5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心(CRU)的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。

MEPM模型:基于深度学习的多变量厄尔尼诺-南方涛动预测模型

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是发生在热带太平洋年际时间尺度的海-气相互作用的异常现象,并由Nino3.4指数表征其发生情况;除此之外,ENSO与众多极端气候事件密切相关。因此,有效的ENSO预测对于预防极端气候事件和深入研究全球气候变化具有重要意义。然而,目前基于深度学习的ENSO预测大多数是预测一个指数或者单一变量,对于模拟多气候要素下的ENSO预测研究较少。通过提出一种利用多气候变量的ENSO预测模型——MEPM模型,其中包括多变量信息提取模块(MIEM)和时空融合模块(STFM),捕获不同气候变量在时空上的相互依赖性,进而提高ENSO预测的准确性。选取了纬向风应力异常(τ_(x))、经向风应力异常(τ_(y))、海表温度异常(SSTA)和海表下150 m温度异常(SSTA150)4个变量的距平值进行ENSO预测。结果表明:MEPM模型在提前11个月的Nino3.4指数相关技巧上分别比北美多模型集合中的动力预报系统CanCM4、CCSM3和GFDL-aer04高10%、20%和14%。此外,MEPM模型在中期Nino3.4指数相关技巧上显著优于其他深度学习模型,并可提供长达17个月的有效预测。

冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation, IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

季节内印度洋-西太平洋对流涛动对次季节-季节尺度大气可预报性的影响

利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变下S2S尺度可预报期限空间分布的变化规律。结果表明:(1)与RMM指数相比,季节内IPCO指数可预报性更强,可预报期限达到31天左右,比RMM指数高出2周以上;(2)印度洋-西太平洋区域S2S尺度大气可预报性最强,可预报期限达到30天以上,其中季节内IPCO是该地区的主要可预报性来源之一,其贡献达到6天,占总可预报期限的25%以上;(3)随着季节内IPCO的演变,印度洋-西太平洋地区S2S尺度大气可预报性有空间结构变化,表现为可预报期限异常的传播和振荡。S2S尺度大气可预报期限正负异常沿季节内IPCO传播路径,一支以赤道中西印度洋为起点北传至印度半岛,一支向东传播,经过海洋性大陆到赤道西太平洋后向北传播,到达日本南部。同时,可预报性异常的传播在在东印度洋和西太平洋表现出反向变化的特征,形成东西两极振荡,当季节内IPCO向正位相发展时,东印度洋具有更强的可预报性,西太平洋具有更弱的可预报性,反之亦然。季节内IPCO的发展(衰退)可使东印度洋(西太平洋)S2S尺度大气可预报性更强,表明模式预报技巧对此具有更大的提升空间。

亚州-太平洋涛动对中国汛期降水的影响

为更好分析近几十年来亚州-太平洋涛动(Asian-Pacific oscillation,APO)的时空变化特征及其对降水的影响。基于1961-2020年CN05.1逐月降水量资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用经验正交函数分解、合成分析以及回归分析等方法分析汛期(5-9月)APO的气候特征及其对中国同期降水的影响。结果表明:汛期亚州-太平洋地区对流层中上层扰动温度存在“跷跷板”式的反向分布特征,即亚洲对流层中上层扰动温度偏高(低)时,太平洋上空对流层中高层扰动温度偏低(高)。汛期亚州-太平洋涛动指数(APO index,APOI)与中国同期降水的相关关系由南至北呈“正—负—正”的空间分布,与长江流域汛期降水呈显著负相关关系、华北汛期降水呈显著正相关关系。对大气环流的分析表明,APO可通过改变亚洲夏季风环流影响中国汛期降水,APO与东亚和南亚夏季风均为正相关关系,即当APOI偏高时,亚洲夏季风整体偏强。

三大“涛动”与“世界天气”:应对全球气候变化的思考

在全球尺度上,无论是研究历史上的气候变迁还是当下气候事件的形成与演进,有一个大气运动现象被经常提及,并被认为是一些气候事件的推动者或参与者,这就是“涛动”。“涛动”是大气环流在海平面气压图上的表现。19世纪后期以前,对气候现象的研究多数着眼在局部和区域范围。20世纪20年代,英国气象学家、统计学家沃克在总结前人研究的基础上发现了大气“涛动”现象,创造性地提出“世界天气”的概念^([1])。

