双月刊

ISSN 1006-9895

CN 11-1768/O4

  • 2020年第0卷第3期文章目次
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    • Himawari-8气溶胶光学厚度产品的验证分析

      2020, 44(3):455-471. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19102

      摘要 (255) HTML (56) PDF 8.90 M (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:Himawari-8是由日本气象局发射的新一代静止气象卫星,其搭载的传感器AHI(Advanced Himawari Imager)可实现10 min/次的高时间分辨率对地观测。本文将2015年9月至2017年12月Himawari-8卫星Level-2气溶胶光学厚度(AOD)产品与AERONET(AErosol RObotic NETwork)70个站点的地基观测数据进行对比验证分析,结果表明Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品的精度存在很大的空间上的差异性,其中有48个站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间存在较好的相关性(R>0.5),有22个站点Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度产品存在明显的低估现象。在American_Samoa、Bandung、Birdsville、Bukit_Kototabang、Canberra、Fowlers_Gap、Jabiru以及QOMS_CAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。对绝对误差(Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差)进行分析发现Himawari-8 AOD存在低估现象时绝对误差与AERONET AOD之间存在较好的相关性;在地基观测值很小而Himawari-8卫星反演AOD较大的地区绝对误差与Himawari-8 AOD之间存在较好的线性关系,这为Himawari-8 AOD反演算法的改进与完善提供了有用的研究发现。

    • 青藏高原低涡形成、发展和东移影响下游暴雨天气个例的位涡分析

      2020, 44(3):472-486. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18275

      摘要 (336) HTML (45) PDF 6.81 M (376) 评论 (0) 收藏

      摘要:2016年6月28日至7月1日在我国副热带地区发生了一次青藏高原低涡形成、发展及东传引发长江中下游地区暴雨天气的过程。本文利用MERRA2(Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)再分析资料和TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)降水资料对该过程进行位涡诊断分析。结果表明,夏季青藏高原地表加热具有强烈的日变化。高原地表加热由白天感热加热源到夜间辐射冷却源的转变直接影响高原上空非绝热加热率的垂直梯度,使高原近地层白天有位涡耗散,夜间有位涡制造,呈现明显的昼夜循环。当夜间的位涡制造异常强,以至不为白天的耗散所抵消时,通常位涡制造的昼夜循环被破坏,高原低涡形成,低涡周围随之出现降水。当低涡中心移动至高原东部时,中心附近伴随有强烈的降水,显著的凝结潜热加热使位涡中心增强,高原低涡进一步发展。随着低涡系统继续向东移出高原,长江中下游地区中高层出现位涡平流随高度增加的大尺度动力背景,上升运动发展,最终导致强降水发生。

    • FGOALS2两个模式版本对青藏高原东侧冬季层云的模拟特征

      2020, 44(3):487-502. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18249

      摘要 (105) HTML (24) PDF 14.25 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:冬季青藏高原东部(22°N~32°N,102°E~118°E)层云区是唯一存在于副热带陆地的层云密集区,环流特征较为复杂,大多数耦合气候系统模式对该地区层云的模拟存在较大的偏差。对该地区层云模拟能力的系统分析评估是改进模式性能的重要基础。本文基于国际卫星云计划(ISCCP)卫星资料,评估了中国科学院大气物理研究所两个版本的气候系统模式FGOALS-s2和FGOALS-g2的大气环流模式试验(AMIP)对青藏高原东侧层云的模拟能力。通过分析云辐射强迫等相关特征、大气环流、稳定度、以及地表气温和云的关系,探讨了模式偏差的可能原因。结果表明,两个模式都不同程度地低估了青藏高原东侧的低层云量和云水含量。在垂直结构模拟方面,FGOALS-s2模式能较好地模拟出高原东侧低云主导的特征,其模拟的云顶高度与卫星资料更为接近;而FGOALS-g2模式则高估了该地区的平均云顶高度。分析表明,两个模式均低估了高原东侧的低层稳定度,同时不同程度地低估了该地区中低层水平水汽输送,导致层云云量的模拟偏少。此外,FGOALS-g2高估了高原东侧的上升运动和垂直水汽输送,使得模拟的低云偏少而云顶高度偏高。

