APO异常对我国西北地区东部秋季干湿变化影响

利用1961—2010年NCEP/NCAR的月平均和逐日再分析资料、中国区域589个站月降水量和气温月平均资料,研究夏季亚洲—太平洋涛动 (APO) 异常与我国西北地区东部秋季干湿变化的关系。结果表明:夏季亚洲—太平洋涛动指数 (APOI) 的异常变化与我国西北地区东部干湿指数 (DROI) 呈显著正相关。夏季APOI正异常年对应的秋季中高纬度地区500 hPa高度场乌拉尔山以西高压脊加强、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽加深、鄂霍次克海东部高压脊加强;东亚西风急流轴偏北;经阿拉伯海、印度半岛—孟加拉湾的西风水汽以及北太平洋反气旋底部的偏东水汽输送均为加强趋势,并结合中纬度西风水汽输送使研究区秋季偏湿,反之亦然。进一步研究表明,夏季APO为正异常时,秋季西北地区东部上升运动加强、暖湿气流加强 (均在第54—56候最为明显)。     

中国西北区东部伏秋异常干湿年环流的对比分析

对西北区东部典型伏秋干、湿年成因进行了动力诊断,得出典型伏秋干年500hPa高度场上西北区上空为正距平区,风矢量场表现为反气旋加强区,垂直速度为下沉运动区,比湿为负距平,赤道东太平洋区(5°S～5°N,170°E～120°W)海温为正距平区,黑潮区和西风漂流区海温均为正距平,白令海为正距平;而典型伏秋湿年则相反。表明西北区东部伏秋干年和湿年北半球500hPa环流、比湿、风矢量、垂直速度场和赤道海温场具有近乎相反的异常特征。这是形成西北地区东部伏秋干湿年的重要物理原因。这些结果作为短期气候预测的气候背景有重要的参考意义。     

土壤热异常影响地表能量平衡的个例分析和数值模拟

The statistical relationship between soil thermal anomaly and short-term climate change is presented based on a typical case study. Furthermore, possible physical mechanisms behind the relationship are revealed through using an off-line land surface model with a reasonable soil thermal forcing at the bottom of the soil layer.In the first experiment, the given heat flux is 5 W m-2 at the bottom of the soil layer (in depth of 6.3 m)for 3 months, while only a positive ground temperature anomaly of 0.06℃ can be found compared to the control run. The anomaly, however, could reach 0.65℃ if the soil thermal conductivity was one order of magnitude larger. It could be even as large as 0.81℃ assuming the heat flux at bottom is 10 W m-2. Meanwhile, an increase of about 10 W m-2 was detected both for heat flux in soil and sensible heat on land surface, which is not neglectable to the short-term climate change. The results show that considerable response in land surface energy budget could be expected when the soil thermal forcing reaches a certain spatial-tem poral scale. Therefore, land surface models should not ignore the upward heat flux from the bottom of the soil layer. Moreover, integration for a longer period of time and coupled land-atmosphere model are also necessary for the better understanding of this issue.     

CMIP5模式对我国西南地区干湿季降水的模拟和预估

利用降水观测资料, 评估了参加国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的34个全球模式对1986～2005年我国西南地区干湿季降水的模拟能力。结果表明, 34个CMIP5模式中分别有30和25个模式模拟的干季和湿季降水偏多。34个模式对我国西南地区干湿季降水的模拟能力差异较大, 大约半数模式的模拟值与观测值的空间相关系数通过了99%的信度检验, 且标准差之比小于2。利用两个技巧评分标准, 分别挑选出了对干湿季降水模拟最优的9个模式。最优模式集合平均结果要优于34个模式的集合平均, 更要优于大多数单个模式。进一步利用最优的9个模式的集合平均对RCP4.5和RCP8.5两种典型浓度路径下我国西南地区干湿季降水的变化进行了预估。相对于1986～2005年气候平均态, 在21世纪初期(2016～2035年), 我国西南地区干季降水变化表现为川西高原降水增多, 而四川盆地及攀西地区、重庆、贵州和云南的大部分地区降水减少;湿季降水变化表现为川西高原、贵州和广西大部分地区降水增多, 而四川盆地及攀西地区和云南降水减少。在21世纪中期(2046～2065年)和末期(2080～2099年), 西南地区干湿季降水普遍增多。在RCP8.5情景下, 降水的变化幅度要强于RCP4.5情景。     

