基于MODIS数据的中国东部地区海陆温差时空变化特征

海陆温差是海-陆间热力对比的重要表征,对区域乃至全球气候产生重要影响。研究基于2001—2021年中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据,研究了中国东部地区地表温度、海表温度以及海陆温差的时空变化及区域差异特征。结果表明:2001—2021年中国东部地区地表温度和海表温度均呈显著上升趋势,上升幅度分别为0.34℃/10a和0.32℃/10a;夜间地表温度和海表温度的上升态势更突出;各季节中,冬季地表温度和夏季海表温度增幅最大,分别达0.45℃/10a和0.43℃/10a(P<0.05);空间上,中国东部地表温度总体呈南高北低的格局特征,海表温度则表现出从东北向西南递增、近岸低于远岸的特征。研究时段内,中国东部地区海陆温差通常为负值,海表温度总体高于地表温度,且离海岸线越近的缓冲区范围内海陆温差越小;100 km、200 km和300 km缓冲区范围内年际海陆温差总体呈减小趋势,其中100 km缓冲区范围内的降幅最大;各季节中,春季和冬季海陆温差呈减小趋势,夏季和秋季的呈增大趋势;空间上,以30°N为界,以北和以南区域的海陆温差分别呈减小和增大趋势。

近40年东亚季风变化特征及其与海陆温差关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了乔云亭等定义的1957—2000年东亚季风指数,研究了各指数之间相互关系和年际变化的主要特征,在此基础上又利用全国194站1957—2000年地面资料分析东亚季风指数的年际变化与各气象要素场的年际变化之间的关系以及我国近40年气候变化特点。结果表明:西南季风、东南季风和偏北季风的年变化有所差异;夏季,东部地区降水量与相对应各个海区海陆温差负相关显著,并且江淮区对应的海陆温差与东北区和华北区夏季降水有较好的正相关关系,当江淮区对应的海陆温差降低时,江淮区夏季降水量增加,华北区和东北区夏季降水量减少;经过前后两段时期(1957—1978年和1979—2000年)对比发现海陆温差变化对我国季风区夏季降水的影响在增强。同时,发现850hPa气温变化在前后两段时期也发生了显著变化,1979年之前我国东部升温最快的区域位于华北西南部和江淮东部,1979年之后升温最快的区域转移到江淮西部和我国东南部的海面上。

海陆温差指数与我国华北地区降水的相关性分析

选取中国东部边缘海(渤海、黄海、东海)与我国华北地区20个站点的气温构建海陆温差序列,通过相关性分析的方法探讨三大海域海陆热力差异与华北地区降水的相关性,并利用海温或海温差定义的北极涛动(AOSST)和北太平洋涛动(NPOSSTD)分析其与华北地区降水的相关性,直接描述海气系统对我国华北地区气候的影响。结果表明:(1)华北地区降水对不同海域海陆温差的响应有所差异,其相关性非常显著,相关系数最高可达到0. 77。超前和滞后的相关系数明显高于同期相关系数,且超前和滞后的相关系数相差不大,并表现出相同的正负相关性,对应的月份形成12个月的周期变化。(2)涛动指数与三大海域海陆温差的相关性形成12个月的周期,但是SOI和Nino3. 4与三大海域海陆温差的相关系数很低,说明ENSO的发生通过其他的物理因素间接地影响我国的降水。(3) AOSST和NPOSSTD与华北地区降水的相关性与海陆温差相比没有提高,说明海洋上的大气环流与陆地的气候变化是相互影响的,其中通过中国邻近海域与陆地的热力差异可更准确地描述我国华北地区气候的变化。

海陆温差与中国西南地区降水的相关性分析

利用1951至2015年中国西南地区14个站点的降水、气温观测资料和英国哈得来中心的HadISST海温再分析资料,基于时间序列的变化趋势和时滞相关性方法,分析了中国西南地区地表气温和邻近海域(孟加拉湾、南海和东海)海表温度的变化,构建了一个用于表征西南地区与邻近海域的海陆温差序列,探讨了不同海域海陆温差与中国西南地区降水的相关性.结果表明:1)孟加拉湾和南海海域海陆温差与西南地区降水的相关系数均达到0.8左右,呈显著相关,而东海海海域海陆差异与西南地区降水的相关系数为0.7左右,呈中度相关;2)不同海域海陆温差对西南地区的降水关系存在着一定的延迟和同期效应.海陆温差变化对西南纬度较高地区降水具有延时和同期效应,而对纬度较低地区的降水具有超前效应,且海陆温差对低纬度地区比高纬度地区的影响较大.这表明中国邻近海域海陆温差的变化可能对我国西南地区的降水有着较为重要的影响.

