy and friction velocity arise over the eddy dipole, which reduce(enhance) the vertical momentum transport over the cold(warm) eddy, resulting in the decrease(increase) of sea surface wind. Diagnoses of the model's momentum balance suggested that wind speed anomalies directly over the eddy dipole are dominated by vertical mixing terms within the atmospheric boundary layer, while wind anomalies on the edges of eddies are produced by atmospheric pressure gradient forces and atmospheric horizontal advection terms.     

近40年海南岛冷冬气候特征及其成因分析

利用海南岛17个市、县近40年气象观测站逐月气温观测资料,参照《暖冬等级》国家标准,对海南岛异常冷冬事件的时空分布规律进行了分析。在此基础上,利用国家气候中心提供的74项环流指数以及1977—2017年NCEP/NCAR全球再分析格点资料、NOAA ERSST全球海表温度格点资料以及Nino3. 4指数和AO指数,对海南岛冷冬事件形成机制进行了研究。结果表明:海南岛冬季平均气温存在明显的年代际变化特征,近40年海南岛冷冬频发,共出现12次冷冬年。南部市、县发生冷冬的频次大于中部及北部,北部市、县冷冬发生的强度强于南部。海南岛冷冬形成原因主要是对流层大气环流异常,西伯利亚高压增强,东亚冬季风显著偏强,对应副热带高压偏弱、位置偏东,影响海南岛的冷空气更加活跃,使得海南岛冬季气温偏低。另外,南海海温较常年偏低,ENSO冷位相叠加AO指数正位相,有利于进一步诱发大气环流异常,促使海南岛冬季气温偏低,出现异常冷冬事件。     

山西省中北部地区近地面晴天大气电场特征及其与污染物的关系

对2013—2015年山西省大气电场监测系统8个观测站点的观测数据进行了统计分析。着重分析了山西省中北部地区近地面晴天大气电场的时间变化特征,以及大气电场与SO2、NO2、PM10、PM2.5浓度的相关性。结果表明:8个站的日变化均为双峰双谷型,具有典型的大陆型大气电场特征。第一个波谷均出现在04:00—06:00(北京时,下同),第二个波谷出现在12:00—16:00,下午的波谷略低于早晨;第一个波峰出现在07:00—10:00,第二个波峰出现在19:00—21:00,傍晚的值略低于上午。日变化与太阳对地面的辐射和人类活动保持较好的一致。8个站的大气电场年变化为单峰单谷型,波谷出现在夏季,波峰出现在冬季,春季和夏季、夏季和秋季的交界明显,秋季和冬季、冬季和春季的交界不明显。晴天大气电场的变化与大气中SO_2、PM_(2.5)的浓度有较好的一致性,呈正相关,与NO_2、PM_(10)的相关性较差或不相关。     

A STUDY OF NEAR SURFACE WIND PROFILES IN THE HEBEI COASTAL AREA BASED ON OBSERVATIONAL EXPERIMENTS

In order to provide wind profiles for the microscale numerical simulation of wind farm with complex terrain,using the 100 m tower atmospheric turbulence observation experiment data in 2010 in Hebei Province offered by National Climate Center, the variation characteristics of wind profile under the different atmospheric stability conditions are analyzed, and the wind profile expression based on the local similarity theory is established. The results show that:(1) In spring, the occurrence probability of unstable stratification in the Hebei coastal area is as high as 28%, and the probability of stable stratification is more than 43% while, in summer, the probability of occurrence of unstable stratification is as high as 80% with a lower probability for stable stratification; and(2) for stable stratification, the characteristics of atmosphere change is dramatic in terms of the vertical direction, which need to be treated layer by layer.According to the atmospheric turbulence observation experiment data above, under stable stratification, the relationship between the dimensionless velocity gradient and the stability ζ can be expressed as 1 +βmζ, with βm changing with the height: βm takes 4.1-4.3 under 30 m, βm takes 4.6-4.7 between 30-50 m, and βm takes 6.3-6.7 over 50 m.     

