摘要:文中对比分析了2015年29个雾、霾及雾霾混合天气过程中，章丘探空站L波段探空雷达和山东省气象局院内德国14通道地基微波辐射计观测的温度资料。对观测数据实施了质量控制，检验了精度和可信度，统计分析了宏观物理参量特征和日变化规律。针对雾、霾及雾霾天气过程各选取了一个个例进行分析，分析了大气中PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃、CO含量的变化情况，分析了相对湿度、液态水路径和综合水汽含量等的变化情况。结果表明：两种观测数据一致性较好，拟合优度高于0.97；贴地逆温层存在一定的季节变化，悬垂逆温层存在一定的差异，逆温层的变化、污染参量变化与雾霾的形成有密切关系；不同天气背景对大气物理参量有较大的影响，PM₁₀、AQI（空气质量指数）和CO均在相同时间段出现峰值，有明显的起伏；CO峰值雾霾天气中尤为明显，由早到晚随时间峰值逐渐增大，雾天和霾天峰值较小，雾霾天气明显大于雾天或霾天。

摘要:准确量化高寒湿地下垫面冻结过程中土壤热通量的变化特征，对认识高寒湿地—大气间水热交换过程有重要的科学意义。本文利用中国科学院麻多气候与环境综合观测站2014年5月至2015年5月的观测资料，分析了下垫面冻结过程中土壤热通量变化特征，探讨了冻结潜热对土壤热通量的贡献。基于温度积分计算土壤热通量的算法，指出在计算冻结过程中的土壤热通量时，需要同时考虑土壤热通量板以上的土壤热贮存及热通量板以上的冻结潜热。研究表明：（1）冻结锋面形成后，锋面所在深度土壤体积含水量迅速降低，锋面以下土壤热通量接近于零，土壤液态水开始冻结，冻结潜热向上穿过热通量板所在土壤层；降水下渗土壤后冻结所释放的潜热能使次日凌晨5 cm深度土壤热通量接近于零。（2）季节性冻结期，凌晨气温较高时穿过5 cm土壤层的向上土壤热通量很小，可能是由表层土壤发生了日冻融循环所致。土壤水释放的冻结潜热使土壤温度波动减弱并维持在冰点附近。高寒湿地下垫面仅在很浅的表层发生日冻融循环，无法通过5 cm土壤温度资料判断下垫面循环出现日期。（3）加入冻结潜热项，土壤热通量的计算值与实测值之间的均方根误差将会从11.5 W m^-2下降到6.2 W m^-2。以上研究结果对认识寒区陆面过程有重要的贡献。

摘要:路径突变是台风路径预报中的一个难题。2010年第10号台风Meranti（1010）在台湾岛南部海域西移过程中突然北折，而欧洲中期天气预报中心（ECMWF）集合预报对其北翘路径存在较大分歧。选取预报成功与不成功两组集合成员各8例，对比分析台风Meranti路径变化的主要原因。结果表明：（1）一个来自热带对流层上部槽的切断高空冷涡（UTCL）是该台风路径变化的一个重要影响系统。Meranti北翘路径跟它与UTCL的南北向耦合有关；（2）UTCL通过改变台风上层的环境气流影响台风引导气流。在UTCL移至台风北部过程中，台风的偏南风引导气流明显加强，有利于其路径北翘；（3）UTCL对台风Meranti北翘路径的影响还与其自身结构有关。水平环流宽且气旋性涡旋向下垂直伸展更深的UTCL对台风路径变化影响更明显；（4）位涡倾向方程的诊断分析表明，在TC与UTCL南北向耦合过程中，台风北部的正位涡水平平流项输送显著，有利于台风向北运动，且UTCL影响下产生的非对称风场在其中起主要作用。

摘要:本文对1950～2001年1月份的大气风场和大洋流场做了联合复EOF（Empirical Orthogonal Function）分解，用以探讨1月份两类ENSO（El Niño-Southern Oscillation）的海气环流及耦合情况，所得结果主要有：该分解第1、2模态空间场分别相应于东部型、中部型ENSO，前者在赤道太平洋东部和中部都有海温动力异常，并以东部异常最强，后者仅在中部存在此异常，两模态的时间系数都与ENSO有很好相关，为此第1、2模态可分别称为东部型、中部型ENSO的风场流场（异常）模态。东部型ENSO模态具有3～6年的年际变化和13～14年的年代际变化，中部型则有明显的7年年际变化和12、17年的年代际变化，两者中约13年的周期与冬季北太平洋NPGO（North Pacific Gyre Oscillation）的周期相同。东、中部型El Niño期间，沃克环流上升支分别从印尼东移至赤道西、中太平洋，并有所减弱；南、北支哈得莱环流则分别位于日界线以东及该线附近，且均有所加强，从而使南、北太平洋副热带高压偏强；而在5°S的南美沿岸则分别有垂直运动上升和下沉异常。在海气耦合上，两类ENSO模态在赤道中太平洋均存在西风异常与海洋赤道Kelvin波和Rossby波的波包解耦合，而海温动力异常对大气的影响则都起到负反馈作用，从而有利于ENSO的维持和稳定。

摘要:利用2015年夏季北京闪电综合探测（BLNET）总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料，详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征，并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主，根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体，随着北京城区降水单体的迅速发展，强回波顶高延伸到-20℃温度层高度，闪电辐射源高度也逐步增加，闪电明显增多，但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并，闪电频数快速增长，0℃层以上及以下的强回波（＞40 dBZ）体积明显增大，飑线形成后，总闪和地闪均达到峰值，分别约248次/min和18次/min，负地闪占总地闪比例为90%，辐射源主要分布在线状对流降水区内，辐射源数量峰值出现在5～9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减，辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内，即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段，对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致；系统减弱阶段，对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段，闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。

摘要:本文利用2012～2015年西南涡加密观测大气科学实验的剑阁、金川、九龙和名山四站探空资料，统计分析了6～7月西南涡活动期间对流层中、高层（6～12 km）的重力波过程，结果表明：青藏高原东部川西高原南部的九龙站与其余三站不同，重力波源主要来自对流层上层，波能传播方向向上，剑阁、金川和名山三站重力的波源主要来自对流层下层，波能传播方向向下。重力波过程在不同类型的西南涡活动中有明显差异，在移出型西南涡活动初期，重力波水平传播方向主要为东北向，其上传概率远大于下传概率，波动的动能和潜能较大且变化剧烈；而对应源地型西南涡，初期主要呈西北—东南向传播且重力波上传与下传概率相当，动能和潜能较小且变化相对平缓同时本次研究表明，重力波水平传播方向对西南涡的移动方向也有一定指示作用。按照发生时刻本文将重力波分为日发型重力波和夜发型重力波，在夜发型西南涡初期，重力波活动夜发（北京时20:00～08:00）的概率较大，这表明重力波的夜发性与西南涡的夜发性可能存在一定关联。

摘要:利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法，评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明，CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力，能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异，小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明，对PDO模态模拟较好的第1类模式，能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系，而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式，不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响，热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果，分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征，发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势，第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。

摘要:本文基于1979～2015年中国台站观测的格点化高分辨率降水和NCEP II大气再分析逐日资料，探讨了亚洲季风区夏季30～60天大气季节内振荡（ISO）与长江中下游地区持续性降水异常的关系，重点揭示了南亚和东亚子季风区ISO的相互作用及二者协同引起长江中下游持续性极端降水的物理机制。合成分析表明，南亚和东亚ISO是通过高层辐散环流发生相互作用。在ISO位相1～3（5～7），异常活跃（抑制）对流从赤道印度洋北传至孟加拉湾—印度次大陆区域，其伴随的高层异常辐散（辐合）环流通过补偿效应，引起南海—热带西北太平洋的异常高层辐合（辐散），加强了局地的异常下沉（上升）运动，有利于南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流发展并维持。南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度，并进一步激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈，引起长江中下游强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散），使得降水持续性偏多（少），极端降水的发生概率持续地偏高（低），有利于（不利于）形成持续性极端降水事件。研究还表明，亚洲季风区ISO的强度存在显著的年际变化，并对长江中下游持续性极端降水的发生频次和持续时间具有调制作用。在ISO偏强（弱）年，长江中下游持续性极端降水的发生频次较高（低），且持续时间较长（短）。

摘要:为了进一步研究高原涡、西南涡对西南地区暴雨的影响，本文用中国气象局自动站与CMORPH降水数据融合的逐时降水资料、国家卫星气象中心的逐时FY-2E卫星的云顶亮温（TBB）资料、欧洲气象资料中心（ERA-interim）的再分析资料，通过天气学诊断分析方法以及拉格朗日轨迹模式HYSPLITv4.9，对发生在四川盆地的有高原涡东移影响西南涡发展引发暴雨的两次过程进行对比分析，发现：（1）两次暴雨过程的降水强度和分布有明显区别，并且TBB活动特征显示在过程一中有MCC（Mesoscale Convective Complex）的产生和发展，过程二则没有。（2）对于过程一，500 hPa上，高原涡逐渐减弱为高原槽并伸展到四川盆地上空，850 hPa上，在鞍型场附近有MCC的产生和发展，200 hPa上，高原涡在南亚高压北部偏西风急流下方的强辐散区内，位于南亚高压东南侧急流区下方稳定少动，偏东风急流北部有辐散中心，有利于西南涡的加强。对于过程二，500 hPa高原涡东移在四川盆地上空与西南涡耦合，形成一个稳定且深厚的系统，这也是过程二的暴雨强度比过程一强的最主要原因。200 hPa上，四川盆地始终位于南亚高压东侧的西北气流中，“抽吸作用”明显。（3）在过程一中，位涡逐渐东传且位涡增加的地方对应强降水区与MCC发展区，反映了暴雨和位涡的发展基本一致。在过程二中，中层位涡高值区从高原上东移并下传至盆地上空，两涡耦合使得上下层打通，位涡值比耦合之前单独的两涡强度更强。 MCC产生的必要条件是中层大气要有强正涡度、强辐合和强上升运动，在未产生MCC前，过程一与过程二在盆地上空的动力条件甚至是相反的；从热力条件看，过程一中有明显的干冷空气入侵，增强不稳定条件，有利于MCC的产生并引发强降水；另一方面，本文也应证了二阶位涡的水平分布与暴雨落区有较好的对应关系。（4）通过拉格朗日方法的水汽轨迹追踪模式和聚类分析方法分析可得两次暴雨过程的水汽输送源地和通道也有明显区别，过程一主要有两条水汽通道，通道一来自阿拉伯海和孟加拉湾洋面的底层，通道二来自四川南部750 m以下高度；而过程二的主要水汽输送通道有三条，通道一来自西方地中海、黑海和里海上空1500～2500 m高度附近，通道二来自阿拉伯海和印度洋的底层，通道三的水汽从孟加拉湾低层绕过云贵高原直接输送到四川盆地。

摘要:印度洋偶极子（IOD）是热带印度洋年际变率主导模态之一，对于区域乃至全球气候有重要影响。准确预报IOD对于短期气候预测具有重要意义。中国科学院大气物理研究所最近建立了近期气候预测系统IAP-DecPreS，其初始化方案采用“集合最优插值—分析增量更新”（EnOI-IAU）方案，能够同化观测的海洋次表层温度廓线资料。本文分析了IAP-DecPreS季节回报试验对IOD的回报技巧，重点比较了全场同化和异常场同化两种初始化策略下预测系统对IOD的回报技巧。分析表明，8月起报秋季IOD，无论从确定性预报还是概率性预报的角度，基于全场同化的回报试验技巧均高于异常场同化的回报试验。对于5月起报的秋季IOD，基于两种初始化策略的回报试验技巧相当。研究发现，全场同化策略相对于异常场的优势主要源于它提高了对伴随ENSO发生的IOD的预报技巧。ENSO遥强迫触发的热带东印度洋“风—蒸发—SST”正反馈过程是IOD发展和维持的关键。采用全场同化策略的回报结果能够更好地模拟出IOD发展过程中ENSO遥强迫产生的异常降水场和异常风场的空间分布特征；而采用异常场同化策略，模拟的异常降水场和风场偏差较大。导致两种初始化策略预测结果技巧差异的主要原因是，全场同化能够减小模式对热带印度洋气候平均态降水固有的模拟偏差，从而提升了热带印度洋对ENSO遥强迫响应的模拟能力。而异常场同化由于在同化过程中保持了模式固有的气候平均态，因此模拟的热带印度洋对ENSO遥强迫的响应存在与模式自由积分类似的模拟偏差。

摘要:地表作为大气模块的下垫面，为大气模块提供边界条件，地形对于模式结果的准确性起到至关重要的作用。现有的陆面过程模式在陆面同一网格内的次网格单元采用相同的大气强迫量，没有考虑次网格地形对网格内大气强迫量的影响，这关系到模式对气象要素和陆气交换量的模拟水平。本文在陆面模式NOAH处理次网格单元的同时，将输入的大气强迫量根据其与地形高度的关系进行修订，提出新的次网格地形的参数化方案，并引入到WRF（Weather Research and Forecasting）模式中进行数值试验，通过3组数值模拟试验，与未改进的方案和细网格方案分析比较，探讨新参数化方案对WRF 模式模拟结果的影响。结果表明：地形越复杂区域，次网格地形的影响越大。本文引入的新陆面次网格地形方案对天山山脉和昆仑山脉以及青藏高原南部的地表气温的模拟有较大改善，模拟的地表气温在大范围区域内都更贴近细网格方案。虽然新陆面次网格地形方案和细网格试验都对温度的模拟结果都有改善，但新陆面次网格地形方案对降水的模拟改善甚微，而细网格试验对降水模拟却有改进，这是由于细网格试验在陆面和大气网格都进行了细化，而新陆面次网格地形方案只考虑了陆面次网格的影响。具体来说，新陆面次网格地形方案对温度的模拟结果改进是通过改变地表向上长波和地表感热实现的。而细网格试验由于同时细化了大气和陆面的空间网格，对降水和温模拟的改进是通过综合改变地表能量平衡实现的。

摘要:近些年京津冀地区秋、冬季大气重污染事件频发，工业生产与居民燃煤是大气灰霾污染的重要原因。河北省沙河市是京津冀地区以玻璃制造和加工为主的典型工业城市，本研究选取该城市为研究对象，主要利用2017年1月至12月国控站点的大气环境监测和气象数据，采用扩散模型、潜在源分析等手段，分析了沙河市主要污染物的时空分布特征和污染来源。主要结论有：（1）沙河市首要污染物具有明显季节特征，春季、夏季、秋冬季分别以PM₁₀、O₃、PM_2.5污染为主，季节贡献率分别为43.3%、72.3%、61.5%。（2）受城市大气边界层和排放的共同影响，PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂和CO浓度均有剧烈的季节—日变化特征。（3）冬季东北风时PM_2.5、NO₂、SO₂均展现出高浓度和高相关性特征，表明站点可能受东北方向玻璃企业排放影响。同时，站点可能也受城中村散煤燃烧影响。（4）沙河市冬季PM_2.5浓度为143 μg m^-3。冬季的一次重污染中硫氧化率SOR、氮氧化率NOR的最高值分别达0.67、0.39，气态污染物的二次转化剧烈，高湿度利于二次粒子的生成。重污染中C(NO₃^-)/C(SO₄^2-)均值为1.89，推测沙河市NO₂主要来自大型运输车辆和企业的共同排放。（5）本地源是沙河市PM_2.5的主要潜在源区，周边几个重工业城市也有一定贡献。因此本研究建议沙河市PM_2.5的治理除需加强本地污染源的削减和控制外，区域联防联控也十分重要。

摘要:东亚夏季风成员的相互作用，构成了东亚夏季风高、低层环流的“多齿轮耦合”形态。本文利用多变量主成分分析（MV-EOF）等方法诊断分析了东亚夏季风多齿轮耦合的变化特征、耦合机制、时间稳定性、空间稳定特征及其对中国夏季降水的影响机制，并在此基础上构建了典型多齿轮耦合形态影响夏季降水的概念模型。结果表明，多齿轮耦合受到垂直温、压场的强迫和青藏高原大地形的影响，主要表现在年际变化上（周期为2～6年）。其前两个模态稳定地反映了东亚夏季风成员典型联动作用。在第一模态中，北方气旋、南亚高压和西太平洋副热带高压为主要耦合系统。其中北方气旋为正压结构，在高层通过南侧偏西气流与南亚高压耦合，南亚高压则通过中纬东部地区下沉辐散气流与西太平洋副热带高压联动。当该耦合模态增强时，有利于中国夏季降水呈自北向南“＋－＋－”分布。第二模态主要反映中高纬气旋、东亚副热带西风气流、南亚高压、西北太平洋反气旋系统和西太平洋副热带高压耦合特征。其中，中高纬气旋和西北太平洋反气旋为正压系统，两者通过其间的东南气流联动。气旋系统在高层通过南侧西风与东亚副热带西风急流和南亚高压联动。反气旋在中低层通过南侧的偏东气流影响副热带高压强度和面积。当该耦合模态增强时，中国黄河以北及河套地区降水偏多，黄河以南降水偏少。

摘要:局地触发及组织化发展中尺度系统的生消演变是影响对流性降水临近预报的核心和关键。本文结合雷达外推预报、专家系统以及快速循环更新的高分辨数值模式系统，发展和构造了一种适合北京地区的基于数值模式预报诊断自适应的对流性降水临近集合预报新方法（APEN）。APEN基于降水外推预报结果，采用模糊逻辑算法，利用北京市气象局快速循环更新同化系统（RMAPS-IN）提供的对流诊断因子，计算对流系统发展演变（新生、增加和减弱）概率；在此基础上，扰动诊断因子阈值和权重，形成对流发展的集合概率预报；最后综合专家经验，根据对流集合概率，在降水外推预报基础上进行对流性降水调整。应用APEN，针对北京两次强弱降水过程，进行了降水的临近预报试验，结果表明：基于RMAPS-IN多种诊断因子的对流发展集合概率在强弱两种天气背景下，都能较好的反映对流系统在临近时段的发展趋势；基于专家经验模型的三种对流发展状态（对流新生、增加和减弱）下的降水调整，能合理的表征对流系统发展演变对降水的影响。APEN降水预报和RMAPS-IN的业务预报的对比显示：无论是系统性对流过程还是局地激发对流过程，APEN预报的降水落区和强度都更接近于实况，尤其是考虑对流发展演变影响的降水强度预报明显优于RMAPS-IN，APEN在北京地区对流性降水的临近预报中有明显的优势和应用潜力。

摘要:初始扰动振幅的大小和集合样本数对于集合预报取得更高预报技巧具有重要意义。本文将正交条件非线性最优扰动方法（orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations，简称CNOPs）应用于概念模型Lorenz-96模式探讨了初始扰动振幅和集合样本数对集合预报技巧的影响，从而为使用更复杂模式进行集合预报提供指导。结果表明，由于CNOPs扮演了非线性系统中的最优初始扰动，从而使得当初始扰动振幅小于初始分析误差的大小时，CNOPs集合预报获得更高的预报技巧，并且CNOPs集合预报的最高预报技巧总是高于奇异向量法（singular vectors，简称SVs）集合预报的最高预报技巧。结果还表明，CNOPs集合预报倾向于具有一个合适的样本数时，达到最高技巧。更好的集合离散度——预报误差关系和更为平坦的Talagrand图（Talagrand diagram）进一步证明了CNOPs集合预报系统的可靠性，从而夯实了上述结果的合理性。因此，针对CNOPs集合预报，本文认为采用一个适当小于初始分析误差的初始扰动振幅和一个合适的集合样本数，有利于CNOPs集合预报达到最高预报技巧。

摘要:利用NCEP/NCAR 的GFS再分析资料，结合中国气象局气象信息中心提供的全国自动站观测降水量资料、CMORPH卫星反演降水资料、FY2反演降水资料和雷达定量估测降水产品融合的降水资料，对造成2016年7月19~21日北京—天津—河北（以下简称京津冀）地区的极端降水天气系统动热力结构演变以及不稳定条件进行了诊断分析，揭示了京津冀地区上空不同气压层上天气尺度系统的配置，水汽条件，降水发生的垂直运动条件及不稳定层结演变情况。结果表明：（1）500 hPa呈现东高西低的环流形势，与700 hPa低涡和高低空急流相配合，副高北抬阻挡华北地区低涡的东移，导致低涡在京津冀地区停滞是此次降水发生的环流背景；（2）低层的低涡东移发展与中高层正涡度叠加对暴雨发生有重要作用；（3）引用位势散度分析对流不稳定度变化的原因表明，降水区后部的京津冀西南地区，低层的位势不稳定主要由位势散度的水平风垂直切变部分决定，代表水平风垂直切变和大气湿斜压的共同作用，弱降水区以及降水区后方的低层位势散度为负值，有利于该区域位势不稳定加强，强降水区及降水区前方位势散度为正值，抑制了位势不稳定发展。位势散度变化可以通过影响大气稳定度变化进而影响降水落区，位势散度的高值区对应了降水大值区，尤其是700 hPa位势散度对降水落区有很好的指示作用，可以结合位势散度的变化对降水落区进行预估。