摘要:利用云南省124站观测资料及CRU(Climatic Research Unit)高分辨率降水数据分析了我国西南周边地区的降水时空变化特征, 并进一步对该地区夏、秋季节降水的周期、降水与季风活动的关系以及旱涝时期环流背景做出分析, 以探讨其年代际变化的可能影响机制。结果表明, 我国西南周边地区的降水空间分布随季节演变, 西南地区处于降水量相对小值区, 各季节降水量存在明显的年际变化以及年代际振荡特征。通过周期分析发现, 研究区域夏、季秋季降水均存在明显的年代际尺度周期, 近年来西南地区连续干旱很可能是由夏季和秋季的年代际尺度周期负位相配合造成, 并且降水的减少与夏季风活动偏弱、季风持续时间偏短有关。夏季秋季少雨时期与多雨时期环流场存在显著差异, 表现为少雨时期我国东部低层异常的偏北风, 青藏高原附近高层异常的反气旋型环流, 多雨时期则相反。

摘要:利用短基线时间差甚高频(VHF)辐射源定位系统对一次多回击负地闪放电过程进行详细研究发现, 负地闪的预击穿、梯级先导、直窜先导及回击后云内放电过程伴随有较强烈的VHF辐射。结合同步观测的闪电快、慢电场变化资料, 分析VHF辐射源时空发展特征发现, 预击穿阶段辐射源在云中的放电通道为双向发展, 平均速度均在10⁴ m s^-1量级, 预击穿下行分支直接转化为梯级先导, 并产生多个分支通道同时向地面发展, 先导平均速度在10⁵ m s^-1量级。继后回击之前先导过程均产生多个分支通道, 直窜先导平均速度在10⁵～10⁶ m s^-1量级, 新开辟的梯级先导速度在10⁵ m s^-1量级。闪击间及地闪后期云内放电活动较为复杂, 主要表现为辐射源从闪电起始区域发展, 进一步延伸云内闪电通道。地闪后期多次负极性K变化过程(Kitagawa and Kobayashi, 1958)主要表现为负极性流光沿之前的正极性电离通道快速发展, 平均速度在10⁶ m s^-1量级。

摘要:嵌有对流的层状云系兼有两种云的特征并且降水效率较高, 具有重要的研究意义。本文结合观测资料, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)模拟了2010年7月1日发生在东北地区的一次大范围强降水天气过程, 并对其中两个较典型的嵌入对流个例进行了详细分析。分析发现这两个嵌入对流都是由低层对流嵌入到高层云系所形成, 其中由对流云和位于其正上方的层云所形成的嵌入对流发展更加旺盛并给地面带来更强降水。以这两个个例为基础, 通过其与模拟区域内的普通对流云和层云相比较发现:相对于孤立对流云, 嵌入对流内的对流云生命期更长、低层水汽辐合更强、云内液水含量更大, 不稳定能量更多集中在低层;而在液水含量相当的两个嵌入对流中固态水含量的不同对降水强度影响较大;另一方面, 在嵌入对流发展的过程中嵌入对流内层云的垂直尺度扩大、含水量增加、降水强度增强, 从降水机制来看其云内固态和液态水含量都随嵌入对流发展逐渐增大, 而单纯层云内的上述变化均不明显。

摘要:本文对冬季北太平洋大气和大洋环流做了联合复经验正交函数(CEOF)分解和小波分析, 并分别讨论了第一、二模态的年代际变化及其与海表温度异常(SSTA)年代际变化(PDO、NPGO模态)的关系, 得到以下主要结论:第一、二模态对时间系数的分析显示, 其与PDO、NPGO指数的相关性较高, 且小波分析表明其分别具有明显的准22、12年的年代际变化周期, 这与PDO、NPGO模态的周期相同;第一、二模态时间系数对北太平洋SSTA的回归分析表明, 其回归系数场的空间分布分别与PDO、NPGO的十分接近。第一、二模态空间场中大气环流异常分别类似于海平面气压异常(SLPA)的AL、NPO模态, 可分称其为AL、NPO的风场模;而大洋环流异常则分别相应于SSTA的PDO、NPGO模态, 可称其为PDO、NPGO的流场模。由第一、二模态近表层流场异常得到的垂直运动空间分布分别与PDO、NPGO的空间结构相似, 说明海洋上层海盆尺度大洋环流引起的垂直运动所导致的海温动力变化是形成PDO、NPGO的重要原因, 而大洋环流异常扮演着中介角色。