北大西洋涛动对长江源区径流的影响

以长江源区为研究区域,采用沱沱河站、直门达站实测径流,利用北大西洋涛动指数(NAOI)分析北大西洋涛动(NAO)的强度,研究NAO对两站冬季、夏季及全年径流丰枯变化的影响,采用相关分析和交叉小波变换分析NAO与两站径流的多尺度相关特性,从海-气耦合影响大气环流角度分析NAO对长江源区径流的可能影响机制。研究结果表明,长江源区冬季径流受NAO影响较大,2000年之前NAO强年对应径流偏枯概率较大,NAO弱年对应径流偏丰概率略大;夏季径流受长江源区气温影响更为显著,对于NAO强弱的响应不如冬季明显。NAOI与长江源区沱沱河站、直门达站径流在年代际变化规律上具有很好的趋同性,而对于年际或更短时间尺度上的相关关系不甚密切。沱沱河站、直门达站月径流与NAOI两者之间在整个1960-2020年时间轴上具有8~16个月时间尺度上的共振周期。两站与NAOI分别在1970年代、1980年代之前呈现同频同位相变化态势;之后呈现反位相变化态势。分析其作用机制可知,NAO作为北大西洋地区最重要的气候模态,通过大气遥相关和Rossby波列直接影响季风和西风带的强弱,进而调整青藏高原上空水汽输送和辐合、辐散场的分布,从而影响长江源区降水和径流的时空分布。

用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式综述:中间型和混合型模式

厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号,起源于热带太平洋海气相互作用过程,并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来,广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测,各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力,ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展,包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等);同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究,尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models,AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models,OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models,CGCMs),这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场,其可以分解为气候态部分和年际异常部分),还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models,ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式,其对应的控制方程组采用距平形式,直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常),而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定;大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models,HCMs)是另一类简化的海气耦合模式,其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models,GCMs);如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCMOGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCMAGCM。历史上,ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。

论刘宇昆小说《人之涛》:科幻与神话的旨归交织

科幻小说沟通了过去与未来,现实与虚拟,与神话故事有着更深层次的主题呼应。科幻小说作家刘宇昆,拥有中美两种文化背景,擅长在他的科幻作品中把东方故事与西方现实技术相结合。在《人之涛》中,他把世界各族不同的神话故事进行交织,又与科幻融合,书写了一个全新的宇宙神话,探索了人类生命与命运的意义价值,小说祛除神话表面的伪装,接受技术潮流的变迁,为科幻文学探寻更丰富的可能性。

近三十年冬春季北极涛动在北太平洋和北大西洋的型态特征分析

北极涛动是北半球中高纬度行星尺度大气环流变率的第一模态,它影响着北半球大部分地区的温度和降水,与极端天气事件的频率和强度密切相关。本文分析了北极涛动(AO指数)的时间序列,基于1979年-2008年1-3月的NCEP位势高度场数据,分析AO指数强正位相和强负位相年份在北太平洋和北大西洋地区对流层低层到高层的大气环流特征。分析结果表明:北极涛动是在正负相之间交替出现的,正位相与负位相年份数大致相当,在20世纪70年代到90年代中期,北极涛动以正位相为主;此后呈现正位相和负位相交替分布。当北极地区为正距平时,通常情况下该年为负位相年;反之为正位相年。北太平洋、北大西洋两个中心在和北极地区对比时,多数情况下位相表现是相同的,即同正或同负。强北极涛动年份的出现往往是两个甚至三个中心气压场同时变化、共同作用造成的。随着大气层的升高,北极、北太平洋和北大西洋中心的气压场距平值增大。

王凯与中央财经大学党委书记何秀超、校长马海涛举行工作会谈

3月29日,省长王凯在郑州与中央财经大学党委书记何秀超、校长马海涛一行举行工作会谈,共同见证省政府与中央财经大学签署战略合作协议。受省委书记楼阳生委托,王凯代表省委、省政府向何秀超、马海涛一行表示欢迎,对中央财经大学长期以来给予河南发展的支持表示感谢。他说,近年来,河南深入贯彻习近平总书记视察河南重要讲话重要指示,牢记“奋勇争先、更加出彩”殷嘱托,锚定“两个确保”,持续实施“十大战略”、推进“十大建设”,中国式现代化建设河南实践迈出坚实步伐。

2015—2020年中国臭氧污染时空演化及其与厄尔尼诺-南方涛动的关系研究

为研究2015—2020年我国近地面臭氧(O_(3))污染时空演化特征以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对我国O_(3)污染的影响,本文基于2015—2020年我国近1500个监测站点的O_(3)浓度数据(不包括港澳台地区数据),综合运用空间自相关、热点分析、异常值分析及回归分析,研究2015—2020年我国O_(3)污染的时空演化、浓度异常特征及其与ENSO事件和气象因素的关系.结果表明:(1)2015—2019年我国O_(3)污染集聚效应不断增强,但2020年显著降低.(2)我国O_(3)浓度呈先升高(2015—2018年)后下降(2018—2020年)的特征,2017年、2018年O_(3)年均浓度分别较上一年升高8.72%、1.76%,2019年、2020年O_(3)年均浓度分别较上一年下降3.60%、3.66%.除2019年、2020年外,O_(3)浓度高值聚集区站点的O_(3)浓度峰值和高值天数(日均值大于120μg/m^(3)的天数)均大于O_(3)浓度低值聚集区站点.(3)O_(3)高浓度时期为每年的4—10月.O_(3)高浓度区域春、夏两季以华北为核心,秋季向华南和东南地区转移.(4)回归分析表明,我国O_(3)浓度正异常与ENSO负相拉尼娜相关,O_(3)浓度负异常与ENSO正相厄尔尼诺相关.我国东南部O_(3)浓度异常主要受ENSO期间太阳辐射异常和降水异常的影响,而西部和北部地区O_(3)浓度异常主要受ENSO期间风速异常的影响.研究显示,2015—2020年我国O_(3)平均浓度呈先升高后降低的变化趋势,O_(3)高浓度时期以春、夏两季为主,O_(3)高浓度区域随季节而发生变化,且不同区域O_(3)污染变化特征不同,ENSO对我国不同区域O_(3)污染的影响机制不同.

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动(Interhemispheric Oscillation,IHO)与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,AAO)的联系。分析表明:1)北极涛动(AO)、南极涛动(AAO)与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2)南极涛动(AAO)与南北涛动(IHO)有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3)南北涛动(IHO)与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4)南北涛动(IHO)主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。

厄尔尼诺-南方涛动影响下月尺度水文模型参数可移植性

以浙江省3个流域作为研究对象,采用两参数月水量平衡模型(XM模型)和四参数月水量平衡模型(ABCD模型),结合极大似然不确定性估计方法(GLUE)对水文模拟的不确定性区间进行估计,在此基础上,研究不同模型在ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)和不同流域地理情况下的参数移植能力。结果表明,厄尔尼诺时期的参数移植至拉尼娜时期,模型模拟效果要略好于拉尼娜时期的参数移植至厄尔尼诺时期;参数少的模型(XM模型)参数移植合格率要优于参数多的模型(ABCD模型);相邻流域间的参数移植效果要明显优于距离较远的流域;ABCD模型具有更好的空间可参数移植能力。

厄尔尼诺/南方涛动事件对云南秋季气象干旱的不同影响分析

云南是我国干旱灾害高发区,为增进厄尔尼诺/南方涛动(El Niño/Southern Oscillation,ENSO)对云南干旱影响的认知,提升云南秋季气象干旱预测能力,采用1979—2022年云南125个气象站逐日降水资料、英国国家气象局哈德莱中心(Hadley Center)逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代再分析资料(the Fifth Generation of European Reanalysis,ERA5),揭示两类ENSO事件对导致云南秋季气象干旱的降水异常影响及相应的物理过程。结果表明:(1)中部(Central Pacific,CP)型El Niño或La Niña事件同期,云南秋季降水以偏少为主;东部(Eastern Pacific,EP)型El Niño或La Niña事件同期,云南秋季降水则以偏多为主,且EP型El Niño是云南秋季降水偏多的强信号。(2)EP型El Niño年和La Niña年,500 hPa位势高度场在欧亚大陆中低纬呈负距平,西太平洋副热带高压偏西,西南暖湿气流与冷空气在云南交汇,中低层以上升运动为主,有利于降水产生。CP型El Niño年和La Niña年,500 hPa位势高度在云南附近为正距平,加之向外长波辐射正异常,对流活动较弱,不利于云南地区的降水。(3)ENSO事件SST异常激发的赤道西北太平洋气旋(反气旋)环流的位置东西偏移是导致云南秋季降水异常的重要因素。

冬季北大西洋涛动和乌拉尔山阻塞环流对欧亚大陆变冷的协同影响

虽然全球平均表面气温不断升高,但在冬季欧亚大陆经常出现年际-年代际尺度上的变冷趋势。利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料,指出冬季影响欧亚大陆变冷的大气环流主要是北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)和乌拉尔山阻塞(Ural blocking,UB)的环流组合。其中,NAO环流可以在年际尺度上作为背景环流影响UB过程对欧亚低温天气的作用。统计分析发现,在NAO正(负)位相(NAO+/NAO-)环流背景下UB的发生频率可以解释冬季平均UB发生频率的52%(13%),表明NAO+环流有利于下游阻塞形势出现。尽管如此,研究发现在NAO-环流背景下的UB事件平均给欧亚地区带来的降温幅度更强,约是NAO+环流背景下的2倍,而且亚洲降温区的位置偏北约5°、偏东约13.5°。中等强度的NAO+环流背景下UB事件对欧亚降温的贡献更显著,强的NAO+环流背景下,UB过程在欧亚大陆中纬度地区产生的冷异常较弱,这与NAO+环流在欧亚大陆北部产生的明显增温有关。而在NAO-环流背景下,欧亚大陆北部有明显的降温,UB环流的出现会进一步将冷空气向南输送影响我国,这种情况主要反映的是NAO-环流异常对欧亚地区降温的作用,因此NAO-环流越强降温越强烈。

基于弱耦合资料同化的冬季北大西洋涛动年际变率预测

北大西洋涛动作为冬季北大西洋地区大气环流的主模态之一,其年际变率对全球许多地区气候变率具有重要影响,但目前其预测技巧并不高。采用降维投影四维变分同化方法,在耦合模式中建立了基于全球大气资料的弱耦合资料同化系统,直接同化月平均再分析资料,并进行了年代际后报试验。结果表明,通过耦合资料同化的手段,可以显著提升耦合模式对冬季北大西洋涛动年际变率及其相关的欧洲北部、美国东部、欧亚大陆北部的冬季近地面温度年际变率的后报效果,相关系数均超过0.05显著水平t检验。该后报效果的改进主要与在耦合同化过程中通过耦合模式中自由发展的海-气相互作用将大气的观测信息储存在耦合模式的海洋分量中,改进了冬季北大西洋地区海表温度“三极”型分布的时空变率及其时间序列的后报效果有关。该研究强调了耦合模式初始状态的准确度对提升冬季北大西洋涛动年际变率的后报技巧具有重要作用。

涛沟桥大米的地理标志特征及独特生产技术

阐述了山东省枣庄市台儿庄区特产、国家农产品地理标志产品涛沟桥大米的地理标志特征,包括特定的生产地域、独特的产地环境、丰富的人文历史及特有的产品品质,并从产地选择、品种选择、生产管理过程、收获与加工等方面总结出涛沟桥大米独特的生产方式,旨在维护涛沟桥大米的品牌,提高涛沟桥大米的知名度。

北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动 (ArcticOscillation ,简称AO)和南极涛动 (AntarcticOscillation ,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态 ,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构。作者利用 1 95 8年 1月～ 1 999年 1 2月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律。

冬季北极涛动和北极海冰变化对东亚气候变化的影响

本文简要回顾了冬季北极涛动 (北大西洋涛动 )和北极海冰面积变化对东亚气候变化的影响、研究中存在的问题以及目前亟待解决的科学问题。