2021年第45卷第3期

优先出版

• 华北平原一次破纪录大风事件的γ中尺度涡旋特征分析

  许长义, 章丽娜, 肖现

  优先出版日期:2025-04-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2504.24124

  摘要(0) HTML(0) PDF(4.83 M)( 0)

  摘要：2020年6月25日天津西青受伴随γ中尺度涡旋（mesovortex，以下简称MV）的对流风暴影响，发生了1957年有观测记录以来的最强阵风（41.4 m?s-1）。为了提高对此类中尺度涡旋的科学认识，本文利用雷达四维变分同化技术，结合多源观测资料，揭示出MV不同发展阶段的热动力结构特征及其与地面大风强度、位置的时空配置关系。结果表明：MV首先形成于对流层低层2 km附近，在向下拉伸过程中，旋转速度增强、涡旋直径收缩，对应近地面由暖干的气旋性涡旋转变冷湿的气旋性涡旋，极端大风出现在成熟阶段的MV西侧与后侧入流急流叠置区。MV的发展演变与对流风暴内不同性质的气流结构密切相关，成熟阶段，垂直环流由斜升气流、后侧入流急流、前部下沉气流和低层入流气流构成。MV发展加强下传及地过程中，雨水在下落过程中蒸发吸热，后侧入流急流的强度明显加强且不断向下伸展。在MV发展演变过程中，冷池与垂直风切变的配置起到重要作用：MV从形成到发展阶段，冷池与0-3 km的低层垂直风切变达到平衡态，从发展到成熟阶段，冷池与0-6 km的深层垂直风切变达到平衡态，在强的深层垂直风切变的拉伸作用下MV加强发展。与典型弓形回波的及地后侧入流急流结构区别明显，本次过程后侧入流急流并未及地，而是与MV的下沉气流在1 km高度附近耦合，产生垂直向下的扰动气压梯度力。同时，雨水的拖曳作用有利于下沉气流的加强，在其下降过程中蒸发吸热使得冷池不断增强导致地面风速加大，共同导致极端大风。

• 气溶胶对云和降水的微物理效应

  赵传峰, 李杰峰, 杨以坤

  优先出版日期:2025-04-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2503.25015

  摘要(9) HTML(0) PDF(1.52 M)( 14)

  摘要：气溶胶主要通过调节辐射能量收支，并通过气溶胶-云相互作用改变云滴性质，显著影响云和降水的发生与发展，本文主要就气溶胶对云的微物理效应开展了综述研究。作为云凝结核或冰核，气溶胶可以有效地改变云的辐射与微物理特性。在辐射收支方面，气溶胶的增多会使得云滴粒径减小，云对短波辐射的反照率增大，形成云反照率效应；同时，它也会使得薄云的长波辐射系数增强，将更多的地面长波辐射阻挡在云层之下，形成云长波辐射效应。但吸收性气溶胶可能会促进云滴蒸发，从而减小云的反照率。在降水方面，当水汽不充分或风切变较强时，云滴数目的增多伴随云滴有效半径减小，从而抑制了降水，延长了云的生命时间；但是当云发展较为深厚时，更多更小的云滴可以被输送到0 ℃层以上，通过冻结释放潜热，从而促进了对流降水的产生。因此，气溶胶的云微物理效应可以抑制弱降水的形成，促进强降水的发生，进而导致极端天气事件发生频率的增加。然而，有许多研究观测到了与以上理论不一致的现象。为了解释这些现象，本文通过总结前人的观测与理论研究成果，系统地提出了气溶胶-云相互作用背后的四种物理机理：单滴的水汽凝结与蒸发效应，群滴的水汽竞争效应、碰并效应和夹卷效应。这些机制的相互竞争导致了研究中观测到的不同结果。最后，本文指出了气溶胶-云-降水相互作用研究中的挑战及未来研究方向，主要包括提高数据观测能力，构建多因素影响下的气溶胶-云相互作用系统框架，优化参数化方案，以及推动人工智能在相关研究中的应用。

• 江西南昌“3.31”极端大风成因分析

  李淑璠, 王秀明, 刘屹靖, 李海俊, 樊李苗, 俞小鼎, 汤欢

  优先出版日期:2025-03-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2503.24089

  摘要(50) HTML(0) PDF(6.66 M)( 40)

  摘要：2024年3月31日凌晨，江西南昌出现极端对流性强风天气，发生某高楼三位人员坠亡事件。本研究基于南昌SA型双偏振多普勒天气雷达和地面观测，分析了高楼人员坠亡地（即事发楼栋）附近的风暴精细结构。结果显示，在事发时段，波型线状回波中段的弓形回波北端出现了书挡涡旋（bookend vortex），尺度和强度（即垂直涡度）与强中气旋相当。书挡涡旋从事发楼栋上空经过，内部可进一步识别出尺度更小的龙卷涡旋特征（Tornado Vortex Signature，简称TVS）和龙卷残片特征（Tornado Debris Signature，TDS），TVS径向速度差超过40 m·s-1。基于TVS和TDS分析所得疑似龙卷路径进行了灾情调查，结果显示多处具有龙卷灾损特征，包括气旋性旋转的强风、辐合风和树剥皮等，且有石桥被完全吹倒。综上，可以确定事发楼栋附近出现了EF2级左右的龙卷，高楼人员坠亡极有可能是由龙卷引发的。本次过程特殊之处在于，龙卷相关涡旋包括书挡涡旋及其内部镶嵌的位于阵风锋前沿的小涡旋，二者几乎同时出现和增强。基于观测的分析表明，龙卷相关涡旋主要由水平涡度扭转形成，而水平涡度与未及地后侧入流急流下方的低层强垂直切变和阵风锋相关的斜压涡度有关。

• 腾冲大气边界层高度变化特征及其影响因子分析

  金莉莉

  优先出版日期:2025-03-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2502.24135

  摘要(52) HTML(0) PDF(2.23 M)( 38)

  摘要：腾冲地处云贵高原，地形复杂，是一个典型的山区城市，特殊地理位置引起的边界层及其污染物跨境输送问题急需关注，研究腾冲长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义。本文利用腾冲L波段无线电探空观测资料和理查森数方法计算得到的大气边界层高度（PBLH）验证了ERA5再分析资料，基于ERA5再分析资料，采用统计方法，分析了腾冲1980—2023年PBLH的时间特征及其影响因子。结果表明：腾冲ERA5的PBLH与观测的PBLH有较好的相关性，08:00和20:00ERA5的PBLH比观测的PBLH平均分别低3.7m和279.4m。腾冲PBLH呈现出显著的波动变化，夏季和秋季呈上升趋势（0.7 m/yr、0.2 m/yr），春季和冬季呈下降趋势（-0.1 m/yr、-0.2 m/yr），干季和湿季呈上升趋势（0.05 m/yr、0.3 m/yr）。白天PBLH，春季（1504m）>冬季（871m）>秋季（572m）>夏季（468m），干季（934m）>湿季（551m）；夜间PBLH，夏季（52m）>秋季（23m）>春季（27m）>冬季（19m），湿季（44m）>干季（21m）。白天PBLH波动较大，夜间较为稳定，午后14:00或15:00达到日峰值。干季PBLH可超过3500m、湿季可超过2000m。春季和干季日PBLH波动最大。PBLH在少云天最高，阴天最低，夜间则相反。在年尺度上，PBLH与10m风速、地表感热通量、地-气温差、地表温度、2m气温呈显著的正相关关系，与相对湿度、总云量、地表潜热通量、2m露点温度呈显著的负相关关系。在季节尺度上，春、秋、冬和干季PBLH主要受到10m风速的驱动，夏季和湿季则主要受到较高潜热通量、总云量、相对湿度和较低感热通量的热力作用驱动。在昼夜变化上，白天10m风速、地表感热通量和相对湿度是影响PBLH发展的主要因子，而夜间地表潜热通量则是影响PBLH发展的唯一显著因子。

