2021年 第26卷 第6期
2021, 26(6): 591-607.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20113
摘要:
利用月平均的HadISST海表温度、NCEP再分析资料、OAFlux海表面热通量及相关物理量资料、NCAR/NOAA云量场资料，分析了热带太平洋海表热通量的年际特征，并且进一步分析了传统El Niño和El Niño Modoki事件中湍流热通量的异常演变特征以及影响因子。在热带太平洋上，净热通量的年际变化最大振幅出现在赤道太平洋上，且主要取决于潜热通量和短波辐射通量的变化。本文还利用两类ENSO事件旺盛期海温指数对不同时期海面热通量场的偏回归分析，考察了热带太平洋海表面热通量与两类ENSO事件中海温的联系。两类海温指数对各时期热带太平洋净热通量的回归均表现为赤道太平洋上存在显著的负异常，在Niño3指数偏回归下的负异常范围和强度都较El Niño Modoki指数回归的要大，且更偏于赤道东太平洋，而旺盛期海温对同期赤道东太平洋上湍流热通量的影响最大。
利用月平均的HadISST海表温度、NCEP再分析资料、OAFlux海表面热通量及相关物理量资料、NCAR/NOAA云量场资料，分析了热带太平洋海表热通量的年际特征，并且进一步分析了传统El Niño和El Niño Modoki事件中湍流热通量的异常演变特征以及影响因子。在热带太平洋上，净热通量的年际变化最大振幅出现在赤道太平洋上，且主要取决于潜热通量和短波辐射通量的变化。本文还利用两类ENSO事件旺盛期海温指数对不同时期海面热通量场的偏回归分析，考察了热带太平洋海表面热通量与两类ENSO事件中海温的联系。两类海温指数对各时期热带太平洋净热通量的回归均表现为赤道太平洋上存在显著的负异常，在Niño3指数偏回归下的负异常范围和强度都较El Niño Modoki指数回归的要大，且更偏于赤道东太平洋，而旺盛期海温对同期赤道东太平洋上湍流热通量的影响最大。
2021, 26(6): 608-620.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20156
摘要:
城市地区大气气溶胶颗粒的物理化学特性复杂，理清单颗粒精细的化学成分和混合状态对于大气污染溯源和精细治理具有重要意义。本研究利用被动式气溶胶采样器分别在山东省日照市城区和钢铁园区两个区域进行了定点采样，并利用智能扫描电镜环境颗粒物分析系统（IntelliSEM EPAS）对采集的大气单颗粒物样品进行分析。结果表明，日照市大气颗粒物主要由不规则碳质颗粒（C-rich）、含硫颗粒（Ca-S、Na-S-Ca）与矿物颗粒组成。其中，城区样品中C-rich颗粒数量贡献为53.5%，是钢铁园区样品的2.5倍，大于1 μm的颗粒物数量为9.0%，是钢铁园区样品的1.7倍，城区居民活动和工业过程是城市中大气颗粒物特别是二次细颗粒的主要来源。钢铁园区样品中含硫颗粒物数量贡献为72.9%，含硫颗粒物质量贡献为30.9%，富铁颗粒物质量贡献为5.3%，分别是城区样品的1.8倍、3.6倍和2.9倍，表明钢铁园区大气颗粒物的主要来源包括钢铁企业排放的一次污染物及其转化生成的二次细颗粒物。
城市地区大气气溶胶颗粒的物理化学特性复杂，理清单颗粒精细的化学成分和混合状态对于大气污染溯源和精细治理具有重要意义。本研究利用被动式气溶胶采样器分别在山东省日照市城区和钢铁园区两个区域进行了定点采样，并利用智能扫描电镜环境颗粒物分析系统（IntelliSEM EPAS）对采集的大气单颗粒物样品进行分析。结果表明，日照市大气颗粒物主要由不规则碳质颗粒（C-rich）、含硫颗粒（Ca-S、Na-S-Ca）与矿物颗粒组成。其中，城区样品中C-rich颗粒数量贡献为53.5%，是钢铁园区样品的2.5倍，大于1 μm的颗粒物数量为9.0%，是钢铁园区样品的1.7倍，城区居民活动和工业过程是城市中大气颗粒物特别是二次细颗粒的主要来源。钢铁园区样品中含硫颗粒物数量贡献为72.9%，含硫颗粒物质量贡献为30.9%，富铁颗粒物质量贡献为5.3%，分别是城区样品的1.8倍、3.6倍和2.9倍，表明钢铁园区大气颗粒物的主要来源包括钢铁企业排放的一次污染物及其转化生成的二次细颗粒物。
2021, 26(6): 621-636.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20146
摘要:
系统评估了美国第二代气候预测系统（CFSv2）对1983～2019年北半球春季逐月南极涛动（AAO）的预测效能及可能成因。结果表明，CFSv2模式对3月、4月和5月AAO空间模态预测效能较好，但是耦合模式仅对3月的AAO年际变化具有较好的预测能力，对4月和5月AAO年际变化的预测能力较差。热带中东太平洋和澳大利亚以东太平洋海温异常有可能是3月AAO年际变化的可预测性来源。一方面，3月厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）与AAO之间关系显著，而4、5月两者之间关系减弱。 3月ENSO激发PSA（Pacific–South American）波列传播到南太平洋上，通过影响南太平洋海温异常以及低层气旋性环流异常影响3月AAO的年际变化。另一方面，3月澳大利亚以东太平洋海温异常在副热带急流核心区域激发活跃的Rossby波列，该波列由澳大利亚东部向东南频散到南太平洋中高纬地区，造成该地区位势高度异常，使得副热带地区30°S西风减弱，南半球高纬60°S西风加强，进而影响AAO的变化。CFSv2对3月AAO的预测效能高于4月和5月的主要原因是CFSv2模式能够很好再现3月AAO与ENSO、澳大利亚以东海温之间的关系及其影响机制。
系统评估了美国第二代气候预测系统（CFSv2）对1983～2019年北半球春季逐月南极涛动（AAO）的预测效能及可能成因。结果表明，CFSv2模式对3月、4月和5月AAO空间模态预测效能较好，但是耦合模式仅对3月的AAO年际变化具有较好的预测能力，对4月和5月AAO年际变化的预测能力较差。热带中东太平洋和澳大利亚以东太平洋海温异常有可能是3月AAO年际变化的可预测性来源。一方面，3月厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）与AAO之间关系显著，而4、5月两者之间关系减弱。 3月ENSO激发PSA（Pacific–South American）波列传播到南太平洋上，通过影响南太平洋海温异常以及低层气旋性环流异常影响3月AAO的年际变化。另一方面，3月澳大利亚以东太平洋海温异常在副热带急流核心区域激发活跃的Rossby波列，该波列由澳大利亚东部向东南频散到南太平洋中高纬地区，造成该地区位势高度异常，使得副热带地区30°S西风减弱，南半球高纬60°S西风加强，进而影响AAO的变化。CFSv2对3月AAO的预测效能高于4月和5月的主要原因是CFSv2模式能够很好再现3月AAO与ENSO、澳大利亚以东海温之间的关系及其影响机制。
2021, 26(6): 637-647.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21055
摘要:
采用657个气象站点2000～2019年气象数据和遥感数据，基于体感温度（Apparent Temperature）指数，以人体热舒适为基础综合考虑气温、湿度、风速和辐射这些气象因素来讨论中国暖季（5～10月）的户外高温风险的分布情况，制成1 km分辨率的户外高温风险地图。与以温度为单一指标的高温分类结果对比，基于体感温度的高温风险区划分的更详细，更符合人的热感知，将帮助易受潜在高温风险影响的户外工作者做好自身防护。结果表明：热风险等级和天数基本符合从南向北，从东向西递减的规律。全国热风险等级最高和热风险天数最长的地区是长江中下游和广东—广西—海南地区，热风险天数可达140 d以上；华北地区在100～120 d之间，北方地区出现热风险的天数在50～90 d之间。其次，各省的热风险等级在6月、7月、8月达到峰值。另外，新疆吐鲁番地区、西藏南部河谷这些地区在整个暖季都面临着不同等级的热风险，属于局部热点地区。本研究充分考虑了影响户外热舒适度的几个要素，划定的风险等级和区域可以为户外工作者提供高温避险指导，使其最大程度的免受高温带来的伤害。还可以为我国不同地区制定更详细的高温补贴措施提供科学依据。
采用657个气象站点2000～2019年气象数据和遥感数据，基于体感温度（Apparent Temperature）指数，以人体热舒适为基础综合考虑气温、湿度、风速和辐射这些气象因素来讨论中国暖季（5～10月）的户外高温风险的分布情况，制成1 km分辨率的户外高温风险地图。与以温度为单一指标的高温分类结果对比，基于体感温度的高温风险区划分的更详细，更符合人的热感知，将帮助易受潜在高温风险影响的户外工作者做好自身防护。结果表明：热风险等级和天数基本符合从南向北，从东向西递减的规律。全国热风险等级最高和热风险天数最长的地区是长江中下游和广东—广西—海南地区，热风险天数可达140 d以上；华北地区在100～120 d之间，北方地区出现热风险的天数在50～90 d之间。其次，各省的热风险等级在6月、7月、8月达到峰值。另外，新疆吐鲁番地区、西藏南部河谷这些地区在整个暖季都面临着不同等级的热风险，属于局部热点地区。本研究充分考虑了影响户外热舒适度的几个要素，划定的风险等级和区域可以为户外工作者提供高温避险指导，使其最大程度的免受高温带来的伤害。还可以为我国不同地区制定更详细的高温补贴措施提供科学依据。
2021, 26(6): 648-662.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20160
摘要:
地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力，是影响地表辐射能量收支平衡的关键参数。本文以淮河流域为例，利用MODIS（MODerate resolution Imaging Spectroradiometer）数据，采用网格趋势分析、异常变化分析、相关分析和灰色关联度分析等方法，分析了淮河流域2005～2015年地表反照率的时空变化规律，以及土地利用类型、地形因子、地表参数和气候等影响因子。结果表明：淮河流域年平均地表反照率整体呈“北高南低、东高西低”的空间分布规律，变化在0.043～0.223，平均值为 0.145。低值区主要集中于水体密集和山区丘陵地带，且标准差相对较小；高值区主要集中于流域中部及东部平原地带，且标准差较大。61.5%的区域地表反照率呈增加趋势，且存在季节性差异，夏季平均地表反照率最大，春季次之，秋季最小，冬季则由于降雪覆盖和农田利用的影响波动幅度较大。淮河流域地表反照率与归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、地表温度、气温和降水在大部分区域呈正相关，面积占比分别达到90.23%、82.32%、85.41%和93.70%。灰色关联度分析表明，不同土地利用类型（水体除外）下年均地表反照率受各因子影响排序为：NDVI>气温>地表温度>降水，空间变化受各因子影响排序为：NDVI>降水>地表温度>气温>高程。
地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力，是影响地表辐射能量收支平衡的关键参数。本文以淮河流域为例，利用MODIS（MODerate resolution Imaging Spectroradiometer）数据，采用网格趋势分析、异常变化分析、相关分析和灰色关联度分析等方法，分析了淮河流域2005～2015年地表反照率的时空变化规律，以及土地利用类型、地形因子、地表参数和气候等影响因子。结果表明：淮河流域年平均地表反照率整体呈“北高南低、东高西低”的空间分布规律，变化在0.043～0.223，平均值为 0.145。低值区主要集中于水体密集和山区丘陵地带，且标准差相对较小；高值区主要集中于流域中部及东部平原地带，且标准差较大。61.5%的区域地表反照率呈增加趋势，且存在季节性差异，夏季平均地表反照率最大，春季次之，秋季最小，冬季则由于降雪覆盖和农田利用的影响波动幅度较大。淮河流域地表反照率与归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、地表温度、气温和降水在大部分区域呈正相关，面积占比分别达到90.23%、82.32%、85.41%和93.70%。灰色关联度分析表明，不同土地利用类型（水体除外）下年均地表反照率受各因子影响排序为：NDVI>气温>地表温度>降水，空间变化受各因子影响排序为：NDVI>降水>地表温度>气温>高程。
2021, 26(6): 663-677.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20161
摘要:
针对京津冀高温模拟，综合运用卫星和地面气象观测数据、参数敏感性试验等技术方法，确定了耦合了多层城市冠层模型的中尺度数值模式（WRF/BEP/BEM）的地表反照率、比辐射率和人为热等参数的本地化配置。数值对比试验表明，参照试验中优化地表反照率、比辐射率和人为热（通过本地优化BEM输入参数来实现）等参数后，模式对京津冀高温模拟的效果均有显著提高，65%及以上的城市站点，参照试验比敏感性试验模拟误差降低0.5℃以上。经参数优化的WRF/BEP/BEM，较好地模拟了2010年以来京津冀地区5次极端高温过程，模拟结果与观测的标准差分别为1.4°C、0.8°C、0.9°C、1.0°C和0.7°C，分别较ERA5与观测的标准差减小26.3%、61.9%、40.0%、41.2%和36.3%。参数本地优化的WRF/BEP/BEM，可进一步应用于京津冀极端高温的相关研究，特别是城市化对极端高温作用机理的研究。
针对京津冀高温模拟，综合运用卫星和地面气象观测数据、参数敏感性试验等技术方法，确定了耦合了多层城市冠层模型的中尺度数值模式（WRF/BEP/BEM）的地表反照率、比辐射率和人为热等参数的本地化配置。数值对比试验表明，参照试验中优化地表反照率、比辐射率和人为热（通过本地优化BEM输入参数来实现）等参数后，模式对京津冀高温模拟的效果均有显著提高，65%及以上的城市站点，参照试验比敏感性试验模拟误差降低0.5℃以上。经参数优化的WRF/BEP/BEM，较好地模拟了2010年以来京津冀地区5次极端高温过程，模拟结果与观测的标准差分别为1.4°C、0.8°C、0.9°C、1.0°C和0.7°C，分别较ERA5与观测的标准差减小26.3%、61.9%、40.0%、41.2%和36.3%。参数本地优化的WRF/BEP/BEM，可进一步应用于京津冀极端高温的相关研究，特别是城市化对极端高温作用机理的研究。
2021, 26(6): 678-690.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21006
摘要:
我国月—季降水分布在空间上存在类似于大气环流遥相关的空间遥相关型。本文基于中国近57年夏季降水资料研究了我国夏季降水空间遥相关型的主要空间模态特征及其年代际变化，评估并改进了BCC_CSM模式、ECMWF_SYSTEM4模式以及NCEP_CFSV2模式对中国夏季降水的预测能力。研究结果显示，中国夏季降水实况中存在华北—长江下游、华东—中国中北部、华南—长江流域、西南—东北中部等4类显著的空间遥相关型。动力模式可以预测大尺度的降水分布，而对于不同区域之间降水遥相关这种雨带细节特征的预测能力则较为薄弱，存在着较多虚假相关。为改善模式降水预测技巧，以实况中的降水遥相关型作为约束条件构建了修正方案，以此来修正模式中的降水遥相关型分布。结果显示，经过修正能够有效地改善模式对东北中部、长江下游的预测能力，4年的回报检验结果显示，模式预测的平均距平一致率从47%提高为58%；平均均方根误差从153 mm减小为120 mm；平均趋势异常综合检验（PS）评分从64提高为73。
我国月—季降水分布在空间上存在类似于大气环流遥相关的空间遥相关型。本文基于中国近57年夏季降水资料研究了我国夏季降水空间遥相关型的主要空间模态特征及其年代际变化，评估并改进了BCC_CSM模式、ECMWF_SYSTEM4模式以及NCEP_CFSV2模式对中国夏季降水的预测能力。研究结果显示，中国夏季降水实况中存在华北—长江下游、华东—中国中北部、华南—长江流域、西南—东北中部等4类显著的空间遥相关型。动力模式可以预测大尺度的降水分布，而对于不同区域之间降水遥相关这种雨带细节特征的预测能力则较为薄弱，存在着较多虚假相关。为改善模式降水预测技巧，以实况中的降水遥相关型作为约束条件构建了修正方案，以此来修正模式中的降水遥相关型分布。结果显示，经过修正能够有效地改善模式对东北中部、长江下游的预测能力，4年的回报检验结果显示，模式预测的平均距平一致率从47%提高为58%；平均均方根误差从153 mm减小为120 mm；平均趋势异常综合检验（PS）评分从64提高为73。
2021, 26(6): 691-702.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20165
摘要:
中国气象档案馆馆藏1981年以来的木本、草本、虫鸟两栖动物自然物候观测资料，是现有中国境内覆盖范围最广、持续时间最长的自然物候观测数据。通过对数字化档案与电子报文进行数据清洗与质量控制，研制出1981～2018年中国动植物自然物候长序列数据集，分为木本、草本、虫鸟两栖动物3个子集。其中草本植物子集样本13936条，42个物种，12种物候期，数据实有率94.8%；木本植物子集样本36495条，111个物种，18种物候期，数据实有率78.3%；虫鸟两栖动物子集样本15513条，18个物种，2种物候期，实有率95.9%。以北京地区木本植物物候数据分析为例，验证了该地区物候变化与现有气候变化研究结论相吻合。
中国气象档案馆馆藏1981年以来的木本、草本、虫鸟两栖动物自然物候观测资料，是现有中国境内覆盖范围最广、持续时间最长的自然物候观测数据。通过对数字化档案与电子报文进行数据清洗与质量控制，研制出1981～2018年中国动植物自然物候长序列数据集，分为木本、草本、虫鸟两栖动物3个子集。其中草本植物子集样本13936条，42个物种，12种物候期，数据实有率94.8%；木本植物子集样本36495条，111个物种，18种物候期，数据实有率78.3%；虫鸟两栖动物子集样本15513条，18个物种，2种物候期，实有率95.9%。以北京地区木本植物物候数据分析为例，验证了该地区物候变化与现有气候变化研究结论相吻合。