摘要:利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)再分析资料, 首先讨论了南亚高压在中南半岛上空建立日期的定义标准及其建立过程。结果表明, 南亚高压在中南半岛上空建立的日期平均为4月29日;合成的南亚高压建立前后的大气环流和非绝热加热的演变揭示出南亚高压建立始于菲律宾东南洋面上的反气旋环流分裂后, 西中心在中南半岛上空建立加强形成南亚高压, 该建立过程与中南半岛非绝热加热作用密切相关。在此基础上结合NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)的对外长波辐射(OLR)资料分析了南亚高压在中南半岛上空的建立与亚洲夏季风建立的关系。结果表明, 中南半岛夏季风建立和南亚高压在半岛上空建立几乎同时发生;南亚高压在中南半岛建立几天后, 东孟加拉湾夏季风开始建立;南亚高压建立大约20天后, 南海和菲律宾夏季风开始建立;大约一个月后, 西孟加拉湾、印度半岛和东阿拉伯海的夏季风建立。南亚高压在中南半岛上空的建立可视为亚洲夏季风建立的开始, 其对亚洲夏季风爆发有很好的指示意义。

摘要:东亚季风对中国气候和环境有重要影响, 以往研究多关注于季风环流和人为给定区域内夏季降水的变化, 对于季风区域变化本身及其相伴的季风降水鲜有涉及。本文使用四套降水观测资料, 其中包括基于2416个台站最新资料所得到的中国区域高分辨率降水格点数据, 集中分析了1961～2009年中国季风区范围、季风区西北边界、季风降水及其强度变化。结果表明, 季风区约占中国陆地面积的60%, 研究时段内总体上在缩少;季风降水无趋势性变化而是表现为一定的年际和年代际变率;中国季风降水强度平均为4.46 mm d^-1。季风区西北部的东、西边界间区域属于典型的干湿交错带, 季风区西北边界在40°N以南整体上表现为-0.026°/a的西进趋势, 而在其北部则表现为0.041°/a的东退, 这主要是源于区域尺度热力对比、大气环流和水汽通量的变化所致。

摘要:利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加密观测期间敦煌站的实测资料以及大涡模式, 通过一系列改变地表热通量和风切变的敏感性数值试验, 分析了地表热通量和风切变对边界层对流的强度、形式, 以及对对流边界层结构和发展的影响。模拟结果显示风切变一定, 增大地表热通量时, 由于近地层湍流运动增强, 向上输送的热量也较多, 使对流边界层变暖增厚, 而且边界层对流的强度明显增强, 对流泡发展的高度也较高。当地表热通量一定, 增大风切变时, 由于风切变使夹卷作用增强, 将逆温层中的暖空气向下卷入混合层中, 使对流边界层增暖增厚, 但是对流泡容易破碎, 对流的强度也较弱。另外通过在模式近地层释放绝对浓度为100的被动示踪物方法, 用最小二乘法定量地分析了地表热通量和风切变分别与示踪物抬升效率和传输高度的关系。分析结果表明, 风切变小于10.5×10^-3 s^-1时, 增大地表热通量加强了上层动量的下传, 使示踪物的抬升效率也线性增大;地表热通量小于462.5 W m^-2时, 增大风切变减弱了边界层对流的强度, 从而使示踪物的抬升效率减弱。当风切变一定时, 示踪物的平均传输高度随地表热通量增加而增大, 而地表热通量一定, 只有风切变大于临界值时, 示踪物平均传输高度才随风切变的增加而增大, 而临界风速的大小由地表热通量决定。