中国大陆东部相对湿度变化与海陆热力差异的关联性初探

相对湿度是制约雾与霾形成和转换以及影响能见度的最关键环境气象参数。而海陆热力差异是影响我国东部及沿海雾霾天气的重要气候背景。立足于中国大陆东部和沿海地区所处的地理环境,综合海陆热力差异这一要素,从低层大气环流变化及水汽输送等角度,对相对湿度多时空尺度的变化及其热动力成因和机制进行了尝试性分析。结果表明,50多年来,中国东部冬季海陆热力差异主要形成于我国长江以南地区和黑潮(包括源区黑潮和东海黑潮)以东海域。由此构建的海陆温差指标显示,该纬向海陆热力差异存在显著的准7年和准4年的年际变化以及准17年的年代际变化,同时还有明显的长期增强趋势,其主要与我国长江中游地区-黄淮流域-华北地区及以东沿海一线(负相关区)和华南地区(正相关区)的相对湿度变化密切关联。其中,冬季纬向海陆热力差异的减弱(增强),主要造成低空季风环流的西南风(东北风)异常,进而调控源自孟加拉湾东部和我国南海海域(东中国海及以东海域)的水汽向我国大陆东部的输送,并可通过制约水汽输送和降水等形式影响以上地区相对湿度的变化。纬向海陆热力差异的增强很可能引起华北等地区相对湿度的减小,而导致华南地区相对湿度的显著增加,反之亦然。此成果可为明确重点区域相对湿度变化与雾霾发生发展的关系和未来演变等研究工作的深入开展,以及为有关雾霾天气的预测预警报服务提供必要的科学依据和保障。

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。

南海及其邻近地区夏季风爆发的特征及其机制的初步研究

利用ＯＬＲ和ＴＢＢ资料，提出一个指标，确定了１９７５～１９９３年间南海夏季风爆发日期，发现与风向转变的日期比较一致。在此基础上，讨论了南海夏季风爆发的过程。随后，还讨论了南海夏季风爆发与海温异常、高原热状况和海陆温差变化的关系，发现它与４月份南海、东太平洋赤道以及３０～４０°ＮＳＳＴＡ有关，与海陆温差由冬季的冷陆暖海转变到热陆冷海有关。

渤海海面太阳辐照强度的观测分析与计算方法研究

对渤海海面 (1 998- 0 9- 2 4～ 1 0 - 0 7和 1 999- 0 4- 2 8～ 0 5 - 1 1 )实测太阳辐射日总量同云量的关系和春、秋季的对比关系及其与插值计算出的晴日太阳辐射日总量的关系进行了分析 ,并同烟台 (福山 )测站的结果进行了对比分析 .通过分析发现 ,渤海海面太阳辐射日总量春季远大于秋季 ,其无云条件下的太阳辐射日总量与插值计算出的晴日太阳辐射日总量的差异秋季大于春季 .分析表明 ,海陆温差引起的海面大气垂直输送与水汽物的产生是造成这种差异的主要原因 .采用经验公式对渤海海面太阳辐射日总量进行计算 ,计算结果与实测结果具有较好的一致性 .结果表明所用经验公式及推算出的参数适合于春。

太平洋区域海温跃变及其与东亚夏季风的关系

本文利用英国气象局提供的全球ＳＳＴ月平均资料和 ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ提供的５００百帕高度场资料，分析了全球ＳＳＴＡ的年际和年代际变化，发现夏季全球ＳＳＴ在７０年代发生了一次跃变，尤其北太平洋区域ＳＳＴ在１９７６年前后，由正距平变为负距平；并且跃变前后东亚夏季风也发生了显著变化，我国汛期降水异常形势成相反分布；海温对东亚夏季风的影响途径和机制也发生了改变，１９７６年以前北太平洋区域海温起主要作用，跃变后，北太平洋区域海温异常与东亚夏季风关系变得不明显，而赤道中东太平洋海温的作用变得异常重要。

