中国夏冬季近极端温度变化异常事件的空间分布特征

基于近极值事件广义态密度估计方法,针对1961—2013年中国近极端温度异常变化事件构建了近极值广义态密度的参数,定义rp为近极端温度变化异常事件最概然强度,max为近极端温度变化异常事件最大聚集程度,研究了1961—2013年中国近极端温度异常变化事件的聚集特征.结果表明:夏季,西北地区西部、华南地区以及西南地区南部,当日最高温度变化量达到离高温正距平阈值1.0—2.8℃并达到44%的聚集程度时,应及时给出极端高温异常增温事件的预警信息;在华南地区、西南地区南部以及西藏地区,当出现日最高温度变化量高于高温负距平阈值0.5—2.5℃的近极端高温异常降温事件并达到34%的聚集程度时,下一时刻出现极端高温异常降温事件的概率最大.冬季,对于西南地区,当日最低温度变化量达到离低温正距平阈值1.0—2.0℃并达到32%的聚集程度时,下一时刻最有可能发生极端低温异常增温事件;西南地区,华南地区和江南地区当日最低温度变化比低温负距平阈值高1.0—4.0℃时近极端低温异常降温事件会聚集发生.因此近极端温度变化异常事件最概然强度rp和近极端温度变化异常事件最大聚集程度max在一定程度上给出了下一刻极端温度异常变化事件的预警信息.     

最概然温度背景下不同气候态中国夏冬季极端温度事件时空分布特征

利用1961-2009年中国逐日最高温度资料,分成1961-1990年、1971-2000年和1981-2009年三个气候态(分别称为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态),基于偏态概率密度函数定义极端温度事件,从频次、强度两个角度研究了不同气候态下中国夏季和冬季极端温度事件的时空变化特征. 空间分布上,夏季极端高温的频次、强度在Ⅰ态黄淮、江淮流域显著减小,在Ⅲ态,干旱半干旱以及经济发达的长江沿岸、长江三角洲以及东南沿海地区显著增加;冬季极端低温频次在Ⅱ态中的北方、长江三角洲以及Ⅲ态中的高原、东北东南部、长江三角洲显著降低. 冬季极端低温强度整体呈降低趋势,但区域特征不明显. 极端温度频次和强度在空间上一致性较好;时间演化上,夏季极端高温频次、强度均在Ⅱ,Ⅲ态显著增加,冬季极端低温频次、强度降低的趋势有所减缓. 在当前气候态(Ⅲ态)夏季极端高温在经济发达地区发生比较频繁且极端性在增强;冬季极端低温的发生维持在一个稳定状态且极端性也相对比较稳定. 极端温度事件的频次与强度在时间变化趋势上存在较好的一致性. 在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态共同时段内,后一气候态检测出的极端高温频次均比前一气候态少,极端低温频次均比前一气候态多,这与背景温度随气候态逐渐升高是相一致的;后一气候态检测出的极端高温强度均比前一气候态小,极端低温强度均比前一气候态大. 在20世纪70年代末80年代初全球气候系统突变前,极端高温频次具有明显的下降趋势,突变后显著上升;极端低温频次在突变前后变化不明显. 极端高温强度突变前表现出轻微的下降趋势,在突变后上升趋势明显;极端低温强度在突变前后大致相当,突变后的整体强度稍低于突变前. 关键词： 极端高温 极端低温 气候态     

东亚北部地区气温的冬季-冬季再现特征研究

对东亚北部(40—50°N,100—130°E)区域1953—2012年大气温度的冬季-夏季-次年冬季(简称冬季-冬季)的季节变化特征进行了初步研究.结果表明:2008年以来,该区域的气温从低层至高层(1000—400 h Pa)连续三年出现冬季偏冷-夏季偏暖-次年冬季偏冷的典型特征,20世纪50—60年代亦有类似情况;而20世纪90年代则出现了与此相反的冬季偏暖-夏季偏冷-次年冬季偏暖的变化特征.将这种典型的气温季节变化特征定义为一种新的变化机理:冬季-冬季再现(WWR).根据1953—2012年的历年变化情况将这60年划分为四种不同的类型:负(正)冬季-冬季再现(negative/positive WWR)型和负(正)冬季-冬季非再现(negative/positive non-WWR)型.其中,气温表现为WWR型的年份共计23年,出现概率近40%,并且该WWR特征是相对独立于El Nio-南方涛动指数的变化而存在的.对不同类型年份的位势高度场、垂直速度场及其850 h Pa风场进行的合成分析表明:对于WWR型,高层(500 h Pa)至低层(1000 h Pa)的大气内部动力过程具有与气温相匹配的冬季-冬季的再现特征;而non-WWR型则没有出现类似的特征,从而在一定程度验证了WWR存在的可能性.WWR的提出为进一步开展当前全球增暖背景下冬季低温事件的频发提供了一个新的思路.     

