中国近50年寒潮冷空气的时空特征及其与北极海冰的关系

利用中国具有较长时间序列的527个站点1961—2010年的日平均温度观测资料,美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及伊利莱诺斯大学的海冰密集度资料,分析了我国近50年来寒潮的时空变化及与其相联系的海冰和大气环流异常的关系。结果表明,中国寒潮冷空气活动频数存在两个主要模态,第一模态表现在中国北方冷空气活动频数呈年代际减少趋势,1980年之前寒潮冷空气频数偏多,1990年后寒潮冷空气频数偏少;第二模态表现为我国南方冷空气频数的年际振荡特征。第一模态寒潮冷空气频数的减少主要与全球变暖有关,北极海冰的减少使得1980年代后期北极涛动加强,并激发出欧亚遥相关波列进而影响我国的寒潮冷空气活动。第二模态则与近些年来夏季北极海冰的快速融化以及北极大气出现偶极子型环流异常有关,通过激发跨极型和类欧亚遥相关波列影响到后冬的中国南方寒潮冷空气活动增多。     

长江流域夏季极端高温的年代际变化特征及其与大西洋多年代际振荡的关系

本文基于地面观测资料和NCEP/NCAR再分析数据,利用经验正交函数分析、线性回归分析等方法对1960—2016年夏季(6—8月)长江流域的极端高温(Extreme High Temperature,EHT)事件的强度、暖昼、暖夜发生日数的年代际特征及其对应大气环流进行分析,并探讨了EHT事件与大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)的关系。结果表明,中国夏季长江流域的极端高温事件存在明显的年代际变化特征,其中1960—1970年和2002—2016年为暖时期,1971—2001年为冷时期。相较于冷时期,暖时期在高温强度、暖昼和暖夜的发生日数方面均明显偏暖。针对于该极端高温年代际特征的成因,研究结果表明,暖时期位于长江流域北部的对流层中高层异常反气旋和偏北偏西的西太平洋副高有利于该地区下沉运动的增强,进而有利于极端高温的出现。同时,在对流层低层,位于中国东部的异常反气旋将低纬地区的暖湿气流携带至长江流域,这也有利于长江流域EHT事件的发生。此外,进一步分析表明,AMO与长江流域夏季EHT事件在年代际尺度上存在明显的关系,AMO超前中国夏季长江流域的EHT事件6~8 a,这对预测中国长江流域极端高温事件具有一定的指示作用。     

2000-2008年期间南海海面温度的年际与空间变异

通过对2000-2008年更高空间分辨率的南海海面温度(SST)的卫星遥感数据进行经验正交函数(EOF)分析,着重研究21世纪以来整个南海海域SST年际变化的时空变异,并探讨了其与南海海面风场和海面高度的关系,以及期间南海发生的两次负异常事件的特点和成因.SST年际变化的第一模态表现为全海盆同相变化,年际振荡主要发生在...     

中国冬季极端低温事件的多尺度特征

利用1961—2010年中国487站逐日气温资料,以35°N为界分北方区域和南方区域研究中国冬季极端低温事件的多尺度变化特征。研究表明:南、北方区域极端低温站点发生率呈现出准双周的气候季节内振荡,南、北方区域冬季极端低温频数和强度的长期变化一致,均呈减小趋势,频数和强度的趋势变化分别为-0.247d/10a(北方)、-0.352d/10a(南方)和-0.332℃/10a(北方)、-0.467℃/10a(南方),南方区域减小更迅速。北方区域极端低温频数和强度的年际和年代际变化信号强度相当,南方区域则以年际变化为主。进一步研究表明,当极端低温频数的线性趋势由正值变为负值,相应的大气环流由北极涛动负位相变为正位相。对年际变化分量(8a),北方区域极端低温事件偏多时,海平面气压场表现为2波的定常波结构,西伯利亚高压和阿留申低压增强,对流层中层贝加尔湖槽加强;南方区域极端低温事件偏多时,海平面气压表现为偶极子型的1波结构,欧亚大陆和大西洋为正距平,北美大陆和太平洋为负距平,对流层中层东亚大槽加强南伸。对年代际变化分量(≥8a),大气环流形势都表现为北极涛动负位相,南方区域不显著。     

