摘要:

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摘要:干旱/半干旱区气候变化研究一直是广泛关注的前沿科学问题,尤其是气候干湿变化规律及未来的发展趋势。过去大量的研究揭示了全球不同干旱/半干旱区的干湿变化事实和机理,取得了一系列重要进展,IPCC第6次评估报告明确指出未来全球干旱化将加剧,但也存在诸多问题没有得到一致的认识。本文将对全球变暖背景下有关干旱/半干旱区年代尺度干湿变化,特别是年代尺度干旱研究进行梳理,系统评述当前相关研究的现状并提出干旱/半干旱区研究所面临的关键科学问题。

摘要:短寿命气候强迫因子(Short-lived Climate Forcers,SLCFs)对大气污染和气候变化具有重要影响,政府间气候变化专门委员会(IPCC,2021)第六次评估报告(AR6)首次专门设立了关于SLCFs的独立章节,除了对人为源SLCFs评估以外,报告也包含了对于自然源SLCFs及其气候反馈的评估。特别地,在未来气候变暖和人为SLCFs持续减排的背景下,加深对SLCFs的自然源排放及其气候反馈的认识将更为重要。本文从自然源SLCFs排放评估、历史和未来气候情景下的排放变化、SLCFs的气候反馈几个方面解读了AR6中有关的最新结论。未来气候变暖情形下,闪电源NO_x、植被源BVOCs、生物质燃烧排放将会增加,土壤源NO_x、沙尘、海盐颗粒物和二甲基硫(Dimethlysulfide,DMS)对于气候变化的敏感性难以定量。同时,气候变化驱动着SLCFs的排放量、大气含量或寿命的改变,这些过程整体上造成的负反馈参数为-0.20 W/m²/℃(-0.41～+0.01 W/m²/℃),可能从一定程度上缓解气候变暖。

摘要:基于CN05.1观测数据和一套经过降尺度偏差校正处理的模式(NEX-GDDP-CMIP6)数据,结合泰勒图、GEV极值拟合等方法,综合评估了模式对西南地区极端降水变化的模拟性能,并系统分析了未来西南地区不同重现期的极端降水演变趋势及其人口暴露度变化。结果表明,NEX-GDDP-CMIP6模式及其集合(N-CMIP6-MME)能够较好地再现观测极端降水的时空变化特征,且多模式集合结果优于大多数单个模式。未来西南地区绝大多数区域的降水和极端降水将持续增加,十年一遇、二十年一遇极端降水事件也呈增加趋势,使得未来西南地区人口暴露于不同重现期极端降水的风险进一步增加。相比十年一遇,重现期为20 a的极端降水事件增加速度更快,增加范围更广,模式一致性也更高,对应的人口暴露度增加幅度更大。到2050年左右,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下二十年一遇的RX1day(RX5day)分别增加了175.2％(148.9％)、216.0％(162.4％)、210.9％(156.8％)和274.3％(207.1％),对应人口暴露度分别增加了129.1％(118.8％)、177.7％(135.1％)、182.4％(143.2％)和237.5％(161.5％)。进一步分析指出,在未来极端降水人口暴露度的变化中,气候变化占主导作用,其次是人口变化和人口-气候协同作用的影响。

摘要:利用再分析的陆地降水、环流和辐射数据,以及表征大气波动的指数,对比了1951—2020年期间El Niño春季快速衰减年和缓慢衰减年的东亚环流和华北夏季降水异常情况,并从大气波动强度的角度探讨了为何El Niño在一些年份的春季会发生快速衰减。结果表明,相较于其他不发生El Niño衰减的年份,El Niño春季快速衰减年华北7、8月的降水量显著偏多,尤其是8月;而El Niño缓慢衰减年夏季,华北降水相较其他年份偏多不明显。El Niño春季快速衰减年6—8月850 hPa上菲律宾到南海存在异常反气旋,其强度强于El Niño缓慢衰减年;El Niño春季快速衰减年8月500 hPa西太平洋副热带高压(西太副高)显著偏北,而缓慢衰减年西太副高偏北的特征不明显,而是以偏西为主;200 hPa副热带西风急流在El Niño春季快速衰减年8月显著偏北,而在El Niño缓慢衰减年中反而略偏南;El Niño春季快速衰减年6—8月沃克环流显著偏强,相比之下El Niño缓慢衰减年沃克环流偏强的特征要弱很多。上述环流异常特征为El Niño春季快速衰减年华北7—8月降水异常偏多提供了有利条件。通过近地面风场合成分析发现,春季El Niño快速衰减月前后,赤道中西太平洋异常东风爆发非常明显,而El Niño缓慢衰减年的异常东风信号较弱。春季El Niño快速衰减前印度洋对流活动非常强盛,并向海洋性大陆传播,这种对流可能通过不断激发大气波动,继而引发近地面东风爆发,最终导致El Niño出现快速衰减。

