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目录

3 极端天气气候事件监测业务

业务监测对象
极端事件监测的技术规范
(1)极端事件阈值计算
(2)指标分析方法
(3)监测指标体系

气候监测

1.1 气候监测的定义

气候监测是用现代化技术对气候系统进行观测的总称。其目的是为全面、深入地了解有关气候系统各部分的现状,发现其重大变化的征兆,及时提供资料。气候监测一词,是美国J.库茨巴赫等人在20世纪70年代首先提出的。在1979年世界气象组织公布的《世界气候计划,1980~1983年计划提要与基础》中,将气候监测列为“气候资料计划”的重要组成部分。 气候监测的内容很广泛,主要有: ① 大气基本观测项目。包括地面气象要素值和天气现象、各标准等压面的气象要素值、某些专项站的探测项目、大气成分、气溶胶浓度、冰雪覆盖面积及其变化等。这些项目是由气象站网(包括常规气象站、海洋气候站、大气本底污染监测站等)进行观测。 ② 其他地球物理项目。包括大气上界和下界的辐射差额、太阳常数、平流层气溶胶的浓度和地貌等。这些项目采用卫星、火箭、飞机等多种手段进行探测。 ③ 海洋观测项目。有海水的温度、盐度、化学成分和波浪、洋流、海冰等。这些项目由海洋气候站、固定船舶站、浮标站、考察船和探测卫星等进行探测。 此外,浅层地温、生物圈以及与人类活动有关的项目(如化石燃料消耗、耕地面积等)也是气候监测的内容。 气候监测是现代气候学的基础工作之一,它监视着地球气候系统变化的先兆,也为整个环境科学提供基本资料。由于监测内容牵涉很多学科,所以需要广泛的国际或国内的科学技术协作,目前国家气候中心气候监测正朝着全球气候监测网的方向发展。

1.1 气候监测业务中的常用概念

气候平均(平均气候态)

定义为“天气的平均状况”,或更严格地表述为,在某个一时期内对相关量的均值和变率作出的统计描述,而一个时期的长度从几个月至几千年甚至几百万年不等。通常求各变量平均值的时期是世界气象组织(WMO)定义的30年,如1981-2010年。

气候变化

指气候状态的变化,而这种变化可以通过其特征的平均值和/或变率的变化予以判别(如通过运用统计检验),这种变化还将持续一段时期,通常为几十年或更长的时间。气候变化的原因可能是由于自然的内部过程或外部强迫,或是由于大气成分和土地利用中持续的人为变化。注意《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)第一条将“气候变化”定义为“在可比时期内所观测到的在自然气候变率之外的直接或间接归因于人类活动改变全球大气成分所导致的气候变化”。因此,UNFCCC对可归因于人类活动改变大气成分后的“气候变化”与可归因于自然原因的“气候变率”作出了明确的区分。

气候变暖

气候变暖是指全球的平均气温逐渐升高的现象。其原因可能是多方面的,如气候变化周期、温室效应等。气候变暖影响着人类的生存与发展,成为当今人类社会亟待解决的重大问题,是人类必须面对的严峻挑战。气候变暖最为明显的表现之一,是被气象学家们称为“极端气候事件”的重大灾害性天气频频发生。气候变暖既危害自然生态系统的平衡,更威胁人类的食物供应和居住环境。

气候敏感性

气候敏感性是指在给定全球平均辐射强迫条件下(W/m2),通常取大气中CO2浓度达到2倍时的辐射强迫所产生的全球平均温度变化。 通常有如下几种表方式: 1)平衡气候敏感性:当气候系统或气候模式达到平衡态时,由于大气CO2浓度加倍引起的辐射强迫所产生的全球平均温度变化。 2)有效气候敏感性:在特定时间的反馈强度的度量。它可能随着强迫和气候态的变化而改变。随着耦合模式积分到达新的平衡态,有效气候敏感性增加并逼近平衡气候敏感性。 3)瞬时气候响应:对大气CO2浓度每年增加1%的特殊情形,当CO2浓度达到2倍时的全球平均温度变化。

气候变化适应

气候变化适应是对气候变化—包括负面影响以及潜在机会—进行准备和主动调整的过程。

气候异常

气候要素的距平达到一定数量级(如1~3个均方差以上)的气候状况。如WMO规定月平均气温距平大于或等于两个标准差(ΔT ≥2σ)为异常高温;月平均气温距平小于或等于负的两个标准差(ΔT ≤-2σ)为异常低温。

气候变率

气候变率指在所有空间和时间尺度上气候平均状态和其它统计值(如标准偏差,极值出现率等)的变化,该变率超出了任何单一天气事件的变率。气候变率也许由于气候系统内的自然过程(内部变率),或由于自然或人为外部强迫(外部变率)所致。

气候事件

气候事件是指气候的状态严重偏离其平均态,并产生持续影响的一种过程。

气候突变

气候系统的非线性可导致气候突变,有时称之为快速气候变化、突发事件或甚至称之为意外事件。突发这个术语通常指这些事件的时间尺度快于产生强迫的典型时间尺度。然而,并非所有的气候突变需要受到外界强迫。已提出的一些可能的突发事件包括温盐环流的彻底重建,冰川的快速消融,多年冻土层的大面积融化或土壤呼吸作用增加导致碳循环变化加快。其它的事件也许确实无法预料,是某个非线性系统的强烈、快速变化的强迫作用所引起的。

气候系统

气候系统由五个主要部分组成的高度复杂的系统:大气圈、水圈、冰雪圈、陆地和生物圈,以及它们之间的相互作用。气候系统随时间演变的过程受到自身内部动力学的影响,也受到外部强迫的影响,如:火山喷发、太阳活动变化,还受到人为强迫的影响,如:不断变化的大气成分和土地利用变化。

多圈层相互作用

多圈层相互作用为研究某一气候现象发生时地球系统五大圈层间如何相互影响、相互反馈的问题。如大气中温室气体浓度剧变的天然原因何在;海水缺氧、厄尔尼诺和成烃极盛期由什么引起;什么因素导致生物的俱生与俱灭等人类社会和地学发展所需解决的一些难题,这些问题只有开展地球多圈层相互作用研究才能深入解决。

极端气候事件

对于某一特定范围(单点或某一区域)和时间尺度(日、月或年等)的某种天气气候现象,当表征它的指标满足统计上的极端性标准——该指标值高于(或低于)其分布的上限(或下限)末端附近的某一阈值时,称之为极端(天气)气候事件。国家气候中心基于上述定义,监测的三大类极端天气(气候)事件定义为:

单站单要素极端事件:如单站极端高温事件、单站极端低温事件、单站强降水事件等。这类事件所用指标直接为单一要素(最高温度、最低温度或降水量等),当该单一要素满足统计意义上的极端性标准(如概率超过或低于10%)时,就称为相应的极端事件。目前,国家气候中心单站单要素极端事件监测业务标准主要采用排位法计算,当监测指标超过95%阈值时定义为一次极端事件。

单站非单要素极端事件:如单站极端日降温事件、单站极端连续降温事件、极端连续降水日数事件和单站干旱事件等。这类事件所用指标为专门设计的指数(如日降温幅度、连续降温幅度、连续降水日数、综合干旱指数等),当这些指数满足统计意义上的极端性标准(如概率超过或低于10%)时,就称为相应的极端事件。

区域性极端事件:如区域性极端干旱事件、区域性极端强降水事件、区域性极端高温事件、区域性极端低温事件等。基于专门的方法(如区域性极端事件客观识别法OITREE)识别出的具有一定影响范围和持续时间的区域性事件,以及专门设计的表征区域性事件强度的综合指数,当该综合指数满足统计意义上的极端性标准(如概率超过或低于10%)时,就称为相应的区域性事件的极端事件。

季节内变化

季节内变化是指大气中变化周期在60-90天以内的一种振荡现象,如准双周变化、MJO等。

月内天气过程

月内天气过程是指一个月内出现的天气现象的种类和次数,如月内出现的降温、降水等天气现象的次数。

年际变化

年际变率为描述某气象要素的月或年平均在不同年之间变化的量。

年代际变化

年代际变率为描述某气象要素在不同年代之间平均值变化的量。

季风

季风是热带及亚热带的季节性逆转的海面风和相关降水,是大陆尺度的陆地及与其毗邻的海洋之间的热量差造成。季风降雨主要发生在夏季的陆地上。其中,在亚洲季风区主要包括:

印度季风:印度季风又称为南亚季风,是盛行于阿拉伯海、印度半岛一带的热带季风。在北半球夏季(每年6月至9月),由于气压带和风带北移,南半球的东南信风受亚洲低压的吸引,在跨越赤道后受地转偏向力影响向右偏转成为强烈的西南季风气流吹向印度次大陆。西南季风从热带海洋上带来大量水汽,形成雨季。

南海季风:南海季风是指 南海区域盛行风向随着季节有显著变化的风系。南海夏季风是热带性质的季风,夏半年南海地区低层盛行西南风,高层为偏东风。南海夏季风爆发时间和强弱的变化对南海及周边区域乃至北半球的天气气候均有显著影响。南海夏季风爆发是亚洲大气环流由冬季型向夏季型转换的标志之一,南海夏季风爆发以来自热带的低空(850hPa)西南气流稳定地占据了南海的大部地区为主要特征,并伴随着对流降水的发展和温、湿等要素的突变。9月中旬前后,随着中国大陆冷空气南下,低空(850hPa)东北气流稳定地占据了南海的大部区域,夏季风结束是亚洲大气环流由夏季型向冬季型转换的开始。

东亚副热带季风是由副热带高压转向的西南季风,而由赤道转向并盛行于副热带辐合带之南的西南季风为热带季风。东亚季风区可分为南海-西太平洋热带季风区和大陆-日本副热带季风区。

冬季风

东亚冬季风是指东亚地区冬季由大陆冷高压吹出的偏北风,盛行风向在中国华北及日本北部和中部为偏北风,中国黄河以南、中印半岛及日本南部和冲绳为东北风。影响我国的冬季风主要来自亚欧大陆北方严寒的西伯利亚和蒙古一带,冬季风带来干冷的大陆气团,强烈发展时,带来寒潮天气,气温急剧下降,是我国冬季南北温差大的主要原因之一。东亚冬季风活动对我国同期和后期气候状况均有显著影响。

气候响应

气候响应时间或调节时间指在外部/内部过程或反馈引起强迫后,气候系统或其分量重新平衡并达到一个新状态所需的时间。响应时间因气候系统分量不同而有很大的差异。对流层的响应时间相对较短,从几天至几周,而平流层要达到平衡状态的典型时间尺度为几个月。海洋因其巨大的热容量,其响应时间则长得多,典型的响应时间为几十年,但最长可达几个世纪甚至上千年。因而,地表-对流层强耦合系统的响应时间比平流层的响应时间慢,主要取决于海洋。生物圈对某些变化(如干旱)的响应也许较快,但对于强加的变化则响应很慢。

气候效应

在地球表面上由于各种原因引起的大气物理作用所表现出的气候效果叫做气候“效应”。大自然气象万千,气候“效应”繁多,有一些是大自然本身就存在,有一些却是人为造成的。自然形成的气候“效应”包括:

焚风效应 最早在阿尔卑斯山的北坡谷地,人们发现这里常出现干热气流,在其影响下,气温会增加10度左右。冬季能造成雪崩,春季则积雪融化,温暖季节促进农作物早熟,强烈时可使植物枯萎,甚至引起山火。原因是翻越山坡的暖湿气流在迎风坡时水汽已凝结降落,到背风坡下沉时发生绝热性增温,变得高温干燥,此现象被称作“焚风效应”。“焚风效应”在地球上热带、温带的山地屡见不鲜,甚至可找到主要由“焚风效应”影响形成的荒漠。

绿洲效应 在沙漠地区,因为无水又高温低湿,因此不适宜动植物生活。但是沙漠地区只要有水源,水分与空气混合,就能降低空气温度,提高相对湿度。湿润的空气适合作物成长,形成人类可居住的条件。在气象学当中此种空气与水混合,空气的热量使得水分自液体转变为气体(蒸发作用),空气的热量被水分吸收因此减少,空气温度因此降低(冷却作用),水分变成水蒸气又进入空气之内,因此空气内相对湿度增加。这种水与空气混合产生降温加湿的结果与沙漠中绿洲的形成十分相似,因此称为“绿洲效应”。

盆地效应 在地表的盆地内部,温暖炎热时期,常因地势低、空气密度大、稠密大气阻挡了地面热量向高空的辐射冷却,加之周高中低的地势不易散热,使气温升高。若是底部面积不大的洼地,在寒冷季节的夜间,常因冷空气密度大,在重力作用下顺山坡下滑至洼地底部汇集,使底部气温低于周围坡地。若盆地封闭性不强,则因其位置和开口方向,阻挡或汇集的气流性质的不同,产生增温或降温的不同反应。谓之“盆地效应”。

高原效应 大面积隆起的高原其上空空气密度变小,白天日照时间长,太阳辐射强,夜间大气的保温作用较弱,形成气压低、昼夜温差大的气候特点。地势愈高这种特点愈明显,谓之:“高原效应”。

狭管效应 液体在管中流动,经过狭窄处时流速加快。气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动,流速也会加快,并因气体具有可压缩性,密度也会增大。地球上山地的许多风口和许多地方出现的地形雨都与气流经过狭窄地形密切相关。

冷岛效应 近年来科学工作者发现在地球上的干旱地区,夏季时,绿洲、湖泊的最高气温比附近沙漠戈壁沙漠低30度左右,蒸发量少一半左右。这是由于周围戈壁沙漠的高温气流在大气的平流作用下,把暖空气带到绿洲、湖泊上空,形成了一个上热下冷的逆温层,大气稳定度较大,以致形成一种湿润、凉爽的小气候。此现象被称作“冷岛效应”。

人为活动原因引起的气候“效应”包括:温室效应 大多数科学家认为,半个多世纪尤其是近10多年来,由于工厂、交通运输以及家庭等大量燃烧煤、石油等化工燃料,再加上滥伐森林,使大气中的二氧化碳浓度逐年增加。二氧化碳能够透过太阳短波辐射到达地面,使地表温度增加;同时它又能吸收地面长波辐射后使气温升高,再以逆辐射形式射向地面,如同温室玻璃一样,起保温作用。这种“玻璃棚”笼罩于地球,谓之“温室效应”。实例为,在夏天小汽车停留于阳光下,打开车门即有一股热气传出。此原因在于太阳光进入汽车内部,而气密的门窗阻止热量外泄,因此车内气温高升。温室效应的产生,使全球气温逐渐升高,两极冰川部分融化,全球海平面升高,危及部分岛屿和大洲沿海低地的安全。

阳伞效应 正当大多数人为“温室效应”而忧虑的时候,一些人关注到一个与“温室效应”相反的事实,人类的生产生活、战争、森林草原火灾、火山爆发等人文与自然的活动,向大气排入大量的烟尘,这些弥漫于大气中的烟尘能散射太阳辐射,削弱到达地面的太阳辐射,这种作用犹如地球的一把“遮阳伞”,被称为“阳伞效应”。阳伞效应的产生使地面接受太阳辐射能减少,且阴、雾天气增多,影响城市交通等。据联合国政府间气候变化委员会的评估报告,包括人类活动在内造成的地球大气中的烟尘粒子的阳伞效应,其降温值相当于全球温室效应升温值的20%。换句话说,如果没有烟尘粒子的阳伞效应,人类活动造成的全球变暖幅度将更大。世界上最严重的阳伞效应是大规模核战争造成的“核冬天”。因为核爆炸会把更大量的沙土尘埃送进大气层,使地球大气变得乌烟瘴气。由于地面上得到的太阳热量剧减,使地球气温甚至降到零下,因而被称为“核冬天”(核冬天理论本身尚不成熟,处于研究阶段)。温室效应使全球变暖,而阳伞效应却使全球变冷,只不过变冷程度远不如变暖罢了。

湖泊效应 是指人类修建大型水库(人造湖泊)而产生的相应的库区周围的气候改变。由于水体的热容量远大于陆地,因而库区周围的气温之日比较温差和年比较温差减少,使得夏天凉爽,冬天温暖。由于水陆的热力差异,在较大的库区也形成类似于海陆风的“湖陆风”。白天风从水库吹向岸边,夜间风从陆地吹向水面。另外,在水库的下风方向,由于水面源源输来的丰富水汽,使云量和降水有可能增加。

热岛效应 二次大战以来,世界城市迅猛发展,不知不觉造就了城市的“热岛效应”。城市人口集中,高楼密集,高速公路密集,工厂、汽车、空调及家庭炉灶和饭店等大量消耗能源,散发出相当多的热量,甚至人体本身也都不停地产生热量;城市连片的人造设施,改变了下垫面的热力学性质,使城区的显热增加;同时城市密集高大的建筑物,是气流通行的障碍物,使城市风速减小,引起城市气候其他要素如风向、湿度、降水和云、雾等的相应改变。诸如此类的因素都使城市温度上升,并且在温度的空间分布上犹如一个突出于周围乡村较低温度海洋中的温暖岛屿一样,“热岛”之名由此而来。

干岛效应 与热岛效应通常是相伴存在的。由于城市的主体为连片的钢筋水泥筑造的不透水下垫面,因此,降落地面的水份大部份都经人工铺设的管道排至他处,形成径流迅速,缺乏了天然地面所具有的土壤和植被的吸收和保蓄能力。因而平时城市接近地面的空气就难以像其他自然区域一样,从土壤和植被的蒸发中获得持续的水分补给。这样,城市空气中的水分偏少,湿度较低,形成孤立于周围地区的“干岛”。

雨岛效应 “热岛效应”的存在,使城区气压相对四周气压偏低,当大型环流微弱时,这种因局部温度场而产生的气压梯度,导致热岛环流,即四周的气流聚合到城区。城区气流上升,并在四周下沉,再流向城区。上升气流中一旦水汽和其条件适合时(如有足量凝结核),便可产生城区的对流雨,此现象谓之“雨岛效应”。

