摘要:利用1981～2010年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-interim再分析资料和中国741站日降水资料，分析了中国东部夏季风雨季期间，条件对称不稳定（CSI）与季风雨带季节性向北推进的关系。结果表明，逐月强降水距平场显示了雨带强降水中心自华南（4～6月）先北跳到江淮（5～7月），再到华北（7～8月）的季节性进程，特别是7～8月强降水距平场具有“北多南少”分布特征，与对应的平均雨量场相比，其表征雨带季节性北跳现象更显著。与雨带强降水中心季节性变化一致，大气负湿位涡通量中心亦先在华南停滞（4～6月）、然后移到江淮（5～7月），最后到达华北（7～8月）。在垂直方向上，CSI区4、5及9月主要在925～600 hPa，而6～8月抬升到700～600 hPa，CSI区也很好地表征了夏季风北进加强、南撤减弱以及所伴随的雨带变化趋势。在春末夏初，夏季风建立初期的华南、江淮雨季集中期，热成风（垂直风切变）作用对倾斜对流有效位能（SCAPE）的贡献占绝对优势，盛夏的华北雨季集中期则相反，浮力作用项（CAPE）占主要作用；同时，热成风作用项的季节分布与强降水中心季节变化一致，但浮力作用项却没有这种变化关系。条件性湿位涡通量指数（CMF index）可指示雨带强降水异常区。

摘要:2016年7月31日至8月1日，新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件，多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果，通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算，结合伊犁河谷GPS观测分析，揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明：（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献，河谷处于水汽通量辐合区，向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道，其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层，对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛，偏南路径水汽源于阿拉伯海，对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽；5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层，通过垂直输送项向高层输送；强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强，中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升，强降水时段受印度西南季风影响，测站PWV快速增高并维持，局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。

摘要:在更新的GRAPES-TCM (Global/Regional Assimilation and Prediction System-Tropical Cyclone Model)台风模式架构下，引进与发展了一个新的涡旋初始化方案。该方案对台风涡旋进行极小化订正，减少了人为因素对台风涡旋结构的影响，所产生的涡旋满足特定的动力与热力平衡，且保持了与模式动力及热力的一致性。新的涡旋初始化方案能更精细地体现初始台风的强度与结构，强度更接近于观测，结构更为合理。试验表明其可以有效地改善台风路径与强度的预报精度。

摘要:基于1979～2017年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA-Interim逐日再分析资料和热力学方程，本研究估算了大气视热源，分析研究了青藏高原夏季大气视热源的异常与中国东部降水关系的年代际变化，以及青藏高原大气视热源影响我国东部夏季降水的物理机制。结果表明：（1）高原热源东、西部反相变化模态的重要性发生了年代际转变，表现为由1994年之前方差贡献相对小的第二变异模态变为1994之后方差贡献明显增大而成为第一主导变异模态。（2）青藏高原夏季大气视热源的东、西反相变化模态与中国东部降水的关系存在年代际变化。1993年之前和2008年之后，高原大气视热源的异常分别仅与长江下游降水和长江中游降水异常存在密切的联系；而在1994～2007年，其对长江流域及附近区域和华南地区的夏季降水的影响显著，具体表现为，当高原夏季大气视热源异常表现为东强西弱（东弱西强）时，长江中上游、江淮地区的降水偏多（少），华南地区降水偏少（多）。（3）高原大气视热源显著影响我国东部夏季降水主要是通过经高原上空发展加强的天气系统东移过程影响长江流域及附近地区的降水，以及通过垂直环流影响华南地区的降水。

