摘要:观测发现，西北太平洋区域夏季降水—SST存在显著的负相关，主要是由于El Niño衰减年西北太平洋异常反气旋持续至夏季，该过程是检验耦合模式性能的重要参照标准。本文利用中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统IAP-DecPreS，通过海洋同化试验、大气模式AMIP试验与观测结果的比较，评估海洋同化试验对西北太平洋夏季局地海气相互作用特征的模拟影响。结果表明，海洋同化试验能够模拟出西北太平洋区域夏季降水—SST负相关，但负相关区域范围偏小。其与观测之间的最大差异出现在8月，西北太平洋负降水异常及异常反气旋位置偏东，强度偏弱。这是由于其模拟的El Niño衰减年夏季赤道东印度洋正降水异常偏弱且移动至赤道南侧，对流层增温偏弱，对西太平洋的遥相关作用偏弱。AMIP试验未考虑大气对海洋的反馈作用，不能再现西北太平洋降水—SST负相关，无法模拟出El Niño衰减年夏季西北太平洋异常反气旋。研究表明，海洋同化试验对西北太平洋区域局地海气相互作用特征的模拟能力较AMIP试验有所提升，其对8月西北太平洋降水与环流场的模拟偏差与东赤道印度洋降水模拟偏差有关。

摘要:利用湖北省2012～2017年区域自动站、天气雷达和周边探空站观测资料，对三类不同组织形态的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System, MCS）（线性MCS、非线性MCS和孤立对流风暴）造成的地面强风（极大风速≥17 m/s）的时空分布、移动与传播、对流环境特征等方面进行了统计对比分析，并结合个例讨论了地面入流大风的成因及其对对流系统发展、组织的影响。结果表明：（1）大量的非线性MCS可能是由更早发生在山区和丘陵的孤立对流风暴向平原地区移动过程中组织形成的，孤立对流风暴造成的地面大风出现的峰值时间在17:00（北京时，下同）前后，非线性MCS地面大风的峰值时间在19:00左右；线性MCS造成的强对流大风主要出现在平原地区。（2）非线性MCS和孤立对流风暴是造成湖北省地面大风的主导系统，其中，非线性MCS造成的地面大风站次数占强对流大风站次总数的41.9%，而39.3%的地面强对流大风站次是由孤立对流风暴造成的。（3）虽然大于17 m/s的地面入流大风占所有强对流大风的比例很小，但存在地面入流大风的强对流系统的影响范围、持续时间均远大于同一类型对流系统的平均值。基于一次长生命史线性MCS（飑线）造成强对流大风事件的分析表明：雷暴系统前侧的地面入流大风是由对流强烈发展造成，这支暖湿入流又进一步增强了对流风暴的发展，同时地面入流大风的形成进一步加强了垂直风切变，因而强的地面入流更有利于对流系统的组织化发展。（4）虽然暖季强对流系统的平均引导气流均以西南风为主，但线性MCS主要自西向东移动、非线性MCS以自西南向东北移动为主、孤立对流风暴的移动方向则更具多样性，也更易出现后向传播现象。孤立对流风暴相对组织化的强对流系统而言，往往发生在更不稳定或更干的层结大气中，且环境垂直风切变更弱、风速更小。

摘要:本文分析了中国科学院大气物理研究所年代际气候预测系统IAP DecPreS的海洋同化试验（简称EnOI-IAU试验）在西北太平洋地区的海表面温度（SST）年循环的模拟技巧，并通过对比IAP DecPreS系统自由耦合历史气候模拟试验结果，在包含海气耦合过程的框架下讨论了耦合模式中西北太平洋夏季SST模拟差异，及其对亚洲季风区夏季季风降水模拟的影响。结果表明，EnOI-IAU试验较好地模拟出了西北太平洋各个季节的SST空间分布，并显著减小了原存在于历史气候模拟试验中持续全年的SST冷偏差。混合层热收支诊断分析表明，包含同化过程在内的海洋过程的模拟差异对西北太平洋海温的模拟提升有重要贡献。夏季，EnOI-IAU试验模拟的印度季风伴随的低层西风较观测偏东、偏强，且高估了赤道西太平洋区域的降水量值、低估了印度洋区域的降水量值。水汽收支分析显示，气旋式环流异常造成的水汽辐合异常是造成亚洲季风区降水模拟差异的主要原因。研究表明，较之历史模拟试验，EnOI-IAU试验中夏季西北太平洋地区SST增暖造成局地对流增强，进而使得局地产生异常上升运动，水汽辐合增强，造成西北太平洋地区降水模拟偏多，激发出低层西风异常及赤道外气旋式环流异常。该低层西风异常导致了北印度洋地区低层辐散异常，减小了原存在于历史试验中印度洋地区的正降水偏差。西北太平洋气旋式环流异常一方面增强了印度夏季风伴随的低层西风，使得更多的水汽从阿拉伯海输送到西太平洋暖池区域，增强了该区域的降水量；另一方面，该气旋式环流异常减小了历史模拟试验中中国南部区域偏强的低层风速，进而提升了模式对东亚低层西南风的模拟能力。

摘要:本文利用基于变分客观分析方法的物理协调大气分析模型，构建了青藏高原试验区大气热力—动力相互协调的数据集，并通过该数据集对青藏高原试验区夏季深厚及浅薄对流降水过程的热动力特征进行分析，结果表明：变分客观分析后的垂直速度场能更好地与实际观测的对流降水过程相吻合；深厚对流降水期高云含量多，整层大气为较强的上升运动，上升运动可达100 hPa左右，浅薄期高云含量少，上升运动仅能延伸到300 hPa左右；两种对流降水过程中视热源Q₁在低层为冷却作用，高层为加热作用，在深厚期中高层Q₁存在两个加热中心，中层受较强的水汽凝结释放潜热加热所影响，高层主要受过冷云水凝结成冰晶形成高云时释放的热量所影响；在浅薄期中高层Q₁只存在一个加热中心，大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放；深厚对流降水期视水汽汇Q₂的加热作用可以延伸到200 hPa，而浅薄期仅到340 hPa左右。

摘要:本文基于动力调整方法，利用客观分析海气通量（OAFlux）资料研究了1958～2016年全球海洋蒸发量变化及其动力作用和辐射强迫分量的变化，发现海洋蒸发量及其动力作用分量具有一致性年代际变化特征，特别是在20世纪70年代及90年代末期存在明显的年代际转折。进一步分析发现：主要动力因子有太平洋—北美遥相关型（PNA）、北极涛动（AO）、北大西洋涛动（NAO）、厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和阿留申低压（AL），并受到太平洋年代际振荡（PDO）的影响，其中，1970年代末期的转折与PNA、PDO、ENSO和AL密切相关，而1990年代末期的转折还与NAO变化有关。动力作用分量的前六个模态解释方差达到67.5%，其中，低纬北太平洋和印度洋蒸发异常主要与海表温度（SST）及其引起的环流异常有关，南太平洋、中纬北太平洋和北大西洋蒸发异常与环流异常直接相关。ENSO与PDO在全球海洋蒸发量上的影响要大于NAO。单因子相关分析发现南方涛动指数（SOI）、NAO和PDO与海洋蒸发年代际变化密切相关。总体来说，动力作用分量在海洋蒸发的年代际变化中起主导作用，其中，以ENSO、NAO和PDO的影响最大。

摘要:本文利用1961～2015年（55年）中国地区577个地面观测站的冰雹资料，应用统计学方法，分析了冰雹持续时间的空间分布、年际变化以及日变化特征，包括站点降雹累积持续时间、平均单次降雹持续时间、区域平均单次降雹持续时间、小时降雹累积持续时间和总降雹累积持续时间。结果表明：（1）1961～2015年中国地区站点降雹累积持续时间与海拔高度呈现较高的正相关关系，相关系数高达0.99。站点降雹累积持续时间的最大值出现在青藏高原地区，累积持续时间高达250分钟，其次为内蒙古中部以及东北部的山区地带，累积持续时间约为150分钟。（2）1961～2015年平均单次降雹持续时间呈现上升趋势，55年冰雹累积持续时间大约增长1分钟，且通过了95%信度水平的显著性检验。（3）西北地区、北部平原地区和东南地区在1961～1980年期间，区域平均单次降雹持续时间都有显著的下降趋势，而在1970～2015年期间西北地区和青藏高原地区呈现显著的上升趋势。1961～1980年期间区域平均单次降雹持续时间在西北地区的长期趋势变化主要受到日最低气温以及温度日较差长期年际变化的影响，在北部平原地区仅与温度日较差相关，而在东南地区与三个对流参数都有较好的相关性；1970～2015年和1961～2015年期间西北地区和青藏高原地区的区域平均单次降雹持续时间的上升趋势分别与这两个区域的区域平均日最高气温、日最低气温呈正相关。（4）单次降雹持续时间的日变化明显，午后至夜间出现的冰雹持续时间长于凌晨和上午的冰雹持续时间，持续时间峰值出现在当地时间17时和18时。本文还利用探空资料分析了对流有效势能和Totals-totals指数与冰雹持续时间的关系，结果表明中国地区20时（北京时）的对流有效势能和Totals-totals指数可能是冰雹持续时间日变化的影响因子之一。

摘要:本文基于44年ERA40再分析月平均土壤湿度资料和大气环流变量场资料，去除ENSO遥相关以及趋势影响后，利用滞后最大协方差方法分析非洲南部地区土壤湿度分布与南半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明：在南半球冬季（Jun-Jul-Aug，6～8月）和夏季（Jan-Feb-Mar，1～3月），大气中类似南极涛动（Antarctic Oscillation，简称AAO）正位相的环流型与超前月份（最长时间达到5个月）的非洲南部地区土壤湿度的异常分布显著相关。基于土壤湿度变率中心的线性回归分析方法证实非洲南部地区其北部土壤湿度正异常、中南部土壤湿度负异常的空间分布对后期夏季和冬季的大气有显著的反馈作用。诊断结果显示由于夏秋季节和春季初夏非洲南部地区土壤湿度异常均有显著的持续性，同时对后期AAO产生持续增强作用，所以滞后最大协方差方法可以检测出它们对后期AAO的显著影响。以上非洲南部地区土壤湿度异常超前于南极涛动的信号，将有助于加强对土壤湿度反馈机制及其对南半球大尺度环流变率影响的认识。

摘要:本文对不同定义的湿位涡做了理论分析，并利用1522号台风“彩虹”的数值模拟结果对各种湿位涡进行了诊断。主要结论有：经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的差异主要是由不同定义的位温造成的，相当位温、广义位温和修改位温的构成均是在位温基础上添加一显含水汽的附加量；经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的构成均能分为干、湿分量两部分，其干分量表达式相同，都与Ertel干位涡的定义一样，水物质相变潜热的影响隐含在位温中；不同定义湿位涡的本质差异表现在不同的湿分量上，湿分量的表达式中显含了水物质的作用。对台风的诊断分析发现，改进湿位涡分布与Ertel干位涡非常相似，呈现中空分布的位涡塔结构，大值区对应眼墙内侧，改进湿位涡湿分量与经典湿位涡的湿分量分布相似，只是湿分量的绝对值更小，这反映了改进湿位涡既能保持干位涡的分布特征，其分布和演变可反映台风的结构和演变，又能合理地体现水汽分布的影响，所以在台风诊断中有更广泛的应用前景。经典湿位涡在低层表现为负值，这与水汽梯度的分布关系很大，但与垂直速度、潜热加热大值区等都没有很好的匹配关系，用其分析台风结构和演变具有一定局限性；广义湿位涡其形式较复杂，仅在近饱和区域才能发挥其诊断优势。

摘要:地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失，严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关，在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制，对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统，对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟，深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明，伴随着强冷空气入侵，广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强，且在城市冠层顶尤为明显，呈现区域不均匀的三维结构，数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空，并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区，虽然整体风速明显减弱，但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是，超高层建筑群引起显著的垂直环流，导致强风扰动向下传播，造成最大风速达8 m s⁻¹的地面局地强风，阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构，能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时，可在其两侧绕流区再次加强，形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边，与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制，有助于提升城市气象的精细化预报水平。

摘要:本文主要利用L波段常规探空数据、华南区域加密自动站资料以及ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料，依据我国冰雹等级划分标准（GB/T 27957-2011）筛选了2004～2017年发生在广东的23个大冰雹事件（直径≥20 mm），重点分析其大气层结状态与结构特征，定量诊断了大冰雹的融化效应，并建立了判别大冰雹的物理参数模型。结果表明：（1）大冰雹事件“上干下湿”比非大冰雹（直径≥5 mm且＜20 mm）事件更加清晰，产生大冰雹所需的对流（位势）不稳定建立更依赖于“上干下湿”而不是“上冷下暖”。（2）H₋/H₊（冷云和暖云厚度比值）对于区分大冰雹与非大冰雹具有较好的指示效果，H₋/H₊高于1.6/1对判别产生大冰雹有参考价值。（3）相比于非大冰雹事件，大冰雹事件最大热浮力高度高于−5℃层，有利于托举雹胚进入有效增长层（−10℃～−30℃），促使雹胚生长为大冰雹。最大热浮力强度≥4℃可作为判别大冰雹与非大冰雹的关键阀值。（4）热传递与对流交换（）对大冰雹融化起主要作用，其贡献率与DBZ（冻结层高度）、（环境平均温度）呈反比关系；冰雹表层水膜因蒸发或重新凝结消耗潜热（）对大冰雹融化影响表现在DBZ高度上的冰雹直径越小、融化贡献率越大，大冰雹融化程度越大。高空的干层向下延伸到较低高度有利于大冰雹不被或少被融化，也是大冰雹事件WBZ（湿球零度层高度）显著低于DBZ的重要原因。（5）基于全文统计内容与对比分析，构建了一个判别大冰雹的物理参数模型，大气层结满足ΔT_d85（850 hPa与500 hPa的露点差）≥46℃、500 hPa的T−T_d≥15℃、1000～700 hPa最小的T−T_d≤2℃、H₋ /H₊≥1.6/1，最大热浮力强度≥4℃、最大热浮力高度高于−5℃层时，有利于产生大冰雹。

摘要:本文利用河北邢台测站Ka波段微雨雷达（MRR）观测到的一次冷锋云系降水过程分析降水的垂直分布及演变特征。将MRR观测结果与天气雷达、地面雨滴谱仪、雨量计观测结果进行对比以检验MRR数据的可靠性。同时将MRR与雨滴谱仪和激光云高仪结合，研究了不同相对湿度阶段特征量、雨滴谱的平均垂直分布特征和降水特征量随时间、高度的演变特征。结果表明：MRR与雨量计及雨滴谱仪累计雨量结果较为接近，趋势一致。MRR 200 m雨强值与地面雨滴谱仪雨强值偏差最小，平均偏差为0.05 mm h⁻¹，相关系数为0.93。相比雨滴谱仪，MRR观测到的小滴数浓度出现高估，大滴数浓度出现低估，中滴数浓度较为一致。降水在云内和云外受不同微物理过程影响，垂直变化特征不同。降水初期平均反射率和雨强在云底以下明显减小，小滴和中滴平均数浓度明显减小，蒸发作用影响较强。而在其余时间段在云内随高度降低平均反射率和雨强略有增加，小滴平均数浓度变化较小，中滴大滴平均数浓度增加，表明云内有云滴与雨滴间的碰并发生。而在云外低层，随高度降低平均有效直径明显增加，平均雨滴总数浓度明显减小，小滴平均数浓度显著减小，大滴平均数浓度显著增加，表明在云外低层雨滴间的碰并作用较强。

摘要:以未来业务化应用为目标，本文进行了业务数值预报模式GRAPES_Meso（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中的风廓线雷达资料同化应用研究。基于2015年7月的全国风廓线雷达观测数据，首先建立了面向同化应用的风廓线雷达资料两步质量控制方案。通过对比分析质量控制前后风廓线雷达观测资料集与欧洲中心再分析资料ERA-Interim的差值场特征，论证了质量控制方案的合理性，两步质控后风场误差显著减小，同时观测背景差更接近高斯分布，符合数值同化应用假设。将质量控制后的风廓线雷达资料应用于GRAPES-3DVAR系统，开展有、无风廓线雷达资料同化的对比试验，通过批量试验和台风“莲花”个例分析来探讨风廓线雷达资料同化对数值预报的影响。研究表明：在循环同化过程中加入风廓线雷达资料对数值模式初始场有一定改善，风场、温度场、湿度场的分析误差均有减小，从而使短期降水（0～12 h）的预报技巧得以提高。针对台风暴雨个例分析结果表明，风廓线雷达资料同化能有效地调整台风降水区的动力结构和水汽分布，在模式中形成更有利于对流发展的环境条件，从而更好地预报降水的位置与强度。

摘要:基于京津冀地区逐日和逐时降水资料，对1970年以来变暖背景下该地区盛夏（7月和8月）和初秋（9月）降水的变化特征分析后：近46年京津冀地区盛夏降水显著减少，在1990年代末由多雨转为少雨位相，降水日变化上，不同时段的降水皆明显减少，其中持续性降水事件的变化对总降水量减少的贡献更大。而初秋降水明显增加，且在2000年代初发生跃变，由少雨转为多雨位相，夜间降水明显增加，并且持续性降水的增加和跃变是初秋降水增加的主要原因。进一步分析发现，日最高气温的变化与短时降水有较好的时间关系，盛夏时最高气温在1997年发生跃变，从较低位相跃变为较高位相，对应的，盛夏短时降水也同年发生跃变，由多雨转为少雨位相。而初秋的最高气温变化不明显，短时降水也没有发生跃变，无明显的变化趋势。此外，在环流场上，2000年代后，盛夏时欧亚中高纬阻高活动加强，阻碍了中纬度西风扰动输送水汽到京津冀地区，东亚急流偏南，京津冀地区上升气流受到抑制，不利于降水产生；而初秋时，输送至京津冀地区的水汽增加，东亚急流偏北，京津冀地区上升气流加强，贝加尔湖地区低槽受到东部高压阻挡，经向环流加强，有利于冷空气的活动，同时，西太平洋副高强度增强位置偏北，有利于降水的形成。东亚海陆热力差指数在初秋的增强反映出东亚夏季风在夏末秋初的南撤过程发生延迟，形成了以上有利于初秋降水的环流形势，导致了“夏雨秋下”的现象的出现。

摘要:本文利用1981～2016年的CRUNCEP资料（0.5°×0.5°）作为大气驱动数据，驱动CLM4.5（Community Land Model version 4.5）模式模拟了青藏高原地区1981～2016 年的土壤湿度时空变化。将模拟数据与台站观测资料、再分析资料（ERA-Interim和GLDAS-CLM）和微波遥感FY-3B/MWRI土壤湿度资料对比验证，表明了CLM4.5模拟资料可以合理再现青藏高原地区土壤湿度的空间分布和长期变化趋势。而且基于多种卫星遥感资料建立的较高分辨率（0.1°×0.1°）的青藏高原地表数据更加细致地刻画了土壤湿度的空间变化。对比结果表明：CLM4.5模拟土壤湿度与各个台站观测的时空变化一致，各层土壤湿度的模拟和观测均显著相关，且对浅层的模拟优于深层，但模拟结果比台站观测系统性偏大。模拟与再分析资料和微波遥感资料土壤湿度的空间分布具有一致性，均表现为从青藏高原的西北部向东南部逐渐增加的分布特点，三江源湿地和高原东南部为土壤湿度的高值区，柴达木盆地和新疆塔里木盆地的沙漠地区为低值区，土壤湿度由浅层向深层增加。土壤湿度的长期变化趋势基本表现为“变干—变湿”相间的带状分布，不同层次的土壤湿度变化趋势基本一致。模拟资料也合理地再现了夏季土壤湿度逐月的变化：高原西南地区的土壤湿度明显大范围增加，北部的柴达木盆地的干旱范围也明显的向北收缩，高原南部外围土壤湿度也明显增加，CLM4.5模拟土壤湿度比再分析资料和微波遥感资料更加细致地描述了夏季逐月土壤湿度空间分布及其变化特征。

摘要:雨滴谱包含了降雨的丰富信息，不仅能反映雨滴群的微物理特性，也能反映降雨类型、降雨强度等宏观特性，并且在雷达气象领域也有重要的价值。论文对2015和2016年度南京地区32次降雨过程的雨滴谱资料进行了处理、并对多种雨滴参数进行了详细的统计和分析，拟合了层状云降雨、对流云降雨以及积层混合云降雨的雨滴谱Gamma分布参数。另外，还基于雨滴谱数据拟合了雷达反射率因子Z与降雨强度R的Z-R关系，计算了差分反射率Z_DR、相位常数K_DP以及衰减参数，并利用衰减参数进行了C波段雷达回波的衰减订正试验。结果表明：（1）层状云降雨的各微物理参数比较稳定，积雨云的变化剧烈；层云降雨和积层混合云降雨的中雨滴、积雨云降雨的大雨滴对雷达反射率因子的贡献最大。（2）积雨云降雨的滴谱最宽，层状云降雨的最窄。（3）利用依据雨滴谱数据拟合的三类降雨Z-R关系，可以一定程度地提高雷达估测降雨的精度。（4）利用基于雨滴谱数据拟合的衰减系数，有效地进行了C波段双偏振雷达回波强度的衰减订正，体现了统计参数和拟合参数准确性。

摘要: