近海台风对中国东部夏季降水的贡献

目前汛期预测主要针对季风系统形成的降水, 而对台风等热带系统的影响并未考虑, 其主要原因是台风是一个剧烈的天气尺度过程, 与短期气候预测尺度并不匹配, 因而无法进行考虑. 这也成为提升汛期预测技巧的一个制约因素. 针对这样的问题, 本文从气候的角度, 提出一个能较为客观地衡量台风对夏季降水影响强弱的指数––台风影响指数. 利用1960–2011年中国东部站点降水资料及中国气象局上海台风所整理的热带气旋资料, 从月、季尺度对中国夏季台风影响强弱变化特征进行分析, 探讨台风对东部地区夏季降水的贡献. 结果表明: 1)台风从6月至8月呈增强的趋势, 6月份最弱, 7月份居中, 8月份最强; 2)从台风降水及占总降水的比例分布来看, 纬向呈东部高西部低, 经向呈从东北地区至华南地区依次增大的趋势, 长江以南地区台风降水量占夏季降水量的比重可达10%以上, 7, 8月份东南沿海地区的台风降水量最大可达100 mm以上, 可达当月总降水量的40%; 3)台风影响指数与夏季降水的相关表明, 台风对中国东部降水的影响具有时、空差异性, 6月份与华南地区呈负相关, 7 月份与东南沿海地区呈正相关, 而与长江中下游地区呈负相关; 8月份与华南、华北地区呈正相关、与长江中下游地区呈负相关. 这主要是由台风、夏季风和西北太平洋副热带高压共同影响的. 关键词： 台风影响 东部 夏季降水 贡献     

中国东部2012年夏季降水及年代际转型的可能信号分析

针对2012年夏季中国东部降水"南旱北涝"的异常特征, 对比分析了近50年不同年代中国东部降水的分布型及海洋和环流等影响因素, 并讨论了2012年中国东部夏季降水异常作为中国东部降水年代际转型信号的可能性. 研究结果表明: 1961—1978年期间, 北太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相, 东亚夏季风偏强, 西太平洋副热带高压(副高)偏弱, 北方地区冷空气活动偏弱, 从而有利于南方水汽北上, 造成中国北方地区夏季降水异常偏多; 1979—1992年间则呈相反的特征, 造成1970年代末期中国东部夏季降水发生了一次年代际尺度的调整. 2010年代后期以来, PDO由暖位相向冷位向转变, 2012年北太平洋海温异常偏暖, 西太平洋海温由异常偏暖状态转变为正常略偏冷状态, 东亚夏季风由弱变强, 副高由强变弱, 北方冷系统活动减弱, 这些特征均与1961—1978年时段的情况类似, 支持2012年作为中国东部夏季降水发生年代际调整的前期信号的可能性. 近10年PDO, 东亚夏季风(EASM), 副高(WPSH)和贝湖高压(BH)四种指数夏季平均值的演变则进一步说明 了2012年的这种异常特征不仅是年际尺度的振荡, 更可能是前期演化基础上的一种量变到质变的调整. 关键词： 年代际 降水 北太平洋年代际涛动 东亚夏季风     

中国旱涝时空分布特征分析

基于帕尔默干旱指数 (Palmer drought severity index, PDSI) 中国数据库和中国160个站点的月降水资料, 运用趋势分析、对比分析和EOF等方法, 对1961–2010年间中国旱涝时空演化特征进行了分析. 结果表明: 春季的PDSI的年代际空间分布特征与PDSI 的年代际空间分布特征相似; 夏季和秋季的PDSI的地区差异比较明显, 尤其是秋季更为明显. 从时间演化上来看, 中国华北、东北、西南地区的变干趋势较明显, 另外变湿比较明显的区域为西北西部. 对1961–2010年夏季的PDSI进行经验正交函数 (EOF) 分析, 可以发现, 20世纪80年代以来, 中国夏季干旱和洪涝更加频繁, 且旱涝强度也增加, 尤其是华北、西南、东北地区的干旱和华东地区的洪涝. 关键词： PDSI 干旱 洪涝 EOF     

