区域性极端低温事件的识别及其变化特征

区域性极端低温事件的客观识别方法主要包括4个部分:极端低温阈值的确定、极端低温事件空间区域的识别、空间区域的连续性过程提取和指标体系,结合个例分析验证了该方法在实际低温事件检测中的有效性。从空间分布和时间变化趋势等角度分析了近50年区域性极端低温事件的变化特征:区域性极端低温事件的发生频次较高的纬度带主要位于32°N和42°N附近,区域性极端低温事件的发生频次、强度和最大覆盖面积等存在总体减弱的趋势,在20世纪80年代后期存在显著的转折,90年代后期以来变化逐渐趋于平缓。此外,对各种单一指标与我国冷冻害造成的经济损失和受灾人口之间的相关分析,构建了体现区域性极端低温事件多方面影响的综合指标。     

ENSO-Modoki与东北三省夏季温度异常事件的关系

利用1960~2013年中国东北三省76个台站夏季逐日气温数据、NCEP/NCAR再分析资料以及ENSO-Modoki指数,分析了东北地区夏季温度异常事件的时空变化特征,运用相关分析与合成分析相结合的方法探讨其与ENSO-Modoki之间的关系。结果表明:(1)东北三省夏季极端高温事件的频次波动较为明显,在1980年代初与1990年代中后期有明显峰值,而极端低温事件的频次呈下降趋势,但在1990年代初有1次明显上升;(2)从空间分布来看,极端高温事件的频次在东北三省东部的大部分地区以及大兴安岭北部地区呈上升趋势,而极端低温事件的频次在辽东半岛以及漠河附近有上升趋势,在长白山以北及松江平原以南地区则有下降趋势;(3)前一年冬季发生El Nio-Modoki或春季发生La Nia-Modoki,对黑龙江省与辽宁省的大部地区夏季出现温度异常事件影响较大。其中,前一年冬季发生El Nio-Modoki,当年夏季这些地区极端高温事件的频次可能会减少;春季发生La Nia-Modoki,上述地区夏季极端低温事件的频次会减少,而极端高温事件的频次可能会增多。     

影响中国的热带气旋极端事件年代际变化

利用1949—2009年影响中国的热带气旋风雨资料以及登陆信息,研究影响热带气旋极端事件的年代际变化特征。结果表明：热带气旋登陆极端偏早或偏晚事件在1970和2000年代发生较少。热带气旋登陆强度（中心附近最大风力和最低气压）极端事件在2000年代发生频数最高。热带气旋降水影响时间极端事件在1970年代频数最多,大风影响时间极端事件在1980年代频数最多。日降水量和过程降水量的极值站数在1960年代最多,日最大风速极值站数在1980年代最多。     

江苏省近45a极端气候的变化特征

利用江苏省35个测站1960—2004年45 a的逐日最高温度、最低温度、日降水量资料集,分析了近45 a江苏省极端高温、极端低温以及极端降水的基本变化特征。结果表明:(1)多年平均年极端高温的空间分布表现为西高东低,而极端低温则表现为自北向南的显著增加,极端降水的发生频次自南向北逐渐减少;(2)极端高温在江苏中部以及南部大部分地区有上升趋势,而西北地区则有弱的下降趋势;全省极端低温表现为显著的升高趋势;极端降水频次在南部地区有增加的趋势,北部减少趋势,中部则无变化趋势。(3)江苏极端高温、低温和极端降水的年际和年代际变化具有区域性差异,其中极端降水频次变化的区域性差异最为明显。     

近50 年华南地区极端强降水频次的时空变化特征

利用华南地区110 个台站1961—2008 年逐日降水资料,采用百分位法定义各站极端强降水事件的阈值,运用线性回归、M-K 突变检验、正交函数分解(EOF)、旋转经验正交函数分解(REOF)等方法,对华南地区年极端强降水频次的时空变化特征进行分析。结果表明:在空间分布上,年极端强降水频次在华南中部较大、广东沿海和广西西部内陆较小;华南极端强降水频次有3 个主要的空间异常模态,一致性异常特征是华南极端强降水频次分布的最主要空间模态,而东、西反向和南、北反向变化模态也是比较重要的异常模态。在时间分布上,华南的极端强降水事件主要发生在夏半年,夏半年极端强降水频次占全年总频次的83.7%;1960 年代和1980 年代极端强降水频次较少,从1980 年代中后期起,极端强降水频次有由少变多的趋势。华南区域各站极端强降水频次气候倾向率不一致,除中部呈减少趋势外,其余大部呈上升趋势,华南区域各站极端强降水频次的平均序列也呈上升趋势,但上升趋势不显著。华南极端强降水频次从区域变化特征上可分为6 个主要区域,分别具有不同的年际变化趋势,其中有3 个区域的代表站先后发生了显著增多的突变现象。      

