青藏高原春末土壤湿度对初夏降水的影响

为了研究青藏高原(简称高原)春末(5月)土壤湿度与初夏(6月)降水的关系,利用1979-2019年ERA-Interim土壤湿度月平均资料和同时段高原109站观测降水资料,分析了高原春季土壤湿度与汛期(5-9月)降水之间的关系.结果 表明:春末表层(0～28 cm)土壤湿度与高原初夏降水呈显著的正相关,在空间上土壤湿度...     

中国生态脆弱区高温热浪和干旱历史变化特征分析北大核心CSCD

高温热浪和干旱是影响陆地生态系统最主要的极端天气气候事件。已有关于中国高温热浪和干旱历史变化的定量研究主要针对全国范围、地理分区或单一区域,对于我国生态脆弱区相关极端事件的历史变化特征尚不清楚。本文利用中国CN05.1格点化观测数据集中的日最高气温观测资料和全球逐月标准化降水蒸发指数格点数据,分析了中国典型生态脆弱区1980~2014年发生的高温热浪和干旱的时空变化特征。结果表明:1980~2014年中国生态脆弱区的年高温日数和热浪次数整体呈增加趋势,两者变化趋势的空间分布类似。在空间分布上,高温热浪显著增加的区域主要位于北方生态脆弱区的中部和西部以及南方生态脆弱区的东部。其中,高温热浪增长显著的面积比率在西南岩溶山地石漠化脆弱区最高,在南方农牧脆弱区最低。区域平均来看,除南方农牧脆弱区较少发生高温热浪外,各脆弱区高温日数和热浪次数均呈现增加趋势,且除北方农牧林草区外,其余脆弱区增加趋势显著。北方生态脆弱区高温和热浪的发生频率和年际变化在20世纪90年代中期起均迅速增加。此外,中国生态脆弱区东部多呈现变干趋势且中等和极端干旱发生月数增多,其余地区则多变湿且极端干旱发生月数减少;区域平均来看,除西南岩溶山地石漠化脆弱区区域平均的干旱发生月数呈现显著增加趋势以外,其他区域的干湿和干旱发生月数的变化趋势小且不显著。     

ＣＬＭ３０对中国区域陆面过程的模拟试验及评估（Ⅱ）：土壤湿度

利用CLM3.0及普林斯顿大学的全球大气外强迫场资料,对中国地区1948—2001年的土壤湿度进行了off-line模拟,进一步评估了CLM3.0对中国地区土壤湿度的模拟能力。结果表明:模式基本能揭示土壤湿度的空间分布型,即华北干、东北和东南湿二湿一干的分布特征,但模拟值较观测值普遍偏高;就年际变化而言,在5个分区中,云贵地区模拟的年际变化与观测的相关性最好,东北区域次之,模拟的东部中纬度区域的年际变化较差,全区范围内7月的模拟好于4月;模式对于土壤湿度倾向有一定程度的模拟能力,基本能模拟出4月东北东部区域的干化趋势,但模式模拟的变化幅度较观测值偏小很多,其中以黄淮江淮地区模拟的趋势最差。     

合肥市高温热浪对市民死亡及中暑的影响分析

为了定量评估合肥市高温热浪对人群造成的超额死亡风险和制定疾病预防控制措施提供必要的定量数据支撑,利用2010-2016年逐年（6～9月）合肥市夏季死亡数据和同期高温气象资料,计算夏季热浪相关超额死亡,并利用流行病学的描述性研究方法来揭示合肥市高温热浪对人体健康的影响。结果表明：总高温日数和总热浪次数对应较好,在2013年达到最大;人群超额死亡率绝大部分小于10%,同期的女性超额死亡率稍小于男性;中暑描述性统计中2013年最多,达到609例,男性和女性的比例达到2:1;中暑年龄序位分级影响中来看,急诊数随着年龄的增加而增大,且41-50岁的急诊数显著增大。本研究表明高温热浪期间合肥市居民死亡人数有所增加,中暑发生率较高,需采取综合干预措施,以提高居民高温热浪风险认知水平并及时采取适应性行为。     

宁波城市化进程对夏季极端气温和高温热浪的影响

利用浙江省沿海宁波鄞州站(城区)、台州洪家站(郊区)和宁波石浦站(海岛)1956-2018年夏季(6-8月)逐日最高、最低气温和1978-2017年宁波城市化进程参数资料,研究城市化进程与夏季极端气温及高温热浪之间的关系。结果表明:1)宁波城区夏季的最高、最低气温的增幅分别为0.306℃/10a、0.271℃/10a,台州郊区增幅与之接近,海岛增幅最小;城区气温的突变时间均早于郊区和海岛的;热岛效应对城区的最高、最低气温变化贡献率分别为57.8%和53.5%,不仅对气温增幅占比大,而且其突变时间要早于城区及对比站气温本身的突变时间。2)宁波是高温热浪袭击较为频繁的城市,20世纪90年代开始强高温热浪较集中,21世纪以来高温热浪尤为严重;台州郊区20世纪各级高温热浪频次变化不大,但21世纪较20世纪明显增多。3)宁波城市化发展对高温热浪影响显著,城市化对高温热浪贡献率,相对于郊区站为46.1%,相对于海岛站接近100.0%。4)宁波城市化进程参数K的突变时间与城区的夏季平均最高、最低气温的突变时间一致,与高温日数、平均及极端最高气温、高温热浪频数均显著正相关,其中与平均最高气温的相关性最高。     

四套土壤湿度再分析数据在中国西北东部—华北—江淮地区的适用性研究

基于1992~2010年全国778个农业气象站土壤湿度观测资料、ERA-Interim、JRA55、NCEP-DOE R2和20CR土壤湿度再分析资料,通过平均差值、相关系数、差值标准差、标准差比四个参数,利用Brunke排名方法和EOF(Empirical Orthogonal Function)分析,对四套土壤湿度再分析资料在中国西北东部—华北—江淮区域的适用性进行了分析。主要结论如下:不同季节的平均偏差空间分布上,JRA55资料同观测数据的平均偏差在±0.08m~3 m~(-3)之间,春、夏季西北东部JRA55土壤湿度偏小,ERA-Interim、NCEP-DOE R2、20CR资料较观测数据偏湿,华北南部、江淮地区平均偏差小于西北东部、华北北部。在年际变化上,各个季节ERA-Interim资料同观测资料最为接近,能稳定地再现西北东部、华北、江淮地区土壤湿度干湿变化趋势,反映出重要的旱涝年。整体而言,四套再分析资料中ERA-Interim资料同观测资料接近,JRA55、NCEP-DOE R2资料次之,20CR资料最差。     

1960～2018年中国高温热浪的线性趋势分析方法与变化趋势

高温热浪直接影响人体健康和作物生长。研究全球变暖背景下我国高温热浪发生率的趋势是气候变化研究的基本问题之一,可为人们的生产生活等提供重要的科学信息。目前对于高温热浪趋势的研究大都使用最小二乘（Ordinary Least Squares,OLS）方法估计趋势,结合学生t检验判断趋势的统计显著性。本文审视了以往常用方法在研究我国高温热浪发生率的线性趋势时的适用性。首先,以2018年东北局部地区因当年高温日数异常多而形成离群值的例子展开,说明OLS方法估计趋势时对离群值非常敏感,造成虚假趋势。进一步,通过正态分布检验和自相关计算,发现1960~2018年中国至少有91.14%站点、90.06%格点的高温日数和92.18%站点、87.74%格点的热浪次数的序列不服从正态分布,而且多数存在自相关。采用一种不易受离群值影响并考虑自相关的非参数方法,本文对1960～2018年中国站点和格点、4个典型区域以及全国平均的高温日数和热浪次数的线性趋势做出了更为准确的估计。研究发现,高温日数显著增多的站点主要出现在华南和西北地区,热浪次数呈显著增多趋势的站点目前几乎仅限于华南地区和新疆的个别站点;区域平均而言,仅有华南区域和西北区域的高温日数和热浪次数是显著增多的,华北区域和东北区域趋势并不显著;全国平均的高温日数和热浪次数都是显著增多的。本文对高温热浪的趋势及其显著性估计、统计预测的方法选择上有重要参考价值。     

中国土壤湿度的分布与变化 I. 多种资料间的比较

土壤湿度是影响气候的重要因子之一, 但观测资料的欠缺制约着该领域研究工作的开展。本文汇总了目前国际上运用较为广泛的四套土壤湿度资料: ERA40和NCEP/NCAR再分析资料、全球土壤湿度计划资料(GSWP2)、以及NCAR最近完成的利用观测资料强迫“通用陆面模式”CLM所产生的土壤湿度资料。在此基础上, 利用中国区域观测的19年 (1981～1999年) 的土壤湿度和13年 (1992～2004年) 的土壤相对湿度资料, 对四套资料在中国区域的可靠性进行了分析和比较, 主要结论如下: 四套资料基本揭示出土壤湿度的空间分布, GSWP2揭示了四套资料最多的共性, 即东北、 华南湿, 华北、 西北干, 土壤湿度基本由西北向东北和东南呈梯度增加的特征; GSWP2较好地描述了土壤湿度的季节循环; ERA40土壤湿度的年际变化与观测相关最好; 观测资料和四套资料都表明前期降水会增加土壤湿度, 但土壤湿度异常对后期降水的影响则不显著; 气温与土壤湿度的关系较复杂, 不同的区域有不同的特征。     

1961—2014年中国高温热浪变化特征分析

基于全国1961—2014年716个站点的日最高气温资料和高温阈值与热浪HWMI （Heat-Wave Magnitude Index）指数的新定义,分析了全国高温热浪的高温日、热浪频次、HWMI指数的时空变化特征。结果表明：高温日开始早（晚）的地区结束相对较晚（早）。高温日数突变集中于1990s末至本世纪初期。研究时段内,全国性的严重高温热浪事件从7月上旬持续至9月上旬,各旬热浪频次差异较大;云南地区热浪频发于5月,其他月份热浪少见。除淮河流域热浪年频次呈减小趋势,全国其余地区呈现增加趋势,其中两广、云南和海南地区增加趋势最大。热浪指数从1960s—1980s递减,1990s后递增,且1998年后全国高强度热浪频发,特别是长江以南地区。     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。     

Reduced soil moisture contributes to more intense and more frequent heat waves in northern China

Heat waves have attracted increasing attention in recent years due to their frequent occurrence. The present study investigates the heat wave intensity and duration in China using daily maximum temperature from 753 weather stations from 1960 to 2010. In addition, its relationships with soil moisture local forcing on the ten-day period and monthly scales in spring and summer are analyzed using soil moisture data from weather stations and ERA40 reanalysis data. And finally, a mechanistic analysis is carried out using CAM5.1 (Community Atmosphere Model, version 5.1) coupled with CLM2 (Community Land Model, version 2). It is found that the heat wave frequency and duration show a sandwich distribution across China, with high occurrence rates in Southeast China and Northwest China, where the maximum frequency and duration exceeded 2.1 times and 9 days per year, respectively. The increasing trends in both duration and intensity occurred to the north of 35°N. The relationships between heat wave frequency in northern China in July (having peak distribution) and soil moisture in the earlier stage (from March to June) and corresponding period (July) are further analyzed, revealing a strong negative correlation in March, June and July, and thus showing that soil moisture in spring and early summer could be an important contributor to heat waves in July via positive subtropical high anomalies. However, the time scales of influence were relatively short in the semi-humid and humid regions, and longer in the arid region. The contribution in the corresponding period took place via positive subtropical high anomalies and positive surface skin temperature and sensible heat flux anomalies.     

