气候与环境研究杂志

气候与环境研究杂志2016年第4期

• 欧洲地区夏季热浪的特征及其与阻塞环流的联系

  王倩云

  选取了一个热浪指数，利用地面2 m气温场和500 hPa位势高度场的美国环境预报中心和国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料，通过聚类分析发现欧洲大陆容易产生6类热浪：西欧型（WE）、俄罗斯型（RU）、东欧型（EE）、斯堪的纳维亚半岛型（SC）、北海型（NS）、伊比利亚半岛型（IB）；这些热浪事件都与欧洲大陆阻塞的位置有关。同时我们发现这6类热浪发生的频率出现明显的年代际变化，特别在20世纪80年代以后欧洲大陆热浪发生频率明显的增多趋势可能与欧洲大陆增暖背景有关，而欧洲大陆热浪发生频率的年代际变化可能是夏季北大西洋涛动（NAO）的年代际变化的结果。夏季NAO偶极子通过欧洲地区的阻塞异常对欧洲大陆气温有重要的调制作用。当夏季NAO指数处于正位相阶段时，欧洲大陆容易产生高纬度热浪，反之则容易产生低纬度热浪，并且欧洲大陆增暖趋势并不影响NAO对欧洲气温的调制作用。同时还发现：大西洋夏季NAO事件可以是欧洲热浪发生的前期条件，欧洲大陆阻塞异常落后于NAO事件1～5 d，其中IB型和WE型与NAO同期相关，其余4类型热浪对应阻塞落后于NAO 4～5 d。另外，也发现大西洋-欧洲大陆定常波列正距平的位置通过对欧洲阻塞的影响，而影响欧洲热浪发生的频率和位置。

• CMIP5气候模式对东亚夏季平均环流场模拟能力的评估

  田亮

  利用第五次耦合模式比较计划（Phase 5 of Coupled Model Intercomparison Project， CMIP5）提供的30个全球气候模式模拟的1961～2005年的夏季逐月环流场资料及同期NCEP再分析资料，引入泰勒图及各种评估指标，探讨全球气候模式对东亚夏季平均大气环流场的模拟能力，寻求具有较好东亚夏季环流场模拟能力的气候模式。结果表明：1）全球气候模式能够模拟出东亚夏季平均大气环流的基本特征， CMIP5模式的总体模拟能力较第三次耦合模式比较计划（CMIP3）有较大程度的提高，如CMIP5模式对东亚大部分地区夏季海平面气压（Sea Level Pressure， SLP）场的模拟偏差在6 hPa以内。2）模式对不同层次环流场的模拟能力存在差异，500 hPa高度场的模拟能力最强，其次为100 hPa高度场、850 hPa风场， SLP场最弱；对东亚夏季主要环流系统的模拟对比发现，模式对印度热低压及东伸槽强度指数的模拟能力最好。3）综合CMIP5模式对东亚夏季各层次平均环流场以及主要环流系统的模拟能力，发现模拟较好的5个模式为CESM1-CAM5、MPI-ESM-MR、MPI-ESM-LR、MPI-ESM-P和CanESM2。4）相对于单一模式，多模式集合平均（MME）模拟能力较强，但较优选的前5个模式集合平均的模拟能力弱。

• 2012年太湖蒸发量变化特征及蒸发模型评估研究

  高雅琦

  湖泊蒸发是全球能量分布，水文循环的重要组成部分，同时是气候及生态系统环境变化的指示因子。运用太湖湖上观测平台大浦口站2012年涡度相关数据分析了太湖蒸发量的月变化及日变化特征，并评估了11种蒸发模型。结果表明：太湖2012年总蒸发量为1066.2 mm。潜热通量是太湖净辐射能量分配中的主导项， 2012年太湖地区潜热通量占净辐射通量的91.9%。2～7月为太湖水体储热阶段，当净辐射在7月达到最大值时，蒸发值也达到最大值；净辐射8月开始减少，至12月达到最小值，期间湖体储热释放，使得蒸发量在2月才达到最小值。采用涡度相关系统观测太湖蒸发量的数据评估了11种蒸发模型，分别从年蒸发总量和蒸发量月变化特征来探讨模型对于太湖蒸发量计算的适用性，其中以波文比能量平衡模型表现最好，与涡度相关观测值的相关系数为0.99，中心化均方根误差为4.50 mm month-1。