摘要:采用1979—2020年观测和再分析资料,研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明,年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖);转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下:5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源;相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱;类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部;相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。

摘要:青藏高原(简称高原,下同)地形复杂,各个区域土壤条件差异较大,土壤砾石与有机质对土壤水热有较大的影响。本文使用耦合了CLM4.5的区域气候模式RegCM4.7,通过修改模式所用地表数据以及相应的土壤水热参数化方案,分别建立了砾石方案(test2)和砾石-有机质方案(test3)。模拟结果表明:test2较原方案(test1)对于高原西部的模拟效果提升明显,但对于高原东部的模拟效果欠佳。test3在test2的基础上,提升了高原中部与东部浅层土壤的模拟效果。test3的浅层土壤区域平均温度均方根误差从2.11 ℃下降到0.47 ℃,浅层土壤区域平均湿度均方根误差从0.05 mm³·mm^-3下降到0.01 mm³·mm^-3。同时,三种方案均能较好地模拟高原的地表温度。其中test3误差最小,区域平均的均方根误差从2.18 ℃下降到0.74 ℃,与再分析数据更加接近。

摘要:基于NCEP/NCAR再分析资料及6个CMIP6全球气候模式模拟资料,对1961—2014年北半球湿热指数表征的热不舒适天数与风寒指数表征的冷不舒适天数历史变化进行归因分析,并预估未来(2015—2100年)4种不同情景下不舒适天数的变化趋势。结果表明:历史时期北半球中低(中高)纬度地区热(冷)不舒适天数偏多且不舒适天数显著增加(减少)。其中,高纬度(中纬度)地区能够检测到历史全强迫,人为强迫和温室气体强迫的影响,且温室气体强迫主导了冷(热)不舒适天数变化。低纬度地区,热不舒适天数显著增加可归因于人为温室气体强迫作用,气溶胶强迫能够产生相反的作用降低热不舒适的发生率,冷不舒适天数则受气候系统内部的调控作用。未来热(冷)不舒适天数将持续增加(减少),其中ssp585与ssp370情景下舒适度变化显著,ssp126与ssp245情景下,2080年后北半球人类遭受的冷热不舒适感将维持在稳定的水平。

摘要:2008年初和2016年初分别经历了一次中等强度以上的La Niña和El Niño事件,在不同的厄尔尼诺-南方涛动(El Niño/Southern Oscillation,ENSO)背景下,云南均发生了低温雨雪冰冻天气。本文利用大气环流、海表温度、云南124个观测站逐月温度等资料,通过多种统计方法探讨了不同ENSO背景下极端冷事件发生的原因。结果表明:1)2008年初和2016年初云南冬季极端冷事件在2月表现更明显。2)不同ENSO背景下,2月大气环流和云南气温变化差异较大。La Niña(El Niño)年西伯利亚高压加强(减弱),位势高度场北(西)高南(东)低,西太平洋副高偏弱(强),菲律宾异常(反)气旋西北侧异常北(南)风加强,东亚冬季风偏强(弱),云南东部气温偏低(高)。3)2008年和2016年的东北太平洋大气环流异常对赤道中东太平洋海温异常均有响应,同时2008年赤道中东太平洋冷海温作用激发的菲律宾气旋西部偏北气流对东亚冬季风的加强和向南活动有重要影响,而2016年赤道中东太平洋暖海温对菲律宾地区环流变化的影响并不显著。4)北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北极海冰变化对2008年2月和2016年2月西伯利亚高压的加强的影响表现出一定的差异特征,2月AO负位相变化对2008年西伯利亚高压的加强影响较大,而2月北极海冰偏少对2016年西伯利亚高压加强的影响显著。

摘要:本文基于华北夏季降水数据、NCEP/NCAR再分析环流数据,采用了相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水的关系。主要结果如下:1)东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水有很好的对应关系。当两个指数偏强时,华北夏季降水会异常偏多;两个指数偏弱,华北夏季降水异常偏少;如果两个指数强弱不一致时,华北会出现区域性降水偏多情况,但全区整体降水量基本为正常值。2)华北夏季降水异常是东亚副热带夏季风和华北大气动力上升运动协同作用的结果。在东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强年,夏季500 hPa层贝加尔湖槽会加深、西北太平洋副热带高压会偏北,华北处于“东高西低”的环流型控制下,西部低槽东移受阻,在华北维持较长时间的大气上升运动;850 hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风会偏强,这时热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送或东南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。这种高、低空环流配置非常有利于造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。3)前期4—5月,东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强,可以作为华北夏季降水异常偏多的一个气候监测预测指标。