The relationship between spring soil moisture and summer hot extremes over North China

The increase in the occurrence of hot extremes is known to have resulted in serious consequences for human society and ecosystems. However,our ability to seasonally predict hot extremes remains poor,largely due to our limited understanding of slowly evolving earth system components such as soil moisture,and their interactions with climate. In this study,we focus on North China,and investigate the relationship of the spring soil moisture condition to summer hot extremes using soil moisture data from the Global Land Data Assimilation System and observational temperature for the period 1981–2008. It is found that local soil moisture condition in spring is closely linked to summer hot days and heat waves over North China,accounting for 19%–34% of the total variances. Spring soil moisture anomalies can persist to the summer season,and subsequently alter latent and sensible heat fluxes,thus having significant effects on summer hot extremes. Our findings indicate that the spring soil moisture condition can be a useful predictor for summer hot days and heat waves over North China.     

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.     

青藏高原及其典型区域土壤湿度的分布和变化特征

基于土壤湿度融合分析产品及气象观测资料,分析了青藏高原及其典型区域的土壤湿度分布特征以及影响因素.结果表明：青藏高原土壤湿度与高原降水季节有较好的对应关系,降水量多的季节对应大的土壤湿度,反之亦然,即夏季土壤湿度最大,春季和秋季次之,冬季最小;高原外围土壤相对较湿,中部较干,夏季土壤高湿度区从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展,冬季土壤高湿度区向藏东南和塔里木盆地收缩;土壤湿度垂直层次呈现出浅层和深层低、中间层高的特点,从浅层到深层土壤湿度的变化幅度逐渐减小;高原典型区域土壤湿度逐日变化规律与高原区域平均的土壤湿度时间演变接近一致,降水量的多少和湿润区、半干旱区土壤湿度高低值有较好的对应关系,湿润区垂直梯度大,干旱区和半干旱区垂直梯度小;蒸发量、风速、气温以及植被状况均会影响到土壤湿度的分布特征.     

青藏高原春季土壤湿度异常与我国夏季降水的联系

利用 197-2014年 GLDAS-CLM(Global Land Data Assimilation System-the Community Land Mod-el)地表参量数据集、中国区域逐日观测资料格点化数据集(CN05.1)和ERA-nterim大气环流再分析数据,研究青藏高原5月(春季)土壤湿度的异常变化...     

欧洲东部土壤湿度对东北亚初夏气温异常转折的影响及其可能物理过程

采用1979—2020年观测和再分析资料,研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明,年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖);转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下:5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源;相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱;类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部;相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。     

Variations in Regional Mean Daily Precipitation Extremes and Related Circulation Anomalies over Central China During Boreal Summer

The variations of regional mean daily precipitation extreme （RMDPE） events in central China and associated circulation anomalies during June, July, and August （JJA） of 1961-2010 are investigated by using daily in-situ precipitation observations and the NCEP/NCAR reanalysis data. The precipitation data were collected at 239 state-level stations distributed throughout the provinces of Henan, Hubei, and Hunan. During 1961-2010, the 99th percentile threshold for RMDPE is 23.585 mm day-1. The number of RMDPE events varies on both interannual and interdecadal timescales, and increases significantly after the mid 1980s. The RMDPE events happen most frequently between late June and mid July, and are generally associated with anomalous baroclinic tropospheric circulations. The supply of moisture to the southern part of central China comes in a stepping way from the outer-region of an abnormal anticyclone over the Bay of Bengal and the South China Sea. Fluxes of wave activity generated over the northeastern Tibetan Plateau converge over central China, which favors the genesis and maintenance of wave disturbances over the region. RMDPE events typically occur in tandem with a strong heating gradient formed by net heating in central China and the large-scale net cooling in the surrounding area. The occurrence of RMDPE events over central China is tied to anomalous local cyclonic circulations, topographic forcing over the northeast Tibetan Plateau, and anomalous gradients of diabatic heating between central China and the surrounding areas.     

近54年京津冀地区热浪时空变化特征及影响因素

基于1960—2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960—2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。