基于气象要素的我国南方低温雨雪冰冻综合评估

利用1962-2012年260个常规气象观测站的逐日资料,使用模糊信息分配方法划分我国南方出现低温雨雪冰冻天气时各气象要素的等级,计算各等级出现的概率,选取合理的气象要素条件建立了低温雨雪冰冻综合评估指数,并给出了我国南方发生低温雨雪冰冻的风险区划.结果表明:日最高气温≤6℃,日最低气温≤0℃,相对湿度≥80%,日照时数≤1.3 h这一综合气象阈值条件能够合理地评估出南方地区低温雨雪冰冻事件发生的次数和持续时间.四川省中南部、云南省东北部和贵州省西部、湖南省东部、江西省北部、安徽省、湖北省大部分地区以及陕西省的部分地区发生低温雨雪冰冻的风险等级最高.近51 a来我国南方低温雨雪冰冻的风险虽有减小的趋势,但近年出现重大灾害的可能性将有所增加.

青海高原生长归一化差值植被指数对气候暖湿化响应的年代际变化

本文利用1982~2018年美国国家海洋和大气局(NOAA)先进甚高分辨率辐射计(AVHRR)观测得到的归一化差值植被指数(NDVI)数据集和中国区域高分辨率近地面气温和地面降水率驱动数据集(CMFD),采用线性倾向估计、M–K检验、偏相关和方差分析等方法,研究了气候暖湿化背景下青海高原生长季(5~9月)地表植被变化特征及其对气候暖湿化响应的年代际变化。结果表明:(1)1982~2018年,青海高原生长季地表植被呈由东南向西北逐渐减小的空间分布特征,整体呈显著增加趋势(p<0.01),气候倾向率达0.01(10 a)-1,但在空间上呈两极化发展,在青海高原东部和西南部植被显著变好(面积占57.3%)的同时,青海高原西北部的柴达木盆地地表植被表现为退化态势(面积占14.8%)。(2)1982~2018年青海高原气候整体呈暖湿化特征,但在1990年代中后期发生了显著的趋势变化,不同时段气候暖湿化的区域和强度存在差异,P1时段(1982~1998年)的增温强于P2(1998~2018年)时段,而P2时段的变湿强于P1时段;青海高原生长季地表植被在1998年之前为波动上升,趋势不显著,但从1998年开始出现显著增加趋势(p<0.05),这与青海高原地面降水率的变化相一致。(3)在青海高原气候暖湿化不同阶段,地表植被对气候变化具有不同的响应,在P1时段,水分条件相对不足的情况下,地表植被对热量因子(气温)以负反馈为主,增温不利于地表植被的生长,特别是在黄河源区北部和青海湖附近;而在P2时段,在水分条件相对充足的条件下,地表植被对水分和热量因子均以正反馈为主,在二者的共同作用下,青海高原生长季地表植被出现了大范围好转。

海南岛地区秋汛期形成原因探讨

基于1998—2017年海南岛地区18个台站逐日降水观测数据、TRMM逐日降水数据和ERA5再分析数据集等资料,使用资料统计分析和数值模式模拟等方法,对海南岛地区秋汛期形成原因进行了研究。观测分析表明,海南岛地区的降水随季节的变化与华南及同纬度带的其他地区存在显著差异,降水季节峰期出现在秋季,主要集中于9—10月。秋季,西南夏季风开始向东北冬季风转换,受其影响,海南岛地区上空处于偏东气流带中,秋汛期降水分布明显东多西少,且降水中心位于山前迎风坡一侧,东风气流在钟形地形的阻挡抬升作用下,致使其东部降水增多。此时秋季南海海表温度仍较高,有利于维持和增强海南岛秋季降水。通过WRF v4.3(Weather Research and Forecast Version 4.3)一系列的数值敏感性试验,验证了海南岛地形、海陆热力差异及南海较高的海温对海南岛秋汛期的形成起着决定性作用。