空调系统对城市大气温度影响的模拟研究

人为热排放对城市边界层气候效应的影响起着举足轻重的作用。在人为热源的组成中,建筑物内部的能源消耗、热量产生以及室内外热量传输与交换,对于城市热环境的改变有着非常重要的作用。因此,为研究室内空调系统的产热和通过屋顶、墙面、地面进行室内外热量传输扩散,并对室外热环境产生的影响,运用WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式,选取BEP+BEM城市冠层参数化方案,即基于多层城市冠层方案BEP（Building Effect Parameterization）增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM（Building Energy Model）的方案,以南京2010年8月2—3日,夏季三伏天晴天小风天气作为背景天气进行模拟研究。结果表明,采用WRF模式考虑空调系统室内、外能量交换的BEP+BEM参数化方案,能够更好地模拟出夏季晴天城市近地层气温。当假设空调全天开启时,白天模拟值与观测值吻合较好。夜间温度模拟值高于观测值,在22时—次日00时（北京时）,存在1℃左右的偏差。白天空调系统开启对于城市近地层气温的影响不明显,而夜间使得城市气温普遍升高0.6℃,尤其是在居民区密集的地方,22—23时最大有2℃左右的升温。当调整室内空调目标温度从25℃调至27℃时,空调系统能量总释放量减少12.66%,13—16时温度下降最大,平均约为1℃,建筑物越是密集,温度下降幅度越大。      

沙尘和生物气溶胶的环境和气候效应

沙尘气溶胶对海洋生态系统的影响及其气候与环境效应,以及生物气溶胶对人类健康的影响及其气候效应是近年来大气气溶胶研究的热点问题。沙尘气溶胶和生物气溶胶之间有很强的联系,沙尘可作为空气中微生物的载体,沙尘气溶胶影响海洋生态系统之后又会影响海洋上空生物气溶胶的产生。本文回顾了国内外沙尘气溶胶对太平洋海域生态系统影响的研究进展,以及生物气溶胶的研究历史和气候效应,特别是中国科学院大气物理研究所十多年来的有关工作。     

宁夏夏季极端降水日数的变化规律及其成因

利用1961—2015年宁夏逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了宁夏夏季极端降水的变化规律及其成因。结果表明:1)55年来宁夏夏季极端降水日数呈微弱减少趋势,但变率在1994年发生了由大到小的气候突变。各月极端降水的变化存在差异:6月极端降水日数在1982年发生突变,突变后日数显著增多;7月极端降水日数呈微弱减少趋势;8月极端降水日数在1995年发生突变,突变后日数显著减少。2)500 h Pa高度场上6月中国华北—东北与西太平洋上的偶极型异常分布、8月西西伯利亚—蒙古—副热带地区的遥相关波列和EAP异常分布型以及700h Pa上宁夏6月偏东风增强和8月偏北风增强,是导致极端降水事件变化的直接原因。3)6月菲律宾附近海温偏高,有利于500 h Pa高度距平场形成华北—东北与西太平洋的"+-"偶极型异常分布;8月拉尼娜事件的发生,有利于我国呈现西低东高分布型,激发EAP遥相关波列,冷空气与水汽条件相配合,从而导致宁夏极端降水事件频发。     

Unprecedented Heatwave in Western North America during Late June of 2021: Roles of Atmospheric Circulation and Global Warming

An extraordinary and unprecedented heatwave swept across western North America(i.e., the Pacific Northwest) in late June of 2021, resulting in hundreds of deaths, a massive die-off of sea creatures off the coast, and horrific wildfires. Here,we use observational data to find the atmospheric circulation variabilities of the North Pacific and Arctic-Pacific-Canada patterns that co-occurred with the development and mature phases of the heatwave, as well as the North America pattern,which coincided ...     

青藏高原夏季热力状态和南半球大气环流的可能联系

本文通过对观测和再分析数据采用最大协方差分析以及回归、合成等分析方法,研究了青藏高原夏季地表气温与南半球大气环流之间的遥相关关系。结果表明,前期(4月)南半球极地—中高纬度大气环流呈现负位势高度异常、较低纬度印度洋—西太平洋区域呈现正位势高度异常时,高原中部和东部大部分区域夏季出现暖异常。在上述遥相关中,印度洋—西太平洋海温异常可能起到了重要的中间桥梁作用。在高原夏季温度偏高的年份,前期跨赤道的印度洋—西太平洋海温也持续偏暖,带来的海陆热力对比减小、经向跨赤道气流减弱有利于削弱夏季的季风环流,使得高原夏季降水偏少,有利于形成高原夏季的暖异常。在这一高原气温—南半球大气环流的遥相关关系中,4月南半球的大气位势高度场异常和与印度洋—西太平洋海温异常相关的异常高度场分布也十分相似。这一前期的跨赤道区域海温异常与南半球中高纬度位势高度场异常的因果关系仍有待进一步揭示。