• FY-3D卫星MWHS II资料直接同化对北京7·31暴雨预报的影响

  南京信息工程大学遥感与测绘工程学院, 杜涵, 平凡

  优先出版日期:2025-03-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24107

  摘要(28) HTML(0) PDF(3.75 M)( 37)

  摘要：本研究以2023年北京7.31暴雨为例,深入探讨了FY-3D卫星MWHS II微波湿度计资料直接同化对极端降水预报的影响。通过设置同化前后的对比实验,并结合WRF数值预报模式,对同化效果进行了多尺度、多要素的系统分析。研究发现：MWHS II资料同化明显改善了极端降水的模拟效果,成功捕捉到了超过550毫米的降水极值中心,并更准确地模拟了降水的空间分布。研究还揭示了同化作用对多尺度系统的影响：同化显著改善了大尺度环境场,为极端降水事件创造了有利条件,使得关键区域的温度梯度增强,水汽分布得到优化(尤其是东部海域的水汽通道),气压场的南北梯度也同时增加,共同维持了稳定的利于降水的大尺度背景。另一方面,同化对对流系统的影响更为突出：北京区域垂直涡度结构被优化,中高层负涡度和低层正涡度的增强促进了上升运动；大气不稳定度增加(表现为低层相对湿度增大、中层减小,位温垂直梯度加大),为强对流的触发和维持提供了有利条件。同时,微物理过程得到改善：中高层雪和霰粒子形成增多,低层云水向雨水的转化加速,提高了整体降水效率。这些影响在模拟的前36小时内尤为明显,凸显了同化在降水初期和发展阶段的关键作用。

• 基于U-Net模型构建热带西太平洋西风爆发的参数化方案及与ENSO的关系分析

  周宇晟, 智 海, 张荣华, 杜双盈

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24080

  摘要(26) HTML(0) PDF(695.49 K)( 87)

  摘要：厄尔尼诺-南方涛动 (El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO) 是影响热带太平洋海气耦合系统的最强年际气候模态，热带太平洋西风爆发 (Westerly Wind Bursts, WWBs) 是ENSO现象的重要前兆因子。人们通常使用基于统计学和动力学方法建立的模型对ENSO事件进行模拟和预测。然而，模型在合理地表征WWBs存在一定的困难，导致其对ENSO事件的模拟和预测性能受到了限制。本研究利用深度学习技术和神经网络模型构建了一种由海气多变量数据集驱动的U-Net模型重构热带太平洋海表纬向风异常场，进一步识别WWBs的时空演变特征并分析了WWBs与ENSO之间的联系。结果表明，在测试时段内 (2003-2022年)，U-Net模型能很好地模拟出与观测值较为一致的WWBs的时空分布特征，模型重构的WWBs发生次数和累计天数与观测值的偏差小于4.0%， WWBs发生概率 (P) 的时间序列与观测值之间的相关系数达到了0.87。同时，U-Net模型能较好地捕捉WWBs与ENSO之间的非线性响应关系。观测和模型重构结果均显示，WWBs与ENSO之间存在显著的超前-滞后关系，且WWBs的累计日数、纬向宽度和平均最大振幅等物理量均在El Ni?o事件期间达到峰值，模型重构的P值在El Ni?o年出现的峰值与观测值之间也更为接近。因此，与基于传统的WWBs与海表温度场之间近似线性关系所建立的WWBs参数化方案相比，U-Net模型在模拟WWBs方面具有显著优势，可得到更接近真实的参数化表征。

• 基于多源观测的中国及周边区域飞机高空颠簸特征分析

  王思贤, 寿亦萱, 刘海文, 陆风

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2411.24070

  摘要(63) HTML(0) PDF(2.61 M)( 46)

  摘要：飞机高空颠簸是由自由大气中湍流过程诱发的飞行现象，对飞行安全存在巨大威胁。在全球变暖背景下，东亚地区飞机颠簸呈逐年增多趋势。为了更好地了解中国及周边区域高空颠簸的来源和发生规律，本文基于两套不同来源的飞机气象观测资料（AMDAR），通过质量控制和标准化处理，建立了一套以湍流耗散率（EDR）表征飞机颠簸的全球一年的颠簸观测数据集。并使用该数据集，结合FY-4A卫星观测和ERA5再分析资料，对我国三类高空颠簸：晴空颠簸（CAT）、近云颠簸（NCT）以及对流诱导颠簸（CIT）的空间分布、季节以及日变化特征进行了初步分析。结果表明，晴空颠簸高发区主要集中在我国中东部至日本以东洋面上空对流层顶附近；近云颠簸有4个活跃区，分别位于我国华东、华北、南海地区以及日本上空，青藏高原北坡至东坡是我国西部近云颠簸易发生区域；对流诱导颠簸则主要集中出现在华南地区。三类高空颠簸均有显著的季节和日变化特征。其中晴空颠簸在冬春季午后高发，近云和对流诱导颠簸更易出现在夏季上午时段。

• 东亚冬季气温异常冷暖反转模态的非对称特征及其维持机制

  李乔, 刘伯奇

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24041

  摘要(39) HTML(0) PDF(9.53 M)( 42)

  摘要：东亚地区气温异常的冷暖反转是全球变暖背景下冬季最重要的气候现象之一。和冬季平均气温异常相比，冷暖反转现象的气候预测不确定性更大，其造成的不利影响也更为重大。本文基于1980/81?2022/23年冬季大气再分析资料，利用季节经验正交分解和合成分析方法，分析了东亚冬季气温冷暖反转模态的年际变化特征。结果表明，虽然东亚冬季气温冷暖反转模态的不同过程都与西伯利亚高压、欧亚大气遥相关和北极极涡异常的季节内相互作用有关，但“暖转冷”过程的年际变率明显强于“冷转暖”过程，说明冷暖反转模态的年际变化存在明显的非对称性。在“暖转冷”过程中，前冬类似东大西洋/西俄罗斯型的大气遥相关正位相在后冬转为负位相，西伯利亚高压随之逐渐增强，后冬东亚地区冷空气更为活跃。而在“冷转暖”过程中，冬季北极极涡强度由弱变强，西伯利亚高压随之由强变弱，有利于东亚地区出现前冬冷、后冬暖的温度异常特征。进一步分析表明，冬季La Ni?a背景下的北大西洋和热带印度洋海温异常是“暖转冷”过程的可能影响因子，而秋末巴伦支-喀拉海海冰异常偏少则是“冷转暖”过程的潜在前兆信号，说明大气下垫面外强迫差异是造成东亚冬季冷暖反转模态不同过程强度不对称的重要原因。因此，东亚冬季冷暖反转现象的气候预测需要考虑不同大气下垫面外强迫影响的多样性。

• 三频雷达遥感云参数能力的进一步模拟与分析

  霍娟

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.24038

  摘要(35) HTML(0) PDF(691.73 K)( 42)

  摘要：本文在研究团队前期工作基础上,针对非降水云中多种形态的冰晶粒子开展了三种典型短波雷达(X波段-9.5GHZ-3cm、Ka波段-35GHZ-8mm、W波段-94GHZ-3mm)探测的模拟,对比分析了三种波长情况下粒子物理特征改变所引起的雷达回波变化情况,分析了联合利用三波长雷达探测数据识别冰晶形态的可能性。研究结果表明,W波段尽管波长短,灵敏度高,但是冰晶后向散射特征相比X波段和Ka波段要复杂很多,入射角度、粒子形态、粒子大小等的不同均会引起后向散射剧烈而复杂的改变,对基于统计或经验拟合法来提取云粒子微物理特征的反演方法带来挑战。已有分析结果亦显示,利用多波长雷达观测量之间的差异特征,有助于提供云内粒子微物理信息。例如,冰云中当W波段与Ka波段或W波段与X波段之间的反射率因子差值明显较大时,例如低于-3dBZ时,则很可能存在“长”粒子,这些工作为基于多波长雷达回波反演云微物理参数算法的建立和精度提高提供了参考和经验。

• 2023年6月1日辽宁龙卷风暴环境及演变特征分析

  杨磊, 郑永光, 袁潮, 才奎志, 王瀛, 蔡康龙

  优先出版日期:2025-03-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2410.24027

  摘要(70) HTML(0) PDF(2.53 M)( 43)

  摘要：利用多源观测和ERA5再分析资料，本文详细分析了2023年6月1日阜新EF1级和开原EF2级龙卷风暴的环境条件、演变特征和龙卷形成的可能机制。结果表明：辽宁位于东北冷涡西南象限和高空槽南侧，地面（或850 hPa）与500 hPa的强垂直减温率是造成本次过程的极端环境条件因子。阜新龙卷风暴具有钩状回波、下沉反射率因子核（DRC）和龙卷涡旋特征（TVS），由干线上生成的两个孤立风暴合并而成；其东侧强回波产生1小时降温超过6℃的强冷池，冷池出流与干线交汇，在强冷池的边缘形成三汇点；当钩状回波移到三汇点时，不太强的下沉气流产生强度适宜的冷池，加之三汇点处强辐合抬升的共同作用，在DRC和TVS下方生成龙卷。开原龙卷风暴为线状对流系统，是沿着地面辐合线上传播的多个风暴合并而成；由于开原位于低空急流内并具有更强的低空风切变，有利于地面辐合线上首先出现微气旋；微气旋的西侧风暴产生1小时降温达到10℃的冷池，其出流与地面辐合线交汇也形成了三汇点，但开原的辐合显著强于阜新；当微气旋经过三汇点时，在强辐合拉伸作用下，低层旋转达到生命期最强且首次达到TVS标准时，其下方产生龙卷。本次东北冷涡过程具有极端条件不稳定条件，由干线和辐合线上生成的风暴在龙卷生成区30 km附近区域产生强冷池，在强冷池边缘、地面1小时降温小于4℃的区域，改善了大气低层湿度条件，还形成三汇点加强了地面辐合，当TVS或微气旋经过这些三汇点时分别形成龙卷。

• 基于CALIPSO数据的FY-3D/HIRAS云检测方法评估

  田少龙, 肖贤骏, 徐忠燕, 平凡

  优先出版日期:2025-03-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.24057

  摘要(21) HTML(0) PDF(1.26 M)( 39)

  摘要：云检测是红外高光谱辐射观测应用中的一个关键步骤，云检测的优劣直接关系到卫星数据的应用效果。McNally于2003年提出了一种基于观测和模拟亮温差值进行通道云检测的方法，目前其广泛应用在数值天气预报的卫星资料质量控制。基于McNally通道云检测方法，本文首次利用CALIPSO（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）云分类数据产品，采用精确度（Precision）和召回率（Recall）两种验证指标，实现了FY-3D HIRAS（High Spectral Infrared Atmospheric Sounder）通道云检测效果的定量评估，提升了FY-3D HIRAS产品的质量及可同化数据量。本研究结果表明：（1）FY-3D HIRAS通道云检测的精确度为97.19%，召回率为93.74%，且虚假晴空通道（将有云通道检测为晴空通道）导致的O-B（观测亮温减背景亮温）的均方根误差（RSM）为0.984 K，基本在数值预报中观测误差方差范围内。由此证明该云检测方法不会影响观测资料质量，可以有效应用于数值天气预报中。（2）根据CALIPSO的不同云类型分析，层云（St）、层积云（Sc）、碎积云（Cu fra）都具有很高的精确度，但召回率比较低。高积云（Ac）、高层云（As）和深对流云（DC）都具有较高精确度与召回率。

• 2022年春季中国南方极端低温的可能机制分析

  卢楚莹, 祁莉

  优先出版日期:2025-03-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24075

  摘要(62) HTML(0) PDF(7.76 M)( 56)

  摘要：极端低温事件往往给居民生活、农作物生长等造成严重影响，因此对极端低温事件成因的分析十分重要。本文利用1980-2022年CN05.1气温观测数据和ERA5再分析数据，分析了2022年5月发生在中国南方（20°N-30°N，100°E-122°E）极端低温事件的时空分布特征，揭示了影响此次极端低温事件的环流背景和可能因子。结果表明，此次极端低温事件强度大，与1980-2022年5月平均态相比，气温偏低超过3个标准差，低温持续时间长达31天，影响范围超过150万平方千米，为1980年以来最强的一次极端低温事件。进一步分析发现，在对流层中层欧亚中高纬存在显著波列，中国南方上空为异常低压控制，使得中高纬冷空气深入南下。与此同时，赤道中东太平洋上La Ni?a的重新发展使对流抑制中心偏西偏强，其激发的Rossby波在菲律宾以东形成一个异常反气旋环流，该异常反气旋西侧的南风将海洋上的暖湿气流向中国南方输送，与冷空气汇合，产生对流，显著减少了地表净短波辐射，使气温更加偏低。因此，2022年5月中国南方极端低温是与冷空气活动相关的环流和菲律宾反气旋共同作用的结果，以这两个因子构建拟合方程，所再现的气温可达到-2个标准差。

• SSP1-2.6“双碳”路径下不同土地利用变化对我国近地面气温的生物物理影响

  韦苗, 隋月, 刘博

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24030

  摘要(38) HTML(0) PDF(2.82 M)( 41)

  摘要：近百年来土地利用和土地覆盖变化主要通过生物地球化学和生物地球物理过程影响气候变化，但其对我国未来气温的生物物理影响存在不确定性。因此，我们利用6个第六次国际耦合模式比较计划的模式数据，预估了共享社会经济路径SSP1-2.6下“双碳”时期不同土地利用变化（即SSP3-7.0情景和SSP1-2.6情景的土地利用）对我国气温的生物物理影响，并定量解析各因子。结果表明，（1）SSP1-2.6“双碳”时期两个情景的土地利用在我国的主要差异为森林覆盖在秦岭—淮河以南增加、以北减少，且在碳中和时期（?10～10%）大于碳达峰时期（?8%～5%）；我国西部森林覆盖差异小。（2）全国平均而言，该土地利用差异在碳达峰时期降温贡献为5%，大于碳中和时期（?1%）。（3）土地利用变化在不同区域影响温度变化的因子不同：我国东部北方地区碳达峰时期的降温贡献（?3.2%）到碳中和时期的增温贡献（0.4%），是土壤热通量、晴空长波辐射和感热通量的增温作用增强以及地表反照率和潜热通量降温作用增强的综合结果。中国东部南方地区在两个时期均为降温贡献（?4.1%和?1.8%），主要是云辐射效应的降温作用。中国西部地区在碳达峰时期的增温贡献（4.9%）到碳中和时期的降温贡献（?1.8%），主要是土壤热通量和晴空辐射增温作用转为降温作用。总体上，相比于SSP1-2.6情景，SSP3-7.0情景的土地利用在SSP1-2.6“双碳”时期对我国整体起降温作用，但存在区域差异。

• 不同闪电日分布地区气溶胶对闪电活动影响

  汪海潮, 谭涌波, 师正, 郑天雪

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24048

  摘要(46) HTML(0) PDF(1.67 M)( 46)

  摘要：本研究基于2010-2018年夏季地闪定位和气溶胶光学厚度（AOD）数据，分析了四川盆地（区域1）和广东地区（区域2）的闪电活动与气溶胶的关系。结果表明，区域1和区域2中AOD与地闪频次之间的关系都随AOD的增加而变化，AOD的阈值分别为~0.5和~0.3。当AOD低于阈值时，两个区域的地闪频次均随AOD的增加而增加。当AOD高于阈值时，两个区域中地闪频次与AOD的关系均变得离散，但在区域1中，地闪频次整体上仍随AOD的增加而增加，而在区域2中，随着AOD的增加，地闪频次先变化不明显，之后呈现下降的趋势。区域1和区域2中闪电活动与气溶胶的关系分别由夜间和下午发生的闪电与气溶胶的关系所决定，结合气溶胶的辐射抑制作用在白天更强在夜间更弱，可能导致了高气溶胶含量条件下两个区域闪电活动与气溶胶之间不同的关系。此外，区域1和区域2中地闪频次的日分布在各个气溶胶含量条件下分别呈现双峰和单峰的形式，在较高的气溶胶含量条件下，区域1傍晚的峰值和区域2下午的峰值出现时间更迟。。

• 洱海湖滨农田生态系统的碳收支评估

  彭娟, 徐安伦, 李育, 杨澄, 张国涛, 杜群

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2409.24072

  摘要(35) HTML(0) PDF(2.59 M)( 40)

  摘要：在洱海湖滨农田生态系统应用涡动相关技术开展水稻和蚕豆生长季CO₂通量的长期观测(2007—2012年),明确了两种作物轮作条件下农田生态系统的CO₂通量变化特征和生态系统的源/汇功能。结果表明：(1)洱海湖滨农田在水稻和蚕豆两种不同下垫面时的气候条件差异较大。在水稻生长季,有较高的气温(Ta)和相对湿度(RH),饱和水汽压差(VPD)呈现先下降后平稳的趋势,太阳总辐射(Rg)波动较明显,风速(WS)和摩擦速度(ustar)呈弱的下降趋势；在蚕豆生长季,Ta呈现先下降再上升的趋势,RH表现为逐渐下降,而VPD和Rg呈上升趋势,WS和ustar呈现先上升后下降的趋势。(2)洱海湖滨农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,在日尺度表现为“U”型的日变化特征,在季节尺度表现为单峰双谷“W”型的变化特征。在水稻生长季,CO₂通量的峰值出现在拔节和抽穗期；在蚕豆生长季,CO₂通量的峰值出现在结荚至鼓粒期。(3)日尺度上,洱海湖滨农田生态系统CO₂通量变化的主要控制因子是RH,而小时尺度上是Rg。(4)水稻－蚕豆农田生态系统总体表现为碳汇。水稻生长季净碳交换为503.8 gC.m_-²,总初级生产力为866.6 gC.m_-2^；蚕豆生长季净碳交换为143.5 gC.m_-2^,总初级生产力为716.2 gC.m_-2^,水稻生长季的固碳能力约为蚕豆的3.5倍。

• 准双周振荡对广东夏季季风槽暴雨的影响

  纪忠萍, 谷德军, 于玲玲, 高晓容, 韩浦城, 梁伟杰

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.22138

  摘要(32) HTML(0) PDF(8.61 M)( 35)

  摘要：利用1961—2017年NCEP/NCAR逐日再分析与广东逐日降水等资料，通过选取没有与锋系联系一起、由单一南海季风槽影响导致的广东暖区暴雨过程并进行分类，采用合成分析、小波分析、Lanczos滤波器等方法，研究了不同类型季风槽暴雨过程的时空分布特征及其与大气低频振荡的关系，重点揭示了强西南季风急流型季风槽暴雨过程在准双周振荡不同位相大气环流场的演变特征及低频信号的来源。结果表明：（1）强西南季风急流型季风槽暴雨过程占总个例的53.1%，主要出现在广东沿海与内陆的三大暴雨中心（阳江—阳春—恩平、海丰—陆丰—汕尾、龙门—佛岗），其余三类季风槽暴雨过程（强西南季风辐合型、东南季风扰动型、热带气旋远离型）主要出现在广东沿海的两大暴雨中心及珠江口两侧。（2）季风槽暴雨过程主要存在5～8天的准单周振荡、10～28天的准双周振荡，少数年份还存在32～65天振荡。（3）强西南季风急流型季风槽暴雨从间歇-开始-鼎盛-减弱期，低频信号不仅来源于从欧洲西部到东北亚具有准正压性“反气旋—气旋”相间排列的低频波列的东南向传播，还来源于对流层中低层菲律宾东南的热带西太平洋低频气旋西北向传播，它们使南亚高压从孟加拉国向巴基斯坦挺近，西太平洋副高逐渐加强西伸北抬，巴尔喀什湖—贝加尔湖—我国中东部地区由间歇期的低频反气旋环流或高压脊逐渐转为鼎盛期的低频气旋环流或高空槽控制。（4）当华南高层由低频反气旋环流东南侧的强东北风逐渐转为华北-江南低频气旋性环流底部的强偏西风与印度半岛—南海西北部低频反气旋外围的西北风控制，高空辐散逐渐增强并达到最强。中低层由低频反气旋环流或高压脊控制逐渐转受来自南海中北部—孟加拉湾低频反气旋北缘的强西南风控制，并受东北亚、日本及其以南西太平洋低频反气旋环流的阻挡，在我国西南—江南—华南上空形成强的低频气旋性环流与正涡度，地面由弱均压场逐渐转为北部湾向北伸展加强的闭合低压控制，南海季风槽北抬并增强，使强西南季风急流型季风槽暴雨从无转为开始并达到鼎盛期。它们可为季风槽暴雨的中期-延伸期预报提供参考。

• 基于速度势的热带大气环流分解及其对全球平均海平面上升的响应

  巫明娜

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2502.24082

  摘要(40) HTML(0) PDF(2.37 M)( 38)

  摘要：全球平均海平面自20世纪以来上升了0.16米，在全球和区域尺度上引发了多种气候变化挑战。热带大气环流是天气和气候异常的直接驱动因子，对全球和区域的水循环有着重要作用。明确全球平均海平面上升对热带大气环流的影响有助于更好地应对、减缓和适应气候变化。本文基于挪威地球系统模式（NorESM1-F）的一系列海平面上升试验，将对流层上层速度势分解为哈德莱环流、沃克环流以及季风环流相关分量，进一步研究了不同海平面上升高度下三种环流的变化。结果表明，基于速度势的分解方法可以很好地再现热带大气环流的气候态和季节演变特征。全球海平面上升使北半球夏季南、北半球哈德莱环流均减弱，北半球冬季南半球哈德莱环流增强。此外，全球平均海平面上升还将使得太平洋沃克环流增强东移，东亚冬、夏季风增强。

• 卫星反演降水在华北极端降水监测中的适用性评估

  陈双, 陈涛, 符娇兰, 谌芸

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24085

  摘要(16) HTML(0) PDF(3.63 M)( 38)