摘要:利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水量资料,根据运动学锋生原理,分析了2020年江淮梅雨期锋生特征和两类不同性质暴雨锋生的差异,揭示了不同层次锋生与降水的对应关系。研究结果表明:1)2020年梅雨期锋生特征显著,强降水与中低层锋生有较好对应关系,其中形变项占主要贡献,散度项次之,倾斜项最弱。强降水时段总锋生、散度和形变锋生作用叠加。2)江苏地区自北向南锋生特征有差异,强度逐渐减弱,锋生发展高度逐渐降低。不同类型降水锋生特征不同,对流性降水锋生范围偏大、发展层次高、锋生中心偏强,总锋生和各分解项叠加作用显著,稳定性降水锋生特征反之。3)典型过程对流降水“6.28”和稳定性降水“7.11”对比表明:锋区位置相近,锋生作用均出现在江淮切变线附近,锋区、切变线和θ_se密集带三者对应较好。降水落区有差异,对流性降水过程中,由于干冷空气的显著南压,使得主要降水发生在锋面南侧暖区,与多个次锋生中心相对应;稳定性降水过程中冷暖空气势力相当,降水主要集中在主锋区附近,触发机制和降水性质不同导致降水分布差异。4)两次过程垂直锋区由低到高均有向北倾斜的特征,“6.28”过程锋区南侧有显著暖湿气流输送,锋区内为强烈上升运动,低层辐合高层辐散的环流场使得锋区维持。“7.11”过程垂直上升运动高度偏低,高空没有显著辐散场,对流性较弱。对两类降水垂直锋区的合成分析表明,对流性降水的低层锋生明显强于稳定性降水,由低层锋区造成的抬升触发作用对强降水形成更加有利,同时垂直风场的合成中上升运动也更加强烈。两类降水中,中低层散度和形变锋生由低到高均为先增大后减小,强降水主要由700 hPa以下锋生增强导致,中高层大气基本为锋消作用。

摘要:本研究评估了现有热带气旋(Tropical Cyclone,TC)潜在生成指数(Genesis Potential Indice,GPI)对北大西洋和西北太平洋热带气旋生成频数(TC Genesis Frequency,TCGF)时空特征的表征能力。结果表明,现阶段使用的GPIs能较好地再现两个海盆TCGF的空间分布和季节循环特征,以及北大西洋TCGF的年际变化,但几乎不能模拟西太平洋TCGF年际时间尺度上的变化。利用美国联合飓风警报中心(Joint Typhoon Warming Center,JTWC)提供的1979—2017年热带气旋最佳路径数据集和ERA-Interim再分析数据,对西北太平洋GPI进行了改进。考虑到相对涡度在西北太平洋对热带气旋生成的重要作用,将绝对涡度分离为相对涡度和地转涡度(f),移除相对湿度,使用多元线性回归的方法构建了GPI_WNP。与现有GPIs相比,改进后的GPI_WNP不仅对西北太平洋TCGF的空间分布和季节循环有较好的模拟能力,并且可以再现其年际变化特征。

摘要:利用2018年4月—2019年4月南京盘城大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测数据,分析了城镇感热通量的时空变化特征及影响因素。结果表明:1)南京城镇感热通量呈单峰型日变化特征,白天明显大于夜间,且白天晴天明显大于阴天,夜间晴天略小于阴天,晴、阴天小时感热通量年平均分别在2.25～200.53 W·m^-2、13.10～132.52 W·m^-2波动。2)城镇感热通量夏季明显大于冬季,8月昼、夜分别为112.19、23.54 W·m^-2,2月昼、夜分别为35.57、11.57 W·m^-2。3)晴天白天条件下,不同风向(通量贡献源区)城镇感热通量存在显著差异,即随着不透水层占比的增加,净辐射分配到感热通量的比例明显提高,当占比大于60％时提高趋势不明显。4)以莫宁-奥布霍夫长度判断大气稳定度为标准,C²_n法在计算感热通量的5种大气稳定度判断方法中的误判率较低且数据源于LAS,是比较适宜城镇夜间大气稳定度的判断方法。5)在影响城镇感热通量的地表参数中,有效高度变化的影响最大,风速变化的影响较大特别在秋冬季节更为明显,波文比变化对城镇感热通量的影响较小,温度、地表粗糙度和零平面位移变化的影响可忽略不计。