IPCC SRES A2情景下吉林省气候未来趋势预估及对粮食产量的可能影响

利用全球海气耦合模式(BCC-CM1)单向嵌套区域气候模式(BCC-RegCM1.0),在IPCC SRESA2排放情景下,对2011-2030年东北地区气候变化趋势进行了预估。结果显示:21世纪前期东北地区降水量有所增加,但增加幅度很小,吉林省降水量增加主要集中在夏季;年平均地面气温在整个区域普遍升高,秋季升温较小,平均日较差无明显变化趋势,吉林省地区升温幅度较低,平均升温约0.3℃。在此基础上,初步分析了吉林省未来气候变化对粮食产量的可能影响:未来气候对东部地区玉米单产有正面影响,增加幅度大,潜力大,对西部干旱区的玉米单产有不利影响;而对水稻单产的影响,随着温度的升高,增产明显,东部增幅大于中西部。

初夏东北冷涡活动异常与北半球环流低频变化

本文在典型个例分析的基础上,揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。主要结果为:(1)初夏东北冷涡活动显著异常与上游乌拉尔山附近和下游日本附近的持续性异常环流相对应。冷涡异常多年,在向下游频散Rossby波能量和瞬变涡动强迫过程的共同作用下,乌拉尔山附近盛行阻塞型环流。它一方面使极地冷空气向东北地区移动,另一方面通过Rossby波能量的传播,使东北冷涡活动加强。冷涡异常少年的环流情况则基本相反。(2)谐波分析和低频振荡分析表明,在冷涡异常多(少)年的5～6月,东北地区正(负)涡度位相占优,这与北太平洋超长波槽西退(东进)相对应。长波在北太平洋-北美-大西洋地区呈驻波型,与Rossby波能量传播匹配,亦有利于乌拉尔山附近的异常环流得以长时间维持。(3)5月份,乌拉尔山附近的异常环流信号对初夏东北冷涡活动的显著异常具有前兆性意义。

基于陆面模式NCAR/CLM3.5的东北区域生长季地表干湿状况时空分布特征模拟研究

利用东北地区地面102站56a（1951～2006年）逐日气象观测资料，驱动NCAR陆面模式CLM3．5，模拟东北地区生长季地表水分盈余量（Surface Water Surplus，SWS），探讨和分析了东北地区生长季1951～2006年地表干湿状况的时空变化规律。结果表明：1971～2000年平均东北地区生长季SWS反映的地表干湿状况具有较大的地域差异，全区SWS为100～800mm；中、西部为SWS低值区，属半干旱、半湿润区；东、南、北部为相对高值区，属湿润、半湿润区。生长季地表干湿状况存在显著的年际、年代际变化；56a来，东北地区生长季SWS呈线性减少趋势，即地表变干，SWS空间分布的年代际变化，同样表现为变干趋势，尤其2000～2006年是地表变干最为显著的时期，表明在全球变暖背景下东北地区地表干旱化趋势增强。分析表明地表干湿状况是下垫面与气候变化共同作用的结果，研究地表干湿状况需要综合考虑水分收支项。

PATMOS-x、ISCCP云量产品及地面观测在中国区域的对比分析

利用1986-2006年PATMOS-X、ISCCP总云量和低云量产品与中国区域地面台站观测的总云量、低云量资料进行对比分析，对比不同来源、不同观测方法造成的云量数据在时间、空间上的差异，为资料使用者提供参考。结果表明，与台站观测资料相比，无论PATMOS．X还是ISCCP其总云量数据的空间分布、与站点观测数据的格点相关性均好于低云量数据；PATMOS—X总云量、低云量多年平均的空间分布较ISCCP更接近站点观测；中国区域平均低云量的线性趋势PATMOS—X与站点观测一致，表现为显著的上升趋势，而ISCCP低云量数据则呈现微弱的下降趋势。

一次东北冷涡暴雨的水汽输送特征和位涡分析

通过对2010年7月27-29日吉林省一次较大范围的冷涡暴雨、大暴雨过程进行诊断分析，建立了此类暴雨的天气概念模型：200hPa呈现“两脊一槽”型，高空急流呈辐散状位于吉林省上空，急流中心最大风速≥60m／s；500hPa东北冷涡强烈发展，鄂海阻高稳定维持是此次强降水发生的重要天气系统，中心最大风速〉120m／s的偏西风急流带横穿吉林省中部；850hPa风速≥12m／s的3条急流带在吉林省中东部地区交汇，形成低层辐合、高层辐散的气旋性涡度柱，较强的垂直上升气柱一直向上伸展到500hPa附近，极有利于对流的发展和强降水的维持。通过计算整层水汽通量与吉林省逐6h平均降水量的相关矢量场，结果表明：偏西、偏南及偏北3条水汽通道在吉林省中南部汇集是此次强降水发生的重要条件，暴雨落区与整层水汽通量汇合区密切相关，水汽输送以经向（南北方）水汽流入为主。暴雨期间具有较好的动力、热力及能量条件，特别是湿对流有效位能明显偏强，强降水出现在对流有效位能（CAPE）值由极大值开始下降的过程中。干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一，≥1Pvu（位涡单位）的高位涡舌在下降的过程中，同时南移，与中部地区强降水落区自北向南移动相吻合。

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著"累积效应",该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。

前期夏季西太平洋暖池热含量对江南春雨的影响及其可能机理

利用GODAS海洋温度资料、中国753站逐日降水资料以及NCEP/NCAR逐日再分析资料讨论了前期夏季西太平洋暖池热含量异常对江南春雨的影响，并通过高低层环流异常解释了其可能过程和机制。研究结果表明：（1）前期夏季暖池区热含量影响春雨的敏感海区位于9°～16°N，150°～166°E，与春雨强度呈显著反相关，前期夏季关键区热含量的显著偏低是春雨异常偏多的强信号。（2）多雨年和少雨年大气环流差值场与夏季暖池热含量（取反号）回归的次年春季大气环流形态基本一致。低层菲律宾海异常反气旋西北侧的暖湿西南气流输送及江南地区高层辐散抽吸运动是造成春雨偏多的直接原因。（3）关键区热含量在前期夏季的异常偏低使低层异常反气旋在其西北侧触发生成，并在菲律宾海附近持续存在（前夏至当年春季），春季引导强盛的西南气流向江南输送水汽；同时，热含量异常偏低在我国大陆东部激发出高层异常气旋并持续维持（前秋至当年春季），导致春季西风急流轴异常南压，高层形成异常辐散中心，形成强烈的抽吸作用，导致江南春雨显著偏多。前夏热含量显著偏高引起江南春雨偏少的过程则与之相反。

1月北极涛动异常程度特征及其对北半球同期温度的影响

将1月北极涛动(AO)大气遥相关型的强度分为:正常、异常和极端异常3类典型年进行讨论,发现其同期大气环流及其对北半球温度影响存在显著的异同性:当AO呈异常和极端异常时,均表现为东亚大槽、乌拉尔山、贝加尔湖阻塞高压、阿留申低压的持续、稳定异常,但对应极区涡旋的强度、面积及其向南、向北的扩展等有所差异,与NPO、NAO正、负位相对应,致使冷空气在极地和中、高纬度活动范围不同。极端异常年的影响强度和范围较异常年偏大、偏南,高低空配置使冷空气向北半球中低纬度地区延伸,异常低温可扩展至北太平洋暖池区。

松花江、辽河流域实测径流的变化趋势及其与降水的关系

利用松花江、辽河流域内132个降水测站1961—2000年40年的月降水资料,以及水文测站哈尔滨、江桥、铁岭1956—2000年45年的月实测径流量资料,分析松花江、辽河流域实测径流的变化趋势,并探讨夏季径流与同期降水的相关性。结果表明:松花江流域的年实测径流量呈现较微弱的下降趋势,而辽河流域年实测径流呈现显著的下降趋势;两流域径流量均存在着一致的阶段性丰枯周期变化;最显著的一次波动是夏季实测径流由20世纪60年代中后期呈现的显著下降趋势转为80年代初期的明显上升趋势;降水是影响松花江、辽河流域夏季实测径流的一个重要气候因素。初步揭示了人类活动、下垫面改变对实测径流的影响。

1961-2019年东北地区作物生长不同阶段极端干期时空分布特征分析

基于1961-2019年东北地区87站逐日降水资料,分析了该区作物苗期、营养和生殖生长期、成熟期3个阶段极端干期长度的时空分布特征。结果表明,极端干期多年平均的空间分布反映了该区域的相对干湿状况,干旱、半干旱区干期较长,半湿润—湿润区干期较短,但非严格对应,与山脉地形、不同阶段降水异常区关系密切。近10-20年东北地区整体来看,苗期阶段干旱趋势有所缓解,干期缩短,而营养和生殖生长期、成熟期阶段则表现为变干的趋势。气候倾向率的空间分布显示整体和局部变化有所不同,苗期阶段全区大部分区域的春旱有所缓解,但局部区域的半湿润区仍存在变干趋势;营养和生殖生长期、成熟期阶段全区几乎一致的干期延长,尤其是东北南部的湿润区变干趋势比较突出。此外,各阶段极端干期开始日序近10年来均呈延后的趋势。

影响华北盛夏降水的水汽路径客观定量化的研究

基于1951—2011年美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心再分析资料以及国家气候中心提供的中国160站月平均降水资料,定义垂直于某一截面的平均水汽通量为描述水汽路径强度的客观化指标,计算发现与华北降水密切相关的水汽路径有5条:孟加拉湾水汽路径、太平洋水汽路径、西南和东南汇合水汽路径(以下简称汇合水汽路径)、由西输入水汽路径以及南海水汽路径.研究结果表明,汇合水汽路径、由西输入水汽路径及南海水汽路径有明显的年代际变化,这种年代际变化是与华北盛夏降水量的年代际变化基本一致的.通过滑动相关分析可以发现,对华北盛夏降水产生影响的主要是由西输入水汽路径,这可能是受西风带的影响.通过合成分析的结果同样表明由西输入华北的水汽输送增强时,伴随着太平洋水汽路径的输送明显增强,绕过了华南和长江中下游直接输送至华北和东北,从而引起华北和东北的降水量偏多;虽然其他水汽路径对华北盛夏降水的影响相对比较小,但是2000年开始,孟加拉湾水汽路径对华北盛夏降水的影响逐渐增强.

大气折射指数的结构参数与北方5～9月降雨的强相关现象

基于中荷合作项目"建立关于荒漠化和粮食保障的中国能量与水平衡监测系统"(CEWBMS),在国家卫星气象中心和国家林业总局的支持下,乾安大孔径闪烁仪于1999年10月安装并正式运行。利用2000—2005年5～9月大孔径闪烁仪(LAS)观测的大气折射指数的结构参数C2n,采用独立性检验,证实了C2n的高低与未来32 h是否出现降雨(晴雨)存在显著相关关系。结合乾安气象站的有关气象观测数据,初步选择C2n白天值、C2n夜间值以及C2n的24 h变量作为预报依据,建立基于C2n预报未来32 h晴雨的预报流程;并利用2006年C2n的观测数据,依照预报流程对2006年进行了回报预报试验,正确率为42/47。