中国东部降水的气候模态及雨季划分

应用中国东部地面观测气候平均候降水量数据和谐波分析方法,研究了华南、长江中下游、淮河流域、华北四个区域降水的年变化特征,特别是夏季风降水的阶段性和区域特征,并对构成降水年变化的气候分量进行分析,将各区降水年变化分解为年循环模态、季节模态、季节内振荡和月内振荡四个气候模态。结果表明:不同模态间的相互调制对降水的阶段性和区域性具有重要影响,年循环是影响雨季的主要模态,季节和季节内振荡模态对决定主汛期起重要作用。基于气候模态划分中国东部雨季和主汛期,方法简单,结果客观合理。

理想化南极融冰方案的海洋边界条件初探

基于气候态的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据,比较了气候态意义下南极附近和南极绕极流区域的海洋层结,对南极融冰问题的合理海洋边界条件进行了初步探讨。结果表明:南极融冰所注入的淡水通量在大西洋东部和印度洋海区将沿着表层路径到达南极绕极流区,在大西洋西部和太平洋的经向运动路径视淡水通量的强度而定:在融冰较为剧烈时,将沿表层路径到达绕极流区域;在融冰较为和缓时,将沿次表层路径向北运动。在此基础上,定量评估了淡水通量沿表层路径运动的临界情况,对目前大多数气候模式采用理想化淡水通量模拟南极融冰问题的合理性进行了分析,以期为南极融冰问题的模式方案选择提供必要的参考。

黄东海大气边界层高度时空变化特征

根据2006—2007年大连、青岛和台州逐日高分辨率L波段二次测风雷达探空资料、地面观测资料以及再分析资料,采用干绝热法和位温梯度法分别计算了各个台站的边界层高度,继而分析了黄东海边界层高度多时间尺度变化规律和空间演变特征。结果表明:(1)用清晨探空资料计算每日边界层高度,干绝热法比位温梯度法更为合理可靠;(2)沿海台站边界层高度有显著季节变化,夏季最低,秋季最高,这有别于陆地边界层普遍存在的夏季高、秋冬季节低的季节变化;(3)通过小波分析,发现边界层高度有显著的2～4d天气尺度振荡和10～20d准双周振荡;(4)黄东海上空海洋大气边界层在时间尺度上同样存在着明显的春夏季节低、秋冬季节高的季节变化特征,大部分海区空间上呈现西北低、东南高的分布形态。

山东雨季季内降水分型及旱涝并存与急转——气候特征

采用1965—2007年山东省地面测站的逐日降水量和同期NCEP日平均再分析资料,运用统计学方法,探讨了季内降水分型、季节内振荡及旱涝突变的气候特征。结果表明,主要分为全省一致Ⅰ、东西反相Ⅱ、南北反相Ⅲ三种类型。他们的季内旱涝急转显示了典型的气候意义,Ⅰ型在6月下旬旱涝急转、8月中旬后期和9月初涝旱急转,与山东"夏季"雨季开始、结束时间的关键期是一致的。分型不仅限于山东,而是有着更广的旱涝区域。当Ⅰ型正相位时500 hPa高度场对应亚欧-北太平洋中高纬度为正距平,Ⅱ型表现出西北太平洋西岸的PJ波列,Ⅲ型对应着从西太沿岸-美洲西岸的类PNA型遥相关。

冬季山东半岛局地性降水气候的形成

冬季山东半岛存在局地性降水,利用1965-2009年地面、高空观测站气象资料和NCEP再分析资料,分析了山东半岛局地性降水与西风指数、气温年际变化的关系,并探讨了其气候形成机理。结果表明,冬季风下冷、暖位相此消彼长,形成了半岛地域性降水气候,其中冷流降雪是冷位相时最具代表性的。这一局地气候现象,除半岛局地海洋条件外,环流形势是背景依据,大地形和海陆分布在环渤海和北黄海的低层大气形成区域性次天气尺度的定常扰动起着重要作用。

中国东部近海热含量季节变化及影响因素分析

利用实测海水温度、盐度资料和SODA,NCEP/NCAR再分析资料,分析了渤、黄、东海热含量和海气界面净热通量及海洋平流输送热量的季节变化。结果表明,用SODA资料与用实测资料计算得到的热量输送的变化趋势比较一致。计算海域中海水热含量具有明显的季节变化特征,最大值出现在9月份,最小值出现在2,3月份。海表净热通量与海洋平流热量输送在不同的月份对海域海水热含量变化的作用与季节有关,5~8月渤、黄、东海通过海气界面获得的净表面热量大于通过海洋平流输送的热量,两者都使热含量增加。从9月到次年3月,海气界面净热通量为负,海洋通过海表面失去热量,特别是在冬季,海水失去热量比较多,而平流输送就弥补了部分热量散失。

基于遥感资料的2008年黄海绿潮浒苔水文气象条件分析

利用EOS卫星的多通道资料,采用通道合成的方法,给出了2008年5～7月间黄海海面浒苔的分布情况。利用卫星遥感的海上风场、降水、云中液态水含量、海表面温度(SST)等资料,分析了绿潮浒苔期间的水文气象条件、以及浒苔聚集和定向移动的原因。结果表明:2008年4～5月中旬苏北～山东半岛、黄海西部降水异常偏多导致近海营养盐偏多,5月下旬黄海上空日照比较充足,光和作用加强,有利于海上浒苔迅速繁殖。5～6月黄海大风日数异常偏少,可导致悬浮泥沙少,有利于可见光在水中的透射,利于浒苔的生长。浒苔的密集区位置与风场辐合区位置比较一致,浒苔密集区的移动与盛行风向基本一致,向下风方向漂移。6月偏东风异常是浒苔在青岛附近沿岸大量聚集的主要原因。

夏季热带西太平洋对流与长江中下游降水关系的研究

利用1979～2001年NCEP/NCAR月平均再分析格点资料、OLR和中国160站的月平均降水资料,研究了夏季热带西太平洋对流活动与长江中下游降水的关系.结果表明,夏季热带西太平洋上空对流活动强(弱)时,长江中下游地区夏季降水显著偏少(多).而西太平洋副热带高压在夏季热带西太平洋对流和长江中下游地区降水之间起到了桥梁作用,通过副高的东西位置、面积、强度异常等影响东亚夏季风异常,进而造成长江中下游地区夏季降水异常.另外,热带西太平洋对流异常显著对应着在热带和中纬度地区呈经向分布的Rossby波列(即东亚遥相关波列),该波列结构的异常与长江中下游地区夏季降水异常也有密切的关系.

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。

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。

2009年黄海绿潮浒苔爆发与漂移的水文气象环境

2008年和2009年,黄海中西部局部海区均出现绿潮浒苔,但由于绿潮爆发时间不同和漂移路径不同,造成的影响大不相同。本文利用EOS卫星的多通道资料,采用通道合成的方法,给出了绿潮浒苔的分布和移动情况。利用卫星遥感的海面风场、降水、云中液态水含量、海表面温度（SST）、POM模式模拟的海流等资料,分析了2009年绿潮浒苔期间的水文气象条件、以及浒苔聚集和定向移动的原因,并与2008年的情况进行了对比。结果表明,前期降水的明显增多与绿潮爆发有密切关系,降水过后海水中营养盐类充足,而且降水后黄海上空降水和云中液态水含量偏少,日照比较充足,光合作用强,有利于海上浒苔迅速繁殖。2009年黄海西部降水明显增多的时间较2008年晚15 d左右,是2009年绿潮浒苔爆发比2008年晚15 d左右的重要原因。风力是浒苔在海洋中移动的主要强迫力,强劲持续的的东风或者东南风是导致2008年浒苔在青岛沿海登陆的主要外界强迫力,而2009年西南风使浒苔向东北方向漂移。SST变化对浒苔爆发的影响不显著。定量分析表明,浒苔密集区的移动更倾向于与盛行风向一致,向下风方偏右540（°）方向漂移,浒苔密集区的移速与海流速度更加一致，约为海流速度大小的0．8倍。

水平能见度经验公式在青岛沿海地区的应用

利用青岛4 a的能见度观测资料和大气气溶胶光学参数反演资料检验了4种能见度经验计算公式的适用性。发现Koschmieder公式和乘幂公式能更好地刻画能见度和气溶胶光学厚度间变化趋势上的相关性,但是由于能见度观测的不确定性和气溶胶光学参数反演的不准确性导致的数据离散性,需要确定更有代表性的经验参数。利用最大发生频率原则确定不同光学厚度对应的能见度值,据此确定适合青岛的各经验公式的经验参数,最后利用MODIS光学厚度资料将乘幂经验公式应用到青岛附近沿海地区能见度的计算,发现春季和夏季的能见度低于其他季节。

南大洋物理过程在全球气候系统中的作用

南大洋是全球面积最大的一个大洋。传统观点倾向于认为由于南大洋与北半球相距遥远而与北半球气候系统关系不大,其全球性气候效应也较弱,这主要是由于以往对南大洋的了解不足。随着观测分析、数值模拟与理论研究的加强,以及对南大洋的认识不断加深,南大洋的气候效应日益凸显。从南极底层水、南极绕极流、南大洋海冰、南大洋与热带之间的遥相关、以及南大洋对气候变化的响应等多个角度梳理了南大洋物理过程特别是动力过程在全球气候系统中的作用,较为完整地总结了对南大洋气候效应的已有认识,并结合南大洋研究现状对未来有价值的科学问题和潜在的研究热点进行了探讨,以期强调南大洋在全球气候系统中的重要地位,推动南大洋研究不断走向深入。

北极涛动与东北冬季温度的联系

利用1950—1999年NCEP/NCAR再分析资料和东北地区冬季温度资料,借助经验正交函数(EOF)分解、相关分析、合成分析以及关联表方法,研究了北极涛动指数(Arctic Oscillation Indices,AOI)与我国东北地区冬季温度的联系。结果表明,AOI具有明显的上升趋势(趋势系数R=0.35),其振幅在1968/1969年之前较小,而在1968/1969年之后明显增大,具有明显的年代际变化;并且AOI与东北地区冬季温度具有一致的上升趋势(相关系数R=0.59)。研究表明,AO的异常变化通过西伯利亚高压、阿留申低压、东亚地区极地东风以及东亚冬季风异常,进而影响我国东北地区冬季温度异常,它们之间存在着密切的相关关系。

北太平洋的年代际振荡与全球变暖

通过回顾和总结前人工作,特别是有关北太平洋年代际振荡的研究,针对近50年来北太平洋中纬度海温变冷的现象进行了分析与讨论。从全球气候变化的角度,总结了影响北太平洋中纬度海温变冷现象的几种可能机制,推测了全球气温变暖可能会对北太平洋的直接或间接影响,归纳指出了研究该问题的复杂性与目前面临的困难。

印度洋-太平洋海表温度年际变化的联合模态

利用1870-2004年的HadiSST的月平均海表面温度（SST）资料，对去除了全球增暖趋势的印度洋一太平洋海表温度异常（SSTA）作季节经验正交函数（Season—reliant Empirical Orthogonal Function，S-EOF）分解，得到了印度洋一太平洋海表温度年际变化的2个联合模态，并且分析了与之相对应的大气环流特征。结果表明：低频的厄尔尼诺／南方涛动（ENSO）是控制印度洋一太平洋的主导模态，能使赤道印度洋维持一异常反气旋性环流，削弱印度洋夏季风的作用并且将东印度洋暖池的暖水输送到西印度洋，印度洋SSTA在一年四季中都出现全海盆同号变化，因此，第一主模态是ENSO的低频模与印度洋海盆一致模的联合模态；第二模态表现为太平洋上准2a的ENSO位相转换模与印度洋偶极子模的联合模态，ENSO的位相转换发生于春季，与季风的异常转换有关，印度洋上出现异常的气旋性环流，叠加在印度洋夏季风上，增大东西印度洋的温差，在秋季出现西低东高的偶极子型海温分布，印度洋夏季风和这个模态的产生发展有很大的联系。

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°～125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明：东亚夏季风北界在1976年之前（含1976年）位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下：东亚夏季风北界位置偏北（南）时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强（弱）,东亚夏季风偏强（弱）,西北太平洋副热带高压位置偏北（南）、面积偏小（大）,南亚高压偏弱（强）,长江中下游地区气流以下沉（上升）为主,降水偏少（多）;华北地区气流以上升（下沉）为主,降水偏多（少）。

热带印度洋季节内振荡对海表温度日变化的影响

利用了逐时的热带印度洋浮标观测资料,采用合成分析的方法研究了大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)对海表温度(Sea Surface Temperature,SST)日变化特征的影响。结果显示,SST的日变化振幅与大气对流活动存在显著的反位相关系,即在对流活动最强时,SST的日变化振幅最小,标准差为0.06℃;在对流活动最弱时,SST的日变化振幅最大,标准差为0.23℃。以浮标观测的海-气通量强迫一维海洋混合层模式可以再现SST日变化特征的季节内差异,据此诊断发现海表净热通量和混合层深度的季节内变化是MJO影响SST日变化振幅的主要途径。

西北太平洋超强台风活动特征及其与ENSO的关系

利用1965～2005年西北太平洋热带气旋(TC)资料,对发生在西北太平洋的超强台风(STY)进行统计,总结了超强台风的活动范围及季节演变特征。结合海表面温度(SST)分析了超强台风活动与ENSO现象的关系以及ENSO现象对超强台风活动的影响机制。结果表明:超强台风的数量占全部热带气旋总数的1/5,在7～11月间活动最为频繁,且11月达到超强台风的比例最高,出现频率最高的区域是菲律宾以东洋面上。在El Nio年,由于海温和季风槽的共同作用,热带气旋生成的位置比较偏东,再加上弱垂直风切变的影响,超强台风数量会比较多,La Nia年热带气旋生成的位置比较偏西,超强台风活动区域垂直风切变比较强,超强台风数量会比较少。

我国东部沿海一次局地海雾抬升成云过程分析

利用洪家站L波段雷达探空资料、高分辨率海气耦合模式再分析资料、静止气象卫星云图和地面观测资料,分析了一次黄东海海雾抬升为低云,使海雾消散的过程。发现近海面偏南风速突然增强,海洋大气边界层(MABL)中机械剪切加强,湍流混合层向上发展,是导致海雾抬升转化为低云的主要原因。近海面风速突然增加与高空急流北抬、平均层槽脊振幅加大、槽前正涡度平流输入诱使地面低压系统发展、地面气压梯度力增大有关。近海面气温升高对海雾消散也有作用,气温升高的原因是暖平流、绝热下沉和海气界面热通量的综合效应。其中,东海海洋锋(STF)冷区的下沉气流可能对边界层内的绝热下沉增温和低云的形成高度有重要的影响。该研究为海雾消散预报提供了新的思路。