編輯選編

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中國氣象學會成立90周年紀念專刊——《氣象學報》2014年第72卷第5期

為慶祝中國氣象學會成立90周年，《氣象學報》出版了紀念專刊。專刊刊載了17篇論文來回顧和綜述近10年來中國氣象/大氣科學領域的諸多創新研究成果，展示了中國氣象學者在氣候和全球變化、地球/氣候系統動力學及其數值模擬、大氣環流理論和遙相關、鋒面氣旋及臺風動力學、數值預報和數據同化、海陸氣相互作用、大氣物理和探測理論等若干領域的研究進展，并立足國際視野，對有關研究方向的未來發展進行了預示和展望。

其中，陶祖鈺等參照流體力學發展的4個階段，以鋒面氣旋模型為例將天氣學也分為：“古代”、經典、近代和現代4個發展階段。文中指出“古代”天氣學的代表是1863年航海家Fitz Roy繪制的第一個風暴概念模型，它是對實踐經驗的總結，但不失其科學性；100年前挪威氣象學派鋒面氣旋模型是基于牛頓力學的經典天氣學代表，確立了斜壓性是天氣變化機理的核心，但將鋒面視為物質面是其有悖流體連續性原則的重大缺陷；50年前芝加哥學派的鋒面氣旋三維模型是基于對準地轉動力學理論深刻物理洞察力的近代天氣學代表；20世紀末暖鋒后彎卷入爆發性氣旋模型是高科技時代基于大規模數值計算的現代天氣學代表。在大數據時代，現代天氣學需要學習和繼承近代天氣學用深刻的物理洞察力來分析天氣學問題。

李崇銀等指出熱帶大氣季節內振蕩（包括MJO）是大氣環流的重要系統，它的活動及異常既對其他系統有一定的作用，也對長期天氣和短期氣候有明顯影響。因此，熱帶大氣季節內振蕩一直是大氣科學的前沿研究課題之一，李崇銀等對近5～10年中國學者的有關研究工作及其進展做了簡要回顧和綜合，主要包括：（1）熱帶大氣季節內振蕩特別是MJO的動力學機制；（2）熱帶大氣季節內振蕩以及MJO的數值模擬問題，特別是大氣非絕熱加熱廓線對模式模擬MJO的重要作用；（3）熱帶大氣季節內振蕩和MJO，特別是在赤道西太平洋地區，與ENSO的相互作用關系；（4）熱帶大氣季節內振蕩（包括MJO）及其流場形勢對西太平洋臺風活動的重要影響，即MJO對西北太平洋臺風生成數的調制作用，以及熱帶大氣季節內低頻氣旋性（LFC）和反氣旋性（LFAC）流場對西太平洋臺風路徑的影響；（5）熱帶大氣季節內振蕩（包括MJO）的活動及異常對東亞和南亞夏季風建立、活動異常的影響，以及它們與中國降水異常的密切關系。

丁一匯等對近年來中外關于東亞冬季風（EAWM）年代際變化問題研究進展做了回顧和評述，主要包括以下3個方面：（1）東亞冬季風明顯受到全球氣候變化的影響，從20世紀50年代開始，中國冬季氣溫經歷了一次冷期（從20世紀50年代延續到80年代初中期），一次暖期（從20世紀80年代初中后期延續到21世紀初）和近10～15年（約從1998年開始）出現的氣候變暖趨緩期（也稱氣候變暖停頓期）。（2）東亞冬季風主要表現出強—弱—強3階段的特征，即從1950年到1986/1987年，明顯偏強；從1986/1987年冬季開始，東亞冬季風減弱；約2005年之后，東亞冬季風開始由弱轉強。與東亞冬季風的年代際變化特征相對應，東亞冬季大氣環流以及中國冬季氣溫和寒潮都表現出一致的年代際變化。（3）東亞冬季風的年代際變化與大氣環流和太平洋海表溫度（SST）的區域模態變化密切相關。當北半球環狀模/北極濤動（NAM／AO）和太平洋年代際振蕩（PDO）處于負（正）位相，東亞冬季風偏強（弱），中國冬季氣溫偏低（高）。此外，北大西洋年代尺度振蕩（AMO）對東亞冬季風也有重要影響，在AMO負位相時，對應東亞冷期（強冬季風），正位相對應暖期（弱冬季風）。因而海洋的年代際變化是造成東亞冬季風氣候脈動的主要自然原因，而全球氣候變暖對東亞冬季風強度的減弱也有明顯影響。

任榮彩等系統地介紹了近年來應用等熵位渦理論研究平流層對流層動力相互作用所發現的一些新的事實和機理，包括平流層冬季極渦振蕩過程中平流層、對流層環流異常的時空傳播特征，以及等熵質量理論框架下的平流層對流層動力耦合機理，還介紹了影響平流層環流年際尺度異常的因子及影響過程。回顧了夏季青藏高原的熱力作用所激發的負位渦強迫源對東亞及全球大氣環流的影響。并基于對夏季高原周邊等熵位渦經向輸送垂直分布的診斷進一步說明，夏季青藏高原的存在使高原東緣及東亞地區成為平流層和對流層物質交換的獨特區域，探討了夏季青藏高原影響平流層對流層動力耦合的一種重要途徑及其影響全球氣候的重要意義。

秦大河等指出冰凍圈是全球氣候變化的顯著因子和指示器，也是對氣候系統影響最直接和最敏感的圈層，在地球氣候系統中占據舉足輕重的地位。在全球變暖背景下，冰凍圈研究受到前所未有的重視，成為氣候系統研究中最活躍的領域之一；冰凍圈變化正在引起的一系列社會經濟影響是當前全球變化和可持續發展最為關注的熱點之一。文中給出了氣候變暖背景下近幾十年來全球和中國冰凍圈的變化特征，以及未來可能的變化趨勢；著重從氣候效應角度，綜述了青藏高原和歐亞積雪、北極和南極海冰、凍土與冰川變化對中國氣候影響的研究成果；并討論了中國冰凍圈科學研究的未來發展方向。

從氣旋和反氣旋談正、負阻尼——《大氣科學》2014年11月第38卷第6期

劉式達、劉式適等指出在定常條件下，利用簡化的大氣運動控制

方程，分析了氣旋與反氣旋的基本特征。在此基礎上，利用常微分方程的定性分析與求解，獲得了氣旋和反氣旋軌道的解析解。接合氣旋與反氣旋的基本特征，論證了正負阻尼在氣旋和反氣旋運動中具體體現，并從物理機理上說明產生氣旋和反氣旋運動中正負阻尼的差異在于水平輻合在低層的不同。

人類活動對全球典型干旱半干旱區氣候變化的影響——《科學通報》2014年第59卷第30期

李春香等基于CMIP5多模式的歷史試驗（考慮所有驅動因子）以及單因子強迫氣候歸因試驗結果，評估了溫室氣體、氣溶膠、土地利用及所有人類活動對全球典型干旱半干旱區氣候變化的影響。結果表明，所有人類活動和溫室氣體強迫會引起全球陸地顯著增溫，特別是由溫室氣體強迫引起的北半球中高緯地區近60年的增溫幅度幾乎是歷史變化的2～3倍，氣溶膠的降溫效應則對近60年來的全球變暖具有明顯的抑制作用，土地利用在大多數干旱半干旱區具有微弱的降溫作用。所有人類活動和溫室氣體強迫會使大多數陸地及干旱半干旱區的降水增加，而氣溶膠和土地利用的影響則存在明顯的區域差異和不確定性。近60年，中國北方干旱半干旱區的氣溫和降水變化受人類活動的影響最為顯著。基于集合經驗模態分解（EEMD）的結果，大多數地區氣溫和降水的年代際和多年代際變化特征均是所有人類活動綜合作用“同步疊加”在自然變化之上的一種結果；其中，氣溶膠在大多數地區顯著促進溫度的多年代際變化，土地利用在澳大利亞地區則起到明顯的抑制作用；對降水的多年代際變化而言，氣溶膠的貢獻相對比較突出，而溫室氣體和土地利用對全球降水的多年代尺度特征有明顯的促進作用。

