基于多源资料的高原低涡源地研究

高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统,是高原最重要的降水天气系统,少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”(简称年鉴)是高原低涡研究的主要参考资料之一,但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响,年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识,本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异,结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005~2019年暖季(5~9月)风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析,表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站(狮泉河、改则和申扎)建立前后年鉴中高原低涡源地的差异,发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果,我们认为大多数高原低涡起源于高原西部,年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性,强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。

秋冬季大气混合污染对南京地区地表微气象学特征的影响分析——以2018年为例

利用江苏南京长三角大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站(SORPES)的多要素集成观测数据,分析了2018年11月27日至12月3日期间在远距离沙尘输送和本地人为排放的综合影响下,大气混合污染对该地区地表微气象要素及能量平衡特征的影响。在此基础上,利用合成分析对比了南京地区秋冬季不同污染状况下地表气象要素和能量分配的响应特征。结果表明,污染天的日间气温比清洁天下降约1℃,而夜间气温升高达2℃。污染天向下/向上短波辐射通量减少的幅度高达清洁天同比的48.8%和55.2%,而夜间向下/向上长波辐射通量增幅则达到清洁天的15%和5.1%。清洁天日间净辐射较污染天高出45.6%,日间地表感热通量较污染天高出75.5%,而地表潜热通量的差异相对较小。污染天夜间平均波文比大于清洁天,表明夜间感热交换更强烈。该研究有助于深入认识长三角城市群区不同来源、不同性质的大气污染物对地表能量平衡和局地气象要素的影响过程和机制,为城市群区空气污染与气象条件的相互作用以及空气质量预报和相应的防治对策提供科学依据。

近50年中国北方土壤湿度的区域演变特征

利用中国100E以东139站1951~1999年逐月反演的土壤湿度资料(0cm^100cm, 共11层),重点分析了中国东北、华北和西北东部三个地区的土壤湿度在年际—年代际时间尺度上的演变特征。研究表明:不同层次上土壤湿度的变化特征有很好的一致性。华北地区在20世纪60年代末到70年代末为显著偏湿的阶段,之后发生突变直到90年代末土壤湿度持续降低并以90年代中后期为甚。东北区在70年代前后为一显著的干旱时段,此后土壤湿度有所恢复,但90年代以来该区的土壤湿度仍然较低。值得注意的是,华北夏季土壤湿度自80年代以来并未有明显的下降。另外,北方地区土壤在秋季普遍存在干化趋势,其中以东北地区最为显著。本文还分析了土壤湿度演变趋势的地理分布特征。

1998年夏季地震、地温场演变与洪涝过程分析

基于地震、土壤温度和降水资料 ,从地球系统各圈层相互作用的观点分析了 1 998年夏季长江和嫩江流域特大洪涝灾害的成因 ,探讨了地球固体圈层热力活动对大气圈异常事件的激发作用 .分析表明深层 (3.2m)土壤温度场与同期降水场的分布有很好的一致性 ,同时降水过程对下垫面脉冲性热扰动有较为敏感的响应 .

土壤湿度——一个跨季度降水预测中的重要因子及其应用探讨

阐述了土壤湿度对短期气候变化的重要作用,结合我国的业务现状提出亟需将这一因子应用于跨季度降水预测。通过将一个土壤湿度反演模型引入IAP跨季度气候预测系统,探讨了土壤湿度应用于季节降水预测的可行性及其效果。初步的个例分析表明:前期土壤湿度的异常分布对降水变化有较显著的影响,继续改进土壤湿度反演模型可望获得更好的降水预测效果。同时,提出的基于常规气象观测进行反演以获得大范围土壤湿度分布的办法在当前业务预测中具有很强的可操作性。

我国地形变场的统计特征及与地温场的相关

利用１９８６～１９９０年我国大陆４２°Ｎ以南，９７°Ｅ以东共４１个站的地倾斜资料，内插到经纬度１°×１°的网格上，可求得各月的地形变场，由此分析得到地凸区、地凹区、鞍形区、半鞍形区等形变特征场。结果表明：在逐月的地形变场上，一般有４～５个地凸区和地凹区，其平均水平尺度约４００ｋｍ，单体生命史大约３．５季；地凸／凹区中心与地震活动带基本一致。另外，地凸区与地热涡，地凹区与地冷涡有很好的对应，此结果支持了文献〔８〕提出的地气耦合的概念模式。

43年来云南地震活动对水旱的影响

本文利用1951—1993年降水、地震资料,分析了云南省及其邻域的地震与汛期降水的相互关系。发现不同地质构造区域的地震对降水的影响明显不同,得到板内地震多为"湿震",板缘地震多为"干震"的结论,并通过分析特定时段和区域的资料进一步证明了上述结论。最后还讨论了板内、板缘地震与水旱相联系的内在机制。

