北京市几种主要污染物浓度与气象要素的相关分析

利用 1 999年 1 1月 1日至 2 0 0 3年 7月 30日间 ,北京市几种主要污染物SO2 、NO2 及PM1 0 浓度逐日资料和风速、温度及降水的逐日资料 ,分别对北京市几种主要污染物浓度与同期气象要素之间的关系进行了分析。通过分析注意到 ,污染物浓度与同期气象要素之间通常存在非常明显的非线性关系 ;因而采用非线性回归方程来描述污染物浓度与气象要素之间的依赖关系 ,这一改进使污染物浓度与气象要素之间的相关性有了明显的提高 ,同时使回归方程的误差减小。

二维大气中定常广义地转流的稳定性分析

本文归纳总结了在绝热、无耗散对称二维大气中定常广义地转流稳定性分析中的扰动方程组的基本特征，并将其概括为具有这类问题共同基本特征的统一形式的扰动方程组的定解问题。在此基础上，统一地证明了：１）由统一的扰动方程组所确定的定解问题的解是存在唯一的；２）基态的性质是由Λｍｉｎ（Ｇ）的性质决定的：ａ．当Λｍｉｎ（Ｇ）＞０时，基态是稳定的；ｂ．当Λｍｉｎ（Ｇ）＜０时，基态是不稳定的。３）基态的全局稳定性质可以通过局部稳定性分析来确定；４）合理的。

年周期气候态对气候模式的修正

文中从两个独立的假定导出了距平模式,即:假定年周期气候态为控制实际气候系统演化方程组的解或假定反映年周期气候态的基态量远大于反映气候扰动态的扰动量。第一个假定放宽了导出距平模式的条件,而在第二个假定下距平模式在一定的近似程度下是成立的。另外笔者注意到:距平模式通过引入实际观测到的年周期态,相当于在非距平模中引入了年周期气候态的修正项。

可压二维大气中三类定常基态的稳定性分析

本文讨论了可压、绝热、无耗散的二维大气中三类定常基态的稳定性问题，并严格证明了这三类定常基态的稳定性性质是由基态的特征矩阵Λ的性质所决定的：ａ．若Λ在域Ｇ＋Γ内处处为正定矩阵，则基态是稳定的；ｂ．若Λ在域Ｇ＋Γ内非处处为半正定矩阵。

中性和不稳定层结大气的孤立行波精确解

通过研究二维准动量无辐散、无摩擦层结大气非线性方程组的行波解问题证明，非线性行波解的本质属性是由参数ｂ的符号性质决定的。当ｂ＞０时，为周期解，其周期与相应的线性周期解的周期相等；当ｂ≤０时，为孤立波解。给出了一般行波解的解析表达式。并细致地研究了中性和不稳定层结大气中的孤立行波的特征，发现中性和不稳定层结大气中存在具有类似于飑线结构特征的孤立波。指出了中性和不稳定层结大气中的一般孤立行波物理量的分布特征。

对称不稳定大气中的孤立行波精确解

通过对二维准动量无辐散、无摩擦、密度非均匀分布的层结大气中基本气流切变对非线性方程组行波解的影响问题的研究，证明：（ａ）在对称稳定（ｑ＝Ｎ２Ｆ２－Ｓ４＞０）的大气中：非线性行波解为周期解，且其周期与相应的线性周期解的周期相等；（ｂ）在对称非稳定（ｑ＝Ｎ２Ｆ２－Ｓ４≤０）的大气中：存在两类非线性行波解，其性质是由参数Ｂ决定的。Ｂ＝（Ｎ２ｓｉｎ２φ－２Ｓ２ｓｉｎφｃｏｓφ＋Ｆ２ｃｏｓ２φ）／σ２。（１）当Ｂ＞０时为周期解，且其周期与相应的线性周期解的周期相等；（２）当Ｂ≤０时为孤立波解。

中国气温变化研究最新进展

总结了“十五”攻关课题有关中国温度变化研究的若干进展。在资料质量控制和序列非均一性检验及订正的基础上,更新了中国地面近50年、100年和1000年气温序列。研究表明,不论是近54年还是近100年全国年平均地面气温升高趋势一般比原来分析结果表明的要强,分别达到0·25℃/10a和0·08℃/10a。中国现代增暖最明显的地区包括东北、华北、西北和青藏高原北部,最显著的季节在冬季和春季。近50多年中国近地面气候变暖主要是平均最低气温明显上升的结果,全国范围内极端最低气温也显著升高,而极端最高气温升高不多。中国与温度相关的极端气候事件强度和频率一般呈降低趋势或稳定态势。研究发现,城市化因素对中国地面平均气温记录具有显著影响,但在现有的全国和区域平均温度变化分析中一般没有考虑,因此需要在将来的研究中给予密切关注。在增温明显的华北地区,1961~2000年间城市化引起的年平均气温增加值达到0·44℃,占全部增温的38%,城市化引起的增温速率为0·11℃/10a。中国其他地区的增温趋势中也或多或少反映出增强的城市热岛效应影响。20世纪60年代初以来中国对流层中下层温度变化趋势不明显,仅为0·05℃/10a,比地面气温变化小一个量级;对流层上层和平流层底层年平均温度呈明显下降趋势,变化速率分别为-0·17℃/10a和-0·22℃/10a;整个对流层平均温度呈微弱下降趋势。中国对流层温度与地面气温变化趋势存在明显的差异,但这种差异在20世纪80年代初以后趋于减小。近千年来中国地面气温变化史上可能确存在“中世纪温暖期”和“小冰期”等特征性气候阶段,但“中世纪温暖期”的温暖程度似乎没有过去认为的那样明显。从全国范围看,11世纪末和13世纪中的温暖程度可能均超过了20世纪30~40年代暖期,表明20世纪的增暖可能并非史无前例。中国20世纪气候增暖的原因目前还不能给出明确回答。一些迹象表明,人类活动可能已经对中国的地面气温变化产生了影响,但太阳活动及气候系统内部的低频振动对现代气候变暖可能也具有重要影响。

中国地面气温变化趋势中的城市化影响偏差

在中国大陆2300个气象台站网中遴选出138个参考站,对614个国家级气象站和138个参考站1961 2004年的月平均气温资料进行了非均一性检验和订正,利用REOF(旋转主分量)分析方法,按照气温变率空间相关特点将中国大陆划分为6大区域,并采用经纬度网格面积加权平均法分别建立了中国大陆及其6大区域平均的国家站和参考站的月、季、年地面气温时间序列,对国家站和参考站序列进行了对比分析。结果表明,由国家站资料建立的中国大陆年平均气温序列在44年间线性增温率为0.278 C/10 a,而由参考站资料建立的中国大陆年平均气温序列同期增温率为0.202℃/10 a。就中国大陆平均来说,1961 2004年国家级站城市化增温率为0.076 C/10 a,占全部增温率的27.33%。在6大区域中,除北疆区外,其他地区年平均城市化增温率均非常显著。其中城市化影响最大的地区是江淮区,年平均热岛增温率为0.086℃/10 a,其后依次为东北华北区、青藏高原区、华南区和西北区,年平均热岛增温率分别达到0.060、0.059、0.042和0.042℃/10 a。各区域年平均热岛增温贡献率由大到小排列依次为江淮区55.48%、青藏高原区23.23%、华南区23.20%、东北华北区15.35%、西北区13.73%、北疆区-1.57%。因此,中国大陆20世纪60年代初以来城市化造成的国家站地面气温增暖偏差非常显著,今后应予以订正,以便建立代表背景气候变化的区域平均气温序列。

西南地区城市热岛强度变化对地面气温序列影响

利用1961—2004年我国西南地区322个站的气温观测资料,分析了乡村站、小城市站、大中城市站和国家基准/基本站气温变化趋势特点,着重研究了城市化对城镇站和国家站地面气温记录的影响程度和相对贡献比例。结果显示:区域平均的各类台站年平均气温呈现不同程度的上升趋势,城市站、国家站的增温速率均高于乡村站。大中城市站和国家站的年平均热岛增温率分别为0.086℃/10a和0.052℃/10a,其增温贡献率分别达57.6和45.3。与大多数地区不同,西南地区的增温速率明显偏小。因此,尽管平均热岛强度变化比许多地区弱,但其相对贡献明显,表明城市化对该区域气温趋势的绝对影响较弱,但相对影响较强。另外,城市热岛增温有明显的季节变化,表现为秋季最强,春季或冬季次之,夏季最弱。热岛增温贡献率则为春季最大(100),夏季次之(73以上),秋季和冬季相对较小。这主要是因为春、夏两季背景气候变凉或趋势微弱,热岛增温在实际增温中占有更高的比例。

我国地面气温参考站点遴选的依据、原则和方法

由于城市化和观测环境变化的影响,我国现有国家级气象台站网观测的地面气温资料许多已不能满足气候变化检测研究的要求。利用我国全部气象观测站网的台站信息,对地面气温资料序列质量进行了系统评价,遴选出可用于气温变化研究的参考站点。这项工作建立了地面气温参考站点遴选的原则、方法和步骤,并据此确定了138个地面气温参考站。这些台站可代表背景地面气温场,其长期气温观测资料可用作城市台站或国家级台站城市化增温评价的参考,也可直接用于我国地面气温变化的检测分析。

1961～2006年黑龙江省暴雪气候时空变化特征

利用1961～2006年逐日降雪资料,分析了黑龙江省暴雪的时空特征及其变化趋势。结果表明:黑龙江省年暴雪分布具有东多西少、山地多平原少的特点;暴雪量和暴雪日数最多发生在季节转换的10月和次年3月,不在隆冬季节;暴雪强度5月和10月最大;全省平均暴雪量和暴雪日数存在不明显的上升趋势,上升主要发生在春季暴雪多发的东部山地;20世纪70年代末以来暴雪量和暴雪日数年际波动有所增大,进入21世纪以来暴雪发生频率和强度呈现明显增加的趋势。

