2014年 第19卷 第4期
2014, 19(4): 393-406.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13058
摘要:
运用区域气候模式RegCM4.0（Regional Climate Model Verson 4.0）耦合入一个化学过程，对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟，进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明：光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期，大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致，地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明：在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期，南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射，从而引起气温和位势高度的变化有关。
运用区域气候模式RegCM4.0（Regional Climate Model Verson 4.0）耦合入一个化学过程，对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟，进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明：光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期，大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致，地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明：在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期，南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射，从而引起气温和位势高度的变化有关。
2014, 19(4): 407-418.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.12026
摘要:
利用中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）对2005年5月31日发生在北京地区的一次强冰雹天气过程进行了数值模拟研究，并与观测的雷达回波、冰雹云移动路径和冰雹落区进行比较，在此基础上探讨了城市和农田两种下垫面对雹云的影响。结果表明，由于“城市热岛”效应的作用，城市下垫面的地面感热通量显著增加，有利于雹云的发展增强和大冰雹的形成，使地面累积降雹量增加，但对雹云移动路径影响不大。农田下垫面具有较大的潜热通量，局地蒸发强，有利于大量小冰雹的形成，云中冰雹含量增加，但降雹强度较弱，地面累积降雹量小。
利用中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）对2005年5月31日发生在北京地区的一次强冰雹天气过程进行了数值模拟研究，并与观测的雷达回波、冰雹云移动路径和冰雹落区进行比较，在此基础上探讨了城市和农田两种下垫面对雹云的影响。结果表明，由于“城市热岛”效应的作用，城市下垫面的地面感热通量显著增加，有利于雹云的发展增强和大冰雹的形成，使地面累积降雹量增加，但对雹云移动路径影响不大。农田下垫面具有较大的潜热通量，局地蒸发强，有利于大量小冰雹的形成，云中冰雹含量增加，但降雹强度较弱，地面累积降雹量小。
2014, 19(4): 419-436.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13041
摘要:
利用耦合了GOCART和Shao04两种起沙参数化方案的WRF/Chem模式对2002年3月19～22日发生在东亚地区的强沙尘暴过程进行模拟，着重考察了不同起沙方案对沙尘暴过程模拟的影响。结果表明，耦合了两种不同方案的WRF/Chem总体上均能较合理地模拟出主要的起沙区域、起沙强度的变化以及沙尘浓度的时空演变特征，模式对沙尘源地附近及下游地区地面沙尘浓度时间变化特征的模拟与站点观测结果也十分接近。但总体说来Shao04方案对沙尘起沙的发生以及强度变化过程具有更好的模拟能力，该方案模拟的沙尘浓度与观测更为一致，整体性能要优于GOCART方案。进一步分析发现，由于GOCART方案中采用的临界起沙风速偏小，导致该方案下模拟的沙尘分布范围偏大；另外该方案忽略了蒙古东南部和内蒙古中东部的潜在沙尘源地，从而使得耦合了GOCART方案的模式未能模拟出上述区域的起沙过程，使得该区域及下游地区模拟的沙尘浓度也偏小。但在塔里木盆地，Shao04方案计算的起沙通量偏小，这可能与Shao04方案未能考虑风速较小情况下空气拖曳力夹卷作用对起沙的影响有关，也可能与该方案中采用的土壤质地数据不准确有关。
利用耦合了GOCART和Shao04两种起沙参数化方案的WRF/Chem模式对2002年3月19～22日发生在东亚地区的强沙尘暴过程进行模拟，着重考察了不同起沙方案对沙尘暴过程模拟的影响。结果表明，耦合了两种不同方案的WRF/Chem总体上均能较合理地模拟出主要的起沙区域、起沙强度的变化以及沙尘浓度的时空演变特征，模式对沙尘源地附近及下游地区地面沙尘浓度时间变化特征的模拟与站点观测结果也十分接近。但总体说来Shao04方案对沙尘起沙的发生以及强度变化过程具有更好的模拟能力，该方案模拟的沙尘浓度与观测更为一致，整体性能要优于GOCART方案。进一步分析发现，由于GOCART方案中采用的临界起沙风速偏小，导致该方案下模拟的沙尘分布范围偏大；另外该方案忽略了蒙古东南部和内蒙古中东部的潜在沙尘源地，从而使得耦合了GOCART方案的模式未能模拟出上述区域的起沙过程，使得该区域及下游地区模拟的沙尘浓度也偏小。但在塔里木盆地，Shao04方案计算的起沙通量偏小，这可能与Shao04方案未能考虑风速较小情况下空气拖曳力夹卷作用对起沙的影响有关，也可能与该方案中采用的土壤质地数据不准确有关。
2014, 19(4): 437-451.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13026
