广东雾霾天气能见度时空特征分析--年际年代际变化

利用1980―2003年广东省22个地面气象观测站24 a的气象观测资料,采用经验正交函数分解(EOF)和连续功率谱分析方法,分析广东省雾霾天气下能见度的时空分布特征。结果发现,广东地区雾霾天气能见度的年际年代际变化主要表现在EOF的前2个主模态,方差贡献分别占17.4﹪和11.8﹪。其中第1主模态的空间场与广东省自然地理区划基本对应,其时间序列反映的主要是雾霾天气下能见度的年代际变化。在1992年前后由正向负的逐渐减小可能与上世纪90年代以后广东地区经济活动的明显增强有关;第2主模态的空间场反映出广东地区能见度时空变化一致性的特点,其时间序列具有显著的准2 a、4 a和8 a振荡周期,所反映的主要是雾霾天气能见度的年际变化,可能与大尺度季风区对ENSO年际变化信号的响应有关。

云南省雨季降水的年际年代际变化特征及其与热带上层海洋热含量分布的关系

利用云南省126个站1961～2000年的月平均降水资料,基于小波分析方法,研究了云南省雨季降水异常2～6年的年际变化特征和准30年的年代际变化特征,这种准周期振荡与热带海洋上层热含量的异常分布相关,在云南雨季降水偏多(少)的年份,整个印度洋异常偏冷(暖),西太暖地区异常偏暖(冷)而东太异常偏冷(暖)。而云南雨季前期冬季的印度洋上层热含量的异常,特别是南印度洋东西向偶极子型的热异常变化,以及中国南海深水海盆区上层海洋热状况的异常,都与未来云南雨季的降水异常有很好的相关关系,因此冬季南印度洋和南海海域的热状况对于未来云南雨季的旱涝有着很好的指示意义。

中国近海海温年际年代际振荡关键海区分析研究

用HADLEY中心的HadISST的海温资料、NCEP的大气资料、国家气象局发布的74个月平均环流指数和美国华盛顿大学的PDO指数,讨论研究了中国近海海温的年际年代际振荡。通过对我国近海海温的EOF分析,可以发现我国近海30 N附近是海温年际年代际振荡信号最强的关键区,它占了总量的58.2%,与澳大利亚东北沿海海温年代际振荡有相同的周期,最明显周期是44—45年,滞后PDO信号近15年左右。该关键区海温与澳大利亚东北沿海海温都还存在1年、5年和15年的振荡,它们的相关系数达到0.604,属于同一个模态。另外,1年的海温振荡信号除了澳大利亚东北沿岸以外,还沿着西太平洋海岸线分布,因此中国近海海温年际年代际振荡不是一种局地现象,而与太平洋海温变化有关。另外,它是海气相互作用的结果,与中高纬度的东亚大槽和低纬度太平洋印度洋的风场、西太平洋副高和南海副高、大气温度场甚至南半球环流有明显的关系。

中国南方旱涝年际年代际变化及成因研究进展

基于气候变暖背景下中国南方旱涝时空格局发生变化的基本事实,回顾了中国南方降水的主要模态和旱涝年际年代际尺度变化特征及其成因的主要研究进展。研究指出,El Nino发展年,中国南方大部地区降水偏少,尤其在长江及其以南地区,而El Nino衰减年则相反。强调热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副热带高压增强,位置偏南,导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持,有利于中国南方降水加强。青藏高原冬春季积雪多,春夏季高原感热和上升运动较弱,导致夏季风偏弱,有利于长江流域降水偏多易涝,反之亦然。关于多因子协同作用对南方旱涝影响,指出南方旱涝是多因子协同影响的结果,如菲律宾反气旋受冬季青藏高原积雪、El Nino与前期春季印度洋海温等多因子协同影响。南方旱涝与影响因子发生了年际关系的年代际变化,在气候变暖背景下,随着后者的年代际转型,其对前者的影响关系也发生了年代际变化。因此,提出了应该关注南方旱涝的预测策略与方法,提高旱涝预测技巧。

金华市汛期降水特征分析及年际年代际差异

利用金华市1953-2005年逐日20～08时、08～20时降水资料,采用第2、3类距平、最大熵谱分析、小波分析等方法分析了汛期降水的基本特征及年际年代际差异。结果表明:金华市降水季节变化呈单峰型,主峰在6月;在不同时段有不同的降水集中期;汛期降水总体呈略减少趋势,降水异常偏多年多发生在多雨时段,异常偏少年多发生在少雨时段;汛期降水稳定存在18～20a、2～3a周期,不同时段还存在不同周期;暴雨开始的迟早、长短和暴雨降水集中期有明显的年际年代际差异,暴雨降水稳定存在18～20a周期,不同时段还存在不同变化周期。

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季(6-8月)NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域38个气象站降水资料,使用5 a滑动平均分离出该流域夏季降水年代际和年际变化,选出年际变化典型的干年和湿年与年代际变化的干期(1963-1986年)和湿期(1989-2018年),分析与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明:影响年代际变化的大气环流异常主要是大西洋和欧亚大陆的对流层位势高度场从西北至东南交替出现反气旋和气旋距平环流。在湿期,分别在蒙古国和中亚的反气旋和气旋距平环流加强,塔里木河流域东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,来自西北太平洋和印度洋的水汽增多;在干期则相反。影响年际变化的大气环流异常主要是:在湿年,塔里木河流域之外的西北部和东北部的对流层都为显著的反气旋距平环流,塔里木河流域西部对流层为气旋距平环流,流域东部对流层为反气旋和气旋距平环流影响区;从南北方向向塔里木河流域输送的水汽增多,北风的水汽输送增加较多,南风的水汽输送增加较少,来自北冰洋和印度洋水汽增多;在干年则相反。

西伯利亚高压的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个气象站的气温资料,采用谐波分析、相关分析和奇异值分解等方法,研究了冬季西伯利亚高压(Siberian High,SH)的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响。结果表明:(1)年代际尺度上SH在20世纪60年代末后减弱、收缩、东界西撤、南界北退,21世纪以来SH面积扩张。年际尺度上SH面积的年际方差最大。(2)SH强度、面积和东界经度的年际变率在21世纪以来都增大,SH特征量的年代际变率均在1975年前后由大转小。(3)中国冬季偏冷年的SH较为强大且东扩南伸,同期500 hPa高度类似遥相关欧亚型(EU)正位相的异常分布和增强的欧亚脊对SH发展起主要作用,反之亦然。年际尺度上当SH加强扩张并东扩南伸时,强度的影响最大,中国大部为冷冬,尤其是南方。年代际尺度上面积的影响最强,SH加强扩张(减弱收缩)并东伸(西撤)时,黄河以北气温偏低(高)。(4)年际尺度上当SH强度和面积的变率偏大(小),东界和南界的变率偏小(大)时,中国大部冬季气温的年际波动剧烈(平缓)。年代际尺度上当SH特征量的变率均偏大(小)时,华北和东北冬季气温的年代际波动加大(减小),而南方冬季气温的年代际波动减弱(增大)。

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素,其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述,包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外,本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.

中国降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性

利用中国740站45年降水资料按5种分辨率分气候区计算了降水年际和年代际变率.降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性分析表明,中国各气候区降水年际变率对空间尺度的敏感性都随空间尺度的增加而逐渐减小,且存在明显的季节变化,而年代际变率对空间尺度的敏感性却随空间尺度的增加而增大,但不存在季节变化;由于中国各气候区降水的特殊性,各气候区降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感程度存在不可忽视的差异.在年际和年代际尺度上,西南地区降水变率对空间尺度都是最敏感的,因而该区域降水年际和年代际变率信号的检测最困难.而华南地区在年际尺度上比较敏感,年代际尺度却不敏感,但华南地区在年际和年代际尺度上区域内降水分布的非均匀程度对空间尺度的敏感性都最大.

