气候与环境研究杂志

气候与环境研究杂志2018年第4期

• 与印度洋偶极子模态有关的西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响

  吴楠

  利用NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）海温、GPCP（Global Precipitation Climatology Project）降水和ERA-20C（ECMWF's first atmospheric reanalysis of the 20th century）再分析大气环流资料，结合大气环流模式ECHAM5敏感性试验，研究了与秋季印度洋海温偶极子模态（IOD）相联系的冬季热带西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响。发现在秋季发生IOD背景下，冬季西太平洋存在两类海温异常的变化型：一类是西太平洋区域一致偏暖/冷的模态，另一类是区域西冷东暖/西暖东冷的模态。尽管西太平洋海温一致偏暖和西冷东暖这两类海温变化型均有利于华南冬季少降水，但影响的范围有所不同。一致偏暖型引起的少降水范围较大，从华南扩展到长江中下游地区。西冷东暖型引起少降水范围主要限于华南，而在长江中下游到华北则降水偏多。相应地，在大气环流上，尽管两类海温异常型均有利于在西北太平洋菲律宾海附近出现气旋式环流异常，但气旋的强度和中心位置有差异。一致偏暖型引起的气旋偏强，中心位置偏西，其后部异常东北风控制的范围更大，导致少降水范围更大，而西冷东暖型引起的气旋偏弱，中心位置偏东，其后部异常东北风控制的范围小，导致少降水区域主要在华南沿海。本文结果对认识IOD调制随后冬季东亚降水异常的机理有重要意义。

• 南海夏季风爆发与前期东亚冬季风异常的关系以及ENSO的作用

  胡鹏

  基于ERA-interim再分析资料采用相关分析研究了东亚冬季风和南海夏季风爆发的关系，并探讨了ENSO在其中的作用。结果表明，弱冬季风之后的南海地区5月有异常东风、降水偏少，对应于夏季风爆发偏晚；强冬季风之后则相反；但上述关系并不十分显著。进一步利用线性回归将东亚冬季风分为与ENSO有关和无关的部分，对于与ENSO有关的冬季风，上述冬季风-夏季风爆发的关系的显著性有明显提高；但与ENSO无关的冬季风和夏季风爆发并无显著联系。这说明冬季风-南海夏季风爆发的关系主要是由与ENSO有关的冬季风造成的。这一关系可以用ENSO激发的菲律宾异常反气旋或气旋来解释，以弱冬季风之后夏季风爆发偏晚为例：El Niño事件一方面激发出菲律宾异常反气旋，使得冬季风偏弱；另一方面又引起热带印度洋增暖，由于局地海气相互作用正反馈和印度洋电容器效应，菲律宾异常反气旋得以维持到晚春。该异常反气旋及其南侧的异常东风不利于南海夏季风的爆发，从而导致夏季风爆发偏晚。

• 基于模式分析一次沙尘暴过程中沙尘表面非均相化学过程对中国地区污染物浓度的影响

  唐颖潇

  利用戈达德对地观测系统（GEOS）提供的再分析气象场GEOS-5驱动的GEOS-Chem模式，模拟中国地区2009年4月22~29日沙尘暴期间沙尘气溶胶表面非均相化学过程对我国污染物的影响。模拟结果表明，沙尘暴期间，全国平均沙尘硝酸盐和沙尘硫酸盐浓度分别为0.2 μg m-3和0.4 μg m-3，占总硝酸盐（非沙尘硝酸盐与沙尘硝酸盐之和）和总硫酸盐（非沙尘硫酸盐与沙尘硫酸盐之和）的24%和10%。我国西部地区沙尘硝酸盐占比（>80%）要大于其他地区，而西部地区的沙尘硫酸盐占比则要小于下游地区。考虑非均相化学反应后，沙尘暴期间，全国平均的二氧化硫（SO2）、硝酸（HNO3）、臭氧（O3）、非沙尘硫酸盐、总硫酸盐、非沙尘硝酸盐、总硝酸盐、NH3、总铵盐浓度变化量分别为-7%、-15%、-2%、-8%、3%、-2%、14%、21%、-5%。

• 1961~2014年中国冬季极端低温变化特征分析

  谢星旸

  利用中国691个无缺测站点的经均一化处理及质量控制的逐日最高、最低气温资料，基于冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、月最低气温极大值以及月最低气温极小值等6个由世界气象组织定义的极端气温指数，分析了1961~2014年中国冬季的极端低温变化特征。结果表明：冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数以及冰冻日数在全国大部分地区均呈现下降的趋势，下降趋势较为明显的区域集中在东北南部、华北、西北东部、华东、华中、西南及高原地区，全国整体上下降幅度分别为-0.9 d/10 a、-1.7 d/10 a、-1.5 d/10a和-1.4 d/10 a。最低气温极大值和最低气温极小值在全国范围内则主要呈现上升的趋势，全国整体上分别为0.4℃/10 a和0.6℃/10 a；极端低温天数在20世纪60年代至70年代中后期呈现波动状，随后自20世纪70年代末80年代初至21世纪初呈明显下降趋势，从2006年左右以后其下降趋势较之前有所减缓，是对全球变暖减缓背景下的气候响应；与其他时间段相比，20世纪60年代至70年代为冬季极端低温事件较为频发的时间段，这可能与该时段陆地冷高压频繁活动有关。