两种反映东亚夏季风异常的指数的比较研究

本文利用文献 [4 ] 提出的一种新的反映东亚夏季风异常的海陆温差指数分析了夏季风异常时我国气温、降水异常以及东亚环流状况 ,通过分析指出 ,东亚夏季风偏强 ,则中国东部夏季气温偏高 ,江淮干旱 ,华北多雨 ;夏季风偏弱则夏季气温偏低 ,江淮多雨 ,易涝 ,华北少雨。通过两种夏季风指数的对比 ,海陆温差指数能更好得反映东亚夏季环流及天气气候异常。文中还指出 ,海陆温差指数能更好的反映夏季风异常的原因是它的定义方法更科学 ,更全面的反映东亚海陆热力差异 ,既包含了东亚纬向海陆热力差异的影响 ,又考虑了东亚经向海陆热力差异的因素 ,并用地表气温和海表温度差来表示海陆热力差 ,好于以往用海平面气压差来反映海陆热力差。

6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系

利用美国气候预测中心(CPC)土壤湿度资料、中国台站观测降水资料以及NCEP/NCAR再分析的风场和气温资料,在去除了降水资料中的ENSO信号的影响后,分析了6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系。结果表明,长江中下游6月降水和前期春季土壤湿度存在很显著的正相关关系。进一步分析表明,当中晚春(4—5月)长江中下游地区的土壤湿度偏高(低)时,晚春(5月)长江中下游上空低层气温偏低(高),从而导致东亚季风区的海陆温差减小(增加)。海陆温差的减弱(增强)使得6月东亚夏季风较常年偏弱(强),伴随的风场异常主要体现在长江以南地区为南风(北风)异常所控制,而长江以北则为北风(南风)异常,从而使得长江中下游存在着异常辐合(散),最终导致长江中下游降水量较常年偏多(少)。

2005年12月山东半岛暴雪成因及多尺度信息特征

利用常规天气资料、地面加密观测资料、卫星云图资料和多普勒雷达产品,对2005年12月山东半岛特大雪灾作了综合分析。研究表明,这次的冷流降雪归因于前期气温和海温偏高、冷空气势力偏强引起的海陆温差大、半岛北面临海的丘陵地形以及海岸锋等因素,地面自动站、雷达、卫星等多种尺度的特征信息清楚地揭示了其结构和演变。利用改进的简化伴随模式,对12月6日的烟台单站多普勒雷达资料进行了三维风场反演,结果表明,海陆热力差异和山脉对于向岸风的摩擦辐合作用形成了中尺度海岸锋,它引起了低层浅对流的产生。高空补充弱冷空气和降雪的潜热释放进一步激发了垂直上升运动,使对流活动发展加强,引起强降雪。当高空弱冷空气引起的系统性辐合上升运动与低层海岸线附近的海岸锋引起的中尺度辐合上升运动叠加时,降雪特别强烈。

太阳磁场磁性指数对东亚夏季风的影响

根据太阳黑子相对数建立了1850~2011年太阳磁场磁性指数序列,并分析了其变化规律与特征,应用SLP和NCEP/NCAR资料归一化得出相对应年代的东亚夏季风指数以及东亚地区的海陆温度变化趋势,基于Morlet小波分析法对太阳磁场磁性指数和东亚夏季风的相关性做了相应的分析,并在此基础上分析了太阳活动影响东亚夏季风的途径。结果表明：海陆温差的变化是太阳活动影响东亚夏季风的主要途径;从1972年开始东亚地区海陆温差大幅度减小,随之东亚夏季风也存在较大幅度的减弱并与太阳磁场磁性指数呈负相关;且太阳磁场磁性指数与东亚夏季风存在相同的22年和40年层次周期。

盛行梯度风下热力环流对近地空气质量的影响研究

以中纬度沿海城市上海为代表,采用数值模拟方法,分析了海岸线附近污染源排放的大气污染物在盛行梯度风和热力环流耦合作用下的扩散和输送特征,并与忽略海陆温差的理想情况作了对比.结果表明,即使在盛行梯度风主导城市风场时,海陆温差引起的热力环流对海岸线附近流场仍有重要影响,并使近地面污染物浓度时空分布与海陆无温差时截然不同.海陆无温差时,污染物仅向盛行梯度风的下风向区域扩散.而在海陆有温差时,污染物的扩散却可能是双向的.陆地最高和最低气温出现的时间分别对应着沿海城市污染物最不利释放时段(RTS-16:00和RTS-04:00),造成的污染总时长和日平均浓度均最大,不仅部分近地面污染物被海陆热力环流携带至盛行梯度风的上风向区域,并且下风向区域的日平均浓度最高达海陆无温差时的4~5倍.因此,即使在盛行梯度风较强时忽略海陆温差形成的热力环流影响,也会明显低估非海陆风日的实际污染强度和污染范围.