新疆东部雪岭云杉与胡杨树轮记录的干湿变化对比分析

利用采自新疆东部的雪岭云杉和胡杨树轮样本研制出区域树轮宽度年表。相关分析发现雪岭云杉区域树轮宽度年表与上年8月至当年月标准化蒸发指数(SPEI)变化有较好相关性,相关系数为0.67 (P<0.001, n=54),同时胡杨区域树轮宽度年表也表现出较强的干湿变化信号(r=0.48, P<0.001, n=54)。利用线性回归模型重建了新疆东部1725–2013年上年8月至当年月SPEI变化,方差解释量为45.3%。利用雪岭云杉区域树轮宽度年表能够较好地重建新疆东部自1725年以来的上年8月至当年7月的SPEI变化,方差解释量达45.3%。重建结果揭示新疆东部1725-1728年,1737-1758年,1765-1804年,1829-1834年,1845-1852年,1888-1904年, 1915-1923年,1932-1961年,1969-1973年,1986-2001年偏湿;1729-1736年,1759-1764年,1805-1828年,1835-1844年,1853-1887年,1905-1914年,1924-1931年,1962-1968年,1974-1985年,2002-2013年偏干。新疆东部干湿变化与天山中西部干湿变化在年际变化上存在很强一致性,但在年代际变化上存在显著差异,并与甘肃河西走廊干湿变化存在紧密。胡杨树轮宽度年表与雪岭云杉树轮宽度年表所指示的干湿变化在年代际上存在一致性,但是胡杨对干湿变化响应往往滞后于雪岭云杉。     

东亚夏季风对中国东部臭氧输送过程的影响

利用2015-2019年中国东部20个省份222个城市的地面O3观测数据和全球再分析风场数据,研究了中国东部地区O3的时空分布特征,以及在亚洲夏季风背景下污染上风方O3光化学输送对下风方O3质量浓度季节变化的影响.结果表明:中国东部地区O3质量浓度夏季高、冬季低,O3质量浓度按照东南、华东、东北、华北的顺序依次升高,位...     

区域气候模式与陆面模式的耦合及其对东亚气候模拟的影响

将大气—植被相互作用模式AVIM（Atmosphere-Vegetation Interaction Model）与区域环境系统集成模式 RIEMS2.0（Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0）耦合,利用耦合后的AVIM-RIEMS2.0模式在东亚区域选定典型年份进行积分试验,通过模拟结果与观测资料对比分析,从整体上评估耦合模式对东亚区域的模拟能力。结果表明:模式能够较好地模拟850 hPa风场、500 hPa位势高度、气温、降水以及地表热通量空间分布型和季节变化。双向耦合具有动态植被过程的AVIM模式后,RIEMS2.0模拟能力有一定程度的提高。850 hPa风场在冬季的中国东北、华北地区以及夏季的中国东部地区,模拟偏差都减小;500 hPa高度场模拟在中国北方地区改进明显,而在中国南方地区的夏季并没表现出明显的改进趋势。耦合模式改进了RIEMS2.0模式冬季气温模拟偏低而夏季偏高的现象。从区域平均看,耦合模式改善了降水模拟偏多的现象,并使得潜热通量的模拟效果有明显的改进,对感热通量模拟在大部分地区也有改进。总的来看,AVIM-RIEMS2.0耦合模式对中国北方地区模拟改进较为明显,而对中国南方地区,特别是华南地区没有明显的改进。     

东部和中部型El Nino事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Nino事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Nino有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Nino的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Nino年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Nino年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。     