摘要:
利用热带测雨卫星（TRMM）搭载的微波成像仪（TMI）探测结果，在像元分辨率上同步反演的10年海表温度（SST）和海表风速（SSW）资料，研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著，SST日最小值多出现在早晨03:00（当地时间，下同）至06:00，日最大值多出现在午后17:00至19:00，SST日绝对振幅为1.9～3.4℃，日相对振幅为5%～7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响，且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小，当SSW增加至9 m/s之后，SST日绝对振幅变化不再明显；二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下，暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃；在风速大的情况下，秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃，且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。
利用热带测雨卫星（TRMM）搭载的微波成像仪（TMI）探测结果，在像元分辨率上同步反演的10年海表温度（SST）和海表风速（SSW）资料，研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著，SST日最小值多出现在早晨03:00（当地时间，下同）至06:00，日最大值多出现在午后17:00至19:00，SST日绝对振幅为1.9～3.4℃，日相对振幅为5%～7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响，且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小，当SSW增加至9 m/s之后，SST日绝对振幅变化不再明显；二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下，暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃；在风速大的情况下，秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃，且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。
2014, 19(4): 452-462.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13045
摘要:
利用新疆地区89个气象站和38个水文站1961～2005年的降水资料，对比分析了这两类降水观测资料在表征新疆地区降水的时间演变特征上所存在的差异，进而探究了造成这种差异的原因，并在此基础上研究了增暖背景下新疆地区降水与地形（包括海拔高度、坡度和坡向）的关系。研究发现：1）从区域平均来看，水文站观测的年降水量（221.4 mm）明显高于气象站的观测值（152.1 mm），其差值为69.3 mm，但是二者具有相同的时空变化特征；2）气象站与水文站降水均值之间的差异，主要受海拔高度的影响，坡度和坡向的影响次之。新疆地区地形地貌复杂，降水时空变化较大，观测数据分布不均匀均可导致对降水的估算存在较大差异，因此多源降水数据相互融合是客观估算该地区降水量及其变化的一个途径。
利用新疆地区89个气象站和38个水文站1961～2005年的降水资料，对比分析了这两类降水观测资料在表征新疆地区降水的时间演变特征上所存在的差异，进而探究了造成这种差异的原因，并在此基础上研究了增暖背景下新疆地区降水与地形（包括海拔高度、坡度和坡向）的关系。研究发现：1）从区域平均来看，水文站观测的年降水量（221.4 mm）明显高于气象站的观测值（152.1 mm），其差值为69.3 mm，但是二者具有相同的时空变化特征；2）气象站与水文站降水均值之间的差异，主要受海拔高度的影响，坡度和坡向的影响次之。新疆地区地形地貌复杂，降水时空变化较大，观测数据分布不均匀均可导致对降水的估算存在较大差异，因此多源降水数据相互融合是客观估算该地区降水量及其变化的一个途径。
2014, 19(4): 463-476.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13066
摘要:
利用最新的CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析及观测的降水和地表气温资料驱动陆面水文耦合模式CLHMS（Coupled Land surface and Hydrologic Model System），对淮河流域1980～2003年共24年的水文水循环过程进行了模拟，系统评估了CLHMS对淮河流域水文过程的模拟能力及其不确定性。分析结果表明，CLHMS模式对淮河流域水文过程具有良好的模拟能力，模式尤其对湿润年份流域的水量平衡以及河道流量的季节、年际变化具有很强的模拟能力，而对降水偏少的干旱年份，模式模拟的河道流量通常会高于观测实况，与实况间存在着一定的偏差，而这也是导致CLHMS对流域水文过程模拟能力存在显著年代际差异的主要原因。基于三组不同降水强迫的流域水文过程模拟结果比较表明，降水驱动资料准确与否是陆面水文模拟最主要的不确定性来源之一，正是由于CFSR再分析降水与观测降水之间存在较大的差异，从而导致CFSR降水驱动下模式模拟的淮河流域河道流量与观测存在较大的偏差，其模拟性能相对较差。进一步分析还表明，可以保持较强降水日变化的时间解集方法，也是保证合理模拟流域水文过程的重要因素。
利用最新的CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析及观测的降水和地表气温资料驱动陆面水文耦合模式CLHMS（Coupled Land surface and Hydrologic Model System），对淮河流域1980～2003年共24年的水文水循环过程进行了模拟，系统评估了CLHMS对淮河流域水文过程的模拟能力及其不确定性。分析结果表明，CLHMS模式对淮河流域水文过程具有良好的模拟能力，模式尤其对湿润年份流域的水量平衡以及河道流量的季节、年际变化具有很强的模拟能力，而对降水偏少的干旱年份，模式模拟的河道流量通常会高于观测实况，与实况间存在着一定的偏差，而这也是导致CLHMS对流域水文过程模拟能力存在显著年代际差异的主要原因。基于三组不同降水强迫的流域水文过程模拟结果比较表明，降水驱动资料准确与否是陆面水文模拟最主要的不确定性来源之一，正是由于CFSR再分析降水与观测降水之间存在较大的差异，从而导致CFSR降水驱动下模式模拟的淮河流域河道流量与观测存在较大的偏差，其模拟性能相对较差。进一步分析还表明，可以保持较强降水日变化的时间解集方法，也是保证合理模拟流域水文过程的重要因素。
2014, 19(4): 477-485.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13099
摘要:
利用1961～2010年黄河流域142个气象观测站的资料，详细分析了近50年黄河流域气温的时空分布和变化特征。黄河流域四季平均气温均呈现东部高、西部低、南部高、北部低的空间型态。对流域气温进行经验正交分解，第一模态呈现全流域一致的增温形势，上游增温幅度最大[0.40℃（10 a）-1]；第二模态表现为东西部反相变化；第三模态为南北部反相变化。四季气温随时间变化均呈现上升趋势，升温幅度冬季最大[0.52℃（10 a）-1]，其次是春季[0.30℃（10 a）-1]、秋季[0.26℃（10 a）-1]、夏季[0.14℃（10 a）-1]。进一步分析表明，近50年来，黄河流域的气温增暖除了全球变暖的影响，可能还来自1980年代中期和1990年代后期两次年代际增暖的贡献，这与东亚季风的两次年代际变化时间节点是一致的。
利用1961～2010年黄河流域142个气象观测站的资料，详细分析了近50年黄河流域气温的时空分布和变化特征。黄河流域四季平均气温均呈现东部高、西部低、南部高、北部低的空间型态。对流域气温进行经验正交分解，第一模态呈现全流域一致的增温形势，上游增温幅度最大[0.40℃（10 a）-1]；第二模态表现为东西部反相变化；第三模态为南北部反相变化。四季气温随时间变化均呈现上升趋势，升温幅度冬季最大[0.52℃（10 a）-1]，其次是春季[0.30℃（10 a）-1]、秋季[0.26℃（10 a）-1]、夏季[0.14℃（10 a）-1]。进一步分析表明，近50年来，黄河流域的气温增暖除了全球变暖的影响，可能还来自1980年代中期和1990年代后期两次年代际增暖的贡献，这与东亚季风的两次年代际变化时间节点是一致的。
2014, 19(4): 486-496.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.13011
摘要:
利用长时间再分析资料和台站观测资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料，研究了太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后夏季风关系的影响和过程。结果表明，弱（强）的东亚冬季风后的次年春、夏季在西北太平洋上空往往出现反气旋（气旋）式环流异常。通过将东亚冬季风指数分解为与ENSO有关的部分以及与ENSO无关的部分，进一步证实东亚冬、夏季风之间的联系主要来自于与ENSO有关的东亚冬季风异常。在此基础上着重分析了太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响和过程。研究表明，太阳活动显著影响了东亚冬季风与ENSO的关系，在太阳活动偏低年ENSO与东亚冬季风的关系更为密切。并且，对应与ENSO有关的东亚冬季风异常，当太阳活动偏低（LS）时西北太平洋附近的异常反气旋明显增强，范围扩大，其西北侧的西南气流强度偏强并向北延伸，从而使春季多雨地区绵延到内蒙古乃至西北地区；而夏季降水主要集中在长江流域中游，表明是一个强的夏季风年。然而，在太阳活动偏高（HS）年的次年春、夏季，不论是环流异常还是降水场的异常都明显偏弱。这说明东亚冬季风与随后夏季风的关系在LS年要比HS年更紧密。对海温异常的分析则进一步表明，LS（HS）年从冬季至夏季与ENSO有关的东亚冬季风异常相联系的印度洋及热带西太平洋海温正相关范围明显偏大（小）；而赤道东太平洋的显著正海温异常衰减迅速（缓慢）。上述海温异常的差异是西北太平洋反气旋能否从冬季持续到夏季的重要原因，并可以很好地解释太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响。
利用长时间再分析资料和台站观测资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料，研究了太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后夏季风关系的影响和过程。结果表明，弱（强）的东亚冬季风后的次年春、夏季在西北太平洋上空往往出现反气旋（气旋）式环流异常。通过将东亚冬季风指数分解为与ENSO有关的部分以及与ENSO无关的部分，进一步证实东亚冬、夏季风之间的联系主要来自于与ENSO有关的东亚冬季风异常。在此基础上着重分析了太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响和过程。研究表明，太阳活动显著影响了东亚冬季风与ENSO的关系，在太阳活动偏低年ENSO与东亚冬季风的关系更为密切。并且，对应与ENSO有关的东亚冬季风异常，当太阳活动偏低（LS）时西北太平洋附近的异常反气旋明显增强，范围扩大，其西北侧的西南气流强度偏强并向北延伸，从而使春季多雨地区绵延到内蒙古乃至西北地区；而夏季降水主要集中在长江流域中游，表明是一个强的夏季风年。然而，在太阳活动偏高（HS）年的次年春、夏季，不论是环流异常还是降水场的异常都明显偏弱。这说明东亚冬季风与随后夏季风的关系在LS年要比HS年更紧密。对海温异常的分析则进一步表明，LS（HS）年从冬季至夏季与ENSO有关的东亚冬季风异常相联系的印度洋及热带西太平洋海温正相关范围明显偏大（小）；而赤道东太平洋的显著正海温异常衰减迅速（缓慢）。上述海温异常的差异是西北太平洋反气旋能否从冬季持续到夏季的重要原因，并可以很好地解释太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响。
2014, 19(4): 497-506.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2013.12183
摘要:
中国西部地区是著名的气候脆弱区，降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下，西部地区的增暖、增湿异常显著，随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征，结果表明：该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点，并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变，突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示，引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因；而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送；而且在不同年代际背景下，影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究，短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外，西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性，为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。
中国西部地区是著名的气候脆弱区，降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下，西部地区的增暖、增湿异常显著，随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征，结果表明：该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点，并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变，突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示，引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因；而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送；而且在不同年代际背景下，影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究，短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外，西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性，为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。
2014, 19(4): 507-514.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.12195
摘要:
利用国家气候中心的降水资料及NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海温资料分析了华南地区5月降水的主要水汽通道及变异机制。发现异常多雨年的水汽主要来自南海、孟加拉湾和青藏高原南侧；异常少雨年则因西太平洋副热带高压（简称副高）偏东，来自南海的水汽缺失，只有来自孟加拉湾和高原南侧的两股水汽，因而南海的水汽是影响华南地区5月降水的重要因素。分析发现当北太平洋的准东西向海温异常是“负正负”分布时，南海地区为异常的反气旋性环流，有利于副高西伸加强；北太平洋海温距平为“正负正”异常分布时，南海地区为异常的气旋性环流，副高东退减弱。此外，北方南下冷空气的阻挡使得季风北界位置偏南，冷空气和季风在华南地区交汇导致5月降水异常增多。
利用国家气候中心的降水资料及NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海温资料分析了华南地区5月降水的主要水汽通道及变异机制。发现异常多雨年的水汽主要来自南海、孟加拉湾和青藏高原南侧；异常少雨年则因西太平洋副热带高压（简称副高）偏东，来自南海的水汽缺失，只有来自孟加拉湾和高原南侧的两股水汽，因而南海的水汽是影响华南地区5月降水的重要因素。分析发现当北太平洋的准东西向海温异常是“负正负”分布时，南海地区为异常的反气旋性环流，有利于副高西伸加强；北太平洋海温距平为“正负正”异常分布时，南海地区为异常的气旋性环流，副高东退减弱。此外，北方南下冷空气的阻挡使得季风北界位置偏南，冷空气和季风在华南地区交汇导致5月降水异常增多。
2014, 19(4): 515-522.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.13020
摘要:
基于集成经验模态分解（EEMD）方法，对1921～2010年天津年平均气温和降水量序列进行了多尺度分析。并结合功率谱对年平均气温和年降水量及其本征模态函数（IMF）分量进行周期分析。结果表明：天津年平均气温的变化主要是由第1、第2本征模态分量和趋势项构成，即准5 a和2～3 a的振荡与“先降后升”的长期趋势变化起主要作用。而第4、第5本征模态分量则反映出天津近90年来气温年代际尺度的冷暖变化，它们对1920年代至1940 年代的暖期以及1950年代至1970年代的冷期有重要贡献。降水量的变化主要由第1、第2本征模态分量构成，即4.5 a、准9 a和2～3 a的振荡起主要作用。与气温序列相比，降水序列中年代际尺度的变化和长期趋势的贡献明显要小得多，但也反映了1980年代以后降水减少的趋势。
基于集成经验模态分解（EEMD）方法，对1921～2010年天津年平均气温和降水量序列进行了多尺度分析。并结合功率谱对年平均气温和年降水量及其本征模态函数（IMF）分量进行周期分析。结果表明：天津年平均气温的变化主要是由第1、第2本征模态分量和趋势项构成，即准5 a和2～3 a的振荡与“先降后升”的长期趋势变化起主要作用。而第4、第5本征模态分量则反映出天津近90年来气温年代际尺度的冷暖变化，它们对1920年代至1940 年代的暖期以及1950年代至1970年代的冷期有重要贡献。降水量的变化主要由第1、第2本征模态分量构成，即4.5 a、准9 a和2～3 a的振荡起主要作用。与气温序列相比，降水序列中年代际尺度的变化和长期趋势的贡献明显要小得多，但也反映了1980年代以后降水减少的趋势。