  摘要：基于2000-2023年中国气象局国家基本站降水量日值资料，从极端降水指标统计、极端强降水个例分析等角度，对三种常用卫星反演降水日值产品在华北地区夏季极端降水监测分析中的适用性特征进行了评估，结果表明：1）GSMAP_GNRT6倾向低估降水，尤其在山前区域低估明显，IMERG两种产品则倾向高估降水，尤其在山东半岛高估明显，且以IMERG_V6L高估更明显；2）降水量指数、降水强度指数普遍在高原平原过渡区相关性高于其他区域，强降水频次指数降水较多区域相关性出高于降水较少区域，GSMAP_GNRT6上述指数普遍出现低估，IMERG则对降水量指数出现高估、降水频次和降水强度指数出现低估；3）卫星反演降水能捕捉到极端降水日，但绝对强度普遍显著偏弱，利用百分位和TOP值等相对阈值，其能反映降水极端性的空间分布，但范围偏大，尤以GSMAP_GNRT6偏大最明显，IMERG_V6L表现最好,但较IMERG_V6E优势不明显。总体来看，IMERG和GSMAP在华北夏季极端降水监测分析具备一定应用前景。

• 从季内演变过程认识青藏高原夏季东部气温的长期趋势特征

  多吉次仁, 施宁

  优先出版日期:2025-03-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2502.24088

  摘要(50) HTML(0) PDF(1.66 M)( 43)

  摘要：夏季青藏高原（简称“高原”）气温存在先升温后降温的季内变化特征。因此研究季内气温的长期变化，有助于深化高原气温长期变化的认识。为此，本文基于JRA55和ERA5两套再分析资料，从气温的季内演变角度分析了东部夏季气温长期变暖趋势的成因及其大气内部热力学机理。结果表明，高原东部夏季平均气温的增温趋势主要与三个方面有关：（1）升温速率（ ）在6月中、下旬显著变快；（2）降温速率（ ）在8月中旬显著减缓；（3）升温阶段时长显著延长。热力学诊断结果表明，气候上起降温作用的经向温度平流呈现出长期减弱趋势，它可能是高原东部夏季气温出现增暖的重要原因。需指出的是，两套再分析资料在描述高原气温演变上基本取得了一致的结果，但在描述热力学收支方程各项的趋势上却存在一定的差异，其中JRA55资料似乎揭示出更为一致的诊断结果。

• 湍流相干结构与通量附加项对白天地表能量平衡的影响研究_^*

  赵建华, 张强, 梁芸, 隆霄, 韩晖, 牛丽娟

  优先出版日期:2025-02-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24074

  摘要(39) HTML(0) PDF(1.40 M)( 40)

  摘要：涡动相关法的不足是导致地表能不平衡的重要原因。本文对文献中提出的能显著提升涡动相关法计算精度、并能使地表能量实现平衡的大涡平均法与Durand法展开研究,在白天功进行了5组试验研究了两者的异同、综合效应与改进方法。结果发现：(1)地表能量闭合水平与序列长度有一定关系；(2)原始的能量闭合率(Energy balance ratio, EBR)为0.80,能量残差(Residual,Res)为64.9W.m^-2,占可用能量23.8%,远未平衡；(3)考虑大涡平均法后,EBR提高了0.18,达到0.98,Res降低到可用能量5.3%的14.5W.m^-2,达到平衡；(4)考虑Durand法后,EBR提高了0.15,达到0.95,Res降低到25.1W.m^-2,占可用能量的9.2%,效果逊于大涡平均法；(5)既考虑大涡平均法、又考虑Durand法后,EBR提高到1.17、Res降低到-35.1W.m^-2,严重过闭合。分析发现,严重过闭合的原因是Durand法的感热附加项存在过度累加气体膨胀做功的问题；(6)去除Durand法的感热附加项这一累加部分,只考虑其潜热附加项,并同时考虑大涡平均法,结果可使EBR达到1.0、Res降低到只占可用能量3.2%的8.7W.m-2^{的理想闭合状况。分析发现},大涡平均法是实现地表能量闭合的主导因素。

• 微波遥感资料在台风丰满度提取中的应用研究

  张国胜, 方贺, 孙轶

  优先出版日期:2025-02-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24056

  摘要(23) HTML(0) PDF(2.27 M)( 51)

  摘要：台风丰满度(TCF)以无量纲形式联合台风内外核尺度来表征风暴结构,对台风业务预报具有一定的指示意义。星载微波传感器可以不受天气条件限制直接探测台风海面风,为TCF的准确提取提供了新的技术手段。本文以2023年超强台风“玛娃”为例,通过采集的星载合成孔径雷达(SAR)、散射计和辐射计等微波遥感资料建立TCF提取模型,并利用最佳台风路径数据集资料对提取结果进行验证。结果显示,多源星载微波传感器探测资料在TCF估算方面具有良好的适用性,与最佳台风路径数据的均方根误差(RMSE)为0.07,相关系数为0.82。虽然星载散射计估算的台风强度明显低于参考资料,但它对台风最大风速半径(RMW)和17m/s风圈半径(R17)的估算是准确的,ASCAT-B估算RMW和R17 的RMSE分别为17.9 km和35.2 km,ASCAT-C则分别为18.5 km和43.8 km。本文证明了虽然微波传感器工作在不同波段以及拥有不同的空间分辨率,但是它们在TCF提取方面都具有较好适用性。

• 四川省闪电定位系统升级前后对比评估

  田野, 庞文静

  优先出版日期:2025-02-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24008

  摘要(12) HTML(0) PDF(2.65 M)( 37)

  摘要：针对四川省新建的78套DDW1闪电定位仪和原有19套ADTD闪电定位仪的2022年观测数据，本文对比分析了两种型号闪电定位仪及探测系统的探测性能差异。研究结果如下：1. 以海拔1000 m为界，地形显著影响闪电定位网布局：山区站间距变化大、均匀性不足，而平原则更紧凑均衡。2. DDW1和ADTD系统的地闪定位结果与雷达回波吻合度较高。3. 除甘孜站外，两系统16个同址站点的触发阈值一致性好。15个同址站点在GPS误差放大因子和噪声通过率上的一致性较高。然而，有5个同址站点存在晶振偏差值一致性的问题。4.在四川省大部分地区，DDW1系统的地闪密度约为ADTD系统的两倍，但仍然存在对四川省西部雷暴的探测能力不足的问题。ADTD探测的正、负回击电流峰值分别介于20~30 kA和-30~-20 kA；而DDW1则相应分别为10~20 kA和-20~-10 kA。DDW1的正、负回击峰值电流强度均约为相应匹配ADTD的1.04倍。5. 整体来看，同址两种设备的归一化回击电场、南北峰值磁场、东西峰值磁场和方位角的一致性较差，而回击时间和后过零点时间的一致性中等。6. DDW1和ADTD系统的地闪定位结果时间分布和子站探测的回击时间分布规律相似，均呈近似双峰分布，双峰值位于夜间，单谷值位于中午。7. ADTD子站和DDW1子站的回击捕获率均不理想。今后应研究和开发复杂地形下的传播时间修正算法和设备的计量校准技术，并应用到国家雷电观测网中。本研究成果为后续国家雷电观测网设备建设、运行和观测资料的应用等提供科学依据。

• 基于多源资料融合集成的短时强降水短时临近预报技术

  张海燕, 吴启树, 危国飞, 付超

  优先出版日期:2025-02-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24061

  摘要(9) HTML(0) PDF(7.69 M)( 42)

  摘要：采用福建及周边邻省2021～2023年4～9月自动站降水观测数据、中国气象局强对流天气短时临近预报系统的0～120 min定量降水预报（SWAN-QPF）、全球和区域模式的降水预报数据作为预报因子，以中国气象局对20 mm h-1阈值短时强降水的邻域检验（检验半径为40 km）为检验标准，基于TS（Threat Score）评分最优化原则，优选各预报因子的最优邻域半径（Ri），建立基于邻域的1～12 h逐时短时强降水预报模型。结果表明：自动站降水观测数据采用预报制作时间前10 min（最优时段）累计降水量、Ri=0.5°、Ri内取降水量排名前5名（Ntop=5）站（格）点的平均降水量作为预报降水量进行持续性预报，经最优消空阈值订正后2021和2022年第1 h的TS可达37.5%、32.2%，第2 h可达22.2%、19.5%，相比多模式最优权重集成预报（各模式最优Ri=0.6°、Ntop=15，第1 h的TS可达16.2%和16.6%、第2 h可达18.0%和14.2%），极大提升了临近1～2 h的预报准确率。SWAN-QPF经最优消空阈值订正后的预报（Ri=0.3°，Ntop=15）在1～2 h内的TS也优于多模式最优权重集成预报，但劣于持续性预报。 3～12 h多模式最优权重集成预报的TS评分明显高于另两类预报。在1～4 h内以最优权重进一步集成三类数据，5～12 h采用多模式最优权重集成预报，建立1～12 h逐时短时强降水预报模型。将采用2021和2022年数据训练所得参数应用于福建2023年短时强降水预报，其TS评分在1～4 h分别为42.7%、28.8%、23.1%和20.2%，5～12 h均在17%以上。

• 两类El Ni?o与长江中下游降水年际变化的协同演变

  徐博阳, 张荣华, 吴敏敏, 智海

  优先出版日期:2025-01-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2410.24055

  摘要(28) HTML(0) PDF(2.99 M)( 46)

  摘要：本文基于多窗谱分析—奇异值分解（MTM–SVD）方法对降水和海表面温度（SST）进行不同时间尺度信号的分离和时空重构，研究了年际时间尺度上与厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）相关的热带太平洋SST强迫对长江中下游降水的影响及可能机制。结果表明，长江中下游地区降水和热带太平洋SST存在着准两年（2.4年）和准四年（3.7年）的协同变化周期，且这两个年际主导模态分别与El Ni?o的中太平洋（CP）型和东太平洋（EP）型有关。与两类El Ni?o事件相关的SST强迫会引发不同的东亚大气环流异常响应，均有利于长江中下游地区的降水偏多。在准两年周期上，CP El Ni?o成熟期会引发东亚-太平洋型大气遥相关；在准四年周期上，EP El Ni?o成熟期会产生经向偶极型分布的东亚大气活动中心。此外，两类El Ni?o事件成熟期均会激发西北太平洋异常反气旋。上述大气环流系统共同增强着南海向长江中下游地区的水汽输送，造成该地区降水在两类El Ni?o成熟期间偏多。对2002年中国降水事件的个例分析表明，准两年和准四年周期变率对同期长江中下游地区降水变化的相对贡献存在差异。准四年周期变率有利于2002年春季长江中下游降水的偏多，而准两年周期变率起到削弱作用；2002年秋季的情况与之相反。本研究结果有助于深化对热带太平洋SST多时间尺度强迫影响长江中下游降水年际变化机制的认识，提高长江中下游地区降水预测的准确性。

• 中国西部荒漠城市高背景臭氧浓度受局地弱人为影响特征研究

  张少亭, 吴八一, 王芳, 武红, 任鑫冰, 马永敬, 吴方堃, 孙扬, 周兴军, 田永莉, 辛金元

  优先出版日期:2025-01-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2412.24005

  摘要(22) HTML(0) PDF(4.84 M)( 45)

  摘要：国内外针对沙漠地区臭氧浓度演变特征研究存在较大空白。阿拉善左旗属于我国西部典型的荒漠城市，在人为活动强度较低的基础下，具有较高的臭氧（O3）背景浓度。其中2015年-2022年日最大臭氧8小时滑动平均值（MDA8 O3）年增长约为2μg·m-3，春夏秋冬季节平均MDA8 O3分别为111.3 μg·m-3、132.3 μg·m-3、101.8 μg·m-3和82.9 μg·m-3。由于高温强辐射的有利条件促进O3的大气光化学反应，增强O3的二次生成，因此O3污染主要出现于夏季。夏季夜间在NO滴定效应影响下，阿拉善左旗各监测站O3浓度仍然可以达到93-106μg·m-3，且观测站点距地面越高O3浓度越高，表明西部沙漠地区受到高O3背景浓度控制。观测发现近地面人为排放对三个距离地面不同高度站点的O3浓度产生不同的影响。以距地面22m的环保局新楼站O3浓度为参考，距地面15m的蒙二幼站夜间O3浓度低5-25μg·m-3，日间O3浓度高5μg·m-3；距地面12m西花园站站点夜间O3浓度低10-25μg·m-3，日间O3浓度高5μg·m-3。对于城区夜晚越靠近地面NO滴定效应越强，白天随着对流扩散和近地面快速的O3光化学反应影响，越靠近地面O3浓度越高。说明弱人为活动对O3浓度的影响，反映沙漠城市O3垂直分布特征。

• 秋季北极海冰影响平流层极涡“动态年循环”的机理

  杨滟茹, 虞越越, 李亚飞, 吴宇峰

  优先出版日期:2025-01-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24095

  摘要(20) HTML(0) PDF(2.46 M)( 61)

  摘要：本文利用ERA5再分析数据集和NOAA海冰密集度（SIC）数据，通过集合经验模态分解（EEMD）方法，精准捕捉了平流层极涡的动态年循环特征，分析了与极涡建立和崩溃日相关的海冰关键区，并从热力和动力双重维度，揭示了秋季海冰影响平流层极涡演变的物理过程和机理。结果表明：平流层极涡建立和崩溃时间均存在显著的年际变化，其中崩溃时间的年际差异更为显著。伴随极涡的建立偏晚（早）或崩溃偏早（晚），均有盛冬极涡偏强（弱）的特征；且极涡建立偏晚还与晚冬-早春平流层极区温度暖异常有关，这可能为极涡的提前崩溃提供有利条件。10月巴伦支海区域的SIC与极涡建立时间呈正相关，可能通过其对秋季行星波的调控和短波辐射的反射作用影响极区温度，但显著性均较低，表明海冰在极涡建立中作用有限。而10月东西伯利亚海的SIC与极涡崩溃时间呈显著负相关，前者影响后者的主要机制为：秋季异常偏低的东西伯利亚海海冰，通过抑制行星一波的上传，使得次极地平流层有Eliassen-Palm（E-P）通量辐散异常，平流层绕极西风加强，缓变的非绝热过程起主导作用，使得极涡崩溃时间偏晚；而秋季异常偏高的海冰，通过增强行星一波的上传，使得次极地平流层有E-P通量辐合异常，平流层绕极西风减弱，快变的动力作用起主导作用，使得极涡崩溃时间偏早。

• 横断山脉西缘雨季时空差异特征及成因分析

  李治, 原韦华

  优先出版日期:2025-01-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2411.24081

  摘要(67) HTML(0) PDF(25.54 M)( 46)