我国大陆大尺度气候观测网的理想密度和分布

以我国大陆2416个气象观测站点组成的站网为参考,以观测序列的相关性表示对气候变化信号的监测能力,分析不同地区单位经纬度网格内站点数对信号监测能力的影响,得到特定监测能力要求下所需的站点数,为大尺度气候观测站网的站点设置提供科学依据。对2.5°×2.5°网格来说,当要求子集站网气温序列与标准站网气温序列相关系数超过0.99和0.95时,所需的站点数分别为750和377;当要求子集站网降水量序列与标准站网降水量序列的相关系数超过0.95和0.90时,需要的站点数分别为670和417。对2.5°×3.5°和5.0°×5.0°经纬度网格的分析发现,对站点数量要求较高的区域大部分是地形过渡区,一般来说,降水量观测对站点密度的要求高于气温。

USCRN气候基准站网布局理论在我国的应用

基于美国气候基准站网(USCRN,US Climate Reference Network)的均匀正三角网格布局模式,以站网对我国平均降水量和气温的方差解释量分别能够达到95%和98%为标准,利用我国2416个观测站的降水量和气温数据研究了我国气候观测站网的布局设计,得到能反映我国整体气候特征的站网最少台站数。结果表明:为显著减少全国尺度上的气候不确定性,需要新建边长为3°纬距的正三角均匀网格(103个站点)站网,并在全国范围内开展站址考察、总结评估和运行检验工作,才能得到新的气候基准站网;在已有气候观测系统基础上改进完善而不新建系统,则改进的气候基准站网为最接近边长为2°纬距的正三角网格分布(229个站点),其中199个预期位置或其附近已建有观测站点,没有对应实际站点的30个预期位置主要分布在青藏高原西南大部,这些地区将是未来建站的重点。

北半球冬季风时期越赤道气流的初步分析

利用１９８０－１９８６年格点风资料，分析了各年北半球冬季风期间（１２－２月）东半球对流层低层及高空的越赤道气流通道。在该地区冬季低空具有气候意义的通道是１０５°Ｌ１２５°Ｅ、４５°Ｌ８０°Ｅ及１５０°Ｅ５条，其中以１００°一１３０“Ｅ为主要通道。高空则主要集中在８０°一１２０°Ｅ区间。在１９８３一１９８４、１９８４一１９８５年两个冬季，４５°Ｅ处出现较强的低空北风越赤道气流，这与高纬度大西洋东部上空持续的强阻塞形势有关。这支强越赤道气流与南印度洋及南太平洋多热带风暴也有联系。由平均经圈环流分析指出，冬季风期间在８０°一１２５°Ｅ存在着一个较完整的冬季风环流圈。

非定长相关时间序列集内平均序列的摆动异常及其解释

文中对多个时间序列的平均序列中常常出现的异常摆动问题进行了探讨。结果表明,给定时间序列集中序列个数的多少会造成其所组成的平均序列的方差的变化,即序列个数越多,平均序列方差越小的可能性就越大,由此定义了方差增长率α。当给定方差增长率限定值α_0并使其满足α≤α_0时,可以得到最小序列个数m_0,且α_0越大或序列间平均相关系数越大,所需要的时间序列数越少。这一结果可应用于气候变化研究中有关平均时间序列建立的研究中,亦可运用到其他相关研究领域。

西北人影作业天气背景条件初步分析

利用高分辨率的气象台站观测资料、再分析资料、卫星遥感资料等,结合高分辨率区域气候模式模拟,对西北地区以及祁连山、天山、六盘山和三江源等试验区的降水场、气流场、水汽场等时空特征开展了研究。结果表明:精细化的降水资料能够刻画出西北试验区复杂地形条件下的降水场时空特征,研发的小时降水融合算法对西北地区高频降水分析是有效的;涝年,由于高原抽吸作用,试验区受低层形成的辐合气流所控制,容易形成降水;旱年,高原地表不存在大范围的辐合区,试验区被干冷的偏北风所控制,不利于成云降水。利用模式资料,分析了西北地区及四个试验区水汽场月、季、年气候特征,分析了水汽来源、大气可降水量、水汽收支情况以及年际变化情况。对MODIS和FY卫星反演的水汽产品进行了校准,并对西北地区水汽含量的气候特征进行了分析。

THE STABILITY OF THREE CLASSES OF STEADY BASIC STATES IN THE TWO-DIMENSIONAL COMPRESSIBLE ATMOSPHERE

In this paper,the stability of three classes of steady basic states in the two-dimensional compressible adiabatic and non-dissipation atmosphere is discussed,and the following property is exactly demonstrated that the stability of these basic states is decided by their engine matrix A in two ways:(a)the basic states are stable if A is positively definite in set,and(b)the basic states are unstable if A is negatively definite in set.

气候变化与海啸

2004年12月26日，印尼苏门答腊岛北部海域发生里氏9级强烈地震，引发的海啸席卷东南亚许多国家。这次印度洋地震海啸死亡人数目前已经超过16.5万人，财产损失也十分惨重。