摘要:本文利用2006年登陆台风"碧利斯"暴雨过程高分辨率数值模拟资料, 结合湿热力平流参数、广义对流涡度矢量垂直分量、水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量、热力切变平流参数和Q^*矢量散度等8个动力因子, 对"碧利斯"台风暴雨进行诊断分析。结果指出:(1)8个动力因子在"碧利斯"台风强降水区均表现为强信号, 其中, 水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量等动力因子与降水强度的相关系数均达0.99以上, 与总云水物质的相关系数也均达0.97以上, 而热力切变平流参数与上述二者的相关系数最低, 达0.5左右;(2)8个动力因子中, Q^*矢量散度随降水强度先增大后减小, 与"霰融化成雨水造成雨水增长"微物理过程随降水强度的变化相似, 热力切变平流参数随降水强度呈现"增大—减小—再增大"的变化特征, 而其他6个动力因子均呈现单调增长趋势, 与"雨水碰并云水造成雨水增长"微物理过程随降水强度的变化相类似;(3)总体看来, 水汽螺旋度、热力螺旋度、散度垂直通量、热力散度垂直通量4个动力因子与降水强度及雨水收支相关的总的云微物理过程转化率对应更好, 因此, 对降水的指示意义也更好。

摘要:本文重点分析了2013年夏季格陵兰冰盖表面的融化特征, 并将2013年与2012年融化极值年的异常进行对比, 探讨二者之间存在的动力和热力差异及其对冰盖表面融化的影响和机制。结果表明:2013年夏季格陵兰冰盖表面最大融化范围仅为44%, 远小于2012年的97%, 持续的时间也比2012年短20天左右, 平均的融化面积和持续时间都接近气候平均态。2013年夏季大气环流异常与2012年近乎完全相反, 格陵兰及附近海域为低压异常, 500 hPa位势高度场为负异常, 大气环流和2012年相比更具有纬向型。格陵兰岛的北部和南部出现气旋异常, 有利于输送北极的冷空气到格陵兰岛, 不仅降低了夏季格陵兰冰盖表面的平均温度, 而且也减少了格陵兰高温事件发生的频率。同时, 2013年夏季格陵兰表面向下的辐射通量异常分布大体上呈西南—东北走向, 不同于 2012年的南北分布。尽管从分布上看, 总的向下辐射通量以正的短波分量为主, 但是长短波分量相互抵消使得 2013年夏季总的向下辐射通量接近气候平均态, 这使得辐射对冰盖表面温度的影响不明显。大气环流的动力和表面辐射收支的热力共同作用导致2013年夏季格陵兰冰盖表面融化经历了相对缓和的一年。

摘要:本文将ENSO预测的目标观测敏感区与多模式集合预报方法相结合, 提出了一种能够有效提高预报技巧且又具有较小计算成本的多模式集合预报方法。该方法在目标观测敏感区内采用模式不等权的多模式超级集合预报方法(SUP), 而在其他区域采用相对简单的等权的多模式消除偏差集合平均方法(BREM)。利用CMIP5中15个气候系统模式的工业革命前参照试验(pi-Control)数据, 针对热带太平洋海温的长期演变开展了理想预报试验。将新集合预报方法与现有的多模式集合预报方法进行了比较。结果表明, 在所考察的预报期内(即1～20年), 新集合预报方法与整个热带太平洋区域使用SUP方法具有相当的预报技巧, 但前者的计算成本明显小于后者, 计算时间仅为后者的1/4。可见, 新方法是一个具有较高预报技巧且计算成本较小的多模式集合预报方法。同时, 其较高的预报技巧强调了热带太平洋SST预测对ENSO目标观测敏感区内的模式误差也是极端敏感的, 也正因如此, 多模式集合预报方法才能够有效过滤模式误差的影响, 具有较高的预报技巧。