  摘要：横断山脉西缘是我国降水开始最早的地区之一，部分台站春季降水量甚至超过夏季。本文利用高密度台站资料以及ERA5再分析产品，分析了横断山脉西缘春雨的精细化范围，并探讨了春雨区域差异的可能成因。横断山脉西缘的典型春雨区出现在26.5°N-27.8°N之间的云南省怒江河谷内。该区域内台站雨季从第9候（2月中旬）开始，雨季可持续长达八个多月，全年降水峰值时间出现在4月前，春雨占比超过夏季。然而典型春雨区以东和以南50公里左右的区域，雨季也均在4月之前开始，但却均以夏季降水为主。进一步分析表明，东部地区与典型春雨区的降水差异在早春时可能更多受地形与西风作用产生的动力背景差异影响，而在晚春时也受到经向风带来的水汽条件差异的共同作用。南部地区与典型春雨区的降水差异可能主要受经向风差异造成的水汽条件不同影响，同时局地地形作用下上升运动的差异可能也有重要贡献。

• 农田下垫面近地层湍流通量的机器学习订正个例研究

  刘贞榕, 李煜斌, 王泓, 刘昕晔, 高志球

  优先出版日期:2025-01-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2501.24077

  摘要(25) HTML(0) PDF(3.73 M)( 53)

  摘要：近地层湍流通量是表征地-气相互作用的重要变量,在梯度观测或大气数值模式中通常基于Monin-Obukhov相似理论(MOST)进行计算。为进一步提升近地层湍流通量的计算精度,本文以涡动相关法得到的湍流通量作为参考值,使用随机森林和XGBoost对MOST得到的湍流通量进行了订正,显著提高了特征温度和特征比湿的计算精度。为精简输入变量,本文进一步对输入变量进行了前向、后向变量选择,经变量选择后的最佳输入变量组合仍保持了较高的计算精度。此外,将选择后的输入变量组合应用到另一个机器学习模型(人工神经网络)时,其计算精度也在MOST结果的基础上取得了显著提高,可见该变量选择方法可有效精简机器学习所需要的输入变量。

• 基于二维视频粒子谱仪（2DVD）观测的北京降雪微物理特征研究

  罗丽, 陈羿辰, 于田甜, 陈明轩, 肖辉

  优先出版日期:2025-01-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2409.24083

  摘要(23) HTML(0) PDF(3.63 M)( 59)

  摘要：研究降雪微物理特征，对理解冬季降水机制和优化天气模式中的云微物理参数化方案具有重要意义。目前国内对于降雪微物理特征的相关研究仍比较缺乏，为了深入了解北京地区降雪微物理特征，本文利用2DVD观测数据对北京6次降雪过程的粒子谱（PSD）、下落末速度（V）、密度（ρ）和轴比（ar）以及它们与等效直径的关系进行了详细分析。结果表明：（1）中值粒径D0小于1.5 mm的雪粒子密度比其他文献中的结果更小，V(D)关系的系数与密度有关，系数随密度增大，且下落速度比科罗拉多州（南京地区）的略大（小）。（2）使用指数分布和标准化gamma分布拟合了每个降雪过程的5分钟PSD，两种分布模型的斜率Λ和数浓度参数（N0与Nw）随时间的变化基本一致，但gamma PSD得到的D0、总数浓度Nt和降雪率（SR）与2DVD实测结果之间的误差更小，一致性更好。（3）在降雪的Nw- D0关系中引入密度ρ使Nw- D0之间的相关性更好。（4）本文首次给出了北京地区的雪花轴比（ar），平均ar为0.76，直径大于2.5 mm时的ar ≈ 1，和其他文献中的雪花轴比非常一致。（5）当SR（Ze）相同时，Ze（SR）的减小（增加）伴随着密度ρ和Nw的增加和D0减小。在同一反射率情况下，本文得到的Ze=851SR1.33关系比南京地区反演的SR更小。

• 江南5月降水增多与南热带印度洋海温加速增暖的可能联系

  郭浩康, 李春

  优先出版日期:2024-12-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2410.24043

  摘要(28) HTML(0) PDF(2.65 M)( 84)

  摘要：基于1980年以来江南5月降水量整体呈上升趋势的事实，本文以1980–2021年江南5月降水为研究对象，采用CPC（Climate Prediction Center）降水、NCEP（National Centers for Environmental Prediction）大气环流以及Hadley中心海表面温度等数据资料，分析了江南5月降水趋势变化并进行水汽收支诊断，最后讨论了可能的物理过程。结果表明，江南5月降水动力分量较热力分量大一个量级，两者在1980–2005年均无明显趋势变化，而在2006–2021年均呈显著增长趋势。南热带印度洋5月海表面温度异常（sea surface temperature anomaly, SSTA）在2001年后加速增暖，与同期西北太平洋异常反气旋（Northwest Pacific anomalous anticyclone, WNPAC）建立起显著正相关关系。5月WNPAC趋势自2004年开始由显著减弱转为显著增强，并自2005年开始与江南5月降水异常增多建立显著相关关系。与WNPAC相关的南热带印度洋暖SSTA自2月维持至5月，5月WNPAC增强同时，南热带印度洋上空异常对流向东发展，产生的上升气流随Hadley环流在菲律宾海、南海以及中南半岛一带上空下沉，形成较1980–2005年更明显的对流偶极子结构。下沉气流使WNPAC增强，促进水汽向江南地区输送，江南5月异常降水热力分量增加。WNPAC增强后，其活动区域与江南地区之间上空的次级环流圈更为紧密，江南地区抬升作用增强，江南5月异常降水动力分量增加。与江南5月异常降水增多相关的南热带印度洋暖SSTA自2006年开始从3月维持到5月，WNPAC在其中起到纽带作用。若去除趋势变化，2006年以来南热带印度洋SSTA难以通过WNPAC影响到江南5月降水异常变化。

• 引发2022年7月15日甘肃东部强降水的两个中尺度对流系统触发维持机制的对比分析[1]

  杨丽杰, 刘维成, 刘新雨, 嵇康, 谭丹, 曹彦超

  优先出版日期:2024-12-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.24015

  摘要(132) HTML(0) PDF(12.06 M)( 136)

  摘要：2022年7月15日,甘肃东部在2个中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, MCS)影响下,先后导致庆阳市北部出现了突破历史极值的极端特大暴雨和东南部出现了局地大暴雨。本文根据影响时间的先后顺序分别将这两个MCS命名为MCS-A和MCS-B,采用多源观测资料和ERA5再分析数据,对比了其在环境场特征、结构形态、触发维持机制等方面的差异,并构建了甘肃东部两类MCS型暴雨的概念模型。结果表明:(1)MCS-A发生在累积雨量大、持续时间长、降水对流性强且变化平稳、雨带偏北且稳定少动的暖区降水阶段(15日00-12时),而MCS-B则发生在累积雨量小、持续时间短、对流性较弱但变化剧烈、雨带中心偏南且东移迅速的锋面降水阶段(14-20时)。(2)MCS-A的云顶结构呈孤立发展起来的近MCC结构的准椭圆形云团,TBB≤-70℃的冷云中心偏于云体后部,生命史长、移动缓慢。其中低层对流结构显示为准静止后向建立形态,通过列车效应实现对流组织化；MCS-B的云顶结构则是由多个β中尺度MCS合并而来的带状?中尺度持续拉伸型对流系统,冷云中心偏于云体前部,生命史短、移动迅速,其中低层对流结构呈尾随层状形态,前向建立。(3)MCS-A由地面冷池和环境风之间形成的“八”字型辐合线触发后,通过冷池出流与低层垂直风切变相平衡组织化对流、低空急流风速脉动补充水汽和动力机制、对流风暴中平流和传播作用相互抵消等机制而呈准静止状态长时间维持；而MCS-B则由冷锋、地面辐合线、700hPa切变线等多尺度天气系统触发后,通过中低层较强的水汽输送和锋生作用、中高层的冷空气侵入而维持。由于低层垂直风切变较小、对流风暴中平流和传播的方向一致等因素,生命史短、移动迅速。