土地利用变化对20世纪中国地区气候干湿变化的影响

利用CMIP5耦合模式历史情景和土地利用情景结果,定量评估了模拟的土地利用变化对20世纪中国地区气候干湿变化的影响。结果表明,土地利用的变化加剧了20世纪中国地区干旱化的进程,其贡献约为1/3。其中,湿润区具有显著变干的趋势,土地利用变化的贡献约为35.4%;半干旱区显著变干,土地利用对半干旱地区变干的贡献不显著;两种情景下干旱区干湿变化都不显著。在土地利用情景下,中国地区土地利用的变化主要表现为一级土地的减少和牧草用地的增加,二者分别从国土面积的72.7%和12.9%(1901年)变为36.0%和41.9%(2004年),且1950年代之后变化速率显著增大。其中大面积显著的变化主要发生在青藏高原、内蒙古以及新疆北部地区,导致这些地区降水减少、温度降低,而降水减少带来的干旱化作用大于温度降低带来的变湿作用。     

全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析

主要评估了美国国家大气研究中心的NCAR CESM（Community Earth System Model,NCAR）和中国科学院的CAS ESM（Earth System Model,Chinese Academy of Sciences）两个地球系统模式对亚洲东部夏季气候态的模拟性能。使用NCAR CESM和CAS ESM各两种不同的水平分辨率,一共进行了4组长达19年（1998~2016年）的数值积分试验,并通过对2 m气温、降水强度和降水日变化等的分析,比较了这两个模式在亚洲东部的模拟性能。结果表明,CAS ESM和NCAR CESM均能模拟出夏季2 m气温和降水强度的大尺度分布特征,但整体上模拟得到的地表面气温偏暖、降水强度偏弱。对于降水日变化而言,观测的日降水峰值在陆地上主要发生在下午到傍晚时段,在海洋上则出现在午夜到凌晨时段。两组低分辨率试验模拟的陆地降水峰值出现过早,且无法模拟出四川盆地的夜间降水峰值和部分海洋地区凌晨或上午的降水峰值。提高分辨率对模式的模拟性能有显著的提升作用。高分辨率下,NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化模拟性能都明显提高。对降水日变化的定量化分析表明,高分辨率CAS ESM模式对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。目前模式对海陆风的模拟还不太理想,未来要进一步提高模式模拟性能,需要重点完善与气温、降水过程相关的物理参数化方案。     

东部和中部型El Nino发展年对中国夏季降水的影响*

近年来随着对赤道东太平洋海温异常特征的深入认识,赤道太平洋海温变化的不同类型对气候的影响逐渐引起人们的关注。本文分析了东部和中部型El Ni?o发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异和机理。结果表明：(1)东部型El Ni?o年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Ni?o年强。(2)两类El Ni?o发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Ni?o年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500hPa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Ni?o年中国夏季降水分布差异的重要原因。     

陆面过程模式CoLM和NCAR_CLM3.0对中国典型森林生态系统陆气相互作用的模拟 I. 不同模式模拟结果的初步分析

CoLM(Common Land Model)和NCAR_CLM3.0(NCAR Community Lanol Model 3.0)是目前国际上广为应用的两个发展比较完善的陆面过程模式.本研究利用中国陆地生态系统通量观测研究网络(Chi-naFLUX)在长白山温带混交林和千烟洲亚热带人工针叶林观测站点的长期连续强化观测资料,对这两个模式在上述地区的模拟性能进行了初步评估.同观测资料的对比表明,两个模式均能较好地模拟出观测站点地表能量和水分平衡的基本特征,其中,CoLM对潜热通量的模拟性能更好.以对潜热通量为期1年的日均值的模拟为例,COLM和CLM3.0在长白山观测站模拟值和观测值时间序列的相关系数分别为0.80和0.65,在千烟洲站分别为0.69和0.64,均通过了0.01的信度检验;两个模式对全年平均的模拟与观测日平均值的比值在长白山分别为1.21和0.86,在千烟洲分别为0.83和0.60.研究结果表明,这两个陆面过程模式可以作为研究这两种典型森林生态系统陆气交换的基本工具.同时,对模式模拟性能差异的深入分析将有助于进一步改进陆面模式的参数化过程,为相关研究奠定更坚实的基础.     

区域海气耦合过程对中国东部夏季降水模拟的影响

本文以区域环境系统集成模式(RIEMS)和普林斯顿海洋模式(POM)为基础,建立了一个区域海气耦合模式,评估了其对1985～2004年中圜东部夏季降水的模拟性能,并通过与观测海温强迫下单独大气模式模拟结果的比较,分析了海气耦合过程对降水模拟性能的影响.结果表明:耦合模式基本能够模拟出中国东部地区夏季降水的气候态分布及中...     

亚洲夏季风结构和变动与大气运动流场的斜压和正压特征:正压模分析

使用ＥＣＭＷＦ１９８０—１９８６年７ａ格点资料对大气运动的正压模进行了分析。指出：对流层中大气正压运动流场显示的副热带高压带仅能反映出行星风带的季节性移动；与亚洲夏季风有关且反映季风局地性的则是副热带高压带南侧的东风带上的波状扰动；东风带上的经向风分量存在着纬向传播且传播方向和扰动幅度与印度、东亚季风子系统有关；随着北半球夏季的到来，亚洲季风区大气运动的斜压模有较大的增长且斜压运动动能占气柱内整层平均总动能的绝大部分，而在赤道附近的其他经度上则是正压运动动能的成分明显增长。     

MJO对我国东部春季降水影响的分析

利用澳大利亚气象局的MJO(Madden-Julian Oscillation)指数,通过位相合成及对比分析研究了MJO对我国东部春季降水的影响.研究表明,当MJO传播至中东印度洋时,我国长江中下游地区的春季降水为正异常,当其进一步东传至中南半岛-印尼群岛一带时,我国华南地区的春季降水为正异常,而在其他活动阶段不利于我国东部的春季降水.对比分析表明,MJO的活动主要通过引起大尺度环流异常、对流层中低层涡度及水汽输送的异常,进而对我国东部春季降水产生明显的影响.     

陆面过程模式CoLM和NCAR_CLM3.0对中国典型森林生态系统陆气相互作用的模拟Ⅰ.不同模式模拟结果的初步分析

量为期1年的日均值的模拟为例,COLM和CLM3.0在长白山观测站模拟值和观测值时间序列的相关系数分别为0.80和0.65,在千烟洲站分别为0.69和0.64,均通过了0.01的信度检验;两个模式对全年平均的模拟与观测日平均值的比值在长白山分别为1.21和0.86,在千烟洲分别为0.83和0.60.研究结果表明,这两个陆面过程模式可以作为研究这两种典型森林生态系统陆气交换的基本工具.同时,对模式模拟性能差异的深入分析将有助于进一步改进陆面模式的参数化过程,为相关研究奠定更坚实的基础.     

青藏高原的热力和动力作用对亚洲季风区环流的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,研究了青藏高原热状况的季节变化、动力和热力作用对周围环流,特别是对亚洲热带季风环流的影响。高原对西风带的机械作用在冬季最强,春季次之。冬季的机械作用形成以高原为主,南侧气旋性、北侧反气旋性的"偶极子"偏差环流,它比传统认识的爬坡、绕流的影响范围大得多,遍及东亚的高、低纬度。随着西风带的北移和高原总加热在4月由负变正,南侧气旋性偏差环流增强并逐渐北移,6月形成气旋盘踞整个高原的夏季型。在高原南侧,高原冬季偶极型、夏季加热的作用导致孟加拉湾地区常年存在印缅槽,使得印度半岛的感热加热始终强于中南半岛,而中南半岛上空的潜热加热大于印度半岛。印缅槽的演变存在明显的半年周期,证明2月初和8月初的较强低压槽分别对应冬季高原最强的动力强迫和夏季高原最强的热力强迫。对低纬经向风场的分析还表明,季风爆发前高原的热力作用尤为重要,是导致江南春雨的形成,亚洲季风最早在孟加拉湾东部爆发,最后在印度半岛爆发的原因。     

太平洋SSTA对中国东部夏季降水的影响Ⅰ--观测分析

采用旋转经验正交函数（REOF）方法对1901～2000年中国东部43个站夏季降水资料进行分析,得到：华南、西南地区和长江中下游地区及华北北部、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常三个最主要的区域,对三个主要模态对应的时间系数序列与太平洋SSTA作相关分析,结果表明影响东部夏季降水的关键海区是：前期冬季西北太平洋黑潮海区、前期春季赤道中东太平洋和同期北太平洋中纬中太平洋海区;并对关键海区SSTA与东部120个站夏季降水作SVD分析,进一步证实：这三个关键海区SSTA与东部夏季降水有显著的耦合相关关系。另外,对三个主要降水异常区的夏季降水异常的极端年份500hPa高度场进行合成分析,其结果为数值模拟分析提供依据。     

春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响和预测作用

利用1980-2012年青藏高原中、东部71个站点观测资料、全中国756站的月降水资料、哈得来中心提供的HadISST v1.1海温资料以及ERA-Interim再分析资料,综合青藏高原的感热加热以及全球海温,研究了春季青藏高原感热对中国东部夏季降水的影响,并建立预报方程,探讨了青藏高原春季感热对中国降水的预报作用。结果表明,青藏高原春季感热与中国东部降水关系密切,青藏高原春季感热异常增强伴随着长江流域中下游同期降水增多,后期夏季长江流域整流域降水也持续偏多,华南东部降水偏少。春季青藏高原感热的增强与环北半球中高纬度的罗斯贝波列密切相关,扰动在北太平洋形成的反气旋环流向西南方向延伸至西北太平洋,为长江流域输送大量的水汽,有利于降水的发生。夏季,伴随着前期青藏高原感热的增强,南亚高压位置偏东,西北太平洋副热带高压（西太副高）位置偏西偏南,西太副高北侧为气旋式环流异常。在西太副高的控制下,华南东部降水减少;西太副高西侧的偏南气流为长江流域带来大量水汽,并与来自北部气旋式环流异常西侧的偏北风发生辐合,降水增多。青藏高原春季感热异常是华南和长江流域夏季降水异常的重要前兆信号。加入青藏高原春季感热后,利用海温预报的华南、长江流域夏季降水量与观测值的相关系数有所提高,预报方程对区域降水的解释方差提高约15%。      

气候变化和人类活动对中国东部季风区水循环影响的检测和归因

水文循环过程受气候变化与人类活动的共同作用,区分气候内部自然变率与人类活动作用于水循环贡献对于增加气候变化的理解非常重要。本研究利用近期发展的考虑地下水取用水与灌溉影响的全球陆气耦合模式进行数值模拟,基于最优指纹法分析探讨中国东部季风区黄河、淮河、海河、珠江、长江、松花江流域水循环变化(地表温度、降水、径流、蒸散发)及归因。结果表明:大部分流域的地表温度年际变化在1965~2005年间检测到包括温室气体气溶胶人为排放、臭氧与土地利用变化产生的外强迫效应,显示在长期对于地表温度起主要作用的可能为上述强迫;1965~2005年降水年际变化仅在淮河及长江下游检测到上述强迫效应,且在长江下游效应占主导。在1965~1984年间,地表温度的年际变化在海河流域检测到由于地下水取水灌溉产生的外强迫效应,并且该效应占主导。在1982~2005年径流年际变化中,在淮河、长江下游及黄河下游处检测到了由于温室气体排放、气溶胶人为排放、臭氧变化及土地利用变化等产生的外强迫效应但无法有效分离,显示该信号在这些地区可能不为主导效应;1982~2005年间的蒸散发年际变化在珠江、长江下游同样检测到了上述强迫效应,并且该效应在长江下游占主导效应。