青藏高原冬季风演变的新特征及其与中国西南气温的关系

利用1951 2011年NCEP/NCAR再分析资料和1960 2010年西南地区77站月平均气温数据,定义了冬季代表月(1月)青藏高原(下称高原)季风强度和位置的新指数,并分析了该指数与中国西南地区地面气温的关系,结果表明:(1)代表高原冬季风的冷高压强度和位置具有明显的年际、年代际变化,20世纪70年代末发生了由弱到强的突变,80年代中期则是由偏北到偏南的突变。在全球变暖的大背景下,高原冬季风强度的振荡频率加快,由较长的7年周期向4年周期转化;位置指数的4年与10年周期存在明显的反相变化,自2005年以来位置振荡周期由10年向4年转化,南北摆动更为频繁。(2)当高原冬季风偏强时,北方冷空气与西南暖湿空气在西南地区交汇减弱,云量减少,辐射增温作用使西南地区温度一致偏高,西南地区东部低层出现异常下沉运动中心,下沉增温作用使该地区温度偏高更明显;当偏弱时,则相反。(3)当高原冬季风偏北时,北方较强冷空气南下,南支槽加深,西南暖湿空气与北方冷空气交汇于川滇地区,产生异常上升运动,云量增多,接收的太阳辐射减少,且冷空气活动频繁,西南地区温度一致偏低,上升冷却作用使西部气温偏低更明显;当偏南时,则相反。

1956-2012年黄河源区流量演变的新特征及其成因

利用黄河源区唐乃亥水文站1956-2012年的逐月流量实测资料,通过趋势分析、小波分析以及不均匀系数和贡献的计算,分析了1956-2012年57 a来黄河源区流量的趋势、年内双峰型变化新特征及其主要成因.结果表明:近57 a来黄河源区流量演变包括2个上升时段(1956-1967年和2002-2012年)、1个下降时段(1989-2002年)和1个振荡调整时段(1967-1989年).流量年内分配不均匀性最大的是1980年代,最小的是1990年代.流量年内分配主要表现为双峰型,峰值点主要出现在7月和9月,但出现月份存在年际、年代际变化,且峰值点的月份也随着丰、枯水年存在着变化.降水对流量的正贡献呈7、9月双峰型,温度的负贡献则使9月峰值消失.当夏季高原附近区域,尤其是高原北侧低层600 hPa位势高度场降低,高原夏季风偏强时,有利于黄河源区降水增加、流量增大,出现流量年内分配的峰值点,且夏季高原高度场的变化对流量年内分配第二个峰值点(秋季)的出现有一定的指示意义.

全球变暖背景下青藏高原气温变化的新特征

利用1971-2011年青藏高原81个站点经均一化处理的气温资料,采用面积权重方法对青藏高原近41年气温变化的特征进行了研究。结果表明,青藏高原在1997年存在更为明显的增暖突变,落后于华北(1989年)、东北(1987年)8~10年,比西南、华南(1996年)和华东、西北(1994年)落后1~3年。高原内部的突变发生过程与高原地形有明显的关系,表现为海拔越高,突变发生越晚。此外,突变前后的增暖形式也存在一定的差别,即突变前增暖幅度随海拔的升高而减小,突变后则表现为海拔越高气温倾向率越大,且通过了99%的显著性检验。突变前后高原增暖幅度最大均在冬季,突变后秋、冬季增暖幅度有所减小,夏季有所增大。相比全球近15年增暖趋缓现象,高原在突变后表现为更大幅度的增暖,高原气温与全球气温的同期波动形态相似,两者具有较好相关性。

1981—2012年西北东部夏季降水不同强度雨日变化及其环流特征的对比分析

利用1981—2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和(特)大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80—90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。

1975-2011年渭河上游径流演变规律及对气候驱动因子的响应

为探讨渭河上游径流的变化特征及其对气候变化的响应,选取1975-2011年河流实测径流量进行计算和分析.结果表明:近40 a来,渭河上游径流总体呈明显下降趋势,其中,20世纪90年代前处于丰水期,90年代后进入枯水期,进入21世纪有明显增多趋势.径流年际丰枯变化激烈,枯水年的发生概率高、持续性强,最长的连枯年份达8 a.径流量集中在汛期,各年代的分配峰型有所不同,在70、80年代为7、9月双峰,之后变为单峰型分布.流域内气候增暖明显,降水减少,蒸发加剧;90年代为明显的暖干型气候,21世纪初期气候向暖湿型转变的过程对径流的增加十分有利.径流对气候变化有较强响应,但响应程度随时间变化而变化.通过定量分析气候因子对径流变化的贡献值,发现由于气候增暖导致潜在蒸散量的加剧对径流变化的负贡献达60%以上,绝对值高于降水量的正贡献.