摘要:本文通过对1980～2013年华东区域447站各等级降水的时空分布特征进行分析，从低空气温、水汽、相对湿度入手，采用经验正交函数分析（Empirical Orthogonal Function，简称EOF）、合成分析等诊断方法揭示小雨与低空气温、水汽、相对湿度之间的关系；根据克劳修斯-克拉珀龙（Clausius-Clapeyron）方程，从物理角度对温度和水汽含量变化对小雨减少的相对贡献进行分析，并选取长三角区域利用能见度资料分析小雨减少的特征。研究主要得出以下结论：（1）华东区域1980～2013年总降水日和总降水量分布呈现南多北少随纬度增加递减趋势，总降水日主要以小雨日为主，小雨日占总降水日的71.84%。除暴雨外，其它各等级降水均呈现出减少趋势，以小雨的减少最为显著，小雨日和小雨量区域平均减少趋势为－3.37 d (10 a)^-1、－6.52 mm (10 a)^-1。小雨日EOF分解的第一模态呈现了华东区域小雨日一致减少的分布特征；第二模态则体现了小雨日变化的不均匀性，具有明显的区域差异。（2）小雨日的减少是伴随着低空增温发生的，低空温度上升了0.32 K (10 a)^-1，同时可降水量呈现微弱的减少趋势。小雨日的变化与低空相对湿度有很好的正相关关系，EOF分解结果也揭示了低空相对湿度具有与小雨一致的空间分布特征。合成分析表明低空气温偏高（低）年，小雨日偏少（多），可降水量偏多（少）年，小雨日偏多（少），相对湿度偏高（低）年，小雨日偏多（少）。（3）根据Clausius-Clapeyron方程和相对湿度公式，低空增暖使饱和水汽压增加6% K^-1～7% K^-1，饱和水汽压增加在水汽微弱减少的前提下，导致了低空相对湿度的显著减少，从而导致了小雨的减少。对低空温度，比湿变化对小雨的影响进行分析，发现单纯由温度变化引起的相对湿度减少为－4.83%，而单纯由于比湿变化引起的相对湿度变化为－1.91%，分析表明了低空增暖是引起小雨日减少的主要原因。（4）能见度较差的区域，年均小雨日和小雨量偏少，但是小雨的长期减少趋势主要还是由低空增暖引起的相对湿度的减少导致的。

摘要:利用逐小时风云卫星TBB资料、逐小时中国自动站与CMORPH降水产品融合数据以及国家级地面观测站24小时累积降水量，统计分析2010～2016年夏季，伴随下游地区（104°E以东）降水的青藏高原云团东传过程以及东传过程中镶嵌于云团中的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，简称MCS）特征。结果表明，共出现120次伴随下游降水的高原云团东传过程，6月出现最频繁，但持续时间较长的过程多出现在7月。云团向东传播的主要三条路径是平直东传、沿长江折向东传和复合东传。其中路径二——沿长江折向东传中的过程是高影响过程，因为过程次数较多（46次），过程平均持续时间较长（62小时），在下游地区引发的降水日数和暴雨日数最多。属于东传过程的MCS在7月形成最多，集中分布在青藏高原东坡、云贵高原东部、长江沿岸及其以南地区。高原MCS影响长江中下游地区降水主要是通过向东传播的形式实现，因为即使生命史更长的中α尺度对流系统（Meso-α Convective System，简称MαCS）也鲜少直接移动至110°E以东地区。不同区域的中α尺度持续性拉长形对流系统（Permanent Elongated Convective System，简称PECS）的日变化特征显示，东传过程MCS更容易在夜间从高原东坡向东传播至下游地区。在三条路径中，路径二中的东传过程MCS数量最多、在下游地区发展最旺盛并与降水日数和覆盖范围存在更好的对应关系。

摘要:本文利用欧洲中心ERA-Interim和NOAA的再分析资料并应用拉格朗日后向轨迹追踪的方法对2015年5月24日发生在南疆的一次强降水过程进行了动力诊断和水汽特征分析。结果表明此次强降水过程的直接影响系统是中亚低涡前西南气流中发展的小槽，南北两支高空急流辐散场叠加引发的对流层高层加剧的抽吸作用和高低空急流的耦合作用共同导致了深厚强烈的上升运动，是这次强降水主要的动力抬升机制。TBB（black body temperature）的演变与降水的发生、发展有很好的对应关系，TBB中心降至-50°C以下时降水开始且随其中心强度的扩大降水也持续加强。进一步诊断发现，低层850 hPa对流涡度矢量（CVV）垂直分量的正值中心在降水前6～12小时已可以大致体现未来强降水的落区。此次南疆盆地强降水的水汽主要源于黑海和里海，低空急流引导了一部分水汽进入南疆，HYSPLIT模式后向追踪的结果表明，此次强降水过程主要有两条水汽通道，均源于新疆以西的欧亚大陆但输送路径有所差异，偏西路径和转向路径分别主要输送800 hPa以上和以下的水汽，降水发生前两条路径在垂直方向上均有明显抬升，水汽辐合有利于暴雨的形成。

摘要:红色精灵是发生在雷暴云上空的一种瞬态发光事件（Transient Luminous Events，TLEs），它们由地闪回击或与连续电流共同作用产生，这表明了对流层和低电离层之间的直接耦合关系。中国大陆的红色精灵观测研究主要在华北地区开展，为了进一步研究中国中高纬度地区的红色精灵现象，并揭示其与母体雷暴之间的相关性，故2017年夏季在吉林辽源开展了观测实验。本文介绍了利用低光度相机在东北地区捕捉到的26例红色精灵事件，并结合闪电定位、天气雷达等同步观测数据，对红色精灵及其母体雷暴特征进行了分析。结果表明，在26例红色精灵事件中，有17次（约2/3）产生于一次尺度较大的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，MCS），其余（约1/3）的红色精灵事件分别由三次尺度相对较小的中尺度对流系统诱发产生。红色精灵母体闪电均位于对流核心边缘区域，中尺度对流系统对流区后无大面积层状云降水区。此外，吉林辽源及安徽合肥同步记录的电磁场脉冲信号表明上述红色精灵事件均由正地闪回击产生。

摘要:采用1958～2016年JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）月平均再分析资料，利用夏季平均的可降水量定义了东亚夏季风北界，通过谐波分解、回归分析、合成分析、波活动通量等分析方法，研究了东亚夏季风北界位置的年际变化特征和东西差异。根据各经度上夏季风活动北界位置年际变化的一致性可划分为华北区域（107.5°～115°E）和东北区域（122.5°～130°E）两个区域，两个区域夏季风北界位置的年际变化具有明显差别。两个区域的夏季风北界位置的异常偏北都与东侧的异常反气旋式水汽环流密切相关，与华北区域北界位置密切联系的异常反气旋式水汽环流位于黄海附近，与东北区域北界位置相关的异常反气旋式水汽环流则位于日本海北部。两个区域分别位于反气旋式环流西侧，受偏南风水汽输送影响，区域水汽输送以及辐合增强。影响华北区域的反气旋式异常与中高纬度波列的传播有关；影响东北区域夏季风北界位置偏南年与偏北年的反气旋式环流的可能成因存在非对称性，偏南年对应西北太平洋低纬度正异常高度场以及中纬度负异常高度场，可能受东亚—太平洋遥相关波列的影响；偏北年则对应着东北亚的正异常高度场，可能与局地增温有关。

摘要:大西洋多年代际振荡（AMO）是指发生在北大西洋的海表温度（SST）冷暖异常多年代际（50～80年）振荡的现象。通常AMO被认为是受大西洋经向翻转环流（AMOC）及其对应的海洋动力过程（经向热量输运）的影响。近年来有观点认为，AMO是大气随机热力强迫的产物，大气主导了海气间的热量交换进而影响AMO。弄清AMO和北大西洋海表热通量的因果关系是辨析AMO动力和热力驱动机制的关键。本文利用基于信息流理论的因果分析方法，研究了1880年以来观测的AMO与北大西洋海表热通量间的因果关系。结果表明，在多年代际尺度上，从AMO到海表热通量的信息流要远大于二者相反方向的信息流，这说明AMO是北大西洋海表热通量异常的因，海洋主导了海气间的热量交换。大气随机热力强迫机制无法解释AMO与热通量两者因果分析的结果。对泛大西洋地区的陆地气温和AMO指数进行分析，进一步表明由于海洋主导了海气热量交换，AMO的海温异常加热/冷却控制了绝大多数地区气温的多年代际变化。利用海温驱动的大气环流模式的模拟结果验证了AMO的海温异常对周边陆地气温强迫作用。本文的结果为辨析AMO的动力和热力驱动机制提供了新线索，进一步表明AMO并非是大气随机热力强迫的产物，海洋环流可能是AMO的主要驱动因子。

摘要:为深入研究南京降雪微物理特征及变化，利用第二代激光雨滴谱仪PARSIVEL²、自动气象站观测资料及MICAPS数据，对2018年冬季南京的四次罕见强降雪过程中雪花的微物理参量进行分析。结果表明：（1）雪花谱基本呈多峰分布，个例1降雪强度增大时有小雪花向大雪花的转化，而其余三次过程则有雪花数浓度的显著增大。温度的差异使个例1大雪花形成机制与其余个例不同，最终导致了降雪稳定阶段，雪强增大的机制不同。（2）使用Gamma分布和M-P分布分别对四次降雪的不同阶段进行了拟合，Gamma 分布在各阶段的拟合优度均高于M-P分布拟合，降雪终止阶段拟合优度低于起始阶段及降雪全过程的拟合。四次降雪过程降雪粒子谱的Gamma分布分别为N＝107D^-0.21exp(-0.54D)、N＝136D^-0.54exp(-0.60D)、N＝256D^0.38exp(-1.01D)、N＝9.39×10⁴D⁴exp(-7.81D)，其中，N为降雪粒子数浓度、D为雪花直径。（3）个例1在3 mm左右速度谱存在两个峰值，分别贴近结霜曲线和未结霜曲线，说明该次降雪大雪花的形成存在结霜增长和结霜碰并两种机制。（4）综合个例1、2、3，给出南京地区稳定的层状云强降雪的Z-I关系为Z＝1708I^1.51。

摘要:本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征，并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明：1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化，2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比，2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区，位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列，从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制，伴随着下沉运动，大气层结趋于稳定，这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明，极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异，较普通降水而言，极端降水在南北向水汽输送和收支上更强；北方东部地区低空为较强的闭合低压控制，并不断受到高层高位涡空气下传的影响。

摘要:利用WRF模式，在前期工作（王晓慧等，2018）模拟试验基础上，设计敏感性试验，借助三维降水诊断方程，分析揭示了海表温度（SST）变化对热带气旋（TC）“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程的可能影响。对照试验（CTL试验：SST随时间变化）和敏感性试验（SNC试验：SST固定为初始值）的SST存在明显差异（CTL试验平均SST低于SNC试验）。对比分析表明：两试验模拟的海上时段TC路径差异不大，但SNC试验模拟的TC强度较CTL试验偏强；TC环流区域内，两试验垂直速度差值在对流层基本为正（SNC试验上升运动更强），随着SST差值不断增大，垂直运动差值也不断加大；SNC试验的降水强度（P_S）大于CTL试验，但P_S差值随SST差值增大并非线性变化，体现了P_S变化的复杂性；SNC试验的Q_WVA（垂直积分的三维水汽通量辐合/辐散率）均基本大于CTL试验（后期差别更大），SST的不同可通过影响垂直运动，造成Q_WVA的差异，进而影响P_S；分析时段内，两试验TC环流区域大气均持续变干（正值Q_WVL），且存在较明显海面蒸发（正值Q_WVE），其中，两试验之间的Q_WVL差异不明显，但SNC试验的Q_WVE总体上强于CTL试验（尤其是分析时段中后期）；两试验间云相关过程变率差异的时间变化复杂，最大差异量级与Q_WVE相当；SST对水凝物发展和深对流活动有一定影响，伴随SST差异的逐渐增大，水凝物含量差异也逐渐增大，液相水凝物中，雨滴差异较大，而与液相水凝物相比，冰相水凝物差异更为突出，尤其是较大的冰相粒子（雪和霰）；SNC试验中，零度层下更多的霰粒子和雨滴，在更强上升运动配合下，有助于云滴和雨滴碰并（P_racw）及霰粒子融化（P_gmlt）微物理过程的加强，进而造成更强降水。TC环流区域时间和空间平均的物理量对比分析揭示，两试验降水物理过程定性上基本相似，但定量上存在明显不同，SNC试验的P_S与CTL试验相比，增幅达8.8%，这种差异主要源于降水宏、微观物理过程的差异，其中，不同SST环境下Q_WVE的差异最为显著。