    • 夏季青藏高原及周边上对流层水汽质量及其向平流层传输年际异常. II:向平流层的绝热和非绝热传输

      2020, 44(3):503-518. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.18268

      摘要 (134) HTML (20) PDF 5.54 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:夏季7~8月青藏高原及周边地区上对流层水汽质量的年际异常分布为整体异常型和东西偶极异常型所主导。本文基于ERA-Interim再分析资料并利用HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)轨迹模式,分析了两个主导分布型对应的水汽质量向平流层绝热和非绝热传输的异常特征,结果表明:青藏高原上空水汽质量整体偏多(少)时,对应南亚高压和青藏高原地区垂直向上的水汽质量非绝热输送偏强(弱),青藏高原及周边水汽质量向平流层的绝热和非绝热传输均偏强(弱)。水汽质量整体偏多与偏少年,水汽质量向平流层绝热和非绝热传输的主要区域和层次相近,只是水汽质量整体偏多年,水汽质量向平流层非绝热传输的层次略高。当青藏高原上空水汽质量呈西多/东少分布时,对应南亚高压偏西,青藏高原西北、东北侧水汽质量向中纬度平流层的绝热传输偏强,青藏高原南侧高层水汽质量向热带平流层的经向绝热传输也偏强,而青藏高原北侧水汽质量向中纬度平流层的经向绝热传输明显减弱。同时青藏高原主体上空水汽质量向平流层的非绝热传输偏强,而青藏高原南侧高层和北侧低层水汽质量向平流层的非绝热传输偏弱。水汽质量呈西少/东多分布时有相反的结果。轨迹模式模拟的结果证实了水汽质量整体偏多年,青藏高原及周边地区绝热进入平流层的轨迹频次偏多;也证实了水汽质量呈西多/东少分布时,青藏高原西北、东北和南侧绝热进入平流层的轨迹频次偏多,而青藏高原北侧绝热进入平流层的轨迹频次偏少。

    • 影响春季热带太平洋地区海温变化的动力热力作用分析

      2020, 44(3):519-532. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18270

      摘要 (101) HTML (18) PDF 3.81 M (267) 评论 (0) 收藏

      摘要:厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)春季预报障碍是ENSO预测的一个难点问题,弄清影响春季热带太平洋地区海表温度(SST)变化的动力和热力作用对于理解ENSO关键区SST的异常变化及ENSO春季预报障碍成因非常重要。本文利用BCC-CSM2-MR数值模式,模拟产生一套1986~2017年间相互协调的逐月海表风应力、感热、潜热、长波和短波净辐射能量、海洋流场等观测代用数据。利用这些数据对影响海温变化的动力和热力作用及其相对重要性进行了诊断分析,结果表明:(1)与其他季节相比,春季Ni?o3.4区海洋表层温度(后文中用TS表示)呈现出独特的先增暖后趋冷的不对称季节性转换特征,这一变化主要是由于影响TS的大气风应力、海流以及能量净通量在春季均表现出明显的季节性转换过程。进一步的分析表明,热力作用对局地海温的季节性变化影响最为重要,水平平流输送以反向作用为主,其中经向平流输送起到了反向作用,不利于该区域TS的季节性转变,纬向平流输送仅在春季转为弱的正贡献,浅层垂直平流输送对春季TS变化的影响很小。(2)动力热力作用与TS异常的变化倾向相关关系也表明,春季Ni?o3.4区热力作用与TS异常变化呈现显著的正相关,纬向海流异常的输送项也表现为正相关,而经向海流输送项展现出由负相关向正相关转化的特征。(3)对Ni?o3.4区TS变化的方差贡献分析结果表明,春季热力作用对TS的异常变化的贡献达50%以上,相关系数超0.7,其次是纬向、经向平流项贡献,各占10%~20%左右,但两者作用相反,其他项贡献较小。

