基于MODIS资料反演海上能见度的经验模型

利用2002年10月~2003年8月的中分辨率成像光谱数据MODIS(ModerateResolutionImagingSpectrora-diometer)和华南沿海及海上能见度观测数据,对华南海域连续的、长时间序列的能见度遥感监测和定量反演进行了试验。将MODIS影像分为:晴空(Ⅰ);雾和低云(Ⅱ);有降水积云(Ⅲ)和其它(Ⅳ)4类,并按照通道间相关性最小和与大气水平能见度相关最大的原则进行通道筛选。初步分析表明,水平能见度确实与MODIS卫星表观反照率存在一定的函数关系。在此基础上,对每一类进行通道筛选和特征因子提取,建立分类的反演经验模型进行大气水平能见度的遥感反演,并与观测结果进行了比较。结果表明,在Ⅰ和Ⅲ类大气状况条件下,能见度的反演结果较好(相关系数分别达到0.6和0.9,远大于95%信度检验水平),而大气状况较为复杂的II类反演精度较低,相关系数只有0.5(仅达94.2%显著性检验水平)。由此可见,对于海上下垫面均一、而大气状况复杂的遥感反演问题,根据大气状况分类简化的统计反演是较为有效的1种方法。同时,对大气的辐射消光特性的了解和MODIS通道特性的分析,也是决定反演结果的重要因素。     

南半球对流层气候年代际变化及其与太阳活动的联系

通过南半球对流层温度场谱分析和逐次滤波分析发现，南半球对流层大气温度场半个多世纪以来呈现明显的持续升温趋势，升温幅度由低层到高层逐步增加，其中地面层1 000 hPa年升温率为0.013℃/a，对流层中部500 hPa年升温率为0.019℃/ a，对流层上部300 hPa年升温率为0.036℃/ a；滤除南半球大气温度场的趋势变化，发现南半球大气温度场从地面层直至对流层顶广泛盛行着十分显著的与太阳磁场磁性22年周期变化相一致的变化周期。太阳磁场磁性周期变化趋势略有超前，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳磁场周期性变化的响应。进一步分析还发现，南半球从地面层1 000 hPa到对流层顶，再到平流层中部10 hPa各层次大气温度变化22年周期分量振荡位相基本一致，周期振幅由低层到高层迅速增大，说明太阳磁场变化对对流层高层比低层影响大，对平流层影响更大。其中地面层1 000 hPa温度场的22年变化周期是在滤除趋势变化和11年周期之后才显现出来的，所以太阳磁场磁性周期变化对地面层气候的影响较小并且经常处于被掩盖状态；南半球地面层1 000 hPa温度场滤除趋势变化之后显示出十分显著的与太阳活动11年周期相一致的变化周期，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳活动11周期性变化的响应。对流层上层300 hPa温度场滤除趋势变化和22年周期之后也显示出11年变化周期，而对流层中部500 hPa则无此周期反应，说明太阳活动11年周期对地面层1 000 hPa大气气候影响最明显，对流层中上层影响较弱。     

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）极地陆地的欧亚大陆（Eurasia,EA）和北美-格陵兰（Greenland,GL）对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际（10~20 a）尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。（2）前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。（3）北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。     

中国降水季节内振荡的气候特征分析

利用谐波分析、功率谱分析的方法,对全国730个站点自1951～2000年逐日降水资料进行气候平均分析,研究全国降水季节内振荡的分布特征.研究结果表明,中国大部分地区的降水主要以季节变化为主,而在长江中下游流域主要以季节内振荡为主.气候平均下降水的准双周振荡和Madden and Julian Oscillation(简称MJO)的振幅都在4月份开始加强,在11月份开始减弱,而MJO全年表现都很显著,准双周振荡主要在夏季显著;MJO主要分布在36°N以南的长江中下游地区,准双周振荡主要分布在115°E以西的内陆.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。     

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料,定义了北极海冰的季节性融冰指数,结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势,并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型,相应地,中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势,但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前,北极季节性融冰范围较小但显著增长,中国冻雨频数年际变化振幅较大,且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响;20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征,没有显著的线性趋势,中国冻雨频数变化振幅减小,与北极海冰相关较弱,主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化;而90年代中期以后,北极海冰融化加快,特别是2007年以后,季节性融冰范围大大增加,而中国冻雨频数处于低发时段,其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关,季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张,同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同,产生特定的大气环流异常响应,进而影响到我国冻雨。     

南半球风暴路径的加强与南北扩张

基于NCEP/NCAR再分析资料,分析了近60年来南半球300hPa风暴路径的变化趋势。研究发现,1956—2015年期间,南半球风暴路径出现了较为明显的增强趋势,尤其是在中高纬地区最为显著。通过构造的风暴路径边界指数,发现南半球风暴路径的北界和南界分别存在向赤道和向极的扩张趋势,其中以南界向极偏移趋势最为明显,整个南半球风暴活动带变得更加宽阔和靠近极地。作为风暴路径获取能量的主要来源,背景场西风急流以及下垫面海表面温度的变化对其强弱和位置变化有显著影响,南半球西风急流南强北弱和海表面温度南冷北暖的变化趋势,是南半球风暴路径增强和扩张的重要原因。     

南海夏季风爆发与西北太平洋热带气旋活动

利用1965—2007年美国台风预警中心(JTWC)的热带气旋(TC)及NCEP/NCAR再分析资料,初步研究南海夏季风爆发与西北太平洋(包括南海)热带气旋活动之间的关系。结果表明,南海夏季风的爆发伴随着西北太平洋(尤其南海区域)TC生成个数和活动频数比爆发前有显著增加,而超过1/2的年份南海夏季风爆发前2候和爆发候西北太平洋(150°E以西)有TC活动,表明TC活动可能是南海夏季风爆发的触发机制之一。在大多数(77%)南海夏季风爆发偏早年,爆发前2候和爆发候西北太平洋TC活动偏多,且TC生成位置偏西;而大多数(77%)爆发偏晚年份,爆发前2候和爆发候没有TC活动。季风的偏早爆发受季节内振荡、西北太平洋TC活动、中纬度冷空气活动等复杂因素影响,而季风的偏晚爆发则主要受季节内振荡影响。     

中国雨季降水主模态季节演变的时空特征

利用1960～2000年全国436个地面测站的逐日降水量资料,将中国雨季分为江南春雨期(3月16日～5月15日)、夏季风主汛期(5月16～7月15日)、夏季风后汛期(7月16日～9月15日)3个时段,应用S-EOF(Season-reliant Empirical Orthogonal Function)分解的方法研究了中国雨季旱涝型主模态季节演变的空间分布及其时间变化特征.主要分析了前3个主模态的时空分布特征,第一模态(S-EOF1)的旱涝分布为江南初夏旱涝型,主要显示出江南地区在夏季风主汛期以整个长江以南地区的旱或涝为主要特征,具有20～30 a的年代际振荡周期.第二模态(S-EOF2)空间向量集中体现了夏季风主汛期长江中下游流域和华南地区形成南北相反的旱涝分布,为南北跷跷板型,且这种分布在夏季风后汛期发生转变,这种南北旱涝急转型以2～4 a的年际变化为主.第三模态(S-EOF3)主要体现了夏季风后汛期长江中下游地区与华北和华南地区降水异常呈负相关关系,即自南向北呈现三明治夹心型的旱涝分布,以低频年际振荡为主,显著周期为6～8 a,同时还具有准30 a的年代际变化.