基于幂律尾指数研究不同尺度系统对降水的影响

利用中国气象局国家气候中心740站点1960—2000年日降水观测资料，统计分析表明，各气候特征区30 mm以上日降水存在幂律尾分布特征，从中国的整体情况来看，幂律尾指数的均值超过了3.0，其对应的降水过程不存在平稳性成分，因此长期暴雨预报成为一个艰巨的任务.借助滤波方法进一步研究发现：日降水幂律尾分布特征是大气中各尺度系统相互作用的结果，其中一周尺度系统对30 mm以上日降水幂律尾指数影响最大. 关键词： 幂律尾指数 传递熵 暴雨     

近60年新疆降水趋势与波动机制分析

用小波多尺度分析和回归等方法研究了近60年新疆降水记录的波动与趋势特征, 结果发现21世纪头十年降水亦然保持增加趋势, 但春、夏降水已呈弱的非线性下降趋势, 秋、冬季节降水增加趋势明显. 这可能与气候暖化的季节不均匀性有关. 年降水量的振荡与北大西洋涛动(NAO)关系密切, 二者约80%的方差都集中在年际尺度和多年代尺度成分两个带上, 年际变化之间呈显著负相关关系. NAO的多年代尺度成分位相超前降水10年左右, 而大西洋海温的多年代尺度涛动与之相差5年, 后者与降水的关联更为密切. "极差"分析表明, 对应于NAO的极端正或负位相事件, 下游的降水和水汽环境明显不同. 在NAO极端负位相年, 中亚和新疆降水都明显增加, 来自欧洲南部的水汽输送和中纬度瞬变涡动水汽输送均偏强, 中亚大气可降水量上升, 冷空气路径偏西, 瞬变天气系统易得到西南水汽输送带的配合, 水汽辐合增强, 有利于新疆和中亚的降水. 反之, 西风带水汽输送偏弱, 天气过程偏少, 降水量偏小, 易发生干旱. 因此, NAO的异常是新疆和中亚降水年际波动的主要原因之一. 关键词： 新疆降水 北大西洋涛动 水汽输送 瞬变涡动     

20世纪后30年中国西北西部降水年代际变化机理分析

在全球气候变暖背景下1980年代中期中国西北西部气候发生了年代际突变,降水明显增加且主要是极端降水的贡献. 本文用欧洲中期预报中心再分析资料ERA-40计算了瞬变涡动、环流、水汽输送及其散度等的年代际变化并进行了分解分析. 结果表明, 1987年后大气环流年代际变化形成"东高西低"环流背景场,西风带向该区的水汽输送增加, 水汽辐合增强,其中主要是定常波水汽输送的贡献, 其结果是造成该区及周边空气水汽含量上升, 有利于降水或极端降水的增加. 夏季该区瞬变涡动增强且造成水汽辐合, 增加了降水天气出现的频率; 冬季瞬变涡动减弱, 天气过程减少, 说明降雪增加的原因应该是空气水汽含量增加, 导致降雪强度增加. 因此该区降水的增加即有中高纬度大气变暖变湿的贡献,也有瞬变涡动的动力作用. 未来西北西部降水的趋势主要取决于瞬变涡动与大气水汽含量变化的竞争．     

中国近1000年旱涝的持续性特征研究

应用中国近531年旱涝指数和近1041年干湿指数,定义干旱(湿润)等级,滑动计算原指数序列各干旱(湿润)等级的出现次数,发现各等级出现的次数与其窗口长度之间均遵循指数分布P_i(x)=Ae^-γx.结合指数分布的数理意义,定义指数特征值γ的倒数λ为描述旱(涝)持续性的尺度因子并对华北和江淮流域旱(涝)发生的持续性特征进行研究.结果表明：旱尺度因子的空间分布表现为由北向南呈带状式波动分布,我国北方地区干旱的持续性相对长江流域要长一些,由北向南三个区的旱尺度因子的均值分别为187,162,182.旱涝指数序列中旱或偏旱(涝或偏涝)相对集中的时段对旱(涝)持续性影响较显著,12世纪末期、13世纪早期、17世纪早期和20世纪末期华北和江淮流域发生时间上同步、空间上尺度较大的极端干旱事件的概率较高,这也从侧面验证了旱涝指数序列中群发现象的存在;华北地区1260—1280年(对应的气候背景为中世纪暖期的末期)的旱涝指数对旱尺度因子的影响较1980—2000年(对应的气候背景为20世纪全球增暖)的情况更显著;1260—1280年这一时段旱或偏旱年数较1980—2000年也要多一些.因此,在气候较暖的时期可能易发生强度大、范围广的同步干旱事件,而近30年的中国北方干旱化可能是自然变率起主导作用下人为变率和自然变率共同作用的结果. 关键词： 旱(涝)尺度因子 持续性 群发性 指数分布     

黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际环流异常特征及与海温的多尺度相关性研究

黄土高原地区作为气候敏感区和生态脆弱区地表干 湿状况的年际和年代际变化特征十分明显. 但以往主要是针对夏季进行分析, 而对黄土高原秋季干湿变化规律及大气环流机理的认识非常有限. 本文基于中国589站最近50 a (1961–2010年)月降水和气温月平均资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料以及NOAA提供的海表温度(Sea Surface Temperature, SST) 资料, 运用带通/低通滤波、小波分析、EOF/REOF和回归分析等方法, 在对中国秋季干湿时空演化分类的基础上, 通过研究秋季黄土高原中部干湿演变周期、大气环流特征及与海温的多尺度相关关系, 以揭示影响黄土高原中部秋季干湿变化的物理机理, 并确定影响该区域干湿状况的前兆信号. 小波功率谱分析表明, 黄土高原中部秋季干湿指数存在准4 a和准8 a的周期, 1970–1990年准8 a尺度周期振荡尤为明显. 年际(周期≤ 8 a) 尺度上偏湿年的大气环流特征是, 欧亚大陆中高纬呈“双阻型”, 200 hPa西风急流显著北移, 日本海-鄂霍茨克海受反气旋控制, 其底部的偏东水汽输送带将水汽输入研究区. 年代际(周期 > 8 a)尺度上偏湿年的大气环流特征是, 东亚大陆为一致的低值系统; 200 hPa东亚副热带西风急流减弱北移, 研究区主要水汽来源由经孟加拉湾在中南半岛转向的南风水汽输送及中纬度的西风水汽输送组成. 整个序列上, Nino3区SST指数(Nino3I)超前5个月与秋季干湿指数已呈显著的负相关关系, 而孟加拉湾–中国南海SST指数(BayI)则超前3个月与干湿指数呈现显著的负相关关系. 年际尺度上, 秋季Nino3I, BayI均与秋季干湿指数存在显著相关(准4 a, 4–6 a), 而年代际尺度上, 只有BayI与秋季干湿指数存在显著相关性(准10 a). 黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际周期的确定、大气环流异常特征的认识及与海温的多尺度相关关系的建立, 不仅揭示了影响该区域干湿变化的物理机理, 也为干旱气候预测提供了重要的前兆信号. 关键词： 黄土高原中部 干湿特征 海表温度 小波分析     

20世纪90年代末东亚夏季降水年代际变化及其成因初探

基于1983—2011年月总降水量、环流和海温的再分析资料,给出了20世纪90年代末东亚夏季降水的年代际调整的区域特征,及其对应的大气环流内部过程和可能的海温外强迫的年代际变化.研究结果表明,在20世纪90年代末期东亚北部夏季降水比东亚南部夏季降水由湿向干的表现更为明显,东亚南部地区夏季降水则是在20世纪90年代初和21世纪初发生年代际的转折.此外,东亚地区夏季的500 h Pa高度场、850 h Pa风场、U200风场、水汽输送场和东亚太平洋遥相关型指数和东亚夏季风指数等在20世纪90年代末期也表现出明显的年代际变化特征.进而从大气内部过程的角度验证了20世纪90年代末东亚夏季降水发生的年代际调整.与此同时,北太平洋和西太平洋海表温度表现出由偏低向偏高的转变,这可能是导致20世纪90年代末期东亚夏季气候年代际变化的重要外部成因之一.     