1971—2012年青藏高原春季风速的年际变化及对气候变暖的响应

利用青藏高原73个气象台站的观测资料和日本气象厅JRA-55再分析资料,通过引入年际增量和动能收支方程,分析了1971—2012年高原春季风速的年际变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明,在气候变暖的背景下高原风速呈减弱的趋势,随着变暖趋缓风速的变化也趋于平稳。春季高原风速与气温的线性趋势是相反的,但在年际尺度上二者表现出同位相的变化,当青藏高原、中南半岛和印度半岛的地面气温偏高,北亚和东亚地区的地面气温偏低时,有利于高原地面风速增大,反之风速减小。20世纪末青藏高原及其周边地区的升温速率表现为北快南缓,高原南、北侧气温差异减小,而东、西向的气温差异增大,风速趋于减弱;21世纪初高原中部及其南侧地区以升温为主,高原东北侧和东亚地区以降温为主,南、北向气温差异较小,高原风速的变化也趋于平缓,东、西向气温差异有减小的趋势,对应高原东部风速有所增大。青藏高原及其邻近地区的热力差异及其变化速率的不均衡改变了对流层大气的斜压性,进而通过两种途径影响青藏高原的风速,一方面是近地面层气压梯度力的直接作用,另一方面是高层动能向低层的输送。此外,还指出JRA-55再分析风速资料比ERA-Interim和NCEP/NCAR资料在青藏高原的适用性更强。

变暖背景下青藏高原夏季风变异及其对中国西南气候的影响

利用1951—2012年逐月NECP/NCAR-Ⅰ再分析资料和1960—2012年逐月中国西南地区116站常规气象要素资料,基于青藏高原地区夏季600 hPa涡度场特征,定义了新的青藏高原夏季风强度和位置指数,讨论在全球变暖背景下,青藏高原季风变化对中国西南地区气候的影响。青藏高原季风强度整体增强,在20世纪90年代末达到峰值后逐渐减弱,与北半球气温变化具有较好的一致性,位置变化相对独立。夏季青藏高原季风强度和中心经度位置对中国西南地区气候有显著影响。当青藏高原季风偏强时,西南地区水汽异常辐合,以阴天为主,日照偏短,蒸发减弱,气温日较差明显减小,降水偏多;上升运动在川渝地区发展深厚,云贵地区仅限于600 hPa以下,川渝地区气象要素变化更显著。当青藏高原季风位置偏东时,西南全区受异常下沉运动控制,气温偏高,四川中、西部和贵州、广西等地出现较强的水汽异常辐散,气温显著偏高,相对湿度偏低,降水偏少。进入21世纪以来,青藏高原季风强度和中心经度的反位相叠加,加剧了西南地区的干旱化。新的青藏高原季风指数不仅能反映青藏高原地区的季风环流特征,而且对中国西南气候变化具有较好的指示意义,可为中国汛期气候预测提供理论依据和技术支持。

气候变暖背景下南海夏季风建立和结束日期及与其强度的关系

利用1948—2012年NCEP/NCAR再分析全球格点日平均资料,将南海区域（110-120°E,10-20°N）850 h Pa候平均纬向风稳定地由东（西）风转为西（东）风,且同一层上稳定地有θse≥335 K（θse〈335 K）确定为南海夏季风建立（结束）日期,得到近65 a南海夏季风建立、结束、持续日期序列。赤道印度洋地区的顺时针旋转的涡旋与越赤道气流及副高对南海夏季风的爆发起着决定性作用。南海夏季风建立日期与其强度的关系密切,夏季风建立越晚（早）其强度越强（弱）,纬向风在对流层高层先（后）发生突变。气候变暖对南海夏季风的建立和结束日期及强度的影响是显著的,气候变暖后南海夏季风建立早（晚）年明显偏多（少）,强度明显偏弱。

银川市城市规划前后温度场特征对比

以南京大学区域边界层模式(RBLM)为工具,利用银川国家基准气候站地面和探空观测数据,模拟了银川市四季3种典型风速天气条件下城市规划前后大气温度场,结果表明:现状下,夏季,小风和大风情景下高温区域面积大于一般风情景下;冬季,小风情景下高温面积最大,大风情景下高温区域面积最小;春季一般风情景下高温面积最大;秋季一般风情景下高温区域面积最大。银川市四季城市热岛效应表现均很显著,四季日变化表现为夜间水域附近的温度较城区建设用地高,白天尤其是14:00,城区建设用地温度较水域附近温度高。14:00在城市建设用地密集区域气温较高,且城市建设越密集气温越高,仅在冬季小风日和春季大风日表现得较弱。城市规划后,温度场在3种典型天气条件下分布特征与现状下分布规律总体趋于一致,只是高温区域较之前略小,低温区域较之前略大。城市规划后,3种典型天气条件下热岛面积均小于规划前,城市热岛效应减弱。

近60年气候冷暖波动背景下西太平洋副高特征的变异及其与海温关系的变化

采用国家气候中心的副高特征指数资料,美国NCEP/NCAR再分析资料和NOAA的海温资料,利用高斯滤波、滑动平均及相关、合成分析等方法,研究了气候冷暖波动背景下西太平洋副热带高压特征的变异及可能原因。结果表明,随着近60 a气候冷暖波动,副高最显著的变化特征为面积扩大、强度加强、脊点西伸、南界南扩,各指数的年际波动均有所加大。副高强度和西脊点与北半球温度变化具有较好的一致性,但脊线位置变化则相对独立,副高强度及其年际变率在1980年代末显著加强,西脊点在1990年代初显著西伸,其年际变率在1990年代末显著增强,脊线位置呈现北-南-北的摆动,其年际变率在1990年代末显著增强。随着气候变暖,赤道中东太平洋冬季海温升高与副高强度增强的关系有所减弱,与脊点西伸的关系则有所加强,范围扩大;北太平洋冬季海温降低与脊线位置南移的关系有所减弱,但与脊点西伸的关系则有所加强;热带西太平洋冬季海温降低与强度增强、脊点西伸的关系有所加强。气候偏暖期Hadley环流加强、南移的主导作用,以及Walker环流上升支减弱辅助作用,使夏季副高呈现强度加强、面积增大、南扩的特征。

极端干旱区棉花生育期变化特征及光热条件对其产量的影响

利用敦煌市1983—2012年棉花生育期农业气象观测资料,研究不同播种期棉花的生育天数的变化以及棉花在不同阶段生育天数、气温、光照条件的差异及其对棉花产量的影响;构建了产量与生育天数、日照时数和平均气温的回归方程。结果表明:播种日期的迟早主要影响播种出苗期和苗期的生育天数,播种越迟,这两个阶段的天数越短。各发育阶段天数的变化直接影响着棉花的品质与产量,其中蕾期天数与吐絮期天数相关较好,蕾期天数短,吐絮期天数长,利于棉花的生长发育。近30 a来,日平均和总日照时数均有所增加,气候倾向率分别为0.12 h·10a-1和96.14 h·10a-1;平均气温呈上升趋势,气候倾向率达0.29℃·10a-1,近代气候光热条件的变化对喜热植物棉花是十分有利的。在不同生育阶段,棉花对光热条件的需求各异,如吐絮期的日照时数越多、气温越高,则越容易获得高产。根据早熟及抗病为主的品种对发育天数和光热条件的需求,结合当地气候,合理确定播种期,科学地利用气候因子对棉花各生育期的影响,是实现棉花高质高产的有效途径。

东北地区春季首场透雨的变化特征及与青藏高原地面加热场强度的关系

利用1958—2012年4—5月东北地区（39°-55°N、118°-135°E）101个站点逐日降水资料、青藏高原地区（25°-40°N、73.75°-103.75°E）JRA-55的地面感热和潜热通量月平均再分析资料以及NCEP/NCAR-I大气环流场的月平均再分析资料,分析了春播期首场透雨出现日期的时空变化特征及其与透雨量和播种期降水量间的关系,以及对青藏高原地面加热场强度异常的响应及其可能机制。结果表明：透雨日期自1958年以来在东北地区的西北和东南大部分区域呈现略微偏晚的趋势;中部有略微偏早的趋势。春播期首场透雨出现时间偏早（晚）的地方,首场透雨量小（大）,春播期总降水量多（少）。同时,4月青藏高原地面加热场强度增强（减弱）,有利于（不利于）来自北方的冷空气和南方的暖湿气流在东北上空交汇,且上升气流增强（减弱）,水汽输送充沛（减少）,导致该地区春季首场透雨出现的时间偏早（晚）。

中国西北地区东部盛夏降水特征及对初春地表感热异常的响应

选用1961-2015年中国西北地区74个气象站逐月地表感热通量计算资料,及其东部155个常规气象站夏季的月降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,通过经验正交函数分解(EOF)、线性回归分析、奇异值分解(SVD)等数理统计分析方法,分析了西北地区东部盛夏(7-8月)降水的时空异常演变特征及其与西北地区初春(3-4月)地表感热异常的联系及成因。结果表明:(1)中国西北地区东部盛夏降水由东南向西北递减,总体呈年代际减少趋势,减少最明显的区域为宁夏北部、内蒙古中南部。其空间异常型主要表现为全区一致的增多(减少)和西北-东南向"-+-"变化。(2)当西北地区初春(3-4月)地表感热通量整体异常偏强(弱)时,盛夏(7-8月),在贝加尔湖以南、中国北方的上空出现高度场异常偏高(低),中国西北地区水汽辐散(辐合)加强,西北地区东部宁夏平原降水出现异常偏少(偏多);而陕西南部有水汽的辐合(辐散)加强,有(不)利于该地区降水的产生。

青藏高原中东部地表感热趋势转折特征及成因分析

利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM)分析了1982-2018年青藏高原(下称高原)70个站地表感热通量趋势转折特征,并从高原地温和气温对同期北半球变暖的响应速度,以及大气环流背景场等方面分析其趋势转折的可能原因。结果表明:(1)高原4个气候区的年平均地表感热均在2000年前后发生了由显著减弱到显著增强的趋势转折,其中Ⅱ区(高原东部)最早发生转折(1999年),其次是Ⅰ区(高原北部)和Ⅳ区(高原东南部)(2000年),Ⅲ区(高原西南部)最晚(2002年)。Ⅱ区和Ⅲ区是高原感热趋势转折的关键区。Ⅱ区感热的变化主要由地温的增温加快使地气温差加大所导致,Ⅲ区则主要受地面风速变化的影响,2000年后地面风速的增加对该区感热的趋势转折有重要贡献。(2)2000年之前,北半球中纬度西风急流偏弱且急流轴位置偏南,同时高原北(南)部到高(低)纬度地区温度异常偏高(低),经向温度梯度和气压梯度减小,使得这一时期高原风速持续减小;2000年之后与之前相反,高原风速的减小趋势在这一时期得到缓解,并逐渐转变为增加趋势,进而造成了高原地表感热变化趋势的转折。

人类活动排放的CO_2及气溶胶对20世纪70年代末中国东部夏季降水年代际转折的影响

全球变暖背景下,中国东部夏季降水在20世纪70年代末开始较19世纪呈现东北及长江中、下游地区多雨,华北及华南少雨的特征。与此同时,人类活动排放的CO_2及气溶胶量也发生了明显的年代际变化。文中利用地球系统耦合模式(CESM)诊断了中国东部夏季的水分收支对人类活动排放的CO_2及气溶胶年代际变化的响应。发现CO_2排放量增加后,江淮流域的水汽辐合以及中国南方的水汽辐散主要是与质量辐散有关的动力项及与湿度梯度相关的热力项共同作用的结果,但动力作用更显著。气溶胶效应则主要通过动力作用使得江淮流域水汽辐合,而中国南方地区水汽辐散。虽然CO2和气溶胶对辐射量及温度的影响差别很大,但通过改变温度梯度,热成风效应产生的动力作用都会导致江淮流域上升运动增强,降水增多;而中国南方下沉运动显著,降水减少,与观测结果一致,且CO2相较于气溶胶的影响更为显著,证实了20世纪70年代末人类活动对中国东部夏季降水年代际转折的影响。

青藏高原中东部地表感热趋势转折特征的季节差异

本文利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM),分析了1982~2018年青藏高原中东部70个气象站点地表感热趋势演变特征的季节差异,并利用线性倾向估计和方差分析方法定量评估了影响不同季节地表感热变化的关键气象要素。结果显示:(1)高原中东部四季平均地表感热通量均存在显著趋势转折特征,整体来看,秋、冬季转折时间较早(1999年),春、夏季稍晚(2000年);分区来看,高原Ⅱ区(东部)的转折时间最早,然后向Ⅳ区(东南部)和Ⅰ区(北部)扩展,高原Ⅲ区(西南部)转折时间最晚。在地表感热趋势转折之前,以夏季的感热减弱最突出,其次为春季和秋季,冬季最弱;在地表感热趋势转折之后,冬季的地表感热的增强最强,其他季节增强趋势相当。冬季和春季高原地表感热趋势转折的关键区分别在高原的东部和南部,夏、秋季的关键区主要为高原的Ⅱ区(东部)和Ⅲ区(西南部)。(2)在地表感热趋势转折之前,地面风速的减小对高原四季地表感热的减弱趋势均有重要贡献;但地表感热趋势转折之后,影响其趋势变化的关键气象要素在四季存在显著差异,夏季仍以地面风速的变化为主导,秋、冬季受地气温差和地面风速变化的共同影响,而春季地气温差的增大成为其趋势增强的主因。同时,在地表感热的年际变化中,地气温差的影响比地面风速更加突出,特别是在秋、冬季,转折前后地气温差始终是决定其年际变化的主导因子,春季高原东部也主要受地气温差变化所影响,夏季在地表感热趋势转折之前,受地气温差和地面风速的共同影响,而转折后,地气温差对其的影响更加突出。

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Nina型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。