• 三个陆面过程模式在西北半干旱区的模拟性能对比

  杨扬

  利用NOAH（The Community Noah Land Surface Model）、SHAW（Simultaneous Heat and Water）和CLM（Community Land Model） 3个不同的陆面过程模式及兰州大学（Semi-Arid Climate Observatory and Laboratory，SACOL） 2007年的观测资料，对黄土高原半干旱区的陆面过程进行了模拟研究。通过与观测值间的对比，考察不同陆面过程模式在半干旱区的适用性。研究结果表明：3个模式在半干旱区的模拟性能有较大差异。其中， CLM模式模拟的20 cm以上的浅层土壤温度最优， SHAW模式模拟的深层土壤温度最优； SHAW模式模拟的土壤含水量与观测值最为接近，而NOAH和CLM模式模拟值有较大偏差； 3个模式均能较好地模拟地表反射辐射，其中SHAW模式模拟值与观测值的偏差最小；对地表长波辐射的模拟， CLM模式的模拟最优； 3个模式均能较好地反映感热、潜热通量的变化趋势，其中CLM模式对感热的模拟性能优于其他两个模式，在有降水发生后的湿润条件下， CLM模式对潜热的模拟性能最优，而无降水的干燥条件下， CLM模式的模拟偏差最大， NOAH模式对冬季潜热的模拟最优。总体而言， CLM模式能够更好地再现半干旱区地气之间的相互作用，但模式对土壤含水量及干燥条件下的潜热通量的模拟较差，模式对半干旱区陆气间的水文过程还有待进一步的研究和改进。

• 华北平原参考作物蒸散量对气候因子的季节响应分析

  杨加林

  为探讨华北平原作物需水量在不同季节随气候变化的变化规律，对华北平原参考作物蒸散量（Evapotranspiration，简称ETo）在不同季节对气候因子的响应情况进行了分析研究。首先利用FAO-56Penman-Monteith公式计算了华北平原48个气象站点1960～2012年的ETo，其次分析了ETo及温度（T）、日照时数（n）、风速（u）和相对湿度（RH）这4个主要气候因子在各个季节的年际变化规律，然后使用敏感性分析法分析了ETo对气候因子变化的敏感程度，最后结合ETo对气候因子的敏感性及气候因子的多年相对变化率分析得出气候因子的变化对ETo变化的贡献。结果表明：1960～2012年，华北平原ETo在四季的年际变化均呈下降趋势。气候因子除T呈上升趋势外， n、u和RH均呈下降趋势。ETo对T、n和u的变化正敏感，对RH的变化负敏感。ETo对T和n最敏感的季节为夏季，对u和RH最敏感的季节为冬季。ETo在春季、秋季和冬季的下降主要受u下降的影响， ETo在夏季的下降则主要归因于n的下降。

• 中国近54年来夏季极端降水事件特征研究

  龙妍妍

  利用1960～2013年中国6～8月无缺测的571站逐日降水资料，定义7个极端降水指数，研究中国夏季极端降水事件特征。结果表明：（1）极端降水事件空间分布存在明显的区域性差异，长江中下游地区、华南地区、西北地区表现为增加趋势，东北地区、华北地区、西南部分地区表现为减少趋势；时间分布表现出具有显著的年际和年代际变化特征，极端降水事件有增加趋势，在20世纪90年代初期有明显转折。（2）M-K检验表现出极端降水事件在20世纪90年代初发生突变，突变前（后）偏弱（强）。（3）极端降水指数周期振荡不完全一致，准15年周期振荡为主，其次是准7年周期，最强振动出现在1998年。（4）除持续干期指数外，其他极端降水指数间存在较好的相关性。

• 成都典型秸秆燃烧季节PM2.5中化学成分研究

  瞿群

  采集2012年春季和秋季成都城区的PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，即细颗粒物）样品，分析得到水溶性离子、有机碳（OC）和元素碳（EC）等化学成分。结果表明，春季和秋季PM2.5的浓度分别为101±64μg m-3和88±30μg m-3，是环境空气质量标准（GB3095-2012）日均值的1.3倍和1.2倍。基于K+、OC/EC（OC浓度/EC浓度）和K+/EC（K+浓度/EC浓度）指标判别生物质燃烧事件，结果发现春、秋季生物质燃烧期间PM2.5中OC、EC和K+、Cl-等成分明显高于非生物质燃烧期； SO42-、NH4+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Na+等其它水溶性离子浓度在生物质燃烧期均有不同程度升高。春、秋季生物质燃烧期间OC浓度分别是非生物质燃烧期的4.2倍和1.8倍， EC为非生物质燃烧期的2.3倍和2.3倍。K+和Cl-浓度在春季生物质燃烧期超过平均值的3倍，在秋季生物质燃烧期超过平均浓度的0.8倍和0.9倍。