2011年春夏季长江中下游地区旱涝急转特征分析

本文选用美国环境预报中心/国家大气研究中心提供的全球再分析资料, 中国气象局国家气候中心提供的中国740站降水资料及中国气象信息中心提供的中国区域 2011年降水格点资料,对2011年长江中下游地区6月初旱涝急转现象及环流背景特征进行简要分析, 结论如下: 1) 2011年1-5月长江中下游地区降水较气候平均值偏少且降水变率较小, 6月长江中下游地区降水量急剧增多,发生旱涝急转现象,其转折点为第31候(6月第1候); 2)旱涝急转前后,水汽通量及其经验正交函数分解的第1, 2模态的时间和空间演变均表现出弱水汽输送向强水汽输送转变的特征; 3)转折前后大气环流场差异显著. 急转前,北半球冬季风偏强,南半球夏季风偏弱,在春季,东亚大槽偏强导致季风的转换延迟, 不利于南方暖湿气流的北上,南方降水偏少,并发生大范围持续性的严重干旱. 6月初(急转期)环流迅速调整,西太平洋副高突然西伸北跳,东亚大槽异常偏西偏强、 鄂海阻高减弱,使冷暖空气在长江中下游地区汇合,有利于该地区的降水发生并持续, 是长江中下游地区由严重干旱向洪涝急转的主要原因.     

从流场分解角度改进Q矢量分析方法及其在暴雨动力识别中的应用

依据水平风场分解思路,运用调和-余弦算法,准确分解有限区域Q矢量.根据已有的关于Q矢量散度和新发展的Q矢量涡度与天气系统对应关系的研究,运用分解得到的Q矢量旋转分量场和辐散分量场,改进传统Q矢量分析方法中单纯依靠Q矢量水平散度场进行的诊断分析.通过对一次暴雨个例的比较研究表明,在雨带形势和暴雨中心位置的动力识别方面,改进的Q关键词： 矢量分析 调和-余弦算法 暴雨 动力识别     

Spatial and temporal characteristics of stable isotopes in the Tarim River Basin

By using 233 isotope samples, we investigated the spatial and temporal variations of δ¹⁸O and δ²H in precipitation and surface water, and the contribution of different water sources in the rivers within the Tarim River Basin (TRB), which receives snow/glacier meltwater, groundwater, and rainfall. Our study revealed a similar seasonal pattern of precipitation δ¹⁸O and δ²H at both the north and south edges of the basin, indicating the dominant effect of westerly air masses in the summer and the combined influence of westerly and polar air masses during the winter, although the southern part showed more complex precipitation processes in the summer. River water in the basin has relatively large temporal variations in both δ¹⁸O and δ²H showing a distinct seasonal pattern with lower isotope values in May than in September. Higher d-excess values throughout the year in the Aksu river and the Tizinafu river suggest that water may be intensively recycled in the mountains of the TRB. Based on isotopic hydrograph separation, we found that groundwater is the main water source that discharges the entire basin although individual rivers vary.     

基于复杂网络研究中国温度变化的区域特征

为分析中国温度变化复杂性的区域特征,利用中国地区435个台站1961—2002年逐日平均温度序列,分别构建温度波动网络,并计算网络拓扑统计性质,给出全国的空间分布图像.顶点RRD,RDD,DRR,DDR,DdR的顶点度异常高,以这些顶点为代表的温度波动模态发生概率较大,对温度变化的趋势预测有一定的指导意义;根据5种顶点的顶点度在全国435个台站中的排行分布,将它们的主要作用区域依次定义为：全国型、次全国型、东部型、西南混合型及混合型.各 关键词： 气候变化 气候复杂网络 拓扑结构 复杂性     

Influence of Raindrop-Size Distribution on the Differential Reflectivity up to Submillimeter Wavelength of 0.96 mm

The rain attenuation was calculated by using the Marshall and Palmer, the gamma and the Weibull raindrop-size distributions. The microwave experimental measurement data from 8.4 GHz (3.75 mm) to 312.5 GHz (0.96 mm) were compared with our calculations. The Weibull distribution has the best agreement with the measurements, especially above 100 GHz. The differential reflectivity Z _DR was also calculated using these three distributions. To this end, we used the horizontal and vertical radar cross sections which were computed from Waterman's T-matrix method. It is shown that Z _DR greatly depends on raindrop-size distributions and has potential for determing drop-size distributions with high accuracy.     

