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1960年以來東亞季風區云降水微物理的直接觀測研究——《氣象學報》2014年第72卷第4期

王東海等人指出中國已有云—降水微物理參數的成果可歸納為：（1）通常云—降水微物理粒子濃度變化較大，但總體變化有一定的范圍；（2）采用Γ函數擬合云滴譜更接近實際譜，但不同擬合譜參數差異較大；（3）可用指數函數和Γ函數來擬合層狀云降水雨滴譜，Γ函數擬合積云和層積混合云降水雨滴譜精度更高；（4）中國冰核濃度較高，冰核濃度隨溫度的降低近似成指數變化；（5）冰晶譜、雪晶譜、冰雹譜通常采用指數函數來描述；（6）通常使用榮格（Junge）和Γ函數來分段描述氣溶膠粒子譜擬合誤差更小。由于云—降水過程及其反饋作用描述不準確是數值模式預報結果不確定性的最大因素，中國正在不斷地推進云—降水的微物理觀測研究，以期進一步加深對東亞季風區云—降水微物理特征的認識，從而為模式中微物理參數化方案的改進提供觀測依據和科學指導。他們同時指出基于數值預報模式中云微物理過程參數化發展的需要，總結了中國1960年以來云—降水微物理直接觀測的研究成果，可為東亞地區云—降水微物理研究及其模式參數化方案的改進提供觀測依據。

2013年北大西洋破紀錄高海溫與我國江淮—江南地區極端高溫的關系——《科學通報》2014年第59卷第27期

孫建奇在文中指出：2013年7月，我國江淮—江南地區持續高溫，多個地區氣溫打破歷史紀錄，影響重大。他從氣候學的角度開展了其歸因研究，結果發現在2013年7月，北大西洋中緯度地區海溫持續偏高，打破160年的歷史紀錄，海溫的異常通過遙相關波列與東亞上空緯向西風和西太平洋副熱帶高壓產生聯系，進而可能影響到我國江淮—江南地區夏季氣溫的變化，這可能是造成該地區2013年7月破紀錄高溫事件的重要原因。對于江淮—江南地區的極端高溫，一般關注的是西太平洋副熱帶高壓的影響。他還指出，江淮—江南地區上空緯向西風的變化也是影響該地區夏季氣溫變化的重要氣候因子，尤其是2013年7月，該地上空緯向西風破紀錄的偏弱與夏季氣溫破紀錄的偏高密切相關。這意味著，對于我國江淮—江南地區夏季氣溫和極端高溫事件的研究，不但需要關注西太平洋副熱帶高壓的作用，還需要關注高層緯向風的變化。

GRAPES區域集合預報系統應用研究——《氣象》2014年第40卷第9期

張涵斌等采用集合變換卡爾曼濾波初值擾動方法以及多物理過程組合的模式擾動方法，基于業務區域模式GRAPES_MesoV3.3.2.4構建了區域集合預報系統，進行了連續40d的批量試驗，重點分析了ETKF初值擾動的結構及其演變特征，并通過概率預報檢驗方法對GRAPESREPS進行了集合預報系統性能檢驗和降水預報檢驗，分析了該系統對強降水個例的預報效果。試驗結果表明，GRAPES-REPS能產生較合理的集合預報初值擾動，擾動結構隨流型依賴并對觀測有較好的響應，且擾動成員相互正交。擾動總能量分析表明，集合擾動能夠隨預報時效保持合理增長狀態。集合預報檢驗表明，集合預報結果優于控制預報，集合成員間在72h預報時效內能保持合理的集合離散度。將該區域集合預報系統與業務上基于WRF模式的區域集合預報系統WRF-REPS進行了降水預報對比，表明GRAPES-REPS的降水預報能力表現要優于業務WRFREPS。強降水個例分析表明，集合預報能較好預報出強降水中心，預報效果明顯優于控制預報。

