一个新的气候距平参照系的研究

传统的气候距平定义存在两大问题：①仍然包含有年循环信息；②参照时段改变导致"物理上不唯一"。以频－幅调制的年循环（MAC）作为气候距平的一个新的参照系可以较好地解决上述两大问题，在物理上和逻辑上更一致，能为气候系统的预测业务提供一种新的思路。但随之而来需要解决的一个关键科学问题是：气候变量的MAC过去的变化规律和可能机理的研究，这也是目前国际上开始关注和亟待解决的问题。本项目将用新的非线性且非平稳时间序列分析方法（集合经验模分解）自适应地提取中国地表气温和关键海区海表温度的MAC，并分析它们的变化规律及其影响，探索这些变化可能的物理机制，同时评估参加IPCC第四次评估报告的气候模式对这些变化的模拟能力。本项目是一项将新的信号处理工具和大气科学结合的交叉学科研究，能为气候诊断和气候预测提供一种新的手段，同时也能给模式改进提供一些有用的信息。

传统的气候距平定义存在两大问题：①仍然包含有年循环信息；②参照时段改变导致“物理上不唯一”。以频－幅调制的年循环（MAC）作为气候距平的一个新的参照系可以较好地解决上述两大问题，在物理上和逻辑上更一致，能为气候变率的研究供一种新的思路。但需要先解决的一个关键科学问题是：气候变量的MAC过去的变化规律和可能机理的研究。本项目主要针对近50年中国区域地表气温开展研究，用近些年国际上发展的非线性且非平稳时间序列分析方法（集合经验模分解EEMD）自适应地从近50年均一化的中国地表气温序列中提取了它的MAC分量，并定量分析了它的振幅和位相变化规律，从诊断的角度初步探索了这些变化可能的物理机制，同时评估了参加IPCC第四次评估报告的全球模式(CMIP3)对它们的模拟能力。本项目已顺利完成，达到了预期的研究目标。研究主要发现：（1）近50年中国平均气温的年循环振幅有明显的年际差异(最大达13％)和长期趋势（1961–2007年间减小了4.6%）, 振幅的变化可能是由到达地表的太阳总辐射变化引起的；（2）在中国北方地区，气温年循环的春季位相在东部地区呈现普遍提前趋势，这种变化对该地区入春提前趋势贡献40–60％并可能和研究时段内的东亚冬季风减弱趋势有关；（3）对于全国大部分基准气象站，在1961–2007年间，局地的冬季以每十年2–6天的速度缩短，局地的夏季以每十年2–4天的速度延长；（4）对全国平均气温而言，由于二十四节气都趋于显著增暖，导致季节性升温阶段的气候节气显著提前6–15天，其中雨水节气提前最多；而季节性降温阶段的气候节气则都显著推迟5–6天；（5）CMIP3多模式集合能够模拟出中国4个分区中3个的气温季节循环振幅变化趋势, 而对位相的模拟，多模式集合能够较好地模拟出夏季和冬季起止时间的大部分指标。本项目的研究成果丰富了以MAC作为一个新的气候距平参照系的理论基础，也为中国区域的气候变化研究提供了一些新的事实。