氣候序列的均一化：定量評估氣候變化的基礎——《中國科學：地球科學》2014年第44卷第10期

嚴中偉等撰文指出長期氣象觀測序列是反映氣候變化的最基本依據。然而，幾乎所有氣象站都要經歷遷址或觀測儀器、規則和方法等方面的變更，導致觀測序列相應時段的系統性偏差。均一化就是要校訂這類系統性偏差，以確切評估時間序列中的變化趨勢。近年來隨著氣候變化研究的深入，均一化也從早期主要著眼于平均態校訂發展到更注重極端天氣氣候信息的校訂。文章結合理想的和實際的氣候序列分析，演示均一化的基本思路；簡介近年來就中國區域氣候序列的均一化研究取得的一些新認識，并就該領域存在的（特別是涉及氣候極值或極端天氣以及多要素物理聯系等方面）問題，展望進一步研究。

影響中國及關鍵經濟區熱帶氣旋降水的氣候趨勢及極端性特征——《大氣科學》2014年第38卷第6期

巢清塵等利用中國氣象局上海臺風研究所整編的《熱帶氣旋年鑒》（1951—2010年）最佳路徑資料，分析影響我國和關鍵經濟區熱帶氣旋（TC）降水量、降水強度以及不同等級降水TC頻數的氣候變化趨勢，研究結果表明，影響全國的TC總降水量的年際變化幅度大，年際差異顯著。長江三角洲、珠江三角洲地區影響TC過程雨量年極值自1970年代開始緩慢上升，表明近年來TC引起的極端性降水存在增加的可能。全國范圍內自1970年代開始，過程雨量大于250mm的TC頻數也在增加，但長江三角洲、珠江三角洲地區發生極端性降水的TC頻數并沒有明顯的增長。TC造成的24小時降水極值的氣候變化趨勢不明顯，但是1980年代全國范圍內的24小時降水極值存在躍變。長江三角洲、珠江三角洲地區日降水極值超過250mm的TC頻數自1980年代開始有緩慢增加趨勢。全國范圍、長江三角洲及珠江三角洲內TC小時降雨量年極值呈現振蕩的周期變化，而在年代際上沒有明顯的變化趨勢。

高原東南緣大氣近地層湍能特征與邊界層動力、熱力結構相關特征——《氣象》2014年10月第40卷第10期

徐祥德等基于云南省大理2008年3、5、7月GPS加密探空試驗時段（14和02時）資料，結合邊界層鐵塔綜合觀測資料，采用溫度梯度法、逆溫強度法和渦動相關法分別計算高原東南緣對流邊界層（convective boundary layer，CBL）及穩定邊界層（stable boundary layer，SBL）頂高度，通過計算獲取感熱通量、潛熱通量、湍流動能、切變項以及浮力項與大氣動力、熱力過程垂直相關特征綜合分析，可發現湍能方程中浮力項、感熱、潛熱通量與NCEP再分析資料計算獲取的大氣視熱源相關特征顯著，這某種程度反映了高原東南緣近地層大氣湍流動量、熱量輸送對低層大氣視熱源Q1的重要貢獻。低層視熱源Q1亦表現出與湍能方程分量類似的日變化周期，此特征反映了高原東南緣大氣熱源變化與下墊面水熱過程及其湍流輸送日變化密切相關；浮力項與湍能等項對大氣低層熱源與渦動特征、熱力混合結構的形成有重要作用；低層大氣視熱源、水汽匯均與邊界層高度有顯著相關，綜合分析結果某種程度描述了青藏高原東南緣近地層湍流動量、熱量輸送狀況與低層大氣熱源，熱力混合邊界層結構的綜合相關物理圖像，初步探索了高原東南緣對流活躍區大氣湍流運動與大氣動力、熱力過程相互作用特征。研究表明近地層湍流通量變化某種程度可反映未來局地大氣視熱源垂直結構變化的“強信號”特征。上述研究結論也可啟發進一步關注近地層湍流通量異常變化特征及其對局地降水過程大氣熱源結構演變的影響問題。

MLS觀測和氣候模式模擬的平流層水汽的年際變化——Interannual variations of stratospheric water vapor in MLS observations and climate model simulations. Journal of the Atmospheric Sciences, 2014, Vol. 71, No. 11.