    • 2015年热带气旋“彩虹”的高分辨率数值模拟与风场诊断分析

      2020, 44(3):533-551. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.19105

      摘要 (151) HTML (22) PDF 7.52 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用WRF模式,对热带气旋“彩虹”(1522)登陆过程开展了高分辨率数值模拟,模拟验证表明:模式较成功地模拟出了“彩虹”的移动路径、强度变化和降水分布。利用高分辨率模拟资料,分析了“彩虹”登陆期间的大风分布以及热、动力结构特征,结合切向风动量方程开展了模拟诊断,结果表明:切向风动量方程各项在近地面层和边界层顶代表高度上的平面结构诊断分析显示,近地面(0.4 km)层上,VVOR(角动量径向平流项)和VPGF(切向气压梯度项)是切向风变化的最大贡献项;边界层顶(1.3 km)附近,VPGF和VVA(切向动量垂直平流项)对切向风起到正加速作用,而VVOR则根据入流(出流)特征,起到正(负)加速作用。切向风动量方程各项的轴对称平均结构诊断分析显示,“彩虹”登陆前,VVA和VVOR是决定切向风变化的主要贡献项。

    • 西北太平洋地区台风环境场的预估研究

      2020, 44(3):552-564. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19168

      摘要 (118) HTML (30) PDF 4.24 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中19个气候模式的试验数据,预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末(2080~2099年)西北太平洋地区(0°~40°N,100°E~180°)台风环境场和台风生成潜力指数(IGP)变化。结果表明,相对于1986~2005年参考时段,21世纪末西北太平洋海洋表面温度(SST)增加,垂直风切变(VWS)和向外长波辐射(OLR)均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少,有利于台风生成和发展;由大陆向南海延伸的低压系统减弱,不利于台风活动。总体上,在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性,SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0,在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0,模式间一致性较好;对于VWS和OLR,信噪比小于0.6,模式间差异较大;但在与台风频数显著负相关的地区,对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应,未来西北太平洋IGP显著增加。

    • 非自然因素引起的增温趋势的时空分布特征

      2020, 44(3):565-574. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19106

      摘要 (116) HTML (15) PDF 4.99 M (157) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于数据长程相关性,利用相对变化趋势,构建气温相对变化趋势的概率密度函数及超越概率,研究并计算了1951~2017年中国气温相对变化趋势基于一定置信水平下属于自然变率范畴的置信限,判别相对变化趋势是否由非自然因素引起(增温是否显著),探讨不同地区非自然因素引起的温度变化的阈值、相应的转折时间段及演变趋势。结果表明:(1)中国160站温度资料中有10%的站点趋势显著性被传统线性回归方法高估了,这些站点主要位于西北、西南和东部沿海地区。(2)从全国温度趋势的空间分布来看,除新疆中西部地区呈现降温趋势之外,其他地区均为增温趋势,其中东北、内蒙及晋北地区非自然趋势大,增温显著。(3)从不同年代际增温显著区域的空间演变来看,华北、东北地区率先增温显著,之后逐渐向南向西扩展,1966~2001年时段中国大部分区域表现为非自然增温显著;1971~2006年时段,东北地区以及内蒙东北部增温显著区域开始逐渐减少,同时中国西南地区增温显著区域开始逐渐增多;1976~2011年增温显著区域最大;1981~2016年,增温显著站点主要集中在黄河、长江流域及两大流域之间和中国南方地区。综上,中国非自然因素引起的增温显著区域在时间和空间上均存在显著的年代际转折。本研究为中国气温变化的归因及其预测研究,为加强气候变化研究成果向短期气候预测的转化及联系提供新视角、新途径。

    • 海洋层积云中的云滴谱宽度及其影响因子

      2020, 44(3):575-590. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.19115

      摘要 (124) HTML (16) PDF 6.00 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:云滴谱宽度对模式中云的光学厚度的参数化、气溶胶间接效应的评估以及降水形成过程的研究至关重要。本文利用美国POST(Physics of Stratocumulus Top)项目2008年7月19日的飞机观测资料,分析了微物理量和云滴谱的垂直分布及微物理过程。结果表明,该云系云滴谱宽度在云底附近较大,这是由低层核化过程导致的;中层凝结增长过程使得云滴谱宽度随高度增加逐渐减小;云顶附近夹卷混合过程导致云滴谱宽度增大。绝热云中垂直速度的增大会促进云凝结核的活化使云滴数浓度增大,促进凝结增长使云滴尺度增大、云滴谱宽度减小,云滴谱宽度与云滴数浓度、云滴尺度呈现负相关关系;云洞中受夹卷混合过程影响,垂直速度减小,云滴蒸发,云滴数浓度和云滴尺度减小、云滴谱宽度增大,且该效应随绝热程度减小而增强。建议云滴谱宽度的参数化将垂直速度、云滴数浓度、云滴尺度和绝热程度等考虑在内。

