西风带南支槽对云南天气的影响

利用1980-2008年近30年逐日地面、高空观测资料,统计了影响云南的西风带南支槽个例,并分析了南支槽的时空分布和对云南降水的影响。结果表明,影响云南的南支槽平均每年出现18.76次,11月-次年5月平均每月出现次数相当(6-10月西风带北撤,转换为孟加拉湾槽);约5.88%的南支槽过程对云南产生大到暴雨天气,54.83%的南支槽产生小到中雨,另有17.28%的南支槽产生冰雹天气过程。南支槽的进退与西风带环流形势、副热带高压位置和高原大地形等关系密切,南支槽位置、水汽输送、湿度锋区、低空急流和冷空气强弱等条件的不同决定了降水的强弱或是否有强对流天气出现。

近30年青藏高原臭氧总量亏损的可能原因及其与对流层顶高度的联系

基于总臭氧测绘光谱计TOMS和太阳向后紫外线散射仪SBUV结合得到的30年(1979-2008年)全球月平均臭氧总量资料,首先分析了近30年青藏高原(下称高原)上空臭氧总量的下降趋势,然后讨论了高原动力抬升作用对臭氧总量的影响,最后探讨了高原臭氧总量亏损与高原对流层顶高度的联系。结果表明,高原臭氧总量及其下降趋势均存在着明显的季节差异,与同纬度非高原区相比,高原地区各月的臭氧总量均偏低,特别是在3-9月臭氧亏损严重;近30年高原地区臭氧总量在各季节均呈现出下降趋势,除了秋季外,其下降幅度均超过同纬度其他地区;春、夏季高原动力抬升有利于对流层低浓度的臭氧含量向平流层输送,从而导致高原臭氧总量的减少。近30年春、夏季高原臭氧总量亏损与夏季高原第二对流层顶高度的抬升存在着密切关系。

春季南支槽变化特征及其与降水和大气环流的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合国家气象信息中心提供的1961-2007年4月中国596个测站月降水量资料,采用小波分析、相关分析和合成分析等方法,定义了春季南支槽强度指数和东、西位置指数,讨论了近60年两个指数的变化特征及其与中国同期降水和大气环流的关系。结果表明,春季南支槽总体呈强度减弱、位置逐渐西移的趋势。春季南支槽强度指数值越小(大),则南支槽越强(弱);春季南支槽位置指数值越大(小),则南支槽位置越偏东(西),出现长江中游及其以南部分地区降水越多(少),而西南的部分地区降水越少(多)的现象。另外,对两个指数与大气环流的关系分析表明,强度指数和位置指数与环流的关系比较显著,能够合理地给出中国降水差异的原因。

21世纪平流层温度变化和臭氧恢复

温室气体增加和可能的臭氧恢复将是影响21世纪平流层温度变化的两个主要因素。温室气体增加的辐射效应将导致平流层变冷,而臭氧恢复将导致平流层变暖。为探讨平流层温度在这两种相反因素作用下的变化趋势,研究中使用了观测的臭氧和温度资料以及4个有代表性的IPCC-AR4海气耦合的全球环流模式的模拟结果(GISS-ER、GFDL-CM20、NCAR-CC-SM3和UKMO-HadCM3)。观测分析结果表明,在近10年来臭氧柱含量和平流层低层温度均有升高的趋势,平流层中层温度仍然延续20世纪后20年的变冷趋势。IPCC-AR4的模拟结果表明,单纯温室气体增加将造成平流层变冷。可是,在同时考虑温室气体增加和臭氧层恢复的情况下,模拟结果表明平流层中上层仍将维持变冷的趋势,而下层则存在变暖的趋势,但几个模式给出的变暖趋势有差别。UKMO-HadCM3给出的模拟结果是在3种温室气体排放情况下平流层低层均呈现较强的变暖趋势,变暖的层次可达40hPa;GFDL-CM20和NCAR-CCSM3给出的变暖趋势较弱一些,并且变暖主要位于60hPa以下的层次。

春季南支槽的年代际变化及其与降水、大气环流的关系

由于春季青藏高原动力作用在其南侧形成南支槽,南支槽年代际变化的异常,可能与中国降水异常有密切的关系。利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国596个测站月降水资料,采用突变检验、合成分析等方法,分析了1950 2014年春季南支槽的强度和东、西位置的年代际变化特征,探讨了两者与同期中国降水年代际异常及环流背景场的关系。结果表明:春季南支槽的强度和位置都具有显著的年代际变化特征,南支槽强度在20世纪70年代末期有一次强弱突变过程,位置在90年代初期发生了明显的由东向西移动的转折,分别选取强度和位置突变前后的时间段进行分析,得到春季南支槽强度突变前(后),南支槽越强(弱),位置突变前(后),南支槽越偏东(西),会出现黄河流域、长江中下游及其以北和以南的大部分地区降水偏多(少),而青藏高原及其周围地区降水偏少(多)的现象,从两者突变前后与大气环流、垂直运动和水汽条件的显著关系能够合理地解释突变前后降水差异的原因。在此基础上,总结了春季南支槽年代际尺度与中国降水、大气环流的概念模型,可为中国春季的气候变化和气候预测提供更多的科学依据。

