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．     

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.     

季风与极涡的异常配置下中国夏季大尺度旱涝分布

从冷暖系统配置的角度,选取东亚夏季风(EASM)和7月亚洲区极涡面积(APVA),分析了二者的气候特征与中国夏季降水分布之间的关系.在此基础上,将1951—2010年EASM和APVA的异常配置分为四种类型:A:季风强、极涡大;B:季风强、极涡小;C:季风弱、极涡大;D:季风弱、极涡小.研究发现,二者的异常配置下,中国夏季大尺度旱涝分布在季尺度上表现出多面性特征:A型年,夏季整体偏旱;B型年,夏季南涝北旱;C型年,夏季北涝南旱;D型年,夏季整体偏涝.由此可见,中国夏季旱涝总体分布除了与EASM有关外还与APVA密切相关,二者异常的不同配置下,夏季降水多寡和旱涝分布表现出了显著的差异和规律性,这对夏季降水总体趋势预测有一定的指示意义.此外,通过研究不同配置关系对应大气环流异常特征,并分析不同要素在夏季风和极涡关系变化中的作用,发现不同配置类型下夏季降水表现出的差异和规律性直接取决于环流场的整体配置,其中西太副高和中高纬阻塞形势起主导作用.     

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     

影响华北盛夏降水的水汽路径客观定量化的研究

基于1951—2011年美国气象环境预报中心/美国国家大气研究中心再分析资料以及国家气候中心提供的中国160站月平均降水资料,定义垂直于某一截面的平均水汽通量为描述水汽路径强度的客观化指标,计算发现与华北降水密切相关的水汽路径有5条:孟加拉湾水汽路径、太平洋水汽路径、西南和东南汇合水汽路径(以下简称汇合水汽路径)、由西输入水汽路径以及南海水汽路径.研究结果表明,汇合水汽路径、由西输入水汽路径及南海水汽路径有明显的年代际变化,这种年代际变化是与华北盛夏降水量的年代际变化基本一致的.通过滑动相关分析可以发现,对华北盛夏降水产生影响的主要是由西输入水汽路径,这可能是受西风带的影响.通过合成分析的结果同样表明由西输入华北的水汽输送增强时,伴随着太平洋水汽路径的输送明显增强,绕过了华南和长江中下游直接输送至华北和东北,从而引起华北和东北的降水量偏多;虽然其他水汽路径对华北盛夏降水的影响相对比较小,但是2000年开始,孟加拉湾水汽路径对华北盛夏降水的影响逐渐增强.     

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     

中国夏季大气水分循环特征及再分析资料对比分析

大气水分循环过程耦合了降水、蒸发、水汽输送等多个环节.本文利用ERA-Interim与MERRA再分析资料,研究了中国1979—2012年夏季大气水分循环的时空变化特征及其对全球气候变化的响应,并对两套再分析资料在中国地区的适用性进行了评估.结果表明:1)中国夏季降水、蒸发、可降水量均自东南沿海地区向西北内陆递减;降水与蒸发相互联系、相互制约,由于不同地区下垫面物理条件的差异,它们之间同时存在正、负反馈的影响机制,可降水量主要集中在地面至700 h Pa高度,约占总量的75%;2)近34年大气水分循环显著变化的区域主要集中在西部和东北地区,西部内陆地区可降水量显著增加,北方大部分地区纬向水汽输送通量显著减小,西北北部地区经向水汽输送通量显著增大,蒸发量与水汽输送的气候变化可能是造成可降水量增加的主要原因;3)Interim与MERRA资料对降水量时空变化特征的再现能力要优于蒸发量,此外,它们对降水与蒸发气候变化趋势的模拟结果差别较大,使用时应该慎重;两套资料对可降水量与水汽输送通量的时空变化特征以及气候变化趋势的模拟比较一致,可信度较高;4)Interim资料对西南、东南以及东北区域夏季水循环均有较好的描述能力;而MERRA资料更适用于研究西南和西北区域的水汽收支情况.     

近50年中国降水及温度变化在干旱形成中的影响

根据中国气象局1958—2007年194站的温度、降水和Palmer旱涝指数（Palmer Drought Severity Index, PDSI）均一化数据库,构建统计模型量化了温度和降水变化在干旱形成中所占的比重,尤其讨论了中国8个气候区域温度和降水变化在干旱成因中的特征.受全球增温趋势的影响,未来中国北方地区的干旱化趋势仍将继续.未来五年内干旱发生概率较大的地区主要分布在中国华北,且有持续向南扩张的趋势,一直延伸到江淮地区.在全球变暖的背景下,降水减少仍然是中国东部干旱形成的主要因素.相对于南方地 关键词： 降水 全球变暖 干旱     

大气中水汽柱浓度的直射太阳光红外吸收光谱遥测研究EI北大核心CSCD

研制了一种地基傅里叶变换红外光谱遥测系统,自动记录了晴天的太阳近红外吸收光谱,从该光谱中实时获得了整层大气透射率,进而采用最优化方法从该透射率中反演出了测量站点地区大气中2011年10月17日到2013年3月6日期间的整层水汽柱浓度含量。由该地基遥感技术获得的高时间分辨率整层水汽柱浓度与太阳辐射计的测量结果相比较,两者具有较好的一致性,相关系数达92%。测量站点地区的水汽柱浓度日变化很大并且没有明显周期性,日变化的复杂特征与多种因素有关。由于大气环流、季节温度变化等因素影响,测量站点地区水汽柱浓度呈现出明显季节周期特征,夏季明显高于冬季。这些结果对于水汽探测和分析方法的研究应用具有重要意义。     

基于概率密度分析长江三角洲降水随时间的演变规律

将长江三角洲旱涝等级资料转换成降水概率随时间的演化，揭示了长江三角洲降水概率随时间演变的各层次的分布特征。结果表明：长江三角洲降水存在明显的年际、年代际以及世纪以上时间尺度的准周期变化，而且都超过0.05的信度检验。在530年旱涝等级序列中，虽然长江三角洲各地区发生旱、涝的小概率事件的频数不太相同，但由气候态背景(世纪尺度)所激发的小概率事件频数相同；这一研究结果充分说明作为背景状态的气候演变对小概率事件（干旱、洪涝）的发生具有非常重要的影响，对气候预测理论与提高气候预测准确率具有积极的指导作用。     

欧亚中高纬阻塞高压关键区高度场动力-统计跨季度预测实验

本文主要利用实际业务模式的预报结果和丰富的历史资料对乌拉尔山、 贝加尔湖和鄂霍次克海三个阻塞高压活动关键区夏季平均的500 hPa高 度场进行动力-统计跨季度预测实验, 其结果显示该方法能在一定程度上减小模式预报误差, 提高预报技巧, 显示出了良好的业务应用前景. 此外, 敏感性实验显示, 相似指标和相似年选取个数都对预测结果有显著影响. 关键词： 阻塞高压 高度场 动力-统计 跨季度预测     

Gordon Research Conference: Isotopes in Biological and Chemical Sciences, 14–19February 2010, Galveston,TX, USA

The natural flow properties of the Yangtze River have been changed completely following the construction of the Three Gorges Dam. The dam's operation has affected the resources and environment in the middle and lower reaches of the Yangtze River, changing the hydrological conditions and ecological environment of the Dongting Lake. During three different dispatching periods of the reservoir, we took triplicate samples of the river and lake water. All the samples were analysed for δ²H and δ¹⁸O to determine the relationship between the lake and the Yangtze River (and other rivers), and to evaluate objectively the influence of the dam's operation on the lake. During the period of water-supply dispatch, the Four Rivers and Miluo River are the main recharge sources of the lake. During the flood-storage dispatching period, the Dongting Lake is recharged largely by the Three Outlets and the Four Rivers, whereas during the period of water-storage dispatch, most of the lake's water originates from the Miluo, Xiang, Zi, and Yuan rivers. Although the Yangtze River only contributes significantly to the lake's recharge through the Three Outlets during the flood-storage dispatching period, the lake discharges large amounts of water into the Yangtze River during all three periods. Through the operation of the reservoir, it should be ensured that the water level of the Dongting Lake is not too low during the dry season, nor too high during the wet season, thus preventing the lake region from future flood and drought disasters.     

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     

Spatial and temporal variation of H and O isotopic compositions of the Xijiang River system,Southwest China

Ratios of stable isotopes of hydrogen and oxygen (²H/¹H and ¹⁸O/¹⁶O) in river waters were measured to investigate the hydrological pathway of the Xijiang River, Southwest China. The δ²H and δ¹⁸O values of river waters exhibit significant spatial and temporal variations and the isotopic compositions vary with elevation, temperature and precipitation of the recharge area. Spatially, δ¹⁸O values of river waters from high mountain areas are lower than those from the lower reaches of the Xijiang River due to lower temperature and higher elevation for the recharge area. However, both ²H and ¹⁸O are enriched differently in river waters from the middle reaches during the high flow season, depending on the season and degree of anthropogenic disturbances (e.g. water impoundments). In contrast, deuterium excess (d-excess) values of waters from the middle reaches are substantially lower than those from the upper and lower reaches, suggesting that river waters may be resided in the reservoir and evaporation increases in the middle reaches of the Xijiang River.     

长江中下游地区暴雨"积成效应"

采用1960–2011年中国740站日降水观测数据, 以长江中下游地区为切入点, 提出暴雨"积成效应"这一概念, 旨在将暴雨这一天气尺度强降水过程拓展为类似中长期天气尺度过程来考虑, 研究它对季节尺度降水的贡献及影响. 通过统计分析从持续时间(L_d)、控制面积(A_r)、降水贡献率(Q_s) 等三个角度建立暴雨"积成效应"概念及判定标准, 并进一步结合上述指标建立暴雨"积成效应"强度指数. 从这一角度出发, 探讨长江中下游地区暴雨"积成效应"与夏季降水的时空对应关系, 发现强度指数与同期夏季降水量的年际和年代际变化具有很好的一致性; 强弱指数年合成分布以及指数与中国东部夏季降水相关系数的空间分布呈现出类似于中国东部夏季雨带的分布形式; 而利用EOF分解对暴雨"积成效应"空间范围分类, 发现其与该地区夏季降水具有相似的4种空间型, 总体而言, 长江中下游地区暴雨"积成效应"造成的降水极大地影响甚至决定整个夏季降水的多寡及空间分布. 关键词： 长江中下游 暴雨 "积成效应" 夏季降水     

MODIS多光谱研究攀西地区植被对气候变化响应

遥感方法定量监测植被与气候变化的关系已经成为全球变化研究的一个重要领域。攀西地区是我国长江上游重要的生态屏障,对维持四川乃至我国整体生态环境的稳定具有重要作用。基于攀西地区多年MODIS多光谱数据和气象数据对植被动态变化以及该变化与气候因子的关系进行了探讨。结果显示,NDVI变化和气温、降水呈正相关,其中降水是影响攀西地区植被生长的主要气候因子,NDVI变化与秋季降水量变化呈现出良好的一致性;研究区植被长势与气温和降水存在一定的时滞性,主要体现在前1个月气温和降水对植被长势的影响上。     

江淮流域夏季降水对前冬持续时间长短的响应

利用NCEP/NCAR再分析资料计算得到江淮流域1961–2011年前冬持续时间, 分析其时空变化特征, 并进一步探究它与后期江淮流域夏季降水的关系. 结果表明, 江淮流域前冬持续时间存在着明显的年际和年代际变化, 前冬持续时间显著偏长年份比偏短年份的前冬温度低、气压高、北风强, 表明温度、气压、经向风可能是反映江淮流域前冬持续时间的关键因子, 且不同区域各气象要素对季节长度的影响存在一定差异; 1961–2011年江淮流域前冬持续时间与该区域夏季降水呈显著正相关关系; 统计分析亦发现, 前冬持续时间显著偏长(偏短)的代表年份中, 夏季降水以偏多(偏少)为主; 对典型代表年份环流场进行合成分析发现, 前冬持续时间显著偏长时, 乌拉尔山与鄂霍次克海地区夏季易形成阻塞形势, 进而会对江淮流域夏季降水产生影响; 最后利用奇异值分解从空间场相关的角度探讨了两者的联系, 发现江淮流域夏季降水与前冬持续时间存在非常显著的关系. 关键词： 江淮流域 季节划分 前冬持续时间 夏季降水     

Characteristics of the spatiotemporal distribution of daily extreme temperature events in China: Minimum temperature records in different climate states against the background of the most probable temperature

Based on the skewed function,the most probable temperature is defined and the spatiotemporal distributions of the frequencies and strengths of extreme temperature events in different climate states over China are investigated,where the climate states are referred to as State I,State II and State III,i.e.,the daily minimum temperature records of 1961-1990,1971-2000,and 1981-2009.The results show that in space the frequency of high temperature events in summer decreases clearly in the lower and middle reaches of the Yellow River in State I and that low temperature events decrease in northern China in State II.In the present state,the frequency of high temperature events increases significantly in most areas over China except the north east,while the frequency of low temperature events decreases mainly in north China and the regions between the Yangtze River and the Yellow River.The distributions of frequencies and strengths of extreme temperature events are consistent in space.The analysis of time evolution of extreme events shows that the occurrence of high temperature events become higher with the change in state,while that of low temperature events decreases.High temperature events are becoming stronger as well and deserve to be paid special attention.