新气候态下西南地区夏季气候变化特点及其成因

利用1981~2020年中国西南地区云南、贵州、四川、重庆393站气象观测台站夏季气温、降水和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西南地区夏季气温、降水的气候值在新旧气候态下的不同特征和变化差异,并从大气环流影响角度,对变化成因进行了分析。结果表明:相对于旧气候态,新气候态下西南地区夏季降水总体呈略减少的变化,气温具有一致性变暖的变化特征。相对于旧气候态,新气候态下四川盆地东部降水的减少和云南北部、四川西部及贵州夏季降水的增多与西太平洋副热带高压的相对偏西偏北有关。同时中高纬阻高等系统的相对不活跃、贝加尔湖槽的减弱,对西南大部地区的暖干变化起到了积极作用。新气候态下,西南地区夏季贵州呈弱暖湿变化、而云南为较强的暖干变化、四川和重庆则呈强的暖干变化,这与西太平洋和印度洋地区水汽的变化密切相关。

西南地区东部前后冬气温反位相异常特征及成因分析

利用西南地区东部台站观测和ERA5再分析等资料,分析该地区冬季气温前后冬反位相异常转折(以下简称异常转折)特征及其成因。结果表明:该地区冬季气温在2000年以后易出现前冷后暖(P1型)的异常转折变化,而前暖后冷(P2型)则在20世纪70年代出现最多。冬季气温发生异常转折时,500 hPa位势高度场上反映出青藏高原高度场是最为关键的环流系统,甚至超过了乌拉尔山阻塞高压的影响。200 hPa风场上,西风急流等系统通过影响东亚冬季风进而影响冬季气温季节内变化。海平面气压场上,当蒙古高压在冬季呈显著前强后弱异常变化时,冬季气温易出现P1型异常转折,反之易出现P2型异常转折。冬季气温季节内发生异常转折时,北大西洋、赤道中东太平洋和赤道印度洋海温均表现出较为明显异常信号;当前期夏、秋季这三个海域海温异常偏高时,冬季气温易出现P1型异常转折,反之则易出现P2型异常转折,夏、秋季异常海温可作为预测前兆信号。

新气候态时段华西秋雨变化特征及海气影响分析

利用1981—2022年华西地区373个气象台站和ERA5再分析资料,使用Mann-Kendall、相关和合成等方法分析了进入新气候态时段(1991—2020年)后华西秋雨变化特征,并探讨其大气环流和海温异常特征。结果表明:华西秋雨于2011年发生了明显由少转多的突变。欧洲西岸至乌拉尔山附近和鄂霍次克海地区阻塞高压(下称鄂海阻高)加强、西太平洋副热带高压(下称西太副高)加强西伸和水汽条件配合等,为其由少转多提供了有利条件。海温场分析表明:前期春、夏季及同期秋季印度洋海温由冷转暖和中太平洋海温由暖转冷,引起中低纬度对流活动和经向环流发生调整,导致西太副高发生由弱到强、显著西伸的变化。西北太平洋海温异常偏暖通过激发经向遥相关波列,使鄂海阻高加强。西大西洋海温偏暖使阿拉伯海至孟加拉湾地区对流活动增强。上述区域海温变化共同致西太副高西侧及孟加拉湾输送至华西地区的水汽由弱变强,从而导致华西秋雨由少转多。

BCC_CSM1.1气候模式年代际试验对中国气候的回报能力评估

对比国家气候中心耦合模式BCC_CSM1.1提交CMIP5的历史(Historical)试验和年代际(Decadal)回报试验对中国气候及其年代际变化的模拟。结果表明,Decadal试验回报的中国降水气候分布更接近观测,回报的中国东部气温和降水的年代际距平误差比Historical试验减小明显。对于发生在20世纪70年代末的中国东部降水年代际变化,Decadal试验能回报出长江中下游降水增多的特征,但Historical试验模拟的降水变化与观测相反。由于Decadal试验和Historical试验的区别之一是后者利用观测海温资料进行了初始化,为了探讨观测海温信息的重要性,进一步将Decadal试验与恢复(Nudging)试验(即模式积分过程中,模拟海温始终向观测海温恢复)的模拟结果进行对比。发现Nudging试验能够较好地模拟出"南涝北旱"型降水变化,也能够模拟出相应的东亚急流增强且偏南的特征。这表明气候模式对海温的回报能力是影响其对东亚气候年代际异常模拟的一个重要因素。

平流层强、弱极涡事件的演变过程及其对我国冬季天气的影响

本文利用1979-2010年的NCEP再分析资料，通过北半球环状模NAM指数挑选出的强、弱极涡个例，分析了北半球平流层异常变化过程中行星波的演变以及与之相联系的我国天气的变化特征。结果表明，在强极涡事件前，行星波1波会被反射回对流层，极地波导减弱，低纬波导增强，中高纬地区的E—P通量矢量有着从平流层传播到对流层的趋势；强极涡事件后，极地波导增强，低纬波导减弱。在弱极涡事件前，中、高纬度行星波1波沿着极地波导的传播明显增强；弱极涡事件后，极地波导明显减弱。与此对应的我国天气也有明显变化，在强极涡事件前，我国大部分地区温度偏低，南方地区偏湿而新疆西北部和云南西部地区偏干；在强极涡事件后，东亚冬季风进一步增强，冷空气加强南下，南方地区可降水量减少，新疆西北部仍然偏干，而云南大部分地区可将水量增加。在弱极涡事件前，东亚冬季风显著增强，使我国气温偏冷，降水减少，而弱极涡事件后，我国气温明显回升，中、东部地区和新疆西北部地区降水明显增加。

重庆地区极端高温事件的模拟研究

该文使用了中国科学院大气物理研究所大气环流模式IAP AGCM4.1和中尺度数值模式WRF3.2建立的耦合模式(IWRF),利用该耦合模式对1982—2014年重庆夏季气候进行了试验,将模拟结果与NCEP/DOE再分析资料驱动WRF3.2(NWRF)的模拟结果进行了比较,并利用观测资料评估了这2个试验对于重庆极端高温事件的模拟能力。结果表明:(1)2个试验均能较为合理地再现重庆夏季地表气温的气候态特征,IWRF的模拟偏差较大,尤其对于高海拔地区。它们对极端高温事件的模拟存在较大偏差,对日最高气温最大值(TXx),两者的距平分布相似,对暖昼指数(TX90p)和热浪持续指数(HWDI),IWRF的表现好于NWRF。在西部和东南部地区,2个试验对暖昼指数都具有一定的模拟能力;(2)NWRF能够模拟出极端高温指数的年际变化特征,而IWRF表现欠佳;(3)它们都不能模拟出TXx的变化趋势,但是,NWRF能够模拟出HWDI和TX90p的增加趋势。该文的结论可为重庆短期气候预测系统用于极端高温的预测提供一定参考。

极地平流层位势高度变化与中国冬季气温的关系

平流层异常对于对流层的影响研究,尤其是将平流层的异常信号加入中长期天气预报已成为近年来的研究热点。首先利用NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心提供的160站气温资料,采用SVD方法深入分析平流层位势高度场与中国冬季气温的关系。结果表明,极涡与中国东北地区温度有着非常密切的联系。即当中高纬地区位势高度场减弱时(极涡增强),东北地区的温度上升;中高纬地区位势高度场增强时(极涡减弱),东北地区的温度下降。进一步通过挑选出的6个东北亚型强极涡年,6个北美型强极涡年和8个弱极涡年,分别对冬季位势高度场和温度场进行合成分析、小波分析和交叉谱分析。结果发现,东北亚型强极涡和中国东北地区冬季气温的关系最为密切,平流层关键区位势高度场和东北地区地面温度场都有着50天左右的振荡周期,并且关键区位势高度场的季节内振荡有着超前于温度场的特征;北美型强极涡和东北地区温度的联系较小;弱极涡与东北地区温度的关系也不太明显。

重庆主城区暴雨强度公式推算和应用探讨

根据重庆市主城区沙坪坝、北碚、巴南、渝北站1981-2013年逐分钟降水资料,基于年最大值和年多个样法两种数据采样方式,采用皮尔逊Ⅲ型分布、耿贝尔分布和指数分布曲线拟合,分别编制了暴雨强度公式。结果表明:年最大值法取样推求的暴雨强度值在10 a以下重现期部分小于年多个样法,在11-30 a重现期部分两者差别小,在31-100 a重现期部分年最大值法大于年多个样法。4站均以年多个样法取样推求的暴雨强度公式误差最小。巴南和北碚选用1981-2013年、渝北与沙坪坝选用1991-2013年降水数据根据年多个样法取样采用指数分布曲线拟合推算的暴雨强度公式。通过分析各历时降水量空间分布特征,划定了新编暴雨强度公式在重庆主城区的适用范围。

气候变化对黄河流域生态径流影响预估

人类活动和气候变化严重改变了黄河水文情势和生态径流,分析未来气候变化对河流生态的影响对流域水资源管理和长期规划意义重大。本文对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的13个全球气候模式数据进行偏差订正,驱动水文模型进行径流模拟,应用流量历时曲线方法分析SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下2026年至21世纪末年、季节尺度的花园口生态径流变化。结果表明:订正能明显降低降水、气温模拟偏差;人类活动严重影响了1986—2010年花园口生态径流;2026—2100年年均气温和年降水量增加趋势显著,低排放情景增速慢,高排放情景增速快;气候变化可在一定程度上缓解水库调控、水土保持等人类活动对生态径流的负面影响,SSP5-8.5情景缓解程度最高,冬季缓解程度最高,夏、秋季最低。

重庆2017年秋季降水异常成因分析

2017年秋季,重庆降水出现前期异常偏多而后期异常偏少的特征。为分析造成降水季节内极端异常原因,使用1961年以来重庆34个气象台站秋季(9月上旬至11月下旬)逐日降水数据、NCEP/NECA和NOAA逐日高度场、风场、水汽场、海温场等再分析资料,采用相关、合成等统计诊断方法,分析了2017年重庆地区秋季降水出现季节内异常变化的主要原因。环流的诊断分析表明:2017年重庆地区秋季降水出现明显旱涝转折、降水前多后少,其成因是由于副热带高压长时间维持在重庆长江沿线及长江中下游一线,中高纬度维持双阻型,即乌拉尔山高压脊发展,同时鄂霍茨克海阻塞高压的建立和维持,使其西部低槽东移缓慢,导致了重庆地区9月至10月上中旬强降水频发、降水异常偏多。10月下旬西太平洋副热带高压异常减弱南退,尤其在11月其闭合单体完全退出大陆,低纬度地区的高压坝切断了水汽的向北输送;中高纬度呈现西正东负的距平分布型,贝加尔湖以东至鄂霍茨克海以西的大范围地区为负高度距平分布,负距平南界位于我国河套北部地区,冷空气路径偏东偏北,不利于降水继续偏多,发生由异常多向异常少的转折。此外海温强迫场的分析表明:初秋中高纬度出现的双阻型环流异常可能与前期和同期西北太平洋海温的偏暖有关;而前期热带印度洋海温的全区一致增暖模态和后期赤道东太平洋海温的异常可能是导致副热带地区大气环流(西太平洋副热带高压)异常的主要原因和外强迫因子。

平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响

利用1970—2010年NCEP/NCAR再分析资料、我国160站月平均降水资料分析了平流层极涡向欧亚大陆偏移与我国冬季降水的关系。结果表明:1月极涡偏欧亚大陆强度指数与同期1月降水的显著正相关区域主要分布在我国中部大面积地区及新疆西南部的少数地区,显著负相关区域主要分布在新疆中部;相对1月而言,与后期2月显著正相关区域仍然主要分布在我国的中部地区但向西北方向延伸,使得华中北部、华北南部相对减少,而华北西部、西北东部等地区增大。对流层环流形势显示出在欧亚型强极涡年的1月,东亚冬季风和东亚大槽异常减弱,我国内陆中东部东南风距平显著,而贝加尔湖北部北风距平显著,南下的冷空气与暖湿气流交汇地区较常年偏北,同时我国中部地区低层水汽向上传播也明显增强,存在显著的水汽强辐合中心。

2020年夏季重庆降水异常偏多成因分析

2020年夏季,重庆降水量为1961年以来同期第三多,6—7月为同期最多,极为异常。利用1961—2020年夏季重庆34个气象台站逐日降水和NCEP/NCAR逐日高度场、风场、相对湿度场等再分析资料及NOAA逐月海温场资料,采用相关、合成等现代统计诊断方法,分析了2020年重庆地区夏季降水出现异常偏多的主要原因。结果表明:2020年夏季,尤其是夏季6—7月,欧亚地区大气环流高低纬度呈“+-+”环流型分布,环流的经向度明显,出现重庆夏季典型多雨的第一型环流配置,从而造成夏季降水的异常偏多。外强迫信号分析表明:2019年秋冬季至2020春季ENSO暖事件使重庆夏季降水偏多的确定性概率增加,同时2019年秋季赤道印度洋偶极子正异常助推了2020年重庆夏季降水的异常偏多,两事件同时发生时其作用相互叠加,造成了重庆夏季降水的极端异常偏多。影响重庆夏季降水异常的主要外强迫信号包括ENSO和印度洋偶极子,提前监测和关注它们对重庆夏季降水预测意义重大。

赤道印度洋偶极子对重庆夏季降水的影响分析

利用重庆34个气象台站1961—2017年夏季降水量、NCEP/NCAR的再分析月平均高度场资料和海面温度资料,分析发现,上年秋季尤其是11月的赤道(热带)印度洋偶极子(tropical Indian Ocean dipole,TIOD)模态与重庆夏季降水存在正相关关系。通过前期海面温度对大气环流的影响分析,结果表明:上年11月TIOD和夏季500 hPa高度场的相关与重庆夏季降水和高度场的相关一致,显示出从高纬度到低纬度“+、-、+”的相关分布,反映出当上年11月TIOD正位相(负位相)时,次年夏季环流场表现出乌拉尔山阻塞高压明显(不明显)、中纬度30°~37°N低值系统活跃(不活跃),西太平洋副热带高压偏强(弱)、位置偏南(北)的重庆夏季典型的降水偏多环流特征;前期赤道太平洋ENSO暖事件和前期TIOD事件同时发生时,两个事件的作用相互叠加,使得西太平洋副热带高压加强西伸并且位置偏南,造成重庆夏季降水的异常偏多。

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料,研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明,夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列,引起贝加尔湖地区位势高度升高,产生反气旋性环流异常,并引起东亚地区位势高度降低,产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部,在两者的共同作用下,受异常偏北气流影响,有利于冷空气南下和堆积。与此同时,对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南,西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低,反之亦然。

基于MDOS的重庆市2015年气象观测数据质量分析

实时与历史结合的气象资料业务系统(MDOS)的运行实施,完善了气象资料质量控制体系,调整了气象资料业务布局和流程.本文利用2015年重庆市35个国家台站、1 914个区域自动站的气象常规观测小时数据,按台站划分、观测要素分类,以可用率、可疑率、错误率、缺测率等为指标,基于MDOS对数据进行评估与统计分析.结果表明,重庆市2015年国家站自动观测资料的可用率平均可达99.56%,平均缺测率为0.44%,平均可疑率、平均错误率均在0.01%以下;区域站自动观测资料可用率平均为67.82%,平均缺测率为32.12%,平均错误率为0.06%,平均可疑率为0.01%以下.据此,本研究总结了影响气象要素可用率的主要因素.

不同分辨率的气温格点实况分析产品在重庆的对比检验

通过对比检验1 km与5 km分辨率的国家级气温格点实况分析产品在重庆地区高温月份的数据质量,为两种产品在业务上的合理应用和高温天气过程中数据改进提供参考依据。结果表明:1 km与5 km气温产品数值均以偏小为主,平均绝对误差分别为0.63℃、1.1℃。站点观测气温偏高时,两种产品的平均值误差均增大,1 km产品在各高温区间的平均误差始终小于5 km产品;随海拔的升高,两种产品的准确率均降低,且均在气温观测值为[20,25]℃区间内准确率最高;在不同海拔高度区间,1 km产品准确率均比5 km的产品准确率要高,5 km产品准确率呈现夜间高于白天的特征。两种实况产品受高温天气及高海拔影响较大,未来可以结合重庆本地复杂的地形特征,选择最优的数据融合方案做本地化改进。

青藏高原及周边地区波动E-P通量的分布与变化特征

为了研究青藏高原及周边地区波动E-P通量的分布与变化特征,利用1965～2010年NCEP/NCAR月平均再分析资料,计算了三维E-P通量,经过分析,得到如下主要结论：（1）对流层波动E-P通量的活动中心位于青藏高原南部.（2）波动E-P通量有着明显的季节变化.其中夏季的强度最大,且夏季与冬季相比,垂直分量正负值中心位置的分布几乎相反.从夏季到冬季,E-P通量垂直分量的正值中心逐渐向东北方向移动.（3）波动E-P通量的年代际变化也比较显著.从20世纪70年代中期到80年代前期,波动E-P通量变化平缓;80年代中期至90年代中期,变化很大,90年代中期达到最强,后又开始逐渐变缓.

西南地区东部秋季降水特征及其异常年对应的海—气关系

该文利用观测降水资料,NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA第四版月平均海温资料,分析了西南地区东部秋季降水年际变化的主模态以及与其联系的大气环流和海温异常。结果表明,西南地区东部秋季降水主要表现为全区一致型(EOF1)和南北反相型(EOF2)。第一模态对应着副热带西风急流减弱,青藏热低压和副热带高压偏强、偏西,东亚大槽偏弱,印缅槽持续发展,来自孟加拉湾和南海的水汽不断向西南地区东部输送;这一模态与同期10月的赤道中部太平洋海温有着密切关系。与秋季降水第二模态相联系的环流场上,副热带西风急流增强,青藏热低压和副高偏弱,对流层中部的位势高度场以经向环流为主,南支槽活动较弱,不利于水汽向中、高纬地区输送;这一模态与同期3月南半球新喀里多尼亚岛附近海域的海温最为密切。