• 基于HRCLDAS/CLM陆面数据同化系统的青藏高原地区土壤湿度模拟研究

  陈萍萍

  利用最新的高时空分辨率（1 km、1 h）的中国气象局高分辨率陆面数据同化系统（HRCLDAS-V1.0）大气近地面强迫资料，驱动由NCAR发展的通用陆面模式（CLM），对青藏高原地区2015年1月1日至9月30日的土壤湿度开展了模拟研究。结果表明模拟得到的高时空分辨率（1 km、1 h）土壤湿度能够体现出青藏高原地区从东南向西北逐渐变低的空间分布特征，较好地表现出各层土壤湿度的时间变化特征，6~9月土壤湿度波动较大，1~5月波动较平缓，上层土壤湿度变幅较大，深层变化较平缓。0~5 cm、0~10 cm和10~40 cm深度土壤湿度模拟结果与观测值的相关系数均在0.8以上，其中0~5 cm土层的相关系数达到0.92，各层土壤湿度观测值与模拟值的均方根误差变化则相反，3个土层土壤湿度模拟结果与观测值的偏差均小于0.04 mm3 mm-3，但模式对于研究时段土壤湿度变化的低值有高估现象，且模拟能力随着土层深度的加深而减弱。

• 副热带北太平洋SST在ENSO冷暖位相转变中的作用

  韦圣标

  2015/2016年发生的极端El Niño事件，与1997/1998年El Niño事件具有可比拟的强度，但是2016年事件转变为弱La Niña，而1998年事件则为强La Niña。本文通过对比这两次极端El Niño事件，揭示其转变为不同强度La Niña事件的物理机制。混合层热收支分析的结果表明，在El Niño衰减年的4~11月，2016年平流反馈和温跃层反馈相对较弱，混合层温度衰减速率慢，其产生的主要原因是赤道中西太平洋的东风异常较弱。进一步分析表明，赤道中西太平洋的东风异常与副热带东北太平洋的海表温度异常（SSTA）有关，该地区的SST在1998年表现为冷异常，2016年为暖异常。副热带东北太平洋冷的SSTA有利于信风加强，从而加强中西太平洋的东风异常；而暖的SSTA使得赤道以北出现西南风异常，从而削弱中西太平洋的东风异常。此外，合成分析也表明，副热带东北太平洋SSTA与转变的La Niña的强度具有关联，El Niño转变为强La Niña的情况在位相转变期伴随着副热带北太平洋冷的SSTA，而El Niño转变为弱La Niña的情况没有明显的冷SSTA。

• 冬季中国东部与北极之间近地面温度变化的年际联系

  宋伟

  利用NCEP/NCAR再分析资料和国家气象信息中心整编的425站气温资料，借助经验正交函数分解（EOF）、相关分析和回归分析等方法探讨1956~2015年冬季北极及中高纬度近地面温度、西伯利亚高压的变化特征以及两者与中国东部气温直接和间接的年际联系。为此定义了3个西伯利亚高压指数，即西伯利亚高压中心强度指数（SHCI）、西伯利亚高压面积指数（SHA）和西伯利亚高压东边界指数（SHEB）。结果表明：从1998年开始冬季巴伦支海、喀拉海迅速增温，并在年际尺度上与中国东部气温存在显著的负相关关系，即北极近地面温度与中国东部气温的直接联系。同时，西伯利亚高压的3个指数也与北极地区近地面温度和中国东部气温有较好的年际关系，体现了西伯利亚高压是联系北极和东亚气候的桥梁，当北极近地面温度升高（降低）时，西伯利亚高压中心强度增强（减弱），面积扩大（缩小），东边界东伸（西退），中国东部气温降低（升高），即北极近地面温度（西伯利亚高压）与中国东部气温的间接（直接）联系。最后，讨论了北极近地面温度变化影响中国东部气温的可能物理机制。

• 中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

  庄园煌

  利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料，分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明：中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态，二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征，并在1990年代中期发生了显著的年代际突变，而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时，对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著，与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前，南北反位相型受到ENSO事件的影响，之后影响不显著。

• 百叶箱内部风场特征仿真分析

  杨显轲

  流经传感器的风速是决定百叶箱气温测量精度的主要因素之一。基于计算流体动力学CFD仿真，对我国地面气象观测中广泛应用的玻璃钢百叶箱内部风场特征进行了研究。结果表明，受长方体结构特征以及侧面叶片导流的影响，百叶箱内部风场具有明显的非均一性特征，在水平剖面和垂直剖面上分别出现明显的梭形流场和环形流场；百叶箱对环境空气的流动具有明显的阻挡作用，平均相对风速减小率在箱体中轴线上存在明显的垂直差异，最小值53%出现在0.08 m附近，同时在0.25 m和0.55 m高度附近分别存在值为85%和88%的局部最大值。平均相对风速减小率随环境风向的改变而呈周期性变化，当环境风向与箱体侧面成45°、135°、225°和315°时，出现极小值73%，当环境风向与箱体侧面成0°、90°、180°和270°时，出现极大值93%。

• 基于人工智能技术的热带气旋灾害评估方法研究:以广东省为例

  张文

  基于历史观测资料，系统地研究了广东省热带气旋（tropical cyclone，TC）风雨及其带来的直接经济损失的空间分布特征。结果表明，粤西沿海地区受TC大风影响最为频繁，但TC经济灾损率和受灾频次在粤西和粤东较重。根据广东省TC风雨和直接经济损失的空间分布特征，将广东分为粤西、粤东、珠三角和粤北4个区域，进而利用演化建模方法建立了广东省各区域TC经济灾损率评估模型。该评估模型模拟的TC经济灾损率与实际值的相关系数达0.66以上，基于该模型对独立样本的预测检验结果与实际值的相关系数达到0.61以上（显著性水平a=0.05）。这表明，基于演化建模方法建立的广东省各区域评估模型在广东省TC灾害评估中有着潜在的应用价值。