江西地区冬半年极端低温事件主模态及环流特征

基于1961—2022年江西日最低气温观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先极端低温阈值,分析极端低温事件发生频次的分布特征;再利用经验正交函数(EOF)获得极端低温事件发生频次的主模态,分析相应的关键环流系统特征。结果表明：江西省大部分地区冬半年极端低温阈值在0℃以下,南北分布差异较明显。极端低温事件发生频次在空间上具有很好的一致性,在1985年前后由偏多转为偏少的年代际振荡。极端低温发生频次主模态的变化受冬季风系统关键成员的影响显著,东亚冬季风偏强、西伯利亚高压偏强、东亚大槽加深、副热带西风急流偏强都利于江西地区出现极端低温事件。     

1961—2005年中国区域性低温事件的观测、再分析与模拟的比较研究

利用1961—2005年观测、NCEP再分析资料和北京气候中心发展的气候系统模式1.1版本(BCC-CSM1.1)模拟的逐日最低气温资料,首先采用优选格点回归方法将网格资料降尺度到台站上,然后再应用区域性极端事件客观识别法对3套资料识别得到中国区域性低温事件。分析表明,NCEP再分析资料很好地再现了最低气温的实况;BCC-CSM1.1模式对日最低气温的模拟尽管总体上不如NCEP再分析资料,但模拟效果也较好。NCEP再分析资料在中国区域性低温事件的长期趋势、年际变化以及累积强度和发生频次的空间分布上都较好地再现了实况。BCC-CSM1.1模式对中国区域性低温事件的模拟结果显示,该模式较好地模拟出1961—2005年中国区域性低温事件在频次、极端强度、最大影响面积、持续时间、累积面积和综合强度等各项指标所表现出的一致的减小趋势;对事件累积强度和发生频次空间分布的模拟,总体上较好地反映了观测的主要特征,但对中心位置的模拟存在一定偏差。     

1961—2011年通辽市极端降水事件特征分析

文章利用通辽市9个气象站1961—2011年逐日降水资料,采用百分位值法定义了极端降水事件的阈值,统计了极端降水事件的频次,分析其空间分布特征和时间趋势变化。结果表明,通辽市极端降水事件阈值的空间特征是由南向北总体上呈高—低—高的分布特征,而极端降水事件频次空间差异较小,都在3.4d/a左右。1961—2011年,通辽市极端降水事件的发生频次呈减少趋势,减幅为0.23d/10a,存在明显的年代际差异。     

近50a华东地区夏季极端降水事件的年代际变化

利用中国华东地区90站点1960--2009年夏季（6—8月）逐日降水资料,分析了近50a来华东地区各类极端降水事件的强度和发生频次的年代际变化。结果表明：华东地区极端降水事件年代际变化特征明显。近20a来,不论是极端降水事件的平均强度还是发生次数都要明显高于前30a;1990年代是极端事件多发且强度较强的年代;华东区域极端强降水过程事件的连续降水日数多在9d以下,而极端连续降水日数事件基本在9d以上;较之华东地区其他区域,福建地区存在更多的强度大、持续久的降水过程;华东地区最大极端降水量出现在江西北部与安徽南部的交界区域。极端降水事件频发带存在南北摆动的年代际变化,这一特征在极端日降水事件和极端强降水过程事件上表现得更为明显。同时,存在两个极端事件频发带,分别位于长江流域附近。在后3个年代,这两个频发带呈现出分一合一分的年代际变化特征。     