• 北大西洋海表面温度锋与大西洋风暴路径及大气大尺度异常的关系研究

  周雅娟

  运用NCEP、HadISST再分析资料，北大西洋涛动（NAO）月指数序列，探讨了海表面温度（SST）锋的时空变化特征，揭示了北大西洋SST锋的主要气候变率及其与北大西洋风暴轴和大气大尺度环流异常的关系。研究表明，剔除季节循环后的SST锋显示其最主要变率为锋区的向南/北摆动，其对应的风暴轴发生相应的西南/东北移动，并同时在北大西洋上空对应一个跨海盆的位势高度负/正异常。这种环流异常可引起高纬度海平面气压（SLP）的反气旋/气旋式环流，这有利于增强海表面风对大洋副极地环流的负/正涡度异常输入，进一步减弱/加强了高纬度上层冷水向SST锋区的输送。北大西洋SST锋的另一主要模态为锋区在南北方向的分支和合并。当SST锋异常在40°N～45°N以单支形式加强时，对流层位势高度场和SLP南北梯度增大，对应NAO正位相，此时风暴轴也为单支型；同时SLP异常场促使冰岛附近具有气旋式风应力异常，亚速尔地区具有反气旋式风应力异常，导致副极地环流和副热带环流均加强，增加高纬度冷水和低纬度暖水在锋区的输入，从而进一步增强40°N～45°N附近的SST锋区。当SST锋异常在40°N～45°N纬带南北发生分支时，风暴轴也同时出现北强南弱的南北分支，此时对应了负位相NAO，来自北南的冷暖水输送减弱， SST锋也发生减弱分支。此外，位于大洋内区的SST锋东端也存在一个偶极子型的模态，尽管其解释方差相对较小，但仍与偏东北的NAO型具有显著相关。谱分析表明，北大西洋SST锋与风暴轴具有1～3年和年代际共振，与中高纬大尺度环流也存在周期1～3年的共变信号，其中准一年共变信号体现了SST锋和NAO之间的对应关系。进一步诊断分析表明， SST锋上空的近表层大气斜压性和经向温度梯度随着SST锋的增强而增强，经向热通量的向北输送导致涡动有效位能的增加；海洋的非绝热加热产生更强的垂直热量通量，这有利于涡动有效位能释放成为涡动动能，从而表现为该区域的风暴轴加强，并进一步影响风暴轴中的天气尺度扰动与下游大尺度环流异常的相互作用过程。

• 西太平洋-南海地区潜热通量长期变化趋势的南北差异及成因分析

  单永强

  利用1958～2014年美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目（OAFlux）的月平均潜热通量和相关气象要素数据，以及NCEP/NCAR再分析表面气压数据，通过Trend-EOF分析方法，本文研究了西太平洋-南海地区潜热通量的长期变化趋势。发现西太平洋-南海地区潜热通量整体呈上升的趋势，其中冬季上升趋势最强。冬季潜热通量趋势存在明显的南北差异，特别是在南海地区，南海北部为上升趋势而南部为下降趋势。南海北部以及菲律宾海地区冬季潜热通量上升的主要原因是海气比湿差的增大，而南海南部潜热通量呈下降趋势，在东侧主要原因是风速减小，在西侧主要原因是海气比湿差减小。南海潜热通量长期趋势的南北差异是风速和海气比湿差的共同作用造成的。另外，研究发现风速变化趋势受到局地环流变化的影响，在表面气压下降中心线以北地区为上升趋势，在其以南为下降趋势，而海气比湿差的变化趋势则主要取决于海表温度的变化趋势。

• 北京城区夏季污染建立、维持、消退的天气过程

  赵文灿

  利用北京城区污染观测站2006～2013年夏季可吸入颗粒物PM10逐日浓度检测资料，挑选所有PM10浓度大于150μg/m3的个例，合成分析华北及北京地区风场变化情况，发现风速在污染当天变化不明显，南风与PM10的相关性普遍为正，污染当天各区南风增加较大，太行山一带甚至增长了5倍。南风异常可能会使河北、山东等地污染物向北京输送，造成北京大气污染。同时我们分析北京夏季空气污染时大气环流特征。在500 hPa与200 hPa，北京和内蒙古上空有显著的高压异常。在850 hPa，环流场表现为东正西负的高度场异常，其中北京在正负异常分界线上。低层气压梯度异常会造成北京和以南地区南风异常。同时，我们发现北京污染天气伴随的高空环流异常具有准定常特征。在污染前4天，蒙古上空存在一个显著的高层高压异常。该高压异常增强并向南延伸，在污染当天控制北京和内蒙古。在污染消退期，该异常也逐渐消退。但在消退后第四天，北京和内蒙古上空依然受高压异常控制。这表明北京夏季污染和高空准定常环流异常有关。

• 近60年来渤海海域波候变化及其与东亚环流的联系

  任惠茹

  研究海洋的波候变化是了解海洋动力过程对气候变迁响应的关键。渤海所处特殊的地理位置，使其波候在长期风场变化影响下存在阶段性变化特征。文章采用1950～2011年NCEP再分析资料中的渤海海域10 m风场资料，利用SWAN模式模拟逐月渤海波浪的有效波高、波向、波周期，分析该海区波候的变化特征。分析结果显示：1950～2011年期间渤海海域的有效波高呈现下降的趋势；波向角度均呈现上升的趋势，波周期相对平稳，略有上升；有效波高平均下降0.3 cm/a，波向角度平均增加0.12°/a。有效波高在1968年前后显现突变点，波向角度约在1960年突变，波周期在1965年左右出现突变点。渤海波候变化与海气振荡密切相关，是大尺度的大气环流变异导致的结果，长期气候变化背景下，东亚环流天气系统的长期变化（包括东亚季风强度、夏季风北界的移动，西太平洋副热带高压面积与强度的变化、脊点位置西伸与北进，以及西风指数的强弱变化等），是影响和控制渤海海域波气长期变化的主要原因。