    • LICOM3.0海洋模式中太平洋北赤道逆流的模拟偏差分析

      2020, 44(3):591-600. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19123

      摘要 (118) HTML (14) PDF 13.70 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文用CORE-IAF(Coordinated Ocean-ice Reference Experiments–Interannual Forcing)外强迫场分别强迫LICOM3(LASG/IAP Climate System Ocean Model Version 3)和POP2(Parallel Ocean Program version 2)两个海洋模式,并分析了这两个模式中太平洋北赤道逆流(NECC)的模拟结果。我们发现LICOM3和POP2模拟的NECC强度均弱于实测,这和Sun et al.(2019)的研究结果一致,也进一步证明了海洋模式中NECC偏弱是CORE-IAF外强迫场造成的,海表风应力及对应的风应力旋度是海洋模式准确模拟NECC的最主要因子。同时,我们也分析了NECC的模拟在动力机制上的差别,这里的动力强迫项包括风应力项、平流项和余项。我们发现模式的外强迫场虽然相同,但是两个模式中各动力强迫项(风应力项、平流项和余项)对NECC模拟的影响并不完全相同。

    • 北京城区相继多次降雹的一次强雷暴的闪电特征

      2020, 44(3):601-610. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1910.19134

      摘要 (170) HTML (37) PDF 3.43 M (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京午后爆发了相继5次降冰雹的一次强雷暴天气过程。利用国家“973”项目“雷电重大灾害天气系统的动力—微物理—电过程和成灾机理(雷暴973)”2016年夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了此次雹暴的闪电活动和雷达回波特征。此次雹暴过程包括三个孤立的单体相继发展、并合,所分析的4次降雹过程中,总闪电频数在降雹期间都有明显增多,最高可达179 flashes min?1。云闪占全部闪电的80%以上,其中3次降雹前出现正地闪突增,其比例升高,占全部地闪的比例最高达58%。降雹时雷达回波>45 dBZ的面积增大,顶高超过13 km。整个雹暴过程,闪电辐射源主要分布在6~10 km的高度区域,与强回波具有一致性。所分析的4次降雹过程均出现明显的总闪频数跃增,并通过2σ阈值检验,其中3次提前时间为8~18 min,说明总闪频数对于降雹过程有一定的预警能力。

    • 局地蒸发和外部水汽输送对松花江流域夏季降水的贡献

      2020, 44(3):611-624. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1909.19177

      摘要 (117) HTML (27) PDF 4.92 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于Brubaker二元模型,采用JRA-55再分析资料定量研究了局地蒸发和外部水汽输送对松花江流域夏季气候态降水及其年际变率的相对贡献,并探讨了相应的物理机制。气候平均而言,外部水汽输送是松花江流域初夏(5~6月)和盛夏(7~8月)降水的最主要水汽源。受西风带影响,初夏自西边界进入松花江流域的水汽贡献占主导,外部水汽输送对当地降水的贡献为78.9%,源自蒸发的水汽贡献为21.1%。较之初夏,由于盛夏来自南边界的水汽输送加倍,外部水汽输送贡献增加,外部水汽输送和蒸发对降水贡献分别为86%和14%。JRA-55再分析资料可以合理再现观测降水演变,1961~2016年JRA-55再分析资料降水与观测在初夏与盛夏的相关系数分别可以达到0.73和0.83。研究发现,初夏,由于西南季风异常导致的南边界进入的水汽输送异常是松花江流域降水年际变率的主要原因,自西边界、北边界进入的水汽输送与降水呈现显著负相关,初夏局地蒸发的贡献不显著,该水汽输送异常对应的环流型易发生在El Ni?o衰减年初夏。盛夏来自南边界的水汽输送起主导作用,局地蒸发贡献与降水变化显著负相关,海温强迫作用对该环流异常的强迫并不显著,中高纬度大气内部变率影响占主导。由于盛夏降水与地表温度在盛夏期间显著负相关,盛夏时期降水偏少时,温度偏高,蒸发偏强,进而蒸发水汽对降水贡献增加。