冬季青藏高原上游西風模態與中國降水及NAO的關聯——《高原氣象》2014年第59卷第27期

宇婧婧等利用ERA40再分析資料和中國區域站點降水觀測資料分析了冬季北大西洋至青藏高原上游地區上空西風變率的EOF主要模態（簡稱高原上游西風模態），并考察了這些模態與中國區域降水及北大西洋濤動（NAO）之間的聯系。研究結果表明，冬季高原上游最主要的兩種西風模態（EOF1和EOF2）都和北大西洋濤動（NAO）顯著相關，卻與中國冬季降水的關系明顯不同：EOF1對應著整體位置偏北、南側活動中心偏東的NAO型，并與高原西南側及長江中下游地區冬季降水存在顯著正相關；而EOF2對應著整體位置偏南，南側活動中心位置偏西的NAO空間型，與中國冬季降水卻沒有顯著的相關關系。進一步研究指出，在偏強的EOF1中，低緯異常西風帶可向東伸展到位于亞歐大陸中南部的高原上游，造成高原西南側中下層氣流的爬升運動增強，導致高原西南側降水異常偏多，同時，該西風異常可繞過高原形成異常西南風，與異常偏高的西太平洋副熱帶高壓南側濕潤的東南風異常匯合于長江中下游地區，產生異常輻合上升運動，從而引起長江中下游地區冬季降水增強，反之亦然；而EOF2較EOF1位置偏東、偏南，低緯緯向風東伸較弱，對中國冬季降水影響不明顯。這表明冬季高原上游西風異常分布的形態對下游中國區域降水的影響至關重要，而西風EOF1模態是NAO通過上下游效應影響中國冬季降水的一個重要媒介。

復雜地形下北京雷暴新生地點變化的加密觀測研究——《大氣科學》2014年第38卷第5期

張文龍等指出，2008年8月14日北京發生了雷暴群形式的局地暴雨，雷暴新生地點復雜多變，形成了多個γ中尺度的強降水中心。他們利用近年來北京氣象現代化建設

取得的加密地面自動站、多普勒雷達、風廓線儀、微波輻射計等多種新型高時空分辨率觀測資料及雷達四維變分同化系統（VDRAS）反演資料，通過精細分析地面（邊界層）風場、溫度場等的演變特征，討論了雷暴新生地點變化的機制。結果表明：復雜地形與雷暴冷池出流作用相結合，主導了雷暴新生地點的變化，進而影響γ中尺度強降水中心的變化；天氣尺度高低空渦、槽的配合不一致，并且系統移動緩慢，以及對流層低層的弱的環境垂直風切變，是雷暴冷池結合復雜地形發揮雷暴新生地點主導作用的重要前提；復雜地形使得冷空氣在一定范圍內流動，在邊界層產生碰撞和輻合，起到觸發和增強對流作用，并使得對流風暴的形態和走向與地形呈現出緊密相關性；一定強度的冷池出流、邊界層前期的暖濕空氣和對流不穩定能量的積累，是冷池出流觸發雷暴新生和演變的必要條件；北京周邊地區的雷暴，通過其雷暴冷池出流沿著溝谷地形或向平原地區流動，與北京山谷或城區的邊界層暖濕空氣形成輻合抬升機制，觸發雷暴新生。

間歇湍流的分形特征—分數維及分數階導數的應用——《地球物理學報》2014年第57卷第9期

劉式達等指出，分數維由Mandelbrot創立已有30年，分數階導數在1695年由L’Hospital提出已有400年的歷史。劉式達等用物理學中的間歇湍流問題說明分數維及分數階導數的物理意義。由于間歇湍流渦旋不完全充滿空間，所以其維數為2＜D＜3。由于小渦旋所占的比例縮小，使得小渦旋的功率減小，因此慣性區功率譜的斜率加大（即功率譜指數加大）。由于大小渦旋共存，所以湍流游動距離即等待時間差別很大，因此造成渦流的異常擴散。由于湍流渦旋的串級（Cascade）或碰撞（Collision）引起的速度變化并不是暫瞬的，它會影響將來的速度場，這就引起了湍流的記憶性，因此，湍流黏性應該用有記憶的分數階拉普拉斯算子。正是渦旋并不充滿空間，所以涉及流體力學運算的微點元、微面元和微體積元都要做修改。

衛星—地基—模式統一的自動觀測云分類原則和標準的研究——《地球物理學報》2014年第57卷第8期

隨著空基、地基云狀觀測自動化進程的推進，國際通用的人工觀測云分類標準不再適用于自動觀測。李昀英等提出了適用于自動觀測的衛星觀測、地基觀測和數值預報模式統一的云分類原則和分類標準，依據大氣代表性原則、儀器觀測可行性原則、歷史繼承性原則和可擴展性原則，不考慮云的高度，沿用形態學和發生學理論，將云分為卷云、層狀云、波狀云和積狀云4屬，更細分為薄卷云、密卷云、波云、雨波云、層云、雨層云、淺積云和深積云8類，列出了各類云特征的定性描述，為自動觀測、預報保障和模式評估提供參考。同時指出當地基和星基儀器可探測云的垂直結構時，判識多層云將成為可能，無論如何這與目前制定自動觀測云分類的標準并無矛盾。

中國高層大氣與電離層耦合研究進展——《中國科學：地球科學》2014年第44卷第9期

萬衛星等指出，近年來地球高層大氣與電離層之間的耦合研究為眾多學者所關注。在回顧這一領域國際上若干研究方向進展的基礎上，著重介紹了中國學者的近期研究工作與貢獻。首先，扼要介紹了中國高層大氣觀測的新發展，包括激光雷達、FP干涉儀、全天空氣輝成像儀等光學探測，MST雷達、全天空流星雷達等無線電探測手段。在高層大氣變化特性研究中，介紹了高層大氣的氣候學及各種大氣波動的研究進展。在高層大氣與低電離層的耦合研究方面，介紹了突發鈉層及低熱層鈉層的觀測研究和鈉層模式的研究進展，以及突發E層與大氣行星波之間的耦合研究工作。在高層大氣波動過程與電離層F2 層耦合研究中，著重介紹了電離層四波經度結構與高層大氣非遷移潮汐之間的耦合特性與機理研究。在熱層與電離層耦合的研究方向上，介紹了熱層背景大氣風場和重力波對電離層的作用、帶電粒子對赤道熱層的影響與熱層赤道異常的形成機理研究等熱層電離層相互耦合工作。綜合認為，近年來中國學者在高層大氣與電離層耦合的研究領域進行了大量工作，包括實驗觀測及數據分析、模式化與理論研究等。

中國月平均氣溫可預報性的時空特征及其年代際變化——《科學通報》2014年第59卷第25期

李維京等利用中國1960—2011年資料比較完整的518站逐日氣溫觀測資料，采用非線性局部Lyapunov指數（NLLE）和非線性誤差增長理論，定量分析了中國區域月時間尺度平均氣溫可預報性期限（MTPL）的時空分布和年代際變化特征。分析發現：多年平均的MTPL 空間分布存在明顯的地域差異，總體來看，東北大部、云南西南部和西北地區東部為可預報性高值區，長江中下游地區及黃淮流域為可預報性低值區；MTPL 在各月份的空間分布存在明顯的季節變化，總體上表現為冬半年可預報性較低，而夏半年較高；MTPL還具有明顯的年代際變化特征，就全國而言，從1970年以來，MTPL 具有上升的趨勢，在2000年前后出現下降的趨勢，尤其是東北地區在1986年之后可預報性顯著提高。西北、黃淮、東北MTPL的年代際變化可能與氣溫的持續性有關。進入21世紀，除南方地區外，大部分地區的MTPL有降低趨勢。上述結果為進一步認識我國月尺度氣溫異常的機理奠定科學基礎，并為提高月尺度氣溫預測能力提供參考。

基于集合經驗模態分解改善大氣環流模式溫度模擬的新方法及其在多模式集合預報中的應用——A novel method to improve temperature simulations of general circulation models based on ensemble empirical mode decomposition and its application to multimodel ensembles. Tellus A, 2014, Vol. 66.

大氣環流模式（GCM）是模擬過去和未來氣候變化最重要的工具。全球現在有40多個GCMs，不同氣候模式模擬出的結果也有所不同。已有的研究結果表明，氣候模式的集合模擬是改善模式模擬結果的重要方法。但是，發展其他方法改善氣候模式模擬結果也是提高模式模擬準確度的重要方面。沈陽農業大學的張先亮等發展了一個基于集合經驗模態分解（EEMD）來改善單個氣候模式以及多模式集合模擬結果的新方法，并通過將該方法應用于CMIP5的八個模式模擬的全球陸地表面溫度，驗證了其有效性。該方法主要是將八個氣候模式模擬的溫度基于EEMD方法分解成不同的高低頻信號，然后將分解出的第一層高頻信號移去，移去后，模式對全球平均值和各大洲的平均值的模擬都可以得到改善。研究表明，應用EEMD方法處理氣候模擬數據后可以改善單個氣候模式的模擬性能，并且EEMD方法比其他信號分解方法對單個模式模擬性能的改善效果好。另外，基于簡單平均集合、多元線性回歸法、奇異值分解法和貝葉斯模式平均法的幾個模式的集合模擬值也可以通過EEMD方法得到進一步的改善。該方法簡單易用，對于提高氣候模式對氣候變化的模擬準確度具有重要意義。

城市灌溉模塊與耦合了城市冠層模式的Noah陸面過程模式的融合——Incorporating an urban irrigation module into the Noah land surface model coupled with an urban canopy model. Journal of Hydrometeorology, 2014, Vol. 15, No. 4.

通過在Noah陸面模式（LSM）—單層城市冠層模式（SLUCM）系統內發展的一個灌溉方案，加州大學洛杉磯分校的Vahmani以位于洛杉磯大都市區的一個超過49km2的城市區域為研究對象，探討了灌溉對城市水循環的影響。模式的分辨率為30m，模擬時段為兩年。敏感性分析表明，日和月的能量收支、水文通量和狀態變量對灌溉量和灌溉時間都顯著敏感。每月的居民室內用水數據和估算的三種室外用水量被用來校準灌溉方案。利用先前開發的MODIS10 Landsat蒸散量（ET）、Landsat地表溫度（LST）產品以及每小時的ET觀測，通過加利福尼亞灌溉管理信息系統（CIMIS），評價了模型的性能。結果表明，當納入灌溉模塊時，Noah LSM-SLUCM真實模擬了ET的日變化和季節變化。如果不考慮灌溉，該模式在模擬ET時會產生較大的偏差。例如，在2003年7月和2004年7月，不考慮灌溉時ET的誤差分別為-56和-90mm/月，而采用本研究的灌溉方案后，這些值分別減少到-6和-11mm/月。研究表明，灌溉引起的潛熱通量增加，導致城市公園地表溫度下降了約2℃。本研究開發的模擬框架具有較廣的應用價值，包括從室外用水估算到氣候變化影響評估。

全球變暖會減弱常綠闊葉林的樹木生長：以澳大利亞溫帶和亞熱帶桉樹林為例——A warmer world will reduce tree growth in evergreen broadleaf forests: evidence from Australian temperate and subtropical eucalypt forests. Global Ecology and Biogeography, 2014, Vol. 23, No. 8.

理解氣候對樹木生長的影響，對于預測森林如何應對氣候變化至關重要，但是目前關于樹木跨宏觀氣候梯度生長的研究較少。為此，澳大利亞塔斯馬尼亞大學的Bowman等以澳大利亞的溫帶、亞熱帶濕潤桉樹林（23°—43°S，115°—153°E）為對象，研究了常綠闊葉林的生長與大陸尺度上的氣候變異之間的關系。研究收集了2409個永久森林觀測點的數據，形成了一個有關桉樹直徑增長的數據庫（約5 0萬個測量數據）。這些觀測點的年平均降水量為558～2105mm，年平均氣溫為6～22℃。研究使用廣義相加模型分析了樹木直徑增長與氣溫、降水、蒸發之間的關系。結果顯示，樹木生長與降水量成正相關，但當年平均降水量超過1400mm時，降水的影響開始變弱。對溫度的峰值響應出現在年平均氣溫為11℃和最熱月的最高氣溫為25～27℃時。低溫直接抑制了生長，高溫主要是通過減少水的可利用性（以降水/蒸發來表示）來抑制樹木生長，不過高溫似乎也產生了直接的負面影響。包括了最熱月的最高氣溫和降水/蒸發比的模型，能解釋28%的異常，這比單因子模型的解釋能力更強。研究認為，澳大利亞溫帶、亞熱帶桉樹林的生產力可能因氣候變暖而大幅下降，因為87%的森林目前正處于年平均溫度高于11℃（樹木增長率最高）的情形下，而桉樹林生產力的下降將會使碳吸收減少。

過去100年來中國東部的地表氣溫及有關的大尺度氣候變異趨勢——Trend of surface air temperature in eastern China and associated large-scale climate variability over the last 100 years. Journal of Climate, 2014, Vol. 27, No. 12.

中國氣科院的趙平等利用重建的回溯至19世紀的連續和均一化的中國東部16個城市（中國最大的工業化區域）的地表氣溫（SAT）序列，研究了這些區域的SAT線性趨勢。分析發現，中國東部SAT的區域均值在1909—2010年間的上升幅度達到1.52℃·100yr-1。

氣溫上升主要發生在過去的40年，這和另一個地表氣溫觀測序列正好相符，該觀測序列同樣在此地區，始于1951，站點更加密集（超過400個站點）。另外。本研究收集

了245個站點（從4001個點中）的人口數據，并根據人口規模劃分為五個同樣大小的組。對這五個組進行從30～60年不同時間長度的比較發現，自1951年以來，人口對氣溫變暖的貢獻為9%～24%。為了證明城市化對氣溫的影響并沒有那么大，本研究進一步確定了大尺度氣候指數能解釋多大程度的氣溫上升。研究顯示，大尺度氣候指數的異常，如熱帶印度洋SST與西伯利亞大氣環流系統，對總的氣候變暖的貢獻占至少80%。

近期歐亞大陸北方森林變綠響應的轉變可能與夏季的變暖、變干相關——Recent shift in Eurasian boreal forest greening response may be associated with warmer and drier summers. Geophysical Research Letters, 2014, Vol. 41, No. 6.

北部的高緯度陸地生態系統目前正經歷著急劇升溫，最近的研究表明，北方森林面臨氣候變暖時的脆弱性正在逐漸加強，這主要包括升溫引起的干旱脅迫、火災和蟲害的爆發。利茲大學的Buermann等使用新的可利用的衛星植被數據，分析了過去30年北方森林變綠與氣候的年際關系。結果表明，由于夏天溫度持續升高、降水持續缺乏，導致20世紀90年代中期出現了一個中西部歐亞大陸北方森林向更干、更暖轉變的轉折點。這可能是夏季高溫與森林變綠之間出現大規模負相關的主要原因。如果這樣的轉變機制持續存在，那么就像植被模型預測的那樣，高溫和干旱脅迫所引起的北方森林的植被枯死可能比預期進行的更為迅速。

MJO與臺灣的冬季降水——Madden–Julian Oscillation and the winter rainfall in Taiwan. Journal of Climate, 2014, Vol. 27, No. 12.

臺灣師范大學的洪致文等探討了大氣季節內振蕩（MJO）對臺灣冬季（11—4月）降水產生的主要影響。研究顯示，臺灣有更多的降水出現在MJO第3和4相位（印度洋和海洋大陸西部的MJO對流活躍期），而第7和8相位（西太平洋暖池區）的降水偏少。與MJO相關的機制如下：（1）熱帶到中緯度地區的波列：當MJO移至印度洋中部，Matsuno–Gill型模態被誘發。響應于MJO非絕熱加熱，熱帶大氣的這種響應特征表現為一對上層反氣旋異常，并對稱于赤道到加熱的西部。位于阿拉伯海和印度北部上空的北部異常反氣旋，誘導東北方向傳播波列到中緯度地區。該波列由一個集中在東亞的氣旋異常所構成，該氣旋異常使臺灣的冬季降水增強；（2）來自南海的水分供給的增加：當MJO對流靠近蘇門答臘島和海洋大陸的爪哇時，赤道對流的向東滲透增強了一個低層的偏南氣流，導致水分向北輸送至臺灣和華南地區。因此，受來自南方的水分供應增加的影響，更多的冬季季風降水出現在臺灣。

全球陸地區域1km分辨率的逐日溫度數據的時空插值——Spatio-temporal interpolation of daily temperatures for global land areas at 1 km resolution. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2014, Vol. 119, No. 5.

塞爾維亞貝爾格萊德大學的Kilibarda等使用GSOD（Global Surface Summary of Day）和歐洲氣候評估及數據集（ECA&D）構建了時空地統計模型，以預測全球陸地區域1km分辨率的逐日氣溫。研究使用了時空回歸—克里格方法，將MODIS 8天合成影像、地形數據（數字高程模型和地形濕度指數）和與地理位置有關的溫度趨勢作為協變量，對日平均、最高和最低氣溫進行了預測，然后用“留一法交叉驗證法”評價了逐日氣溫的預測精度。為了解釋地理坐標系上的聚類站點，并得到一個更有代表性的交叉驗證精度，預測值被聚合在500km×500km的土地塊上。結果顯示，在站點覆蓋較為稠密的區域，日平均、最高和最低氣溫的平均預測精度為RMSE=±2℃，在站點較為稀疏區域，RMSE在±2℃到±4℃之間。較高海拔區域（＞1km）和南極的預測精度最差，RMSE大約為6℃。本研究中，模型和預測僅應用于了2011年，但同樣的方法可以推廣至MODIS LST數據可利用的整個時間段（2001年至今）。

與氣候變化引起的歐洲大湖變暖有關的熱通量調整 ——Heat flux modifications related to climateinduced warming of large European lakes. Water Resources Research, 2014, Vol. 50, No. 3.

過去幾十年間，歐洲一些湖泊的水溫有所上升。研究認為，這些湖泊的水溫增長與熱平衡組分的重新配置有關。為了確定熱通量的主要變化和識別1984—2011年間熱平衡組分重新配置事件，瑞士聯邦水生環境科研所的Fink等探索了大氣熱交換的時間變化趨勢，以博登湖為例，估算了不同熱通量對總的熱平衡的貢獻。研究發現，對太陽輻射（+0.21 ± 0.13 W·m－2·yr－1）、長波輻射（+0.25 ± 0.11W·m－2·yr－1）的吸收增加是湖水溫度上升（0.046 ± 0.011℃·yr－1）的主要原因。而由于湖水的升溫，通過長波輻射（－0.24 ± 0.06 W·m－2·yr－1）散發到大氣中的熱和潛熱通量（－0.27 ± 0.12W·m－2·yr－1）同時都有所加強。鑒于入射太陽輻射和變暖的大氣導致湖表溫度增加，使得更多的長波輻射被釋放，更多的水被蒸發，熱收支總體上處于一個準穩定狀態。在水溫緩慢增加的每一層，熱通量總是處于平衡狀態。總的熱容量的變化非常小。另外，入湖河流的變冷效應對湖水熱收支的影響也較弱。