中国极端干旱——空雨频率的主模态时空特征

利用国家气象中心的站点日降水观测资料,定义一个季节内无降水日出现的频率——空雨频率作为极端干旱的表征指标,对中国487个站点1980—2014年秋、冬、春三个连续季节的空雨频率进行季节-经验正交函数分解(S-EOF),发现我国极端干旱随季节演变的时空分布主要表现为前四个主模态的特征,累积方差贡献为40.6%。第一模态为秋、冬、春三季连旱模态,空雨频率呈现显著的上升趋势,大部分地区为异常变旱,冬季华南沿海变旱最显著。第二模态为秋与冬春干旱的反位相变化模态,空雨频率出现明显的秋-冬-春季反位相的季节反差现象,且存在弱的年代际振荡。第三模态为冬-春极端干旱反位相模态,对冬春两季的代表性较好,秋冬两季空雨频率的空间分布场为以长江流域为中心的极端变旱,而春季空雨频率呈现反位相变化。空雨频率以1998年为突变点存在明显的年代际转折。第四模态为南北偶极型秋-冬-春反位相模态,呈现出长江流域以南与长江流域以北三个季节空雨频率均为相反的位相分布。不同的模态反映不同季节、不同区域的空雨频率的变化,充分表现出我国干旱分布的复杂性。     

山东夏季极端热事件变化特征分析

利用山东88个气象站1961—2019年夏季6—8月逐日最高、最低气温观测数据,分析了山东各地极端热昼、极端热夜、极端高温日三个极端热事件的时空演变规律和突变特征。结果表明:1)山东夜间出现极端热事件及白天和夜间同时出现极端热事件的天数增多、强度增强、占比增加。历年极端热昼出现天数和占比均呈不同程度的减少趋势,平均强度呈减小趋势,其中占比减少最明显;极端热夜、极端高温日出现天数和占比均呈不同程度的增加趋势,平均强度呈增强趋势。2)山东内陆和沿海地区各极端热事件变化差异明显。内陆地区极端热昼各指标减少、减小趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验,半岛南部和东部部分区域则有增加、增强趋势;中西部地区极端热夜各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验;中东部区域尤其是半岛地区极端高温日各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验。3)各极端热事件不同指标的突变情况迥异。极端热昼历年出现天数没有发生突变,平均强度在1970年前后发生突变,突变发生后,平均强度明显减小;极端热夜出现天数和平均强度均在1994年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加、平均强度明显增强;极端高温日出现天数和强度分别在1994年、1973年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加。     

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料,定义了北极海冰的季节性融冰指数,结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势,并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型,相应地,中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势,但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前,北极季节性融冰范围较小但显著增长,中国冻雨频数年际变化振幅较大,且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响;20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征,没有显著的线性趋势,中国冻雨频数变化振幅减小,与北极海冰相关较弱,主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化;而90年代中期以后,北极海冰融化加快,特别是2007年以后,季节性融冰范围大大增加,而中国冻雨频数处于低发时段,其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关,季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张,同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同,产生特定的大气环流异常响应,进而影响到我国冻雨。     

赤道太平洋温度、流场距平EOF分析及与厄尔尼诺的关系

利用EOF分析方法,讨论了最近20a赤道太平洋次表层温度、纬向流距平与厄尔尼诺的关系.结果表明:赤道太平洋海温距平EOF分析第一、二主分量占总量的近80%,其中第一主分量类似于厄尔尼诺模态,第二主分量类似于暖池模态;后一模态存在着突变和渐变两种过程,其中由冷位相变暖位相过程为渐变过程,而暖位相变冷位相过程为突变过程.厄尔尼诺事件是赤道西太平洋暖池突变过程的结果.赤道太平洋纬向流距平EOF的第二主分量代表赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流的变化,这个模态存在着半年左右的振荡和与厄尔尼诺同位相的年际振荡两种频率.另外,它还存在明显的年代际变化.赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流减弱是产生厄尔尼诺的必要条件.统计回归分析表明,赤道太平洋海温距平和纬向流距平EOF的第二特征向量的时间系数对厄尔尼诺和拉尼娜均有一定的预报意义.     

印度洋-太平洋海温的年际、年代际异常及其对亚洲季风的影响

运用EOF分析方法,对近50a的印度洋-太平洋SST的年际、年代际变化特征进行了分析,并在此基础上进行了数值试验.研究表明:在近50a中,SST的第一气候模态与年代际尺度变化相对应,并经历了两次气候突变,分别在1956年和1976年前后.第二气候模态与ENSO事件相对应,其空间分布反映了厄尔尼诺发生时SST的异常分布.中国东部降水以及亚洲季风异常不仅与ENSO事件有关,而且受到年代际气候背景场的影响.诊断和模拟结果具有较好的一致性.     

南黄海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海36°N断面1977-2013年历年2月表底层温度、盐度观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法分析了断面温盐年际变化时空模态和机制。断面表底层温度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表底层温度鲁南近岸型模态有显著线性升高趋势,表底层温度南黄海槽型模态准平衡变化。温度模态年际变化是对局地气温、风应力、黄海暖流、太平洋年代际振荡指数位相和ENSO事件的响应。断面表底层盐度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表层盐度南黄海槽型模态有显著线性降低趋势,表底层盐度鲁南近海型模态准平衡变化。表底层盐度模态是对辽南水、渤南沿岸水和黄海暖流水盐度年际变化的响应。     

利用遥感SST反演上层海洋三维温度场

通过统计相关分析验证了一个简单的温度参数模型在太平洋海域的较好适用性。基于Argo观测资料及WOA09气候态温度数据,采用最大角度法求得此模型的相关参数,并利用高分辨率卫星遥感海表温度反演了太平洋上层海域空间分辨率为1°×1°的气候态月平均三维温度场。与实测资料的比较分析表明反演结果是较为真实可靠的,并可作为海洋数值模式积分的初猜场,为实现现场观测(如:Argo)与卫星观测的优势互补,构建太平洋海域完整的三维温度分析场提供一种新途径。     

海面表层水温与表皮水温的相关研究

海洋水温是海洋研究的重要参数之一.本文介绍了"表皮温度"和"表层温度"的不同概念,分析了表皮和表层温度不同的产生机理,初步建立了两个温度之间的关系式,分析了回归方程产生的误差.     

热带太平洋温度异常变化对高空大气温度的影响

对热带17层气温纬向偏差垂直剖面和气温异常垂直剖面进行了分析,发现热带太平洋大尺度准定常热源温度波和下垫面温度异常温度波都能激发温度偶极振子,使温度波波及对流层和平流层高空,不仅改变了高空大气的热力状态,也使大气热力状态随高度的分布呈现出明显的波状结构。     

Temperature calibration of expendable bathythermographs

A non-destructive temperature calibration system for expendable bathythermographs (XBT) is described. A transfer standard technique has been used to estimate XBT thermistor probe-to-probe temperature variability. One-point calibration results suggest that a standard deviation of 0.025°C is typical at 10°C. Additional calibration data from nine XBT thermistors suggest that probe-to-probe temperature variability is largest at 0°C (ca. 0.03°C) and decreases uniformly to a minimum at 30°C (ca. 0.01°C).     

2017 年中国近海海温和气温气候特征分析

2017 年,全球平均海表温度较常年值偏高0.29~0.43 ℃,是自1960 年以来第三热的年份,仅次于2015 和2016 年,同时是没有厄尔尼诺事件影响的全球海洋最热年。1960-2017 年,中国近海年平均海表温度呈显著波动上升趋势,每十年升高0.16 ℃。2017 年中国近海年平均海表温度较常年值偏高0.64 ℃,是自1960 年以来的中国近海第二最热年份,仅次于1998 年。基于国家海洋局沿海海洋观测台站资料分析,1960-2017 年,中国沿海年平均海表温度以每十年0.15 ℃的速率上升（高于全球平均海表温度的升温速率每十年0.11 ℃）。2017 年中国沿海海表温度较常年值偏高0.8 ℃,是1960 年有记录以来的最高值,比2015 年所创的最高纪录高0.2 ℃。1965-2017 年,中国沿海年平均气温以每十年0.30 ℃的速率上升。2017年中国沿海气温较常年值偏高1.1 ℃,也是1965 年有记录以来的最高值,比2016 年高0.2 ℃。     

Recorder-Dependent Temperature Error of Expendable Bathythermograph

The accuracy of temperature measurement by the expendable bathythermograph (XBT) is examined for five types of recorders by comparison with co-located CTD measurements and statistical analysis of temperature profiles including an isothermal layer. A positive temperature error increasing downward is occasionally detected for two types of Japanese recorder which have been commonly used among Japanese oceanographic institutions and marine observatories. This error resembles to that reported by Bailey et al. (1989) and Wright (1991) for a different type of recorders, although its cause is not clearly understood. The irregular occurrence of the error suggests that the problem is not solely due to the recorders but rather by some inconsistency of the whole measuring system including them, an XBT probe and sea water. The error is estimated to increase at a rate of O (0.1°C/100 m), and it could be close to 1°C at the deepest part of the profiles (760 m for Tsurumi T-7). This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Spatial Structure and Recurrence of Large-Scale Temperature Anomalies of the Sea Surface Temperature in the Black Sea

Composites of warm and cold temperature anomalies were constructed, and the distribution of the recurrence frequency of days with temperature anomalies in the four seasons of the year was evaluated based on satellite measurements data on sea surface temperature. Regions of the formation of cold anomalies in the northwestern part of the sea and warm anomalies in the northern and northeastern parts of sea were distinguished, related to advection by the Black Sea Rim Current. The distribution functions of temperature anomalies and the lifetime of the cold and warm anomalies were estimated. A plausible physical mechanism of the generation of cold anomaly in the southeastern marginal part of the sea related to Ekman pumping of cold water from the thermocline was considered.     

长期低温条件对海蜇横裂生殖的影响

采用实验生态学手段,研究了长期低温条件对海蜇螅状体保育存活率和横裂生殖效率的影响.结果表明:海蜇横裂生殖后的螅状体经过1a的长期低温保育后,其存活率约33%,显著高于不采用低温条件保育螅状体的成活率.横裂生殖后的螅状体经长期低温保育后仍具有横裂生殖能力,碟状幼体释放率仍然高达15%,其横裂生殖能力可与正常螅状幼体相比.采用长期低温环境条件,可以有效地提高海蜇螅状体的存活率,并可以恢复促进海蜇的横裂生殖效率,相关结果可以为海蜇苗种生产提供参考和指导.     

高精度CTD剖面仪温度传感器

高精度CTD剖面仪是国家863任务中818项目02专题的一个核心，温度的高精度测量传感器是其中重要参数。本文通过该传感器的研究，报告了我们研究的基本方案和方法，给出了目前达到的水平，本传感器具有体积小，精度高，优于0．003℃，可以达到0．001℃，响应时间快，时间 常数为70ms，耐压40MPa,能在3000m深度内正常工作，适用于深海温度场结构研究，海洋微结构研究，也可用于海气交换测量的研究，全球海洋环境保护，海洋环流，生态，渔业水产等诸多领域的高科技开发研究。     

抛弃式海水温度测量系统的设计

介绍了一种抛弃式海水温度测量系统的设计。针对电池供电和空间受限的海水温度测量环境,基于MSP430单片机低功耗、高性能、多外设的优良特性,提出了一种热敏电阻测温方案。利用单片机内部的基准电源和A/D转换器实现对热敏电阻信号的激励和采样;通过MSP430单片机各种工作模式之间的灵活转换,降低了系统的功耗;采用电压源比例测量法,由热敏电阻阻值与温度的对应关系获得海水温度。系统温度分辨率0.01℃,使用一等标准铂电阻测温仪检定,温度测量误差小于±0.1℃。