摘要:本文根据中国台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 研究了长江中下游地区夏季降水的水汽路径并给出了客观定量化的定义。结果表明:(1)影响长江中下游地区夏季降水的水汽路径主要是来自南界的水汽输送, 据此定义了南界水汽路径的面积、中心强度、向东延伸格点的位置以及边界强度等指标;(2)对各个指标的时间演化特征进行了分析, 南界水汽路径的面积指标和中心强度指标有下降的趋势, 各个指标在20世纪90年代前后都有一个明显的转折, 面积指标、中心强度指标、边界纬向强度指标都有明显的年代际的变化;(3)对各指标与中国夏季降水和前冬海表温度进行相关分析, 夏季南界水汽路径影响我国不同地区的降水, 南界水汽路径的面积指标、中心强度指标与前一年冬季西太平洋的海温呈显著负相关, 与赤道中太平洋和东太平洋前一年冬季的海温呈显著正相关, 即前冬东太平洋发生El Niño时, 有利于夏季西太平洋水汽输送增强, 进而有利于长江中下游地区夏季降水偏多。

摘要:台风在趋近大陆过程中强度一般衰减, 但Meranti(1010)北上进入台湾海峡过程中却迅速加强, 且在登陆福建时达到最强。采用中国气象局台风资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°再分析资料及台湾雷达资料, 结合中尺度数值模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)开展台湾地形敏感性试验, 研究Meranti进入台湾海峡过程中的结构变化及迅速加强机理。结果表明:台湾地形是Meranti迅速加强的一个重要影响因子。Meranti北上过程中, 一方面通过台湾岛地形分流作用及其背风坡效应在台湾海峡内诱生中尺度涡旋, 形成正负相间的涡度分布, 激发出与台风相关的扰动波列。地形强迫抬升及扰动波列可加强垂直运动和积云对流, 有利于台风对流发展。另一方面, 台湾地形还通过改变环境气流使台风高空辐散场加强, 环境风垂直切变减小, 形成有利于台风发展的环流背景。比较不同高度台湾地形试验中台风动能收支发现, 台湾地形激发的扰动波列和积云对流增强了次网格尺度系统与台风间能量的交换, 成为Meranti登陆前迅速加强的主要动能源。

摘要:热带气旋潜势指数可以合理刻画热带气旋生成的位置与范围, 被广泛应用于评估气候系统模式对热带气旋的模拟。本文使用区域海—气耦合模式FROALS对西北太平洋地区1982～2007年的积分结果, 检验了该模式对热带气旋潜势指数的气候态和年际变率模拟能力, 并从决定热带气旋潜势的五个变量角度, 分析了造成模式模拟偏差的原因。结果表明, 模式可以合理再现西北太平洋地区热带气旋潜势指数的分布, 但由于西北太平洋季风槽模拟偏弱且耦合后模拟海温偏冷, 使得耦合试验模拟的热带气旋潜势指数分布偏弱, 尽管较之单独大气模式, 其模拟的空间分布有改善。在年际变率方面, 模式可以合理再现年际变率中热带气旋潜势指数对ENSO的响应, 且耦合模式优于单独大气模式, 分析表明其原因在于耦合模式模拟的850 hPa季风槽强度与年际变率优于单独大气模式。因此区域耦合模式在模拟热带气旋指数年际变率方面相较大气模式有优势。

摘要:基于1959～2013年的观测和再分析资料以及10.7 cm(2800 MHz)太阳射电通量资料, 本文分析了太阳活动变化与东亚冬季气候的相关关系, 分析结果表明:太阳活动变化与东亚冬季大气环流有较好的相关性, 且在太阳活动的强、弱时期该相关关系存在很大差异, 在强太阳活动时期太阳活动变化与东亚冬季气候的联系更为显著, 而在弱太阳活动时期二者之间的直接联系微弱, 这表明太阳活动变化对东亚冬季气候的影响具有非对称性特征。在太阳活动较强的时期, 随着太阳活动的增强, 东亚中高纬对流层中层的大气环流倾向纬向型, 东亚大槽减弱, 850 hPa出现异常偏南风, 地面上西伯利亚高压以及冬季风减弱, 东亚大部分地区气温显著偏高;而在太阳活动较弱的时期, 太阳活动的年际差异与东亚冬季大气环流之间几乎不存在显著联系。分析太阳活动较强和较弱时期纬向平均纬向风的差异发现, 其间平流层行星波活动、热带西北太平洋海表温度的差异可能是造成这种非对称影响的重要原因。在强太阳活动时期, 平流层行星波在太阳活动的异常增强年有异常的从极地向赤道的水平传播, 高纬地区E-P通量(Eliassen-Palm flux)异常辐散, 导致中高纬西风及北极涛动(AO)增强, 同时热带西北太平洋海温异常偏冷, 海陆热力差异缩小, 大气环流经向度减弱, 东亚冬季风偏弱。

摘要:土壤湿度在陆气相互作用中的重要性体现在它既能影响陆地和大气之间水循环的速率, 又能改变地表的能量分配。本文针对陆面过程模型中描述土壤湿度变化的方程进行了理论分析, 指出在非均匀土壤和冻土中采用土壤水势梯度描述垂直非均匀土壤水分流动的合理性。基于描述土壤内部水热传输的统一土壤模型, 并利用推广的表征土壤水分特征的Clapp-Hornberger关系式, 研究了非冻结和冻结的土壤湿度对于垂直非均匀土壤的敏感性。结果表明, 由土壤质地决定的土壤水势和导水率对土壤湿度的模拟有重要的影响。具体地, 在决定土壤性质的Clapp-Hornberger关系式中, 与土壤质地有关的饱和水势、饱和导水率以及土壤孔隙大小分布指数B, 对土壤湿度的模拟起到了关键作用。参数B的重要性尤为突出, 它的增加会引起导水率的大大下降, 从而对水分在土壤中的垂直分布产生重要影响。饱和水势的绝对值和参数B的增加会使得土壤水势绝对值增加明显, 使土壤的结冰(融化)过程延迟, 土壤温度因为没有结冰(融化)释放(吸收)的潜热加热(冷却)而持续下降(上升), 因此在冻融时期土壤温度会比观测值振幅偏大。上述结果揭示了考虑土壤垂直非均匀性并采用有效的土壤特性参数对于陆面过程模型的重要性。

摘要:利用低光度相机首次观测到了2013年7月31日华北地区一次中尺度对流系统(MCS)上空产生的中高层Sprite放电现象。结合闪电定位、天气雷达等同步观测, 对一次MCS诱发的Sprite的形态学特征及其对应的母体闪电和雷暴系统的雷达回波特征等进行了详细分析。研究除发现了2例圆柱型、3例胡萝卜型和1例舞蹈型 Sprite外, 还发现了2例发光主体发育不完全的Y字型Sprite。估算的Sprite的底部平均高度低于61.8±3.5 km, 顶部平均高度为84.3±6.8 km。Sprite持续时间算术平均值为25.7±9.8 ms, 几何平均值为24.4 ms。Sprite的母体闪电均为正地闪, 峰值电流在+62.5～+106.2 kA之间, 算术平均值为+77.1±22.2 kA, 是本次MCS所有正地闪平均峰值电流的1.4倍。Sprite母体闪电的脉冲电荷矩变化(iCMC)在+475～+922 C km之间, 几何平均值为+571.0 C km。Sprite母体闪电发生在MCS雷达回波25～35 dBZ的层状云降水区, 弱回波(<30 dBZ)面积的突然增加对Sprite的产生有重要指示作用。Sprite易发生在MCS成熟—消散阶段正地闪比例(POP)显著增加的时段。在本次MCS消散阶段中, 有两个时间段可能有利于产生Sprite。在Sprite集中发生时间段, 北京闪电综合探测网(BLNET)探测到的正地闪比例为54.2%, 正地闪连续电流比例70.24%, 连续电流持续时间为58.17±50.31 ms, 有利于Sprite的产生。

摘要: