2015年 第20卷 第3期
2015, 20(3): 245-256.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14141
摘要:
将时间滑动相关方法STC(sliding temporal correlation)用于研究混沌系统和海洋环流模式的可信计算时间RCT(reliable computation time), Lorenz混沌系统的数值试验表明用STC求得的可预报时间和可信计算时间, 与使用传统误差限方法所得结果一致, 证明了其有效性。对海洋环流模式LICOM和NEMO的研究发现:1. 当海洋模式以非耦合的方式运行时, 试验的结果表明其海表温度SST的可信计算时间较长, 平均达到6个月以上, 这主要是由于海洋模式的运行过程中, 采用恢复性边界条件使模拟结果不会太过偏离观测值。对于强迫场从1月开始的试验, LICOM模式的SST可信计算时间在赤道东太平洋和西北太平洋地区存在RCT低值区, 其数值不超过2个月。而NEMO模式在赤道太平洋地区全是RCT高值区, NEMO模式的RCT低值区域出现在赤道外的太平洋和大西洋中纬度地区, 强迫场从7月开始的试验, RCT纬向平均分布与1月有相反的形式。2. 海洋模式以耦合方式运行时, 由于去掉了恢复边界条件作用, 海洋模式预报的SST可信计算时间明显减小, 年平均RCT为1个月左右。按季节平均得到的RCT变化不大, 在30～40天之间, RCT的大值区春季位于南半球, 而秋季位于北半球, 可达2个月以上。耦合模式中所模拟的500 hPa高度场的RCT与单独运行的大气模式所得结果相差不大, 仍在2周以内。3. 无论是按季节平均还是按海区平均所得到的RCT分布, 都在30～60天左右, 只有极少数区域在特定季节可以达到80天以上, 这说明在海气耦合模式中, 由于计算不确定造成的可预报上限一般不超过2～3个月, 这比使用资料分析得到可预报期限短很多, 因此根据木桶原理, RCT可能是制约海气耦合模式SST预报能力的一个重要因素。
将时间滑动相关方法STC(sliding temporal correlation)用于研究混沌系统和海洋环流模式的可信计算时间RCT(reliable computation time), Lorenz混沌系统的数值试验表明用STC求得的可预报时间和可信计算时间, 与使用传统误差限方法所得结果一致, 证明了其有效性。对海洋环流模式LICOM和NEMO的研究发现:1. 当海洋模式以非耦合的方式运行时, 试验的结果表明其海表温度SST的可信计算时间较长, 平均达到6个月以上, 这主要是由于海洋模式的运行过程中, 采用恢复性边界条件使模拟结果不会太过偏离观测值。对于强迫场从1月开始的试验, LICOM模式的SST可信计算时间在赤道东太平洋和西北太平洋地区存在RCT低值区, 其数值不超过2个月。而NEMO模式在赤道太平洋地区全是RCT高值区, NEMO模式的RCT低值区域出现在赤道外的太平洋和大西洋中纬度地区, 强迫场从7月开始的试验, RCT纬向平均分布与1月有相反的形式。2. 海洋模式以耦合方式运行时, 由于去掉了恢复边界条件作用, 海洋模式预报的SST可信计算时间明显减小, 年平均RCT为1个月左右。按季节平均得到的RCT变化不大, 在30～40天之间, RCT的大值区春季位于南半球, 而秋季位于北半球, 可达2个月以上。耦合模式中所模拟的500 hPa高度场的RCT与单独运行的大气模式所得结果相差不大, 仍在2周以内。3. 无论是按季节平均还是按海区平均所得到的RCT分布, 都在30～60天左右, 只有极少数区域在特定季节可以达到80天以上, 这说明在海气耦合模式中, 由于计算不确定造成的可预报上限一般不超过2～3个月, 这比使用资料分析得到可预报期限短很多, 因此根据木桶原理, RCT可能是制约海气耦合模式SST预报能力的一个重要因素。
2015, 20(3): 257-268.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14005
摘要:
利用1960～2011年广西西北部16个气象观测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析月平均资料、NOAA向外长波辐射资料和国家气候中心提供的环流特征量资料, 分析了广西西北部地区以往盛夏干旱年的中高纬环流、西太平洋副热带高压和水汽输送特征, 重点探讨了2011年盛夏(7～8月)广西西北部特大干旱大气环流的异常特征。结果表明, 2011年是1960年以来广西西北部盛夏降水最少的年份。广西西北部2011年盛夏大气环流与以往盛夏干旱年明显不同的是, 西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东, 脊线位置明显偏北, 中高纬环流平直, 乌拉尔山地区和东北亚区域没有明显阻塞高压形势, 冷空气活动比常年弱;印缅槽活动较常年偏弱, 由南向北的水汽输送明显偏弱, 广西西北部上空存在有弱的水汽通量辐散, 垂直运动和对流活动均较常年偏弱, 这些环流特征均不利于产生降水, 造成2011年盛夏广西西北部地区出现特大干旱。
利用1960～2011年广西西北部16个气象观测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析月平均资料、NOAA向外长波辐射资料和国家气候中心提供的环流特征量资料, 分析了广西西北部地区以往盛夏干旱年的中高纬环流、西太平洋副热带高压和水汽输送特征, 重点探讨了2011年盛夏(7～8月)广西西北部特大干旱大气环流的异常特征。结果表明, 2011年是1960年以来广西西北部盛夏降水最少的年份。广西西北部2011年盛夏大气环流与以往盛夏干旱年明显不同的是, 西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东, 脊线位置明显偏北, 中高纬环流平直, 乌拉尔山地区和东北亚区域没有明显阻塞高压形势, 冷空气活动比常年弱;印缅槽活动较常年偏弱, 由南向北的水汽输送明显偏弱, 广西西北部上空存在有弱的水汽通量辐散, 垂直运动和对流活动均较常年偏弱, 这些环流特征均不利于产生降水, 造成2011年盛夏广西西北部地区出现特大干旱。
2015, 20(3): 269-276.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14075
摘要:
采用天津地区1959～2012年太阳总辐射年、月总量资料、日照百分率及其台站元数据, 通过惩罚最大t检验和顺序算法对太阳总辐射资料的均一性进行了检验。结果表明:辐射观测仪器的变更造成了太阳总辐射序列产生不连续, 突变年代主要发生在1968年、1972年、1990年3次仪器变更年份或其附近年份, 而迁站没有造成显著影响。同时, 顺序算法检验发现, 天津地区太阳总辐射序列在20世纪80年代初(1983年前后)出现了趋势减少的渐变, 并且在月总量序列的检验中, 仪器变更的非均一性影响也体现在其中。因此, 在太阳辐射的研究工作中, 尊重原始观测数据的同时, 还要充分考虑数据的均一性, 剔除非均一性因素, 以此确保气候变化分析结果的相对真实。
采用天津地区1959～2012年太阳总辐射年、月总量资料、日照百分率及其台站元数据, 通过惩罚最大t检验和顺序算法对太阳总辐射资料的均一性进行了检验。结果表明:辐射观测仪器的变更造成了太阳总辐射序列产生不连续, 突变年代主要发生在1968年、1972年、1990年3次仪器变更年份或其附近年份, 而迁站没有造成显著影响。同时, 顺序算法检验发现, 天津地区太阳总辐射序列在20世纪80年代初(1983年前后)出现了趋势减少的渐变, 并且在月总量序列的检验中, 仪器变更的非均一性影响也体现在其中。因此, 在太阳辐射的研究工作中, 尊重原始观测数据的同时, 还要充分考虑数据的均一性, 剔除非均一性因素, 以此确保气候变化分析结果的相对真实。
2015, 20(3): 277-284.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14047
摘要:
气象卫星资料不仅对天气、气候研究非常重要, 对于地表参数模拟和预报也具有重要意义。本文首次将全国自动站观测、卫星降水估计和地面观测融合降水资料(CMORPH)以及风云二号D星(FY-2D)积雪覆盖率数据应用到了高分辨率陆面资料同化系统(u-HRLDAS)。融合降水资料用于驱动u-HRLDAS, 同时用于计算雪水当量;积雪覆盖率资料作为u-HRLDAS强迫变量。区域模拟结果表明, 积雪覆盖率对于地表反照率、地表温度以及地气交换通量模拟有极其重要的影响。密云站土壤湿度模拟结果表明, 融合降水资料准确度优于全球陆面资料同化系统(GLDAS)再分析资料。小汤山站单点验证结果表明, 应用融合降水资料及卫星积雪覆盖率资料可以改进地表温度及地气交换通量的模拟。
气象卫星资料不仅对天气、气候研究非常重要, 对于地表参数模拟和预报也具有重要意义。本文首次将全国自动站观测、卫星降水估计和地面观测融合降水资料(CMORPH)以及风云二号D星(FY-2D)积雪覆盖率数据应用到了高分辨率陆面资料同化系统(u-HRLDAS)。融合降水资料用于驱动u-HRLDAS, 同时用于计算雪水当量;积雪覆盖率资料作为u-HRLDAS强迫变量。区域模拟结果表明, 积雪覆盖率对于地表反照率、地表温度以及地气交换通量模拟有极其重要的影响。密云站土壤湿度模拟结果表明, 融合降水资料准确度优于全球陆面资料同化系统(GLDAS)再分析资料。小汤山站单点验证结果表明, 应用融合降水资料及卫星积雪覆盖率资料可以改进地表温度及地气交换通量的模拟。
2015, 20(3): 285-295.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14021
摘要:
X波段双偏振雷达观测参数能够完成雨滴谱反演, 但是由于X波段雷达波长较短, 降水观测时存在较大的衰减, 本文采用自适应约束算法进行反射率和差分反射的衰减订正。通过对雨滴模型的散射模拟以及对雨 滴谱进行Gamma谱拟合, 建立了雨滴谱参数与双偏振雷达目标参数之间的函数关系和雨滴谱参数相互之间的关系, 用于进行雨滴谱反演。将雨衰减订正前后的雷达目标参数进行雨滴谱反演并与实测雨滴谱进行对比, 结果表明, 所建立的X波段双偏振雷达反演雨滴谱方法能够较好地反演雨滴谱, 并且经过订正后反演得到的雨滴谱在浓度、尺度和谱形上都优于订正前的反演结果, 通过对距离高度扫描和平面位置扫描数据进行雨滴谱反演, 可以得到雨滴谱参数的垂直结构和水平分布, 可用以进行降水分析。
X波段双偏振雷达观测参数能够完成雨滴谱反演, 但是由于X波段雷达波长较短, 降水观测时存在较大的衰减, 本文采用自适应约束算法进行反射率和差分反射的衰减订正。通过对雨滴模型的散射模拟以及对雨 滴谱进行Gamma谱拟合, 建立了雨滴谱参数与双偏振雷达目标参数之间的函数关系和雨滴谱参数相互之间的关系, 用于进行雨滴谱反演。将雨衰减订正前后的雷达目标参数进行雨滴谱反演并与实测雨滴谱进行对比, 结果表明, 所建立的X波段双偏振雷达反演雨滴谱方法能够较好地反演雨滴谱, 并且经过订正后反演得到的雨滴谱在浓度、尺度和谱形上都优于订正前的反演结果, 通过对距离高度扫描和平面位置扫描数据进行雨滴谱反演, 可以得到雨滴谱参数的垂直结构和水平分布, 可用以进行降水分析。
2015, 20(3): 296-306.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.14164
摘要:
欧亚中高纬地区的积雪是影响气候的重要因子, 但是观测台站稀疏且记录只到1996年, 导致积雪观测资料严重缺乏。基于目前国际上应用较为广泛的3套再分析资料:美国国家大气海洋局(NOAA)的20世纪再分析资料(NCAR-20th century reanalysis)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的再分析资料(ERA-Interim)及日本气象厅(JMA)的全球大气再分析资料(JRA-55), 利用前苏联站点观测的雪深资料评估雪深再分析资料在欧亚大陆区域的适用性。结果表明:3套再分析资料对积雪的时空变化均具有一定的描述能力;其中, 尤以JRA-55再分析资料与观测事实最为接近, 能较好揭示欧亚中高纬雪深变化的空间分布特征, 反映雪深的长期变化趋势。JRA-55再分析资料揭示的欧亚雪深与169站观测有90%吻合, 20世纪再分析资料有76%一致, 而ERA-Interim再分析资料只有一半。区域尺度上, JRA-55再分析资料揭示的欧洲、西伯利亚南部雪深在1961～1990年的变化与观测是正相关, 相关系数达到0.91、0.87, 而20世纪再分析资料仅有0.77、0.32。长时间序列的雪深资料(JRA-55)表明欧亚大陆积雪存在年代际的变化特征:1960年代积雪偏少;1970年代偏多;从1980年代开始呈现减少趋势, 持续至20世纪末, 并且积雪的减少是高纬度积雪变化造成的。
欧亚中高纬地区的积雪是影响气候的重要因子, 但是观测台站稀疏且记录只到1996年, 导致积雪观测资料严重缺乏。基于目前国际上应用较为广泛的3套再分析资料:美国国家大气海洋局(NOAA)的20世纪再分析资料(NCAR-20th century reanalysis)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的再分析资料(ERA-Interim)及日本气象厅(JMA)的全球大气再分析资料(JRA-55), 利用前苏联站点观测的雪深资料评估雪深再分析资料在欧亚大陆区域的适用性。结果表明:3套再分析资料对积雪的时空变化均具有一定的描述能力;其中, 尤以JRA-55再分析资料与观测事实最为接近, 能较好揭示欧亚中高纬雪深变化的空间分布特征, 反映雪深的长期变化趋势。JRA-55再分析资料揭示的欧亚雪深与169站观测有90%吻合, 20世纪再分析资料有76%一致, 而ERA-Interim再分析资料只有一半。区域尺度上, JRA-55再分析资料揭示的欧洲、西伯利亚南部雪深在1961～1990年的变化与观测是正相关, 相关系数达到0.91、0.87, 而20世纪再分析资料仅有0.77、0.32。长时间序列的雪深资料(JRA-55)表明欧亚大陆积雪存在年代际的变化特征:1960年代积雪偏少;1970年代偏多;从1980年代开始呈现减少趋势, 持续至20世纪末, 并且积雪的减少是高纬度积雪变化造成的。
2015, 20(3): 307-318.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.14158
摘要:
使用区域气候模式RegCM4.4(Regional Climate Model version 4.4)单向嵌套CCSM4.0(Community Climate System Model version 4.0)气候系统模式输出结果, 进行了2001～2010年逐年2月1日至9月1日共10年长度的季节尺度气候预测回报试验, 针对平均气温和降水, 分析了两个模式对中国地区夏季(6～8月)气候的回报能力。首先对气候态的分析表明, RegCM4.4对气温和降水的回报/模拟效果均较CCSM4.0有所改进, 特别是在提供更详细可靠的局地信息方面, 其中降水回报与观测的空间相关系数, 由CCSM4.0的0.39提高到RegCM4.4的0.53, 但同时RegCM4.4对中国东部季风降水的回报表现出类似CCSM4.0北方偏多的偏差。对两个模式2001～2010年逐年气温和降水距平的回报能力, 通过回报与观测空间和时间距平相关系数(ACCs和ACCt)、回报与观测空间和时间距平符号一致率(PCs和PCt)以及趋势异常综合评分(PS)进行了考察, 结果表明两个模式的表现在整体分布上有一定相似的同时, RegCM4.4能够提供更多的空间分布细节, 并对降水的回报结果有一定的改善, 如CCSM4.0和RegCM4.4回报降水的ACCs多年平均分别为0.03和0.10, PS分别为70.4和71.4。同时给出了两个具体年份(2003年和2009年)的个例分析。