Identifying the mean residence time of soil water for different vegetation types in a water source area of the Yuanyang Terrace,southwestern China

The mean residence time of soil water (MRT_sw) for forestland and shrubland in a water source area of Yuanyang Terrace, southwestern China, was estimated using stable isotope tracer tests and the sine-wave regression model. Stable isotope analyses from precipitation and soil water were performed in 2015. The δ²H/δ¹⁸O relationship of precipitation resulted in δ²H?=?7.31δ¹⁸O?+?1.49, which is nearly identical to the local meteoric water line in Kunming, southwestern, China. The MRT_sw was simulated at five depth ranges (0–20, 20–40, 40–60, 60–80, 80–100?cm) of the two vegetation types by precipitation δ¹⁸O input data and soil water δ¹⁸O output data. The results showed that the MRT_sw values of the forestland and shrubland both increased with soil depth. However, differences in the MRT_sw of the forestland (between day 53 and 94) and of the shrubland (between day 76 and 142) were discussed. Regarding the physical properties of the soil profiles from the sample plots, non-capillary porosity decreased with soil depth in the forestland (from 48.5 to 20.5?%), and was clearly higher than that in the shrubland (from 38.8 to 18.7?%). Therefore, non-capillary porosity (macropores) could be a factor that shortens the mean residence time of soil water.     

The characteristics of clusters of weather and extreme climate events in China during the past 50 years

The pick-up algorithm by the k-th order cluster for the closest distance is used in the fields of weather and climactic events, and the technical terms clustered index and high clustered region are defined to investigate their temporal and spatial distribution characteristics in China during the past 50 years. The results show that the contribution of extreme high-temperature event clusters changed in the period from the 1960s to the 1970s, and its strength was enhanced. On the other hand, the decreasing trend in the clusters of low-temperature extremes can be taken as a signal for warmer winters to follow in the decadal time scale. Torrential rain and heavy rainfall clusters have both been lessened in the past 50 years, and have different cluster characteristics because of their definitions. Regions with high clustered indexes are concentrated in southern China. The spatial evolution of the heavy rainfall clusters reveals that clustered heavy rainfall has played an important role in the rain-belt pattern over China during the last 50 years.     

A 6.5-year continuous record of sea surface salinity and seawater isotopic composition at Harbour of Ishigaki Island,southwest Japan

We produced continuous records of sea surface salinity and isotopic composition from 1998 to 2004 at Ishigaki Island, southwest Japan, and found clear seasonal variations in salinity and oxygen isotopic composition and increasing trends of them after 1999. These increasing trends could be principally due to the decreasing difference between local precipitation (P) and evaporation (E), as a result of the reduction of horizontal vapour transport from adjacent oceans. When samples collected in heavy rainfall events were excluded, the average Δδ¹⁸O/Δ salinity slope was obtained as 0.31, 0.35 in summer and 0.28 in winter. Estimated E/P ratios based on the isotopic box model are in good agreement with the ratios of independently estimated E to observed P.     

Effect of local variations of the laminar flame speed on the global finger-flame acceleration scenario

Numerous formulations describing the dynamics and morphology of corrugated flames, including the scenarios of flame acceleration, are based on a “geometrical consideration”, where the wrinkled-to-planar flame velocities ratio, S_w /S_L , is evaluated as the scaled flame surface area, while the entire combustion chemistry is immersed into the planar flame speed S_L , which is assumed to be constant. However, S_L may experience noticeable spatial/temporal variations in practice, in particular, due to pressure/temperature variations as well as non-uniform distribution of the equivalence ratio and/or that of combustible or inert dust impurities. The present work initiates the systematic study of the impact of the local S_L -variations on the global flame evolution scenario. The variations are assumed to be imposed externally, in a manner being a free functional of the formulation. Specifically, the linear, parabolic and hyperbolic spatial S_L -distributions are incorporated into the formulations of finger flame acceleration in pipes, and they are compared to the case of constant S_L . Both two-dimensional channels and cylindrical tubes are considered. The conditions promoting or moderating flame acceleration are identified, and the revisited equations for the flame shape, velocity and acceleration rate are obtained for various S_L -distributions. The theoretical findings are validated by the computational simulations of the reacting flow equations, with agreement between the theory and modelling demonstrated.