未来甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧的影响

利用一个耦合的大气化学-气候模式(WACCM3)研究了地表甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧变化的影响。结果表明,如果地表甲烷的排放量在2000年的基础上增加50%(达到政府间气候变化专门委员会A1B排放情景中2050年的值),平流层水汽体积分数将平均增加约0.8×10^(-6)。南半球平流层甲烷转化为水汽的效率比北半球高。在北半球平流层中,1 mol甲烷分子可以转化为约1.63 mol的水汽分子,而在南半球1 mol甲烷分子大概可以转化为约1.82 mol的水汽分子。甲烷排放增加50%将使全球中低纬度地区以及北半球高纬度地区的臭氧柱总量增加1%—3%,使南半球高纬度地区臭氧柱总量增加近8%,而秋季(南半球春季)南极地区臭氧柱总量增加幅度可高达20%,南极臭氧的这种显著增加主要是由于甲烷增加造成的化学反馈所致。在北半球中高纬度地区,甲烷增加引起的臭氧变化主要与甲烷氧化导致的水汽增加有关。研究还表明,未来甲烷排放增加对臭氧的恢复作用其实与溴化物排放的减少一样重要。

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。

青藏高原两类对流层顶高度的季节变化特征

根据青藏高原地区14个探空站近30 a（1979—2008年）的对流层顶逐日观测资料,分析了该地区上空热带对流层顶（第二对流层顶）和极地对流层顶（第一对流层顶）出现的频率及高度的季节变化特征。结果表明：（1）高原全年均可观测到第二对流层顶,其中在暖季（6—10月）第二对流层顶占绝对主导地位,而在其余月份则以复合对流层顶为主;（2）两类对流层顶高度在季节变化上存在着明显的差异,第一对流层顶高度在春秋（夏冬）季偏高（低）,第二对流层顶高度在春夏（秋冬）季偏高（低）,即第一（二）对流层顶高度的年变化曲线呈双（单）峰型;（3）两类对流层顶高度均存在明显的年际变化,第一（二）对流层顶高度除秋季存在准3.6 a（6 a）的周期变化外,其余季节均具有4.5~6 a（2~4 a）的振荡周期;（4）近30 a来高原第一（二）对流层顶主要表现出下降（上升）的趋势,尤其是第二对流层顶高度在冬、春季存在着明显的上升趋势。

甘肃黄土高原春季透雨日期的气候特征

利用甘肃黄土高原和宁夏回族自治区中南部1971—2000年67个站的春季第一场透雨日期资料和美国NCEP/NCAR高空环流、OLR资料,用EOF和REOF方法分析了春季第一场透雨日期的时空分布特征,并且选透雨日期典型早年与迟年对其与高空环流和OLR的关系进行了分析。结果表明,研究区北部透雨平均日期迟,在5月下旬,而南部早,在4月中旬;20世纪70年代透雨日期偏迟,80年代透雨日期偏早,90年代偏迟。透雨早年500hPa4月平均高度距平场呈东正西负,500hPa和700hPa4月平均流场青藏高原及我国西部为辐合区,700hPa和500hPa4月平均湿度距平场西北地区为正距平中心,OLR平均距平中纬度负距平呈东西分布,青藏高原东部有负距平中心;透雨迟年500hPa4月平均高度距平场呈西正东负,500hPa和700hPa4月平均流场高原上以偏西气流为主,700hPa和500hPa4月平均湿度距平场正距平中心位于我国南部,与透雨早年相比明显偏南10个纬度,OLR平均负距平明显偏小。

西北地区春季多雨与少雨年的高空环流特征

对西北地区1961—2000年119个气象站的春季降水,分析了其空间分布和时间变化及其多雨与少雨年的500hPa高度场、OLR场、700hPa风场、湿度场。结果表明:多雨年中纬度500hPa春季高度距平场东正西负,东亚大槽弱,欧洲低槽强,700hPa春季矢量风距平场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国西北地区为辐合区,北半球欧亚700hPa春季比湿距平场正中心位于阿拉伯海到孟加拉湾和长江流域,OLR主要负距平中心在东南沿海和孟加拉湾,西北地区亦为负距平,主要正距平中心在西太平洋。少雨年500hPa春季高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强,700hPa春季矢量风距平场欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国西北地区为辐散区,700hPa春季比湿距平场正中心位于孟加拉湾和菲律宾海盆,OLR负距平中心在东南沿海—青藏高原北—新疆北部,西北地区亦为正距平,主要正距平中心在西太平洋。

南亚高压上下高原时间及其与高原季风建立早晚的关系

本文利用1948—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料,定义了南亚高压动态特征指数,讨论了南亚高压上下高原的时间以及与高原季风建立早晚的关系。研究表明,南亚高压北界位置在4月初开始北移,5月迅速北抬,最北可达到55°N,9月开始南撤,西伸脊点在5—10月移动较稳定,5—7月向西移动到青藏高原上空,8—10月向东移动撤离高原,11月—次年4月东西摆动剧烈。南亚高压初上高原大致为6月第3候(33候),而撤离约为10月第4候(58候)。南亚高压移上高原的时间较高原夏季风建立晚73 d左右。南亚高压撤离高原时间较高原冬季风建立约早5 d。高原夏季风的建立和南亚高压初上高原是青藏高原热力作用在不同阶段的结果,反映在了高原的高低层上。

新疆1960-1999年第一对流层顶高度变化及其突变分析

采用1960-1999年新疆12个探空站逐日观测资料,按气候特点把新疆划分为阿尔泰山、天山南坡、天山北坡和昆仑山4个区域进行研究。分析了40 a来新疆第一对流层顶年平均高度变化空间分布差异,用Mann-Kendall法和移动t检验法进行了突变检验。结果表明:1960年以来,新疆第一对流层顶年平均高度总体为上升趋势,期间经历了两升两降的变化,较为突出的是1987-1999年的明显上升过程。年代际变化上,20世纪60年代到70年代初第一对流层顶高度有所下降,70、80和90年代的30 a则明显上升,累计上升了百米之多。新疆阿尔泰山、天山南坡和北坡分别于1972、1973和1976 年发生了均值突变,昆仑山未发生显著气候突变。尽管存在差异,但在80年代末期至1999年各地呈现的上升趋势却具一致性。

中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及MERRA三种再分析资料,讨论了再分析资料风速场在中国区域的适用性问题。结果表明:在中国区域的年平均场上,高空风速在我国对流层高层和中层均存在长期减弱的趋势,在我国东部和南部地区的对流层低层也存在减弱趋势,ERA-interim资料和MERRA资料适用性相对较好。再分析资料风速在多年年平均场上普遍小于探空风速。在对流层高层,1980年代至1990年代ERA-interim资料适用性好,而21世纪以后,NCEP/NCAR的适用性较好;在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料适用性较好。在中国区域的季节平均场上,高空风速在冬季的对流层高层和中层中普遍存在增加的趋势,而在春季、夏季和秋季的对流层高层和中层存在减小的趋势。探空资料与再分析资料在冬季偏差最小,在夏季偏差最大。在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料和MERRA资料在冬季的可信度相对较好,MERRA资料在夏季的可信度相对较好;在对流层高层和平流层低层,ERA-interim资料和MERRA资料在四季中的可信度都相对较好。

夏季亚洲副热带西风急流气候特征

利用1958-2003年NCEP／NCAR月平均再分析资料以及中国160站月降水资料，较全面、细致地分析了夏季亚洲西风急流气候特征。结果表明，亚洲急流存在其南北位置、强度和沿急流Rossby波活动的变化，定义的西风急流扰动指数能较好地综合反映急流的这3种变化。沿西亚急流和东亚急流的Rossby波活动具有不同的年际和年代际变化，并受不同波列活动的影响。西亚急流Rossby波活动（WAJRA）受北大西洋涛动影响，而东亚急流Rossby波活动（EAJRA）与南极涛动有联系。西亚急流Rossby波活动影响新疆夏季降水，东亚急流Rossby波活动影响100°E以东地区降水。

基于昼夜温差序列非均一性的高空温度订正

利用中国东部地区75个高空探测站1958—2005年逐日08时和20时资料和元数据信息,采用昼夜温度对比和二相线性回归法,对不同等压面的温度序列进行均一性检测和订正。在此基础上,以最大缺测率30%作为序列取舍标准,对49个探空站订正前后的年平均温度变化趋势进行对比分析。结果表明:探空仪器变化和辐射订正方法改变是造成中国东部地区高空温度序列非均一性的主要原因,1966年前后和2000年前后是两个较为可靠的间断点,且1966年前后的非均一性更突出。非均一性最明显的等压面主要在100 hPa。1958—2005年,500 hPa以下等压面温度的上升趋势较订正前减弱,但200 hPa到50 hPa等压面温度的下降趋势也被削弱,削弱幅度为0.04—0.08℃/10 a。与1958—2005年相比,1979年以来东部地区对流层各层温度增温趋势明显,而平流层底层降温趋势也较为显著,该时段内订正前后温度变化趋势差异较小。

辽宁地区第一对流层顶高度变化特征分析

利用趋势分析、突变分析以及小波分析等方法对近42 a辽宁南部(大连)和北部(沈阳)第一对流层顶高度变化特征进行分析。结果表明:近42 a,辽宁第一对流层顶高度除冬季外其他三季和年呈下降趋势,南部地区降幅明显大于北部;多年平均值的年变化表现为夏季最高、春秋季次之、冬季最低,各个季节南部高度值普遍高于北部;年际变化幅度为夏季最大,除冬季外,南部大于北部;发生气候突变的时段出现在20世纪70年代中期前后;周期变化特征时空差异较大。

极区夏季中间层潮汐和平均风的短期变化特征

利用德国 SOUSY VHF雷达在中间层高度上 6天的观测数据 ,研究了夏季极区中间层大气潮汐和水平风的变化特征。动态谱分析表明 ,半日潮是极区夏季中间层高度上占支配地位的波动 ;周日潮通常较弱 ,偶尔也会增长到与半日潮相当的强度 ;1 /8cph频率附近偶尔出现较强的谱峰 ,但持续时间更短。潮汐谱峰对应的频率一般与其定义值有偏离 ,说明它们经常处在被扰动的状态。在相差 2 .7km的两个高度上纬向和经向平均风的时间变化各自显示出较强的相似性 ,但是两者的时间变化倾向完全不同 ,反映了平均风变化的各向异性。每种潮汐在纬向和经向风中的谱峰对应的频率一般不相同 ,其水平扰动速度矢量端点随时间变化的轨迹一般也不再是闭合的椭圆 ,但仍保持顺时针方向旋转的特征。

中间层顶区域大气平均风场年和半年振荡的全球结构

利用2003~2011年TIDI(TIMED Doppler Interferometer)风场观测数据研究了中间层顶区域80~105 km纬向平均风场年振荡和半年振荡振幅和相位的全球分布结构,并给出了它们的年际变化。在热带地区,纬向风半年振荡最显著。振幅峰值中心位于南半球10°S^20°S范围,出现与平流层半年振荡类似的相对于赤道不对称的分布,并且振幅峰值与以前在该区域的研究结果存在较大差别。在中高纬度地区,纬向风和经向风被年振荡所控制。纬向风在高度100 km以下中高纬度都存在振幅大值中心;经向风年振荡只出现在两半球中纬度高度95 km以下,并且南北半球振幅峰值中心分布不一致。分析结果还显示年振荡和半年振荡振幅存在显著地年际变化,相位的年际变化则较小,但北半球热带地区经向风年振荡振幅和相位表现出2年周期的变化。

对流层顶气压与气温的年(代)际变率研究:冬季特征

利用NCEP／NCAR再分析月平均对流层顶气压、气温资料，研究了1979-2002年冬季全球对流层顶气压、气温的年际和年代际变率。选取了冬季对流层项变率最大的区域来定义气压指数、气温指数。通过分析得到：（1）全球对流层项气压、气温随纬度的增加而增高，但在整个热带地区和高纬度地区对流层顶气压、气温的分布较均匀。在分析时段内全球平均的对流层顶气压呈下降趋势，气温呈降低趋势。这些从全球资料得到的结果支持了已有的从部分探空资料所得到的结果。（2）对流层顶变率最大值出现在北半球的副热带地区，最小值出现在低纬度地区。气压指数和气温指数显示出准13a及准3～6a的周期。在1992年以前准3a的周期变化较强，1989年后准6a较强，显示出年际变化的年代际差异。对流层项气压与对流层顶气温在全球大部分地区都呈显著正相关，但在热带和副极地的部分地区相关较弱。对流层顶气压与对流层平均气温在全球大部分地区都呈显著负相关，但在极地地区有正相关关系，显示了对流层顶与对流层内部变化关系的复杂性。

1979～2011年间平流层温度及平流层水汽的演变趋势

利用ERA-Interim再分析资料,研究1979~2011年间平流层温度与平流层水汽的时空演变趋势。结果表明,平流层纬向平均温度场和平流层水汽的分布随高度、纬度、季节的变化而变化,且二者密切相关,互相影响。过去33a间在热带地区平流层温度均呈上升趋势,在南北半球,温度在平流层中下层呈下降趋势,而在平流层上层呈增温趋势。平流层水汽在不同层次、不同纬度带均呈增加趋势。平流层纬向温度在南北两半球的下降趋势与平流层水汽含量的增加趋势,进一步验证了全球气候正在变暖的事实。