通過分析來自于NASA Aura衛星搭載的微波臨邊探測器（Microwave Limb Sounder，MLS）傳感器獲取的幾乎長達10年的水汽數據，以及對最先進的氣候模式模擬結果的詳細診斷分析，日本海洋—地球科學和技術中心的Kawatani等證實了在早期有關研究中討論的赤道平流層水汽年際變化的概念圖。赤道的水汽年際異常與準兩年振蕩（QBO）強烈相關，本研究給出了赤道水汽異常的時間—高度結構的第一QBO組分。水汽異常顯示，在約10 hPa以下的區域，向上傳播方式類似于緩慢平均上涌引起的向上平流（“錄音機”式傳播），但在更高的層，表現出明顯的向下傳播。然后，本研究檢測了MIROC-AGCM和CMIP5的4個模式模擬的這些水汽變化。通過對MIROC-AGCM數據的診斷分析，以及CMIP5幾個模式模擬結果之間的比較，證實了QBO引起的對流層溫度異常對于平流層低層水汽變化的重要性，以及平流層上層的水汽異常在很大程度上是由受垂直風QBO年際波動影響的水汽平均垂直梯度的平流驅動的。

某一深度的土壤含水量是否能用來估計一個點或坡面范圍的土壤剖面的平均土壤含水量——Can soil water measurements at a certain depth be used to estimate mean soil water content of a soil prof i le at a point or at a hillslope scale? Journal of Hydrology, 2014, Vol. 516.

土壤含水量測定是農業氣象觀測中的一項重要工作，土壤剖面（或不同深度）含水量對灌溉計劃的制定、根系吸水計算、感熱與潛熱分配等意義重大。然而，對土壤剖面的水分測定往往費時、費錢。為此，加拿大薩斯喀徹溫大學的胡偉等研究了是否可以利用時間穩定性分析找到某一點的某一深度的土壤含水量，去估算點和坡面尺度上的土壤剖面平均含水量。試驗數據來自利用中子儀測定的黃土高原一個典型坡地的28個樣點（4年共測定37次）0.1～3.8m剖面的土壤含水量。研究首先利用秩相關系數，評價了土壤水分垂直格局的時間穩定性。然后，利用時間穩定性指數——相對誤差絕對值的均值和前兩年的土壤含水量數據確定了時間穩定性深度，后兩年數據用來檢驗該穩定性深度是否可以預測點尺度和坡面尺度的土壤剖面平均含水量。結果表明，土壤水分在垂直剖面方向上也具有較強時間穩定性。平均含水量的預測誤差依采樣點和剖面深度而異。對于垂直格局時間穩定性最強的采樣點而言，時間穩定性最強深度可以很好地預測不同剖面（0～1.0m、0～2.0m、0～3.0m和0～3.8m）土壤平均含水量，其相對誤差在點和坡面尺度上分別小于5%和10%。將該方法進一步應用到加拿大草原景觀，也取得很好效果。因此，該研究表明，利用時間穩定性最強的土壤深度可以用來預測點和坡面（或流域）尺度的土壤剖面平均含水量，這將大大減小土壤水分測定工作量。

紅外、微波以及無線電掩星衛星觀測對數值天氣預報業務模式的影響——Impact of infrared, microwave, and radio occultation satellite observations on operational numerical weather prediction. Monthly Weather Review, 2014, Vol. 142, No. 11.

NOAA的Cucurull等比較了紅外（IR）、微波（MW）以及無線電掩星（RO）觀測對NCEP全球預報業務模式的影響。模擬時段為2013年2月21日—3月31日。模擬發現，總體上，不同衛星系統產生的影響格局基本相似，但其中MW對分析產生的影響最大，RO產生的影響最小。若沒有RO觀測的話，衛星輻射率的修正會過高或偏低，即RO扮演了錨定觀測的角色，減少了全球的預報偏差。三種衛星觀測系統對溫度產生的影響存在正的相關，說明它們以一種相似的方式影響全球溫度。然而，三種觀測系統對對流層低層溫度的影響的相關非常的小（小于0.5）。基于三種衛星觀測系統的濕度場在對流層低層的相關也較小。另外，不同衛星觀測對500hPa位勢高度的預報在北半球與南半球也存在很大差異：在北半球，所有三種觀測疊加在一起產生了一個小的正的影響（同沒有衛星觀測相比），其中單獨同化IR和MW時，會產生小的正的影響，而單獨同化RO時，其影響沒有顯著意義；在南半球，所有三種觀測疊加在一起會產生大的正影響，而單獨同化IR、MW和RO時，都會產生相似的顯著影響。

干旱期間蒸發變冷效應減弱對氣溫升高的貢獻——The contribution of reduction in evaporative cooling to higher surface air temperatures during drought. Geophysical Research Letters, 2014, in press.

氣象干旱與氣溫升高通常同時出現。對此，一般有兩種解釋。第一種是，氣溫的增加引起了蒸發的增加，使環境變得更干。第二種是，干旱期間，降水的減少引起了可利用水分的減少，從而導致了蒸散的下降，并隨之又導致蒸發變冷效應的減弱，使氣溫變得更高。為了檢驗這兩種解釋哪個正確，清華大學的Yin等使用CRU TS3.21的氣溫和降水數據，以及近來發布的包括了入射、射出長波和短波地面輻射通量的CERES數據，研究了位于澳大利亞、美國和巴西的4個樣點的氣象干旱事件，其中，蒸散的計算基于Budyko近似。結果顯示，對于位于干旱區的3個樣點，第二種解釋更為合理；而對于位于巴西的濕潤區樣點，溫度與蒸散、降水都沒有明顯的關系，盡管在該樣點，觀測到隨降水的減少，入射短波輻射有所增加，但這并沒有轉化為射出長波輻射（例如，地表溫度）的增加。該分析還表明，干旱引起的溫度增加和CO2濃度上升引起的溫度增加分別伴隨了不同的輻射特征：干旱期間，（局

地）入射短波輻射增加，入射長波輻射減少；而溫室氣體增加導致入射長波輻射增加，入射短波幾乎沒有變化（全球平均）。

21世紀澳大利亞野火增加背景下碳匯依然在增強——Enhanced Australian carbon sink despite increased wildfire during the 21st century. Environmental Research Letters, 2014, Vol. 9, No. 10.

氣候預測顯示，21世紀澳大利亞顯著變暖，大部分地區降水減少。這種變化通常被認為會導致野火風險增加。然而，澳大利亞麥考瑞大學的Kelley等研究表明，燒毀面積在澳大利亞南部會增加，但在澳大利亞北部會降低。總體上，火災預計增長較小（占國土面積的0.72%～1.31%，取決于所使用的氣候情景），并且不會導致碳儲存的減少。實際上，碳儲存會增加3.7～5.6Pg C（取決于所使用的氣候情景）。采用基于過程的植被動態、植被—火相互作用和碳循環模型進行模擬發現，火增加促進了樹木繁茂地區的樹種向更適應火災的樹木轉變，它們還會侵占草原，導致森林面積總體增加3.9%～11.9%，這些變化都增加了碳的吸收和儲存。木本植被的增加導致粗大凋落物的增加，它們的分解比細凋落物更慢，因此導致異養呼吸整體相對減少，進一步降低了碳損失。CO2直接效應又使木本覆蓋、水利用效率和生產力增加，從而使碳儲存增加了8.5～14.8Pg C（與CO2保持目前濃度值下的模擬相比）。在干旱地區，CO2效應往往會增加燒毀面積、導致碳損失，但在樹木繁茂地區，會增加植被密度和減少燒毀面積。

MODIS植被參數特征及其對區域氣候模擬的影響——MODIS consistent vegetation parameter specif i cations and their impacts on regional climate simulations. Journal of Climate, 2014, Vol. 27, No. 22.

美國馬里蘭大學的Xu等使用CWRF模式，評價了源于MODIS的一套植被參數數據對北美區域氣候模擬的影響。這套植被參數數據包括葉面積指數（LAI）、莖面積指數（SAI）、土地覆蓋類型（LCC）、植被覆蓋度（FVC）、反照率等多種變量。和先前的AVHRR數據相比，MODIS LCC在中西部和中部大平原分別增加了耕地和草地的比例，而在東南部，常綠針葉林變成了混交林，加拿大的混交林變成了常綠針葉林。FVC在中部大平原減少了0.05～0.3，而在落基山脈北部、加拿大和美國東南部，FVC增加了0.1～0.35。MODIS LAI比AVHRR通常低了2～6，除了在中部大平原、落基山脈東部和墨西哥中部以外。模擬顯示，中部大平原LCC和FVC的變化使變暖減少了0.71℃、降水減少了0.36mm/d。LAI的大幅下降使潛熱和感熱通量分別下降了0.78～5.81W/m2和0.91～6.54W/m2。它們還減少了控制試驗（舊的植被、反照率數據）模擬到的夏季美國墨西哥灣沿岸地區和東南部的偏冷，以及北美季風區和加拿大的偏濕特征。在包括加拿大東部、俄亥俄河谷和亞特蘭大中部在內的植被稠密區域，由于LAI下降引起了蒸散發—降水—土壤濕度的正反饋，從而導致這些區域春季和夏季的降水減少、溫度增加。相反，在植被稀疏區域（如大平原），FVC減少引起了反照率—蒸散發—降水—土壤濕度的負反饋，導致這些區域降水和溫度都出現了下降。

氣溶膠對瑞典和芬蘭陸地低層云的間接影響——Aerosol indirect effects on continental low-level clouds over Sweden and Finland. Atmospheric Chemistry and Physics, 2014, Vol. 14.

結合氣溶膠地面觀測數據和云、降水遙感數據，瑞典隆德大學的Sporre等研究了氣溶膠對北歐國家低層云的影響。其中，大氣邊界層的氣溶膠數濃度數據來自于瑞典和芬蘭的兩個氣溶膠觀測站的10年的氣溶膠粒度分布觀測數據，云遙感數據來自于MODIS數據，降水數據來自于波羅的海試驗的天氣雷達數據。另外，也使用ECMWF的再分析數據研究了氣象條件是如何影響云的。結果顯示，當氣溶膠數濃度增加時，云滴有效半徑減小，然而，云光學厚度沒有隨邊界層氣溶膠數濃度的變化而變化。此外，用來度量云活性粒子數濃度是如何影響云滴有效半徑的一個參數——氣溶膠—云交互參數（ACI），被發現在某些區域該值在0.10與0.18之間，當使用直徑大于130nm的粒子數濃度代表云凝結核數據時，ACI的幅度最大。氣象雷達圖像上低的降水強度與較高的氣溶膠數濃度有關。另外，Hyyti?l?觀測站觀測到的粒子數濃度在沒有出現降水時一般比發生降水時要高。因此，氣溶膠第一間接效應沒有在本研究中被證實，而第二間接效應在本研究中是顯著的。

德國地區氣溶膠對冷鋒過后對流云的影響——Impact of aerosol on post-frontal convective clouds over Germany. Tellus B, 2014, Vol. 66.

為檢測改進氣溶膠數據對天氣預報業務模式預報能力的改善，德國卡爾斯魯厄理工學院的Rieger等使用預定義的和交互式的兩種情景下的氣溶膠分布數據，利用COSMO-ART模式進行了模擬研究。該研究關注了2008年4月25日一道冷鋒過后的對流積云的發展。同冷鋒前的情形相比，冷鋒過后的偏北氣流導致了海鹽氣溶膠濃度的增加。交互式情景下的高氣溶膠數濃度代表了典型的污染條件下的場景。與預定義的陸地和海上氣溶膠情景相比，交互式的氣溶膠分布導致了如云滴半徑、數濃度等云特征的顯著變化。對對流積云覆蓋的區域進行平均，發現隨著氣溶膠數濃度的增加，降水出現了系統性的下降。降水和有關的非絕熱效應的系統性差異緩沖了云覆蓋、短波輻射和云頂高度的差異。與實測降水相比，交互式氣溶膠情景和預定義的海上氣溶膠情景都表現出了很好的一致性。該研究表明，氣溶膠對冷鋒過后的積云特性和降水有系統性的影響，業務模式對氣溶膠較好地再現能改善鋒過后的預報。