西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化及预测

利用1950-2009年60 a的热带气旋资料、NOAA海温、NCEP再分析资料及74项环流指数等资料,研究了西北太平洋热带气旋频数的年际、年代际变化特征,结果表明,西北太平洋热带气旋生成频数既有显著的年际变化,同时也存在明显的年代际变化。自1950年以来,西北太平洋热带气旋频数经历了一个先增加再减少的过程,其中转折点在20世纪70年代中后期,与之相对应,热带气旋路径频数也呈现明显年代际变化。在此基础上,通过分析前期春季海温场、大气环流异常及环流指数与夏季(6-10月)热带气旋生成频数的相关关系,选取了影响夏季西北太平洋热带气旋活动频数的预测因子,建立了一个夏季西北太平洋热带气旋生成频数的多元回归预测模型。检验结果表明,该模型能较好地拟合1951-2003年夏季西北太平洋热带气旋生成频数的年际变化,拟合率为0.6。对2004-2009年夏季热带气旋生成频数的独立样本预测试验表明,该模型对夏季西北太平洋热带气旋活动频数具有较好的预测能力,可以为热带气旋业务预报提供一定参考。

近百年长江中下游梅雨的年际及年代际振荡

利用一种小波变换和统计检验相结合进行气候突变检测的新方法,分析了1885～2000年长江中下游梅雨强度序列多尺度层次的谱系结构,并对各层次的突变点进行统计显著性检验;利用小波能量密度研究了梅雨强度年际及年代际振荡随时间的演变及其方差贡献.结果表明:就大尺度而言,近百年梅雨强度以1941年为界分成强、弱两种状态,同时,在不同时间尺度的层次上,还存在多个突变点,例如,在梅雨较强的1885～1941年阶段中,含有两个梅雨相对弱的时段,在梅雨较弱的1942～2000年阶段中亦存在1991～2000年梅雨相对强的时段;2～3年和6～7年振荡在长江中下游梅雨强度的年际变化中占有较大方差贡献,其中1978～1987年和1996～2000年段2～3年振荡的方差贡献较大,1920～1932年段6～7年振荡的方差贡献明显;在长江中下游梅雨强度的年代际变化中,23～24年和36～37年振荡的方差贡献在20世纪40年代以后比较突出.

中国地面气温年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系

利用中国气象局气候中心数据库1958—1994年中国160个测站的月平均温度资料, 分析了中国37年气温的年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系。结果表明: (1)1958—1994 年以来,东北地区全年、秋季和冬季温度上升都很明显, 其中冬季最明显; 新疆冬季温度升高也很明显; 华南夏季温度明显升高。(2)通过对各区温度的年代际变化检验可知, 东北全年、秋季和冬季 1983 年以后温度有非常显著的升高; 新疆冬季1976年以后温度也有显著升高; 华南夏季 1976 年以后温度有明显升高。(3)从全国来看, 北方各区气候变暖要比南方显著一些, 特别是冬季。(4)北冰洋涛动与我国东北温度有十分密切的联系, 当AO指数偏小时, 冬季冰岛附近海平面气压偏低, 西伯利亚高压范围缩小,东亚冬季风比较弱, 我国东北冬半年的温度出现明显上升。

100hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了中低纬地区100 hPa高压环流和东风气流的季节、年际和年代际变化,并与南亚高压的相应变化进行对比分析。结果表明,100hPa高压环流中心有明显的季节分布特征,其中心经度的主频区与100 hPa南亚高压中心经度的主频区位置较为一致。南亚高压和东风气流的部分特征参数有明显的年际和年代际变化。南亚高压参数有明显的10年和大于20年的振荡周期。东风气流的面积有2～5年的振荡周期,其强度则有4年和15年的振荡周期。

广东大尺度大气水汽汇的年际及年代际变化特征

用1958～2004年实测降雨量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了广东地区大尺度水汽汇的年际和年代际变化特征及其与水汽通量变化的关系。结果表明,气候平均而言,广东春夏季大气向地面输送较多水资源,秋季地气间相互交换的水分相当,冬季由地面向大气输送较多的水资源。四季和年水汽汇的年际分量方差贡献均占主导地位,秋、冬季水汽汇的年际分量有约3年的显著周期。除了显著的年际分量外,冬、春季和年水汽汇的年代际分量方差贡献也较显著,占总方差的40%以上,以30多年的长周期变化为主,目前正处于由正位相向负位相转变的过渡期,预示今后广东有偏旱趋势。广东冬春季水汽汇的异常有显著的同相关系。另外,夏、秋季水汽汇的年代际分量有10～15年的显著周期。广东各季大气水汽汇偏强(弱)是由于从热带低纬输送到南海北部至华南地区的水汽增强(减弱),并伴随着水汽通量的辐合的增强(减弱)造成,但各季水汽通量异常分布型是有差别的。