使用区域气候模式RegCM4.4(Regional Climate Model version 4.4)单向嵌套CCSM4.0(Community Climate System Model version 4.0)气候系统模式输出结果, 进行了2001～2010年逐年2月1日至9月1日共10年长度的季节尺度气候预测回报试验, 针对平均气温和降水, 分析了两个模式对中国地区夏季(6～8月)气候的回报能力。首先对气候态的分析表明, RegCM4.4对气温和降水的回报/模拟效果均较CCSM4.0有所改进, 特别是在提供更详细可靠的局地信息方面, 其中降水回报与观测的空间相关系数, 由CCSM4.0的0.39提高到RegCM4.4的0.53, 但同时RegCM4.4对中国东部季风降水的回报表现出类似CCSM4.0北方偏多的偏差。对两个模式2001～2010年逐年气温和降水距平的回报能力, 通过回报与观测空间和时间距平相关系数(ACCs和ACCt)、回报与观测空间和时间距平符号一致率(PCs和PCt)以及趋势异常综合评分(PS)进行了考察, 结果表明两个模式的表现在整体分布上有一定相似的同时, RegCM4.4能够提供更多的空间分布细节, 并对降水的回报结果有一定的改善, 如CCSM4.0和RegCM4.4回报降水的ACCs多年平均分别为0.03和0.10, PS分别为70.4和71.4。同时给出了两个具体年份(2003年和2009年)的个例分析。
2015, 20(3): 319-336.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.14164
摘要:
利用2000～2013年夏季6 h一次、水平分辨率为 0.5°(纬度)×0.5°(经度)的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料, 对产生于四川盆地的西南涡和产生于大别山地区的大别山低涡进行了识别, 统计出西南涡和大别山低涡的发生频数、初生时段、移动路径、三维结构等气候特征;在此基础上根据涡旋生成前的地面气压场和降水特征, 对西南涡和大别山低涡分别进行了分类与合成研究, 并细致对比了两类涡旋的异同点, 主要结论如下:(1)西南涡在7月上旬最活跃, 而大别山低涡则在6月上旬发生频数最高。凌晨时段是两类涡旋的高发期;西南涡日间的生成数目多于夜间, 而大别山低涡则与之相反。(2)绝大多数西南涡和大别山低涡维持时间少于12 h;绝大多数西南涡维持准静止, 而大别山低涡则主要向东北方向和偏东方向移动。(3)两类涡旋均为对流层中低层的低压系统, 其中大别山低涡的垂直伸展层次较西南涡更低。相比于西南涡, 由于水汽条件更优, 大别山低涡所引发的降水更强, 强降水的凝结潜热释放使得大别山低涡的平均生命史比西南涡更长。(4)产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡而言, 对流层高层南亚高压的强度更强、辐散更显著;对流层中层与500 hPa西风带短波槽的配置条件更好;对流层低层涡旋中心附近的辐合更显著、切变更强;并且对流层中低层的上升运动更强。这些都是有利于降水发生与维持的有利条件, 而与降水凝结潜热密切相关的热力强迫使得产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡拥有更长的生命史长度, 更大的水平半径和更大的涡旋生命史内降水量。
利用2000～2013年夏季6 h一次、水平分辨率为 0.5°(纬度)×0.5°(经度)的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料, 对产生于四川盆地的西南涡和产生于大别山地区的大别山低涡进行了识别, 统计出西南涡和大别山低涡的发生频数、初生时段、移动路径、三维结构等气候特征;在此基础上根据涡旋生成前的地面气压场和降水特征, 对西南涡和大别山低涡分别进行了分类与合成研究, 并细致对比了两类涡旋的异同点, 主要结论如下:(1)西南涡在7月上旬最活跃, 而大别山低涡则在6月上旬发生频数最高。凌晨时段是两类涡旋的高发期;西南涡日间的生成数目多于夜间, 而大别山低涡则与之相反。(2)绝大多数西南涡和大别山低涡维持时间少于12 h;绝大多数西南涡维持准静止, 而大别山低涡则主要向东北方向和偏东方向移动。(3)两类涡旋均为对流层中低层的低压系统, 其中大别山低涡的垂直伸展层次较西南涡更低。相比于西南涡, 由于水汽条件更优, 大别山低涡所引发的降水更强, 强降水的凝结潜热释放使得大别山低涡的平均生命史比西南涡更长。(4)产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡而言, 对流层高层南亚高压的强度更强、辐散更显著;对流层中层与500 hPa西风带短波槽的配置条件更好;对流层低层涡旋中心附近的辐合更显著、切变更强;并且对流层中低层的上升运动更强。这些都是有利于降水发生与维持的有利条件, 而与降水凝结潜热密切相关的热力强迫使得产生前有降水的西南涡/大别山低涡相比于产生前无降水的西南涡/大别山低涡拥有更长的生命史长度, 更大的水平半径和更大的涡旋生命史内降水量。
2015, 20(3): 337-346.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.14242
摘要:
基于第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)11个模式历史情景的模拟结果计算得到了中国区域夏季的陆气耦合强度并进行集合平均, 结果表明, 位于半干旱区的华北和内蒙古地区陆气耦合强度相对较强, 西部干旱区的陆气耦合强度相对较弱, 位于湿润区的中国东北地区东部、长江中下游和西南地区陆气耦合强度最弱。利用上述模式集合平均结果与由NCEP再分析资料和欧洲中心的中期气象预报40年再分析资料(ERA40)计算得到的陆气耦合强度相比较, 结果显示这些模式的集合平均与再分析资料NCEP和ERA40的计算结果有较好的一致性。利用历史情景模拟和不同的典型排放路径(RCP), 即低排放情景RCP2.6、中排放情景RCP4.5和高排放情景RCP8.5下的模拟结果预估陆气耦合强度未来变化。结果显示:与历史情景相比较, 位于湿润区的中国南方地区蒸散发的主要控制因子是温度, 在3种排放情景下随着温度上升引起蒸散发增加所导致陆气耦合强度升高;位于青藏高原以及半干旱区的内蒙古大部分地区蒸散发在未来的年际变化幅度减弱导致陆气耦合指数降低;位于西北干旱区陆气耦合强度在RCP2.6和RCP4.5情景上升, 然而在RCP8.5情景下陆气耦合强度下降, 其原因是在高排放情景下, 水汽平流输送明显增强, 局地蒸散发异常对空气湿度变化的贡献减弱, 导致了陆气耦合强度降低。未来预估结果在中国南方可信度相对较高, 从全国来看, 在RCP4.5情景下可信度相对较高。
基于第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)11个模式历史情景的模拟结果计算得到了中国区域夏季的陆气耦合强度并进行集合平均, 结果表明, 位于半干旱区的华北和内蒙古地区陆气耦合强度相对较强, 西部干旱区的陆气耦合强度相对较弱, 位于湿润区的中国东北地区东部、长江中下游和西南地区陆气耦合强度最弱。利用上述模式集合平均结果与由NCEP再分析资料和欧洲中心的中期气象预报40年再分析资料(ERA40)计算得到的陆气耦合强度相比较, 结果显示这些模式的集合平均与再分析资料NCEP和ERA40的计算结果有较好的一致性。利用历史情景模拟和不同的典型排放路径(RCP), 即低排放情景RCP2.6、中排放情景RCP4.5和高排放情景RCP8.5下的模拟结果预估陆气耦合强度未来变化。结果显示:与历史情景相比较, 位于湿润区的中国南方地区蒸散发的主要控制因子是温度, 在3种排放情景下随着温度上升引起蒸散发增加所导致陆气耦合强度升高;位于青藏高原以及半干旱区的内蒙古大部分地区蒸散发在未来的年际变化幅度减弱导致陆气耦合指数降低;位于西北干旱区陆气耦合强度在RCP2.6和RCP4.5情景上升, 然而在RCP8.5情景下陆气耦合强度下降, 其原因是在高排放情景下, 水汽平流输送明显增强, 局地蒸散发异常对空气湿度变化的贡献减弱, 导致了陆气耦合强度降低。未来预估结果在中国南方可信度相对较高, 从全国来看, 在RCP4.5情景下可信度相对较高。
2015, 20(3): 347-355.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.14246
摘要:
应用基于GEV(Generalized Extreme Value)分布的平稳/非平稳极值概率模型, 拟合中国区域489站自建站至2013年极端最高、最低温度和日最大降水量的年极值序列, 并导出极值的重现水平及其变率随重现期和时间变化的一般表达式。着重分析了气候极值的“常态”(重现期为2年)与“极端态”(重现期为50年)的变化趋势及其线性变率的空间格局。详细探讨了极值的常态与极端态变化趋势相反的原因以及可能的影响。结果表明, 极端最高温度在东部季风区普遍适用平稳模型;在其他地区更适用非平稳模型, 其常态和极端态都以增温为主。极端最低温度在全国范围内普遍适用非平稳模型, 其常态和极端态也都以增温为主, 但在东北局部地区极端态呈现与常态相反的降温趋势。日最大降水量则在全国范围内普遍适用平稳模型。当GEV分布的尺度参数随时间变化时, 与极值的常态相比, 极端态的变率范围要大得多, 并可能导致两者的变率异号的情形;尤其是当气候极值的常态日趋平缓而极端态却日益极端时, 可能导致更为剧烈的灾害性天气。
应用基于GEV(Generalized Extreme Value)分布的平稳/非平稳极值概率模型, 拟合中国区域489站自建站至2013年极端最高、最低温度和日最大降水量的年极值序列, 并导出极值的重现水平及其变率随重现期和时间变化的一般表达式。着重分析了气候极值的“常态”(重现期为2年)与“极端态”(重现期为50年)的变化趋势及其线性变率的空间格局。详细探讨了极值的常态与极端态变化趋势相反的原因以及可能的影响。结果表明, 极端最高温度在东部季风区普遍适用平稳模型;在其他地区更适用非平稳模型, 其常态和极端态都以增温为主。极端最低温度在全国范围内普遍适用非平稳模型, 其常态和极端态也都以增温为主, 但在东北局部地区极端态呈现与常态相反的降温趋势。日最大降水量则在全国范围内普遍适用平稳模型。当GEV分布的尺度参数随时间变化时, 与极值的常态相比, 极端态的变率范围要大得多, 并可能导致两者的变率异号的情形;尤其是当气候极值的常态日趋平缓而极端态却日益极端时, 可能导致更为剧烈的灾害性天气。
2015, 20(3): 356-368.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.14255
摘要:
为满足当前对京津冀地区霾研究和控制的迫切要求, 本文梳理了近年来京津冀地区霾的长期变化特征、天气学特征、污染物来源等相关研究成果, 发现:从2000年以后, 京津冀地区的霾日数呈现出了下降趋势;北京细颗粒物(PM2.5)质量浓度也在总体上呈现下降的趋势, 但2013年年均质量浓度仍高达89.5 μg m-3, 约为我国空气质量标准的3倍(35 μg m-3), 京津冀空气污染的形势依然严峻;近年来京津冀地区的霾污染事件频发可以归因为不利天气条件与大量污染物人为排放的共同作用;大量的研究表明, 区域输送对京津冀地区霾事件的形成和维持有不可忽视的影响;京津冀地区的大气污染不再局限于一时一地, 针对重污染天气的预警以及应急控制应该以区域预报为基础实现区域联动;京津冀地区独特的地理环境条件加上城市群的快速发展, 形成的局地大气环流也会对局地的污染过程产生重大的影响;大气边界层内气象要素的变化对重污染发生具有显著贡献。京津冀地区的污染控制需要城市群的联动应对治理。
为满足当前对京津冀地区霾研究和控制的迫切要求, 本文梳理了近年来京津冀地区霾的长期变化特征、天气学特征、污染物来源等相关研究成果, 发现:从2000年以后, 京津冀地区的霾日数呈现出了下降趋势;北京细颗粒物(PM2.5)质量浓度也在总体上呈现下降的趋势, 但2013年年均质量浓度仍高达89.5 μg m-3, 约为我国空气质量标准的3倍(35 μg m-3), 京津冀空气污染的形势依然严峻;近年来京津冀地区的霾污染事件频发可以归因为不利天气条件与大量污染物人为排放的共同作用;大量的研究表明, 区域输送对京津冀地区霾事件的形成和维持有不可忽视的影响;京津冀地区的大气污染不再局限于一时一地, 针对重污染天气的预警以及应急控制应该以区域预报为基础实现区域联动;京津冀地区独特的地理环境条件加上城市群的快速发展, 形成的局地大气环流也会对局地的污染过程产生重大的影响;大气边界层内气象要素的变化对重污染发生具有显著贡献。京津冀地区的污染控制需要城市群的联动应对治理。