摘要:利用WRF模式和NCEP再分析资料，对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟，基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱，诊断了动能收支谱方程。结果表明：在暴雨发展阶段，各个高度上都有中尺度动能增长，其显著增加始于中尺度低端，这导致了在中尺度波段出现谱转折特征，但在不同高度转折尺度不同；对流层高层涡旋动能大于辐散动能，平流层低层反之；不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同，对流层高层，中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献；平流层低层，气压项的作用更为明显。

摘要:本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中39个全球气候模式的试验数据，预估了相对于工业革命前期全球1.5℃升温背景下中国气温和降水变化。根据多模式中位数预估结果，在不同典型浓度路径（RCPs）情景下，相对于工业革命前期全球1.5℃升温分别发生在2034年（RCP2.6）、2033年（RCP4.5）和2029年（RCP8.5）。全球升温1.5℃时，中国年和季节气温平均上升1.8℃和1.6～2.1℃，其中冬季最强。增温总体上由南向北加强，青藏高原为高值中心。年和各季节增温均超过其自然内部变率，区域平均的信噪比分别为3.4和1.6～2.7。年和季节降水整体上在中国北方增加、华南减少；区域平均的年降水增加1.4%，季节降水增加0.1%～5.1%，冬季增幅最大。年和季节降水变化要远小于其自然内部变率，区域平均的信噪比仅为0.1和0.01～0.2。总体上，模式对气温预估的不确定性较小，对降水的偏大，其中对季节尺度预估的不确定性要高于年平均结果。

摘要:本文利用雷达、加密地面自动站等高时空分辨率的观测资料，结合NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测等资料，对2011年6月23日发生在北京城区的极端强降水事件开展了细致的观测和诊断分析。结果表明，这次极端强降水事件，主要是由向东南移动的东北—西南走向的飑线右端的强降水超级单体（High Precipitation Supercell，简称HPS）造成的，这是目前已有文献记载的中国发生纬度最高的HPS。HPS在移动方向的右后侧和右前侧均有明显的“V”型入流，这不同于已有HPS模型，表明中、低层干冷空气和低层暖湿气流特征显著。在环境条件方面，存在对流层低层逆温层，其能量存储盖作用使得雷暴具有爆发性增强的潜势，但该逆温层是在08:00～14:00（北京时，下同）的6小时内形成的，对业务预报极具挑战性。相对其他大气层结热动力参数， 风暴相对螺旋度和粗理查逊数在14:00较08:00显著增大，对HPS的发生具有一定指示作用。高空偏西风急流和低层偏东风活动显著，使得北京地区的水平风垂直切变增强，形成上干下湿的对流不稳定以及次级环流圈。高空急流造成强烈的相当位温差动平流，促进对流不稳定度发展加强。结合复杂地形作用，在北京西部100 m地形高度线附近形成显著的平原暖湿空气与山地干冷空气的干湿分界线以及风场辐合线。水汽供应主要源自低层偏东风和本地水汽积累。当飑线从西北方向侵入北京并向东南方向移动时，在北部山区，由于条件不足，雷暴没有显著发展加强；然而，在西部山区，在湖面、城市热岛、低层偏东风、冷池出流共同作用下，加之其他有利的环境条件，飑线右端雷暴强烈发展加强，特别是当经过100 m地形高度线附近时发展成为HPS，进而造成石景山区模式口站的大暴雨中心。