    • TRAMS_RUC_1 km模式初始场和侧边界方案的改进研究

      2020, 44(3):625-638. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19183

      摘要 (99) HTML (31) PDF 6.95 M (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面,对水平网格距为1 km的华南区域短时临近预报模式(TRAMS_RUC_1 km: Tropical Region Assimilation Model for South China Sea_The Rapid Update Cycle_1 km)中的初始场和侧边界方案进行改进研究。首先选择一次华南飑线个例进行敏感性试验,研究结果表明:(1)提高初始场和侧边界的垂直分辨率以后,模式对飑线内部中小尺度对流系统引起的强降水中心的模拟结果明显更加接近实况,而增加中低层的垂直分辨率对预报的改进起到了主要作用。(2)将模式侧边界时间更新频率从6 h一次提高到1 h一次以后,模式侧边界要素场的逐小时剧烈变化信息可以比较完整的保留下来。在使用高时间分辨率的侧边界条件进行模拟时,粤西沿海地区的水汽辐合明显加强,这对原来模式预报飑线移速偏慢现象会有改善作用。(3)当模式侧边界条件具有较高的时空分辨率时,进一步补充垂直速度和云微物理变量的侧边界条件对于飑线模拟结果的影响并不明显。总的来说,提高初始场和侧边界的垂直分辨率以及增加侧边界更新的时间分辨率,对于区域高分辨率模式对这次华南飑线预报效果的改进具有重要意义,而忽略垂直速度和云微物理量的侧边界条件则是一种可以接受的简化。在个例研究的基础上,利用改进后的初、边界条件进行为期一个月(2019年4月份)的批量试验,评估结果表明新方案对于逐小时降水空间分布和日变化特征的模拟均有明显改善。

    • MJO对2018年华北夏季降水的影响

      2020, 44(3):639-656. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19217

      摘要 (186) HTML (34) PDF 9.03 M (238) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于华北夏季降水资料和热带大气季节内振荡(Madden–Julian Oscillation,简称MJO)指数、NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)再分析环流资料,采用多种统计方法分析MJO与2018年华北夏季降水的关系及影响机制。结果表明:(1)MJO与华北夏季降水有密切的联系。虽然MJO不能移到较高纬度直接影响华北夏季降水,但MJO对流区的气旋会在其北侧激发出反气旋环流,这对“气旋—反气旋对”在缓慢东移过程中,处于较高纬度的反气旋会直接影响华北夏季降水。即MJO会间接影响华北夏季降水,表现为当夏季MJO进入5、6位相时,华北地区夏季会出现明显降水过程,但降水强弱与MJO振幅大小有关。(2)影响机制方面。在850 hPa,伴随MJO的“气旋—反气旋对”的东移,它会造成华北夏季偏南风水汽输送加强(对应RMM1)或东南风水汽输送加强(对应RMM2),从而有利于降水过程发生。在500 hPa层,MJO通过中层扰动向中高纬的传播,诱导副热带高压移到朝鲜半岛附近并加强,对西来高空槽形成阻挡作用,有利于华北地区产生上升运动,从而有利于华北夏季降水过程发生。(3)可以用MJO制作华北夏季延伸期降水过程预报。

    • 重庆城市热岛环流结构和湍流特征的数值模拟

      2020, 44(3):657-678. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19239

      摘要 (165) HTML (39) PDF 10.21 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用中尺度模式WRF(V3.9)对2016年8月17~18日重庆一次城市热岛环流个例进行了数值模拟,探讨了山地城市热岛环流的三维结构和演变特征,分析了热岛环流期间湍流动能和各项湍流通量的特征。结果表明:15:00(北京时,下同)乡村风开始出现,随着热岛强度增强乡村风增大,18:00热岛环流结构最显著,次日02:00热岛环流结构被破坏,仅低层存在微弱的乡村风。其中,重庆市城市热岛环流最强时,水平尺度约城市尺度的1.5~2倍,垂直厚度约1.3 km,水平风速约2~4 m s?1,最大上升速度约0.5 m s?1。受地形、河流以及背景风的影响,环流呈现非对称的结构,且强度较弱。湍流特征分析结果表明,城市区域的湍流动能明显大于其它区域。此外,城市热岛环流通过湍流运动将郊区的水汽输向城市;高层湍流动量补充边界层中因热岛环流发展而造成的动量耗散。