湿度效应 大气中的湿度会影响人们对温度的感觉。高温时,人体散热需通过汗液将热量排出体外。如空气湿度较大,汗不易挥发时,人就感到闷热,感觉温度往往比实际温度高。所以在高温条件下,地面河湖众多,水面面积较大会使空气湿度增大,进而影响到人们对气温的感觉。湿度的这种影响称为“湿度效应”。

海洋沙漠化效应 是指由于漏油在海面扩展成油膜,抑制海水的蒸发,阻碍潜热的转移,从而引起海水温度和海面气温的上升;同时,由于水份蒸发受阻,海面上的空气也变得干燥,失去对气候的调节作用,类似于沙漠气候的特征;因此被人们称之为“海洋沙漠化效应”。在现代社会,海上能源运输十分频繁,时常有油轮因各种原因而发生漏油事故。大型油轮的装载量高达十几万吨,一旦发生意外往往能造成大面积的海洋污染。有人估计,由于各种原因,每年进入海洋的石油总量达到200-1000万吨。大面积且长期的海上石油污染,往往引起周围地区的连锁气候异常变化。

气候情景

气候情景是在在一组内部一致的气候学关系的基础上,对未来气候作出的一种合理的和通常简化的表述,而已建立的各种气候学关系通常作为输入因子应用于影响模型,以研究人为气候变化的潜在后果。气候预计经常作为建立各气候情景用的原始材料,但是气候情景通常还需要其它信息,如:观测到的当前气候。一个气候变化情景 就是气候情景与当前气候之间的差。

气候反馈

气候反馈是气候系统中各种物理过程间的一种相互作用机制。当一个初始物理过程触发了另一个过程的变化,而这种变化反过来又对初始过程产生影响。正反馈增强最初的物理过程,负反馈则使之减弱。

海洋陆面监测业务技术规范

2.1 业务监测对象

海洋陆面监测业务的监测对象包括:全球海洋表层。。。。。。

2.1.1 海洋监测技术规范

厄尔尼诺事件、拉尼娜事件

厄尔尼诺事件是指赤道中、东太平洋海表大范围持续异常偏暖的现象。目前,中国气象局国家气候中心在业务上主要以NINO 综合区(NINO 1 + 2 + 3 + 4 区)的海温距平指数作为判定厄尔尼诺事件的依据,指标如下:NINO 综合区海温距平指数持续6 个月以上≥0.5℃(过程中间可有单个月份未达指标)为一次厄尔尼诺事件;若该区指数持续5个月≥0.5℃,且5个月的指数之和≥4.0℃,也定义为一次厄尔尼诺事件。

拉尼娜事件是指赤道中、东太平洋海表温度大范围持续异常偏冷的现象。目前,中国气象局国家气候中心在业务上主要以NINO Z 区(亦称NINO 综合区,即NINO 1 + 2 + 3 + 4 区)的海温距平指数作为判定拉尼娜事件的依据。指标如下:NINO Z 区海温距平指数至少持续6 个月≤-0.5℃(过程中间可有单个月份未达指标)为一次拉尼娜事件;若该区指数持续5个月≤-0.5℃,且5个月的指数之和≤-4.0℃时,也定义为一次拉尼娜事件。

南方涛动

南方涛动是热带东太平洋地区和热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现象。一般用南方涛动指数(SOI)来表针,目前气候监测业务中用塔希提站和达尔文站之间的标准化海平面气压差。SOI为负值表示东太平洋气压低于印度洋气压,SOI为正值表示东太平洋气压高于印度洋气压。南方涛动与厄尔尼诺存在紧密的联系,当厄尔尼诺发生时,SOI下降为异常的负指数,而当拉尼娜发生时,SOI上升为异常正指数,因此,就将这种热带大气和海洋相互耦合的特征称为ENSO,厄尔尼诺常被称为ENSO暖事件,而拉尼娜常被称为ENSO冷事件。

目录

  • 1.词义 / 基本解释 / 引证解释
  • 2.基本含义
  • 3.形成因素: 主要因素 / 辐射因素
  • 4.类型: 热带 / 温带 / 寒带
  • 5.相关理论
  • 6.中国气候
  • 7.四季气候
  • 8.气候变化
  • 9.气候影响

基本解释

  1. 1.[season]:词义 / 基本解释 / 引证解释
  2. 2.基本含义
  3. 3.形成因素: 主要因素 / 辐射因素
  4. 4.类型: 热带 / 温带 / 寒带
  5. 5.相关理论