1960—2015年中国冬半年极端降温过程事件的时空演变特征

利用1960-2015年中国2 474个站点的逐日最低气温资料,采用REOF方法将中国分为7个区域,通过对每个区域内所有站点降温阈值进行平均,得到了7个降温阈值。当某区域内测站单日降温幅度超过区域平均阈值时,认为该测站发生一次极端降温事件。7个区域降温平均阈值各异,总体呈北大南小特征,最大降温-10.6℃,最小-7.6℃。根据上述定义,研究了中国冬半年极端降温过程事件的时空演变特征。结果表明：极端降温事件发生频数呈北多南少的空间分布。北部地区存在多个频发中心,在42°N和35°N附近存在两个高频发生带。南部地区频数呈一定的带状分布,在25°N附近发生该事件的频率亦高于南部其他地区。近56 a来,极端降温事件频数变化总体呈减少趋势,前期较明显,中后期趋于稳定。各年代频数的空间分布基本一致,但前期总体表现为北部增多。而在1990s则转变为南负北正的空间分布,后期中部及沿海地区发生了趋势符号的年代际改变。进一步分析表明,各区域极端降温频数突变的年份均不一致且突变前后的频数存在较大差异。这些结果可为深刻认识极端低温事件的变化规律和气候预测提供线索。     

Climate analysis of tornadoes in China

Based on analysis of historical tornado observation data provided by the primary network of national weather stations in China for the period from 1960 to 2009,it is found that most tornadoes in China(85%)occurred over plains.Specifically,large numbers of tornado occurrences are found in the Northeast Plain,the North China Plain,the middle-lower Yangtze Plain,and the Pearl River Delta Plain.A flat underlying surface is conducive to tornado occurrence,while the latitudal variation of tornado occurrence in China is not so obvious.Tornadoes mainly occur in summer,and the highest frequency is in July.Note that the beginning and the time span of tornado outbreaks are different in North and South China.Tornadoes occur during May-September in South China(south of 25°N),June-September in Northeast China(north of 40°N),July-September in the middle-lower Yangtze Plain,and July-August in North China(between25°and 40°N).More than 80%of total tornadoes occurred during the above periods for the specific regions.The 1960s and 1970s have seen about twice the average number of tornadoes(7.5 times per year)compared to the mean for 1960-2009.The most frequent occurrence of tornado was in the early and mid 1960s;there were large fluctuations in the 1970s;and the number of tornadoes in the 1980s approached the 50-yr average.Tornado occurrences gradually decreased in the late 1980s,and an abrupt change with dramatic decrease occurred in 1994.The decrease in the tornado occurrence frequency is consistent with the simultaneous climatic change in the meteorological elements that are favorable for tornado formation.Tornado formation requires large vertical wind shear and sufficient atmospheric moisture content near the ground.Changes in the vertical wind shear at both 0-1 and 0-6 km appear to be one important factor that results in the decrease in tornado formation.The changing tendency of relative humidity also has contributed to the decrease in tornado formation in China.     

ERA40再分析资料揭示的北半球和东亚地区温带气旋生成频率变化

本文利用欧洲中心再分析数据ERA40的6小时间隔海平面气压场和一种改进的客观判定和追踪方法研究19582001年北半球和东亚地区温带气旋生成频率的气候态、年代际变化及可能原因。结果表明:(1)北半球温带气旋的源地主要位于北美东部(落基山下游地区)、西北大西洋地区、格陵兰至欧洲北部地区、蒙古地区和日本至西北太平洋地区。大洋的西岸和陡峭地形的背风坡有利于大气斜压性的增强和正涡度的发展,从而有利于地面气旋的形成。(2)年、冬季和春季30°～60°N气旋生成数目呈现减少的变化趋势,60°～90°N地区的气旋生成数呈增加的变化趋势。这在一定程度上支持了北半球风暴路径北移的观点。60°N以南和以北的温带气旋数目同北极涛动指数(AO)分别呈现负相关和正相关,这种相关性在年、春季和秋季最为显著。(3)1 958—2001年东亚地区的年气旋数目呈现明显的年代际变化。20世纪60年代至80年代中期40°～60°N、80°～140°E地区气旋数目呈增加趋势,而80年代中期之后温带气旋数目则锐减,主要原因是80年代以后该地区大气斜压性减弱,更高纬度地区的大气斜压性增强,从而导致了气旋源地的北移。在较低纬带的20°～40°N、110°～160°E地区气旋数目线性增加,这主要是由于位于40°～55°N的北太平洋风暴轴有向低纬度偏移的变化趋势造成的。     

Climate change trend in China, with improved accuracy

We have found that a spatial interpolation of mean annual temperature (MAT) in China can be accomplished using a global ordinary least squares regression model since the relationship between temperature and its environmental determinants is constant. Therefore the estimation of MAT does not very across space and thus exhibits spatial stationarity. The interpolation of mean annual precipitation (MAP), however, is more complex and changes spatially as a function of topographic variation. Therefore, MAP shows spatial non-stationarity and must be estimated with a geographically weighted regression. A statistical transfer function (STF) of MAT was formulated using minimized residuals output from a high accuracy and high speed method for surface modeling (HASM) with an ordinary least squares (OLS) linear equation that uses latitude and elevation as independent variables, abbreviated as HASM-OLS. The STF of MAP under a BOX-COX transformation is derived as a combination of minimized residuals output by HASM with a geographically weighted regression (GWR) using latitude, longitude, elevation, impact coefficient of aspect and sky view factor as independent variables, abbreviated as HASM-GWR-BC. In terms of HASM-OLS and HASM-GWR-BC, MAT had an increasing trend since the 1960s in China, with an especially accelerated increasing trend since 1980. Overall, our data show that MAT has increased by 1.44 °C since the 1960s. The warming rates increase from the south to north in China, except in the Qinghai-Xizang plateau. Specifically, the 2,100 °C?·?d contour line of annual accumulated temperature (AAT) of ≥10 °C shifted northwestward 255 km in the Heilongjiang province since the 1960s. MAP in Qinghai-Xizang plateau and in arid region had a continuously increasing trend. In the other 7 regions of China, MAP shows both increasing and decreasing trends. On average, China became wetter from the 1960s to the 1990s, but drier from the 1990s to 2000s. The Qinghai-Xizang Plateau and Northern China experienced more climatic extremes than Southern China since the 1960s.     

亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系

利用NCEP资料计算NAM指数和标准化温度距平,对17次平流层弱极涡事件时亚洲东部温度变化进行了研究。结果表明:平流层环流异常比对流层温度变化超前约15天,地面温度变化的最大距平出现在平流层弱极涡后期,大约以40°N为界,北部比正常年份偏冷而南部偏暖。文中通过位势涡度的分布和变化以及500 hPa东亚大槽的变化讨论了其影响过程和机理,在弱极涡初期和中期,自平流层向下,高位涡冷空气主要局限于60°N以北。从弱极涡的后期开始,在45°N以北地区,高位涡冷空气向南扩张,在对流层中上层,极地附近的高位涡冷空气扩张到45°N附近。同时,500 hPa东亚大槽虽有加强,但低压区向东延伸,而贝加尔湖附近的高压脊显著减弱,致使槽后的偏北气流减弱,槽后冷空气主要影响中国华北、东北及其以北地区,造成这些地区偏冷。而40°N以南地区,从弱极涡的后期开始有南方低位涡偏暖空气向北运动,同时冷空气活动减少,地面显著偏暖。     

从海平面气压场的波谱分析比较南、北半球大气环流的变化

本文应用沿纬圈的谐波分析,对1951—1960年各年逐月南、北半球海平面气压进行分解,对比两个半球的副热带(30°N,30°S)及中纬度(50°N,50°S)的超长波活动发现:(1)南、北两个半球月平均大气环流都存在有性质不同的两类变化,即季节性变化与非季节性变化。在海陆对比明显的北半球,不论西风带还是副热带季节性变化都比较清楚。而南半球仅副热带季节性变化明显,西风带则是非季节性变化占优势。(2)南、北两个半球大气环流的季节变化,都有明显的年际差异。通常,北半球夏季建立(南半球是夏季结束)的年际差异大,北半球夏季结束(南半球是夏季建立)的年际差别较小。(3)超长波位置的年际变化与海陆分布有密切关系。陆地面积大的地区,占优势的超长波位置比较稳定,在几乎全为海洋的50°S,则超长波无论占优势与否,波槽位置的年际变化都较大。     

An analysis of the spatial pattern of summer persistent moderate-to-heavy rainfall regime in Guizhou Province of Southwest China and the control factors

In this study, we investigated spatial and temporal variation patterns of persistent moderate-to-heavy rainfall events in Guizhou Province of southwest China during 1951–2004. We first performed conventional frequency analysis using the annual maximum daily series at 36 weather stations fit to log-normal distribution curves. Then, we examined the frequencies of moderate-to-heavy rainfall events (>?=?20 mm/day) and persistent rainfall events (10–day running sum >?=?100 mm) during the summer season (June through August). Using principal component analysis, we identified various spatial patterns of the rainfall regime and macroscale atmospheric conditions that influence these patterns. It was found that a minor mode of variation in the 500 hPa geopotential height anomaly field over East Asia (the third principal component) had a very good relationship to the dominant regional precipitation regime (Spearman’s correlation coefficient?=?–0.623). This mode of circulation represents the N–S variation of the upper-air pressure gradients over East Asia. During its positive phase, the pressure gradient south of 40°N is reduced and accompanied by a ridge over the East China coast, while the pressure gradient north of this latitude is enhanced. Correspondingly, the study region experiences fewer persistent moderate-to-heavy rainfall events. In its negative phase, the pattern in the 500 hPa geopotential height anomaly field is reversed and the study region experiences more persistent moderate-to-heavy rainfall events. This circulation mode is related to both East Asian and Indian summer monsoons. It is also associated with the northward intrusion of the West Pacific subtropical high, the size of the circumpolar vortex over the Pacific, and the impact of the Tibetan Plateau.     

Thunder Events in China: 1980-2008

Using data collected at 517 weather stations in contiguous China over the period 1980-2008,characteristics of thunder events have been investigated.These characteristics include geographical distribution,interdecadal variation,annual variation,and seasonal variation.The areas with the highest frequencies of thunder events are located in the central Tibetan Plateau,Yunnan,Guangxi,and Guangdong.The annual number of thunder days increases from northern to southern China.But the frequency of thunder events over mountains and plateaus is much higher than the frequency of events over plains in the same latitude.The interdecadal variation of events shows that the frequency of thunder occurrences was highest during the 1980s,decreased during the 1990s,and increased slightly afterwards.Thunder occurrences vary with the season,northward in May and retreating southward in September.     

中国东北冬季相邻两天降温特征及其年代际变化

利用1961-2012年CN05.2的日平均温度、日最低温度和日最高温度,将3种温度资料冬季相邻两天的降温情况分为弱降温、一般性降温和强降温3类,并分析了这3类降温的时空分布特征。结果表明：日平均温度和日最低温度的弱降温和一般性降温发生频次最大的地区位于大、小兴安岭地区和长白山山脉一带,而强降温发生频次最大的区域则为长白山山脉一带;这三类降温的高频发生时段均为20世纪60年代和70年代,随后开始减少,到21世纪初为发生频次最少时段。对日最高温度而言,弱降温和一般性降温高频发区为42°-45°N,呈带状分布,其北部和南部均为一般性降温发生频次的低发区,呈现"低-高-低"的频次分布特征,而强降温的高频发生区则位于长白山山脉一带;同日平均温度和日最低温度年代际变化特征一样,日最高温度3类降温均在20世纪60年代和70年代频次最大,其后发生频次开始减少。     

近50年中国区域性极端低温事件频发期的气候特征对比分析研究

基于1960—2011年中国冬季区域性极端低温事件库,分别选取20世纪60年代中、70年代中、90年代初、21世纪初以及2008—2011年5个典型的区域性极端低温事件频发时段,从大气内部环流和海温外部强迫两个方面对各频发期的气候异常特征进行了对比分析。总体而言,20世纪60年代冬季区域性极端低温事件的强度大、频次高,在一定程度上表现为年代际尺度的持续性特征,而20世纪70年代中、90年代初、21世纪初则以年际尺度的振荡为主。此外,2008年以来的频发期在大气内部环流和北太平洋海温外部强迫两个方面均呈与20世纪60年代中期较为相似的特征：即欧洲至南亚大范围区域的地表温度异常偏低,欧亚中纬度500 hPa高度场距平呈显著的北正南负模态,急流区南北梯度异常显著,北极涛动具有明显的指数负位相特征,北太平洋海温异常偏暖,太平洋年代际振荡为典型的冷位相等;同时,当前频发期与其他时段的差异较大,特别是与20世纪90年代初的气候特征差异尤为明显。因此,2008年以来区域性极端低温事件频发期所对应的海-气系统异常除了具有全球变暖背景下的一些新特征之外,也初步出现了一些年代际变化的异常信号。