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用外部强迫因子对近百年陆地降水变化的统计建模试验

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科学通报 2020年第21期65卷 2266-2278页

作者：李庆祥中山大学大气科学学院广东省气候变化与自然灾害重点实验室广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

利用多元线性回归模型拟合历史气候变化经常会遇到残差自相关以及影响因子之间存在多重相关性的问题,从而导致模型出现病态.本研究利用多个自然强迫、人为活动因子的辐射强迫(有效辐射强迫)作为自变量,采用较为简单的组合统计模型将近... 详细信息

利用多元线性回归模型拟合历史气候变化经常会遇到残差自相关以及影响因子之间存在多重相关性的问题,从而导致模型出现病态.本研究利用多个自然强迫、人为活动因子的辐射强迫(有效辐射强迫)作为自变量,采用较为简单的组合统计模型将近百年陆地降水变化分解为自然强迫、人为活动的影响和内部变率(噪声),取得了较为合理的结论.首先采用多元线性回归(MLR)+差分滑动平均自回归(ARIMA)组合模型对全球及各纬度带陆地降水距平变化序列中人类活动和自然强迫因子的重要性进行了分析,发现全球和北半球中、高纬度陆地降水的模型解释方差较高(超过40%),且方程中人类活动因子的拟合系数具有高显著性,说明人类活动对这些区域降水变化具有显著贡献.进一步,利用偏最小二乘回归(PLSR)模型,量化了人为强迫多个分量对上述降水变化的各自影响(贡献),结果表明:火山爆发和多数人为因子对全球陆地降水的距平变化非常重要;只有人为气溶胶、尾迹卷云对于北半球中纬度、高纬度陆地降水距平变化一致性地表现为正贡献,而其他人为因子对不同纬度带的贡献是相反的,体现出一定的不确定性.

关键词：陆地降水数据集统计建模人为强迫自然强迫

南海及周边地区晚春初夏降水变异关联主模态及其机理

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中山大学学报（自然科学版） 2018年第5期57卷 1-9页

作者：简茂球彭敏罗欣中山大学大气科学学院∥季风与环境研究中心∥广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广东广州510275

基于近38年的观测资料,对南海及周边地区5、6份降水变异关联主模态及其机理进行了统计诊断分析。南海及周边地区5、6月份降水的第一关联主模态反映出5、6月的降水变异的空间分布相似,即中南半岛、南海及菲律宾海均为同号区,而在中国南... 详细信息

基于近38年的观测资料,对南海及周边地区5、6份降水变异关联主模态及其机理进行了统计诊断分析。南海及周边地区5、6月份降水的第一关联主模态反映出5、6月的降水变异的空间分布相似,即中南半岛、南海及菲律宾海均为同号区,而在中国南方地区则与之反号;时间尺度上以年际变化为主。该模态与前期发生的ENSO事件有密切联系,在ENSO冷事件(暖事件)的强迫作用下,使得5、6月份在南海-菲律宾附近出现持续的异常气旋(反气旋),进而影响南海及周边地区的降水的持续异常。第二模态显示南海及周边地区5月、6月降水异常的空间分布大致反相,其中在南海中部及菲律宾海的降水异常与我国东部的降水负异常反号;时间尺度以年代际变化为主。该模态主要是受南海夏季风爆发时间出现年代际提前的影响所致,其中又以低频季内分量的年代际变异的作用更为重要。

关键词：降水变异模机理南海及周边地区晚春初夏

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珠江三角洲秋季臭氧干沉降特征的数值模拟

中国环境科学 2019年第4期39卷 1345-1354页

作者：耿一超田春艳陈晓阳申冲王雪梅常鸣王明洁陈训来樊琦中山大学大气科学学院广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广东广州510275 暨南大学环境与气候研究院广东广州510632 深圳市国家气候观象台广东深圳518040

利用区域化学传输模式WRF-Chem对2014年10月珠江三角洲臭氧干沉降特征进行模拟,结果表明:臭氧干沉降通量呈现明显的时空分布差异,日间平均沉降通量[0.68μg/(m^2·s)]明显大于夜间[0.21μg/(m^2·s)];同时,珠江三角洲城区的臭氧沉降通... 详细信息

利用区域化学传输模式WRF-Chem对2014年10月珠江三角洲臭氧干沉降特征进行模拟,结果表明:臭氧干沉降通量呈现明显的时空分布差异,日间平均沉降通量[0.68μg/(m^2·s)]明显大于夜间[0.21μg/(m^2·s)];同时,珠江三角洲城区的臭氧沉降通量及日较差均比周边植被覆盖区小.受NO_x和VOCs等前体物以及各气象要素场的综合影响,臭氧浓度日变化具有明显的单峰型分布特征,在14:00～15:00达到峰值,秋季臭氧浓度高值区位于珠江三角洲主要排放源下风向区域的广佛交界、江门及中山东部等地区;臭氧的干沉降速率也具有明显的时空变化特征:从07:00～08:00的0.27cm/s开始迅速增大,10:00～16:00基本保持在0.60cm/s左右,17:00开始平缓减小至午夜的0.21cm/s左右;干沉降速率的变化主要受空气动力学阻抗R_a、粘性副层阻抗R_b以及表面阻抗R_c影响,研究表明夜间的干沉降速率主要受R_a影响,而日间R_c起主要作用.这3种阻抗分别受大气稳定度?摩擦速度和下垫面土地利用类型影响,在珠江三角洲区域亦表现出明显的时空变化特征.

关键词：珠江三角洲 WRF-Chem模式臭氧干沉降干沉降速率阻抗

基于TRMM卫星探测的南海及周边地区春夏季降水日变化特征

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热带地理 2017年第5期37卷 728-737页

作者：李芳洲李江南中山大学大气科学学院//广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广州510275

利用1998―2012年TRMM卫星资料,对南海及周边地区春季和夏季的降水日变化特征进行了研究。为了便于比较分析,把南海及其周边地区分为4个区域:华南地区、中南地区、马来群岛地区、南海地区。结果表明:1)南北半球低纬地区降水在春夏季呈... 详细信息

利用1998―2012年TRMM卫星资料,对南海及周边地区春季和夏季的降水日变化特征进行了研究。为了便于比较分析,把南海及其周边地区分为4个区域:华南地区、中南地区、马来群岛地区、南海地区。结果表明:1)南北半球低纬地区降水在春夏季呈反位相变化模态,南海季风爆发前后,马来群岛及周边海域的降水变化小于另外3个区域。2)昼夜差异最显著的地区是南海地区。华南地区夏季昼夜差异也较为显著。从春季到夏季,昼夜差异减小的有马来群岛和南海地区,而华南地区和中南地区都表现为增大。3)夏季,中南半岛和菲律宾岛2个区域表现出一种同步的日变化规律,降水峰值都发生在T 17:00―20:00,相比春季的降水峰值要提前;夏季南海地区的降水大值区也相比春季提前。4)中南地区和南海的降水谷值变化都非常平稳,但中南地区降水峰值在夏季年际变化较为显著,而南海地区的降水峰值在春季年际变化比较显著。

关键词： TRMM 春夏季降水日变化振幅南海

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海陆风环流中海盐气溶胶对大气影响的模拟

中国环境科学 2019年第4期39卷 1427-1435页

作者：沈傲田春艳刘一鸣申冲陈晓阳陈训来王明洁蓝静樊琦中山大学大气科学学院广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广东广州510275 深圳市国家气候观象台广东深圳518040 广州市气候与农业气象中心广东广州511430

采用WRF-CMAQ模式对2013年9月9～13日珠江口一次典型海陆风过程进行数值模拟,并进一步探讨了在此类型环流系统下,海盐气溶胶及其对大气环境的影响.结果表明:珠江口附近海风环流一般在14:00左右开始形成,17:00左右发展最旺盛,且在珠江口... 详细信息

采用WRF-CMAQ模式对2013年9月9～13日珠江口一次典型海陆风过程进行数值模拟,并进一步探讨了在此类型环流系统下,海盐气溶胶及其对大气环境的影响.结果表明:珠江口附近海风环流一般在14:00左右开始形成,17:00左右发展最旺盛,且在珠江口沿岸形成扇形风系.在海陆风环流影响下,珠江三角洲地区陆地上Na^+浓度从17:00开始增加,次日02:00左右达到最大,10:00以后开始下降.海盐气溶胶存在明显的氯亏损现象,其中白天的氯亏损情况远比晚上严重,细粒径的氯亏损情况比粗粒径严重.设置有无海盐气溶胶排放的敏感性试验进行对比研究发现:考虑海盐排放后,珠江口地区HCl,SO_4^(2-),NO_3^-的浓度均有增加,其中,HCl和NO_3^-的增加较多,SO_4^(2-)较少.HCl浓度增加的高值在Cl-高值之前;SO_4^(2-)浓度变化主要受海盐气溶胶排放中的硫酸盐组分影响;NO_3^-浓度变化则主要受氯亏损机制和NO_3^-干沉降过程共同影响.

关键词：珠江口海陆风环流海盐气溶胶氯亏损数值模拟

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华南地区前后汛期极端降水事件对比分析

中山大学学报（自然科学版） 2018年第1期57卷 83-92页

作者：蔡悦幸陆希杨崧中山大学大气科学学院广东广州510275 灾害天气国家重点实验室北京100081 广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广东广州510275

根据1961-2014年华南地区50个测站的逐日降水量资料,采用改良后的百分位法定义了华南地区前后汛期的极端降水,并运用小波分析、SVD等统计方法分析了华南地区的前、后汛期极端降水事件的时空变化规律以及可能影响原因。结果表明:近54 a来... 详细信息

根据1961-2014年华南地区50个测站的逐日降水量资料,采用改良后的百分位法定义了华南地区前后汛期的极端降水,并运用小波分析、SVD等统计方法分析了华南地区的前、后汛期极端降水事件的时空变化规律以及可能影响原因。结果表明:近54 a来,华南地区前、后汛期极端降水都有明显的年际变化,极端降水指数都呈上升趋势,但是变化周期不同,分别具有3~5 a和6~8 a的显著的变化周期;华南地区前、后汛期的极端降水指数的空间分布存在差异,前汛期在广西东北部和广东中部极端降水指数较大,后汛期在华南沿海地区极端降水指数较大。造成前、后汛期上述差异的可能因素是:(1)大气环流和前冬海温异常变化可能是影响华南前汛期极端降水的重要因素。前汛期由于南海夏季风的爆发,强盛的西南气流由南向北输送暖湿气流,同时北方冷空气延伸至华南地区,冷暖空气在华南中北部交汇,对流旺盛,易于发生极端降水;前汛期前冬季赤道太平洋海温异常增暖特别是中东太平洋的增暖,为华南地区前汛期降水偏多创造了有利条件;(2)后汛期极端降水的主要原因是局地海温增加,对流旺盛,西北太平洋和南海热带气旋的增多,在华南沿海地区易出现极端降水。

关键词：极端降水前后汛期年际变化时空特征

青藏高原夏季大气视热源与中国东部降水的关系的年代际变化

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大气科学 2019年第5期43卷 990-1004页

作者：张镇宏蔡景就乔云亭简茂球中山大学大气科学学院/季风与环境研究中心/广东省气候变化与自然灾害重点实验室广州510275 广东省气象台广州510640

基于1979~2017年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季... 详细信息

基于1979~2017年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程,本研究估算了大气视热源,分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化,以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明:(1)高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变,表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。(2)青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后,高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系;而在1994~2007年,其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著,具体表现为,当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱(东弱西强)时,长江中上游、江淮地区的降水偏多(少),华南地区降水偏少(多)。(3)高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水,以及通过垂直环流影响华南地区的降水。

关键词：青藏高原夏季大气视热源降水年代际变化

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

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大气科学 2019年第2期43卷 350-360页

作者：孙畅王子谦杨崧中山大学大气科学学院广州510275 中国科学院大学北京100049 广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广州510275

基于全球降水气候中心(GPCC)和全球降水气候计划(GPCP)的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原(简称高原)西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且... 详细信息

基于全球降水气候中心(GPCC)和全球降水气候计划(GPCP)的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原(简称高原)西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。

关键词：青藏高原冬季降水水汽输送海表温度异常

泛南海地区极端降水的历史分布和未来演变特征

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大气科学 2024年第1期48卷 333-346页

作者：杨崧徐连连中山大学大气科学学院/南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室珠海519082

泛南海地区是全球海—陆—气相互作用最敏感的区域之一,该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整,进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此,泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是... 详细信息

泛南海地区是全球海—陆—气相互作用最敏感的区域之一,该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整,进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此,泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是国内外学者关注的焦点。本文利用观测数据(1951~2014年)和国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)两种共享社会经济路径(SSP1-2.6和SSP5-8.5)的统计降尺度数据(2015~2100年),分析了泛南海地区年平均和季节平均的日降水的最大值(RX1day)、连续5日降水的最大值(RX5day)、极端强降水天数(R20)和非常湿润天(R95p)的时空变化特征。RX1day、RX5day、R20和R95p常用于表征极端强降水、持续性强降水、极端强降水的频率和极端累计降雨量的特征。1951~2014年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的较大值均分布在东南亚、中国东南部以及青藏高原南坡地区,即这些区域不仅是极端强降水发生的区域,也是持续性强降水以及高频极端降水发生的区域。季节平均的极端降水指数特征表现为:东南亚一年四季都极易发生强降水、持续性强降水和高频极端降水;南亚、青藏高原以及东亚的各个极端降水指数在夏季最大,秋季和春季次之,冬季最小。SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下2015~2100年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的空间分布与历史时期相似,且对整个区域而言,各个指数均呈显著增加的趋势。由各个指数在未来三个时段(2016~2035年、2046~2065年和2080~2099年)相比于1995~2014年的百分比变化可知,南亚和青藏高原是泛南海地区未来强降水、持续性强降水以及高频极端降水变化最显著的区域。由此可知,虽然东南亚是历史时期四个极端降水指数的大值区,但该区域各个极端降水指数在未来三个时段的变化没有其他区域明显。此外,以东南亚为例,本文分析了该区域1979~2019年夏季极端降水的形成机理,发现印度洋冷海温异常、热带北大西洋暖海温异常以及热带太平洋和大西洋海温异常是造成东南亚夏季极端降水呈北湿南干、全区一致偏湿和北干南湿的关键因子。

关键词：泛南海极端降水时空变化特征海温异常

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