300hPa北极涡年际及年代际变化特征的研究

利用NCEP/NCAR 1949—2002年月平均再分析高度场资料,通过线性倾向估计、二项式系数加权平均、Morlet小波分析等诊断方法,系统地讨论了300 hPa北半球极涡面积、强度及中心位置的年际和年代际变化特征,结果表明:(1)年平均北极涡的面积在20世纪70年代中期之前在总的上升趋势中有几次较小的波动,之后在总体下降趋势中有几次较大的起伏;Ⅰ、Ⅱ区的线性变化趋势非常小,Ⅳ区最大,夏季的年际变化相对明显一些,秋季变化最弱,各季节均有线性收缩趋势,冬季幅度最大,秋季最小。(2)年平均极涡强度的年际、年代际变化特征与极涡面积有相似之处,但不同年份存在显著差异;各分区的强度变化与北半球类似(特别是Ⅰ区);夏季的年际变化幅度最大,春、夏季年代际变化的特征明显,秋季最弱。(3)北极涡中心位置通常并不在北极点,各分区极涡总面积所占的百分比有明显差异,且有月际变化,这些差异与海陆热力差异造成的环流的差异密切相关;极涡的主要位置有一定的年际、年代际变化特征;极涡中心位置主要偏向亚洲大陆及太平洋一侧。

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM,通过1958～2001年风应力(ERA40)和热通量驱动下的两组模拟试验,检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明,尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响,但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对ElNi～no的模拟效果,包括对ElNin～o周期非规则性的成功模拟;北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响,合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域,导致SST变率异常的因子不同:在加利福尼亚沿岸,冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定;在北太平洋中部,温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响;在黑潮及其延伸体区域,对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用,与此同时,水平平流和扩散的作用亦不容忽视。

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述。主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化。在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响。青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的。未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应。东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱。这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成。(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡。本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响。对TBO—海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV)TBO和淮河型(HRV)TBO的特征及其形成的循环过程。(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度"南支"和"北支"遥相关型。它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果。据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常。最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果。

春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化及与中国温度和降水的关系

本文利用1951~2011年的再分析资料及观测资料,探讨了春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化特征及其与中国温度、降水的关系,主要结论如下:(1)春末贝加尔湖脊(简称贝脊)在1951~1979年间较弱,但在1980~1999年期间显著增强。进入21世纪后,春末贝脊呈显著减弱的趋势;(2)强(弱)贝脊使我国北方地区的温度显著升高(降低),使西南地区的温度降低(升高)。贝脊的强弱变化,对北方地区温度的影响在1951~1979年期间最为显著,对西南地区温度的影响在1980~2011年期间显著。在1951~1999年期间,贝脊的强弱变化与长江下游的降水量存在明显的反位相变化关系。进入21世纪后,贝脊的强弱变化与西南地区降水量之间存在较为显著的正相关关系(99%置信度);(3)强贝脊与由北大西洋/欧洲上空向东传播的定常行星波密切相关,而弱贝脊主要与欧亚大陆次极区纬向伸展的行星尺度脊相联系。在不同的年代际时段,与贝脊强弱变化相联系的北半球异常环流特征也存在一定的差异;(4)5月份的强贝脊环流以前期的北大西洋涛动、东大西洋型以及弱东亚大槽环流为前兆信号。同年3月乌拉尔山气旋式异常环流为5月份贝脊弱的前兆信号。

东北夏季降水年代际、年际变化的区域差别

采用REOF方法对我国东北夏季降水异常进行了区划,并通过周期分析等方法分析了各分区降水年代际、年际变化特征。结果表明:东北夏季降水异常可划分为南部、中部、东部、西南部、西北部和北部6个区域,东南部(包括前3个区域)的年代际变化高于西北部(后3个区域)。50 a来东北全区夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,但存在明显的年代际变化。其中,南部与全区旱涝在两种时间尺度上(特别在年代际尺度上)的相关均较高;东部与全区的相关也主要表现在年代际尺度上,而中部、西南部主要表现在年际尺度上。