土壤热异常对地表能量平衡影响初探

将来自土壤深部的热通量引入off line的陆面过程模式 (NCAR—LSM ) ,通过长达 2a的数值试验对比分析了它对各层次土壤温度和地表能量平衡的影响。 在土壤底部引入 5W /m2 的热通量使底层土壤显著升温 ,但升温随着接近表层而迅速衰减。积分 3个月后 ,由地下进入地表的热流量增幅可达 1W/m2 以上 ,并持续增大到 5W /m2 ,地表最大升温约 0 .5K ,同时地表感热、蒸发潜热及长波辐射通量均有 1W /m2 左右的正异常 ;若将土壤热传导系数放大一个量级以加速热量交换 ,则地表升温提高到 1K以上 ,长波辐射增加 3W /m2 以上 ,超过了气溶胶全球平均的辐射效应。结果表明 :一定量值的土壤热异常对地表能量平衡和短期气候变化 (10 -1～ 10 1a)有着不可忽略的影响。同时 ,深入的资料分析、完善的陆面过程模式以及它与大气模式的耦合试验也是亟待进行的相关工作。

地形变场与现代地壳垂直运动及地震活动关系初探(Ⅰ)——地形变场的计算方法和物理意义

地震与地壳形变有着密切的关系 ,但台站地倾斜资料空间连续性不好 .为此在场分析的基础上 ,利用逐步订正法将地倾斜观测资料内插到 1°× 1°的经纬度网格点 ,引入曲面总曲率的概念计算格点上的Gauss曲率 ,并推广到格点化的有限区域上得到表征曲面形态和变形强度的地表形变场 .结果表明 :该方法可以合理地弥补资料不连续的缺陷 ,并在地表形变场上捕捉到一些关键的地表形变特征 ,如地凸区、地凹区、鞍形场等 .为地震分析和预报中如何拓展和利用大范围时空信息提供了一种有益的思路 .

地形变场与现代地壳垂直运动及地震活动关系初探 (Ⅱ)——地凸凹区与地壳运动及地震活动的关系

初步探讨了19871990年我国东部地形变场的分布特征及其与现代地壳垂直运动、地震带和中强地震震中分布的关系,并进行了典型个例分析.结果表明:现代地壳活动强烈区亦是地形变凸、凹中心的高发区,地凸、凹中心的分布与中强地震震中和地震带的分布比较吻合,地震易发生在地凸、凹区的接合部,也即水平切应力最大的地区.闽粤地区的地形变场可以捕捉到台湾的强震信息.两个(或多个)地凸区的突然增强或合并对大震有临界促发作用.

“地气图”方法用于省级旱涝预测的实践

简要介绍用“地气图”方法进行降水预测的基本思路，总结此方法的预报实践，指出省级尺度旱涝预测需要解决的几个关键问题，强调除加密观测外。

浅谈逻辑简单性原则与我国汛期旱涝预测

我国汛期旱涝分布受大气系统内部和外部多种因素影响,增加了预测难度.然而巨大的经济和社会效益使这一工作又势在必行.针对目前旱涝预测“百家争鸣”的局面,强调这一工作应注意科学方法论的指导.指出应用逻辑简单性原则,深入挖掘影响旱涝的各种因子间更深层的原因,抓影响旱涝过程的主要矛盾,再据此做出预测,或许是一种可行的方法.

长江、黄河大洪水前期地球系统演变的分析

通过分析江、淮、黄、海四大河共 1 4个大洪水年的前期地震场特征 ,发现大洪水前在青藏高原东南地区、亚欧中纬地带和台湾以东洋面三处均有强地震发生。若强震出现在中印缅热点区则对应着江淮大水 ;强震出现在川青甘地区则对应着黄海河大水。引发大水的直接原因是本地区地热涡的强烈发展 ,它因刚好位于数组“同向等距地热涡族”的相交点上 ,受相干共振的结果。文中详细分析了 1 954和 1 982年两个个例。最后分析了“中印缅热点”的强热脉冲存在准半年韵律的事实。将它与大气对流边界层中的“大涡”自组织现象作了初步对比。

全球各类旱区的成因分析

利用ＮＣＥＰ再分析降水资料划出了三类旱区：Ａ、副热带旱区；Ｂ、亚洲内陆旱区；Ｃ、其他小块旱区。分析了各旱区的成因。研究表明：①高原夏季风与其北面的行星西风之间的反气旋切变是亚洲旱区形成的更重要的原因； ②大陆热低压西边的“高纬风”使对流层中、下层出现下沉辐散气流，是副热带旱区干旱的根本原因； ③低纬旱区的成因主要是冷洋流和上涌流。