气候变化中高温破纪录事件的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法,分析了南京市1961年—2000年40?a日观测温度资料中的高温破纪录事件的统计规律,并比较了20世纪全球变暖和南京市近40年来区域变暖背景对其统计规律的影响. 理论分析和蒙特卡罗模拟结果均表明：近40年来南京市第ｋ个高温破纪录事件的最概然发生强度与k（k=1,2,3,\:）呈线性增长,而年发生高温破纪录事件的频率随时间t呈1/（t+1）的衰减趋势,且平均温度高的年份,发生高温破纪录事件的概率较大,反之,概率较小. 结果还表明：20世纪的全球变暖速率（ｖ=0.006?℃/a）和南京市区域的变暖速率（ｖ=0.017?℃/a）在短期内还不至于引起高温破纪录事件的发生强度和发生频率有明显变化,但持续变暖最终将会使年发生高温破纪录事件的频率渐渐地收敛于一个常数,近似等于变暖速率的值. 此外,还研究了日温度之间的自相关和方差变化对高温破纪录事件的影响,研究发现异方差和弱的自相关对高温破纪录事件的发生强度和概率的影响基本可以忽略. 关键词： 高温破纪录事件 蒙特卡罗模拟 全球变暖     

近48年中国的季节变化与极端温度事件的联系

利用中国1961—2008年752个站点逐日温度、气压、相对湿度和降水量资料,采用非线性相似度量方法对中国四季进行了划分,对比分析了中国的8个区域与全国整体的季节变化.此外,研究了中国极端温度频次的年际变化,并通过相关分析和敏感性试验探讨了中国近48年四季变化与极端温度事件的联系.结果表明:1)随着全球变暖中国大部分地区春、夏季起始时间提前,持续时间延长;秋季起始时间变化不大,但持续时间延长;冬季起始时间推后,持续时间显著缩短.2)随着夏季延长,除华东以外中国大部分地区极端高温频次增加;随着冬季缩短,中国 关键词： 非线性相似度量方法 季节变化 极端温度     

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.     

大学物理热学教学的几点释疑

文章针对大学物理热学教学,选取了最概然速率与最概然动能的关系、卡诺循环效率的非近似证明、范氏气体的内能与热容量等3个典型问题进行拓展性延伸讨论与重点释疑。结果表明:最概然速率vp所对应的动能εv(p)不等于最概然动能εp的根本原因在于二者所对应的统计间隔不同;只用热力学第一定律和理想气体状态方程推导出卡诺循环的效率,能有效解决精确结果被近似化的尴尬;范氏气体的定压摩尔热容量不遵从迈耶公式,也不再是一个常数,而是与温度和体积呈现相对复杂的非线性关系。本文对突破热学教学难点,进一步理解热现象的物理本质有很好的开启作用。     

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     

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 随机重排去趋势波动分析 极端事件 阈值 综合指标     

一种确定极端事件阈值的新方法:随机重排去趋势波动分析方法

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 去趋势波动分析法 替代数据法 极端气候事件 阈值     

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.     

全球温度场信息熵的时空特征分析

本文基于信息熵理论定义气象要素信息熵,并运用其分析全球温度场在不同时空尺度上偏离气候态(1971—2000)的不确定性. 研究结果表明:1)温度场气候态信息熵(CE)具有明显的纬向分布特征,总体表现为温度场CE由低纬度地区向中高纬度地区递增,且海陆差异显著,可以较好地区分各个气候带;其垂直变化,在低纬度地区表现为随高度的升高而增加,但在中高纬度地区则以300hPa为界呈准对称分布,在此高度之上其值随高度升高而增加,之下则相反,这一特征在高纬度地区更为明显.2)温度场月信息熵(ME)的季节性差异显著,总体表 关键词： 信息熵 温度场 可预测性     

Collective behaviour of climate indices in the North Pacific airben sea system and its potential relationships with decadal climate changes

A climate network of six climate indices of the North Pacific air-sea system is constructed during the period of 1948-2009. In order to find out the inherent relationship between the intrinsic mechanism of climate index network and the important climate shift, the synchronization behaviour and the coupling behaviour of these indices are investigated. Results indicate that climate network synchronization happened around the beginning of the 1960s, in the middle of the 1970s and at the beginnings of the 1990s and the 2000s separately. These synchronization states were always followed by the decrease of the coupling coefficient. Each synchronization of the network was well associated with the abrupt phase or trend changes of annually accumulated abnormal values of North Pacific sea-surface temperature and 500-hPa height, among which the one that happened in the middle of the 1970s is the most noticeable climate shift. We can also obtain this mysterious shift from the first mode of the empirical orthogonal function of six indices. That is to say, abrupt climate shift in North Pacific air-sea system is not only shown by the phase or trend changes of climate indices, but also might be indicated by the synchronizing and the coupling of climate indices. Furthermore, at the turning point of 1975, there are also abrupt correlation changes in the yearly mode of spatial degree distribution of the sea surface temperature and 500-hPa height in the region of the North Pacific, which further proves the probability of climate index synchronization and coupling shift in air-sea systems.     

抛物线性限制势二能级系统量子点量子比特的温度效应

应用Pekar变分方法,在抛物量子点中电子与体纵光学声子强耦合条件下,得出了电子的基态和第一激发态的本征能量及基态和第一激发态的本征波函数.以量子点中这样的二能级体系作为一个量子比特.当电子处于基态和第一激发态的叠加态时,计算出电子在时空中作周期性振荡的概率分布.并且得出了概率分布随温度及耦合强度的变化关系. 关键词： 量子点 量子比特 温度效应     

中国近50年太阳直接辐射和散射辐射变化趋势特征

利用近50年(1961—2009年)14个站以及31年(1961—1991年)49个气象站点的地面直接辐射和散射辐射观测资料,采用线性倾向估计、小波分析和Mann-Kendall(M-K)统计检验等方法,分析了太阳直接辐射和散射辐射年际、季节的长期变化趋势特征、年代际距平、周期和突变点.研究表明:1)采用归一化的气候倾向系数方法,有更好的比较性,能较好地揭示辐射气候趋势的时空分布特征;2)全国太阳直接辐射和散射辐射总体呈下降趋势,但地区、年代际和季节有升降的差异;3)基于观测站点地理分布的特点,按气候带划 关键词： 直接辐射 散射辐射 变化趋势 小波分析