地气图预测全国月降水的实践总结

根据地热涡的移动规律和地热释放的持续性，我们设计了两种月降水的预测方法：（1）外推法，依据过去2～3个月地热涡和多雨区的移向、移速，外推下个月多雨区的位置；（2）“正多负少”规则，利用地热释放的持续性，对3．2m地温月际变温为正的地区，预测下月多雨，月际变温为负的地区预测下月少雨（“正多负少”规则）。此规则的历史拟合率约为65％。指出了5种不符合“正多负少”规则的情形及其可能原因。利用上述2种方法，从2005年9月开始进行全国降水预测试验，按全国统一评分方法，2年多来平均得分为67．5分，2007年12个月的平均得到70．5分。

中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971—2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981—1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系。结果表明:①我国东部土壤温度的变化在年际—年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部—华北、江淮和西南—华南地区均为先降后升型;②1970—2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部—华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南—华南地区,总体而言变化趋势不显著。此外,1980—1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际—年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部—华北地区最为显著。而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系。

我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究(Ⅱ):研究成果的创新性及项目实施效果

针对国家战略决策层面的重大需求:北方干旱化的趋势预测、影响评估和对策建议,项目紧密围绕国民经济和科技自身发展的重大科学问题,大力加强原始创新,开展多学科交叉研究,在更深的层面和更广泛的领域解决国家经济与社会发展中的重大科学问题,同时提高自主创新能力。实施5年来,不仅取得了一批有国际影响的创新性科研成果,而且为满足国家重大需求做出了实质性贡献。同时,项目在人才培养和基地建设等方面也取得了显著成绩,为相关研究的深入开展奠定了坚实基础。主要介绍了该项目研究成果的创新性及实施效果。

天时、气候与中国历史(Ⅰ):太阳黑子周长与中国气候

依据太阳黑子周期长度 (SCL)资料 ,将过去 2 5 0 0年分为“好天时代”(SCL <11年 )和“坏天时代”(SCL >11年 ) ,发现在“坏天时代”中国旱灾频率显著高于“好天时代”。“好 (坏 )天世纪”与气候暖(冷 )期有好的对应 ;

中国冬季地温场变化特征及与夏季降水场的关系

利用我国 141个测站 1980— 1997年间 12月～ 2月 3.2m深度地温资料和中国 16 0个测站195 1— 1997年间 6～ 8月降水资料 ,采用主成分、旋转主成分分析 ,对冬季地温的空间异常特征、时间变化规律以及与夏季降水的关系进行分析。结果表明 :未旋转的前 3个载荷向量场可以较好地反映中国冬季地温整体异常结构 ,即全区一致的高温或低温 ;东西相反的东高 (低 )西低 (高 )型 ;南北相反的南高 (低 )北低 (高 )型。旋转后的前 4个载荷向量场可较好地代表中国冬季地温的 4个主要异常敏感区 :北方区、淮河区、西北区和江南区。旋转主分量和代表站资料反映出 90年代以来西北区、华南区冬季地温呈下降趋势 ,北方区、淮河区、江南区呈明显上升趋势。当北方冬季地温偏高时 ,有利于 7月黄河以北大部分地方降水偏多 ;当淮河区冬季地温偏高时 ,有利于 7月江淮流域降水偏多 ,而使黄河以北、长江以南降水偏少 ;当西北区冬季地温偏高时 ,有利于 7月江淮流域降水偏少 ;当江南冬季地温偏高时 ,有利于

强震前的“干热异常”与地温、降水波及应变弱停

对近30年出现在中国西部及邻区的14次MS≥6.9强震前1年多内的地温场和降水场进行了分析。发现有如下共同规律：①在震前1年左右东亚地区会出现干热异常（3.2 m地温升高,同时降水距平为负值）,持续时间约为2-6个月,最大干热面积可达2-4×106km^2;②在震前0.5-1年左右我国的月降水距平%图和3.2 m地温距平的月际变温图上,可看到波长小于1 000 km的地温波和降水波,可称为＂超低频应力密度波（应变波）＂,它是致使岩石破裂的力源;③在震前0-2个月应变波的波长会停止缩短,振幅变小,且波动方向可有一个近90°的旋转,是＂应变弱停＂的表现。以上可视为孕震三步曲。依据上述统计事实本文提出了强震成因的假设：地外核中有一股热力极不稳定的Benard上升流体对其上的壳幔层形成顶托,造成地温升高,对流热传导系数变小,形成干热异常;岩石圈中脆性层的应力不断增大,致使出现不稳定波（应变波）;出现＂应变弱停＂时意味着强震即将爆发。