• 冬季东北冷涡多尺度特征及其季节内振荡 对东北-华北地区极端低温的影响

  王辰, 高庆九, 徐祺辉, 方紫璇

  优先出版日期:2024-12-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2411.24078

  摘要(29) HTML(0) PDF(9.88 M)( 135)

  摘要：采用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA5逐日再分析数据集，对1979-2020年冬季东北冷涡（Northeast Cold Vortex，NECV）展开客观识别，探讨其生命期、强度、空间分布以及活动日数等气候特征，并定义冷涡指数（Northeast Cold Vortex Index，NECVI)分析冷涡活动多尺度特征，基于该指数使用SVD和回归分析讨论东北冷涡在季节内尺度对我国东北-华北地区（Northeast and North China，NE-N）冬季温度的影响。研究发现，42年间冬季在识别区内( 35°N -60°N，115°E -145°E) 共出现266次东北冷涡活动过程，主要位于识别区的北部（45°N-60°N，115°E-145°E），平均生命期为4.3天；东北冷涡活动没有明显的长期变化趋势和年代际变化特征，但存在明显的年际变化，主要周期为2.2-2.5a；冬季东北冷涡季节内振荡周期以10-40 d为主。SVD和回归结果表明当NE-N地区有大范围低频低温发生时，欧亚大陆自西欧高纬度地区至东北亚上空存在一个纬向“+”、“-”、“+”、“-”、“+”的低频波列，东北地区常伴随有很强的冷涡活动，且NE-N地区低频低温的发生落后于低频东北冷涡3-5d左右。

• 不同次季节尺度热量和动量输送对冬季乌拉尔山超长阻塞高压事件的影响

  徐彬羽, 姚素香

  优先出版日期:2024-12-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2408.23165

  摘要(20) HTML(0) PDF(4.14 M)( 178)

  摘要：冬季，长持续时间的阻塞高压往往造成更大强度的冷空气堆积，从而导致大范围强寒潮事件的发生，研究阻塞高压的建立和长时间维持机理具有重要的科学意义。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）提供的1979/1980-2019/2020年ERA5逐日再分析数据，从近41年冬季114次乌拉尔山阻塞高压（以下简称乌山阻高）事件中筛选出6次超长阻高事件（生命期≥10天），对比超长阻高事件与其他阻高事件的异同点，着重探究超长阻高事件发展和维持过程中不同次季节尺度的热、动量输送特征。结果表明：（1）乌山地区位势高度具有显著季节内振荡特征，超长阻高事件的建立和维持均以位势高度异常的季节内尺度分量（20~80天）为主，其他阻高事件的建立和维持则分别取决于位势高度异常的准双周尺度分量（10~20天）和季节内尺度分量。（2）在超长阻高事件发展阶段，定常热量通量梯度的准双周尺度分量和季节内尺度分量均有利于位势高度增加，并且准双周尺度热量输送贡献更大，而在阻高维持阶段贡献最大的是季节内尺度热量输送。相较而言，其他阻高事件中仅季节内尺度分量的热量输送有利于其建立，数值逐渐减小，不利于其维持。（3）动量输送对阻高事件的影响同样不可忽视。阻高事件的发展是准双周尺度和季节内尺度动量输送共同作用的结果，不同的是超长阻高事件中准双周尺度动量输送集中在发展阶段前期，季节内尺度动量输送贯穿整个发展阶段，而其他阻高事件中动量输送相对较小。维持阶段超长阻高事件以定常动量通量的季节内尺度分量为主，其他阻高事件则以定常动量通量的准双周尺度分量为主。

• 中南半岛夏季逐月降水年际变化的差异性特征分析

  霍佳楠, 任保华, 李超凡, 周星妍, 宋天元

  优先出版日期:2024-12-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.24031

  摘要(29) HTML(0) PDF(3.88 M)( 115)

  摘要：本文主要研究了1979-2019年中南半岛夏季（6-9月）逐月降水的年际变化，发现不同月份降水呈现出明显的相互独立性。尽管夏季各月降水均受到来自热带太平洋的东风异常和来自印度洋的西风异常的共同影响，但各月引起这些环流异常的因子却明显不同。结果表明，热带西印度洋海温异常显著影响中南半岛6月降水，它通过影响辐合辐散环流来调节中南半岛附近的垂直运动，从而导致中南半岛降水异常。7月中南半岛降水与前冬热带中东太平洋地区海温异常联系紧密，前冬海温通过影响西北太平洋副热带高压活动来调节中南半岛降水。而8月降水主要受到同期热带西太平洋和海洋性大陆附近东西偶极型海温异常的影响，这些海温异常会通过引起局地Hadley环流异常和Rossby波来调节中南半岛降水。相对而言，9月没有对应明显的热带大尺度海温信号，但中南半岛的降水主要受到台风活动的重要影响，尤其是其东部沿海地区。本研究有助于深入认识中南半岛夏季各月降水年际变率，为中南半岛夏季降水气候预测提供科学参考。

• 华南暴雨模拟中物理过程参数化不确定性的量化分析

  周金炫, 王东海, 张春燕, 陈逸豪

  优先出版日期:2024-12-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2401.23167

  摘要(24) HTML(0) PDF(6.03 M)( 133)

  摘要：模式中物理过程的不确定性对预报准确率的影响受到越来越多的关注。本文使用多因素方差分析以及Tukey’s检验来量化与物理过程参数化相关的模式不确定性并挑选出最优参数化方案组合。以2020年5月21-22日一次华南暴雨为例,选择与降水密切相关的云微物理方案、边界层方案以及积云对流方案共进行了80组试验。方差分析结果显示云微物理方案对于降水模拟结果以及模式预报效果最为重要,且不同物理过程之间的相互作用对模拟结果的影响不可被忽略。利用Tukey’s检验对比同一物理过程中不同参数化方案的差异,并基于泰勒评分挑选出最优参数化方案组合,为WSM7云微物理方案+YSU边界层方案+GF积云对流方案。除此之外,本文对比了不同云微物理方案的差异,从水成物以及微物理转换过程出发,分析了云微物理方案差异对降水模拟误差的影响。发现雹在此次极端降水的模拟中扮演重要角色；雨滴比含水量的变化主要源自冰相粒子的融化项；而雨滴蒸发量通过潜热吸收的方式影响冷池强度,进而影响后续的降水传播,并最终作用于强降水落区的分布。

• 四川南部一次局地暖区暴雨中尺度特征及成因

  李永军, 徐金波, 李玄, 何科, 严晶, 资晶, 卢萍

  优先出版日期:2024-12-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23096

  摘要(26) HTML(0) PDF(5.93 M)( 109)

  摘要：本文利用地面自动气象站逐时降水资料、多源融合逐时气温资料、高空观测资料、FY-4A气象卫星资料、X波段双偏振雷达资料和ERA5再分析资料，对四川省南部攀西地区2022年10月4日20时-5日12时的局地暖区暴雨过程中尺度特征及成因进行分析，结果表明：(1)在卫星云图上，此次暴雨天气过程为β-γ中尺度对流系统，择木龙村一带中尺度对流系统三次经历了发展-加强-减弱的过程。暴雨中尺度对流系统自下而上向东倾斜，使得对流系统得以较长时间的维持和发展。(2)在雷达回波上，择木龙村一带回波呈带状分布，表现出明显的后向传播特征，“列车效应”显著，较强回波质心较低，多在4.5km以下，其单体质心减弱十分迅速，表明其具有较高的降水效率。(3)此次暴雨天气过程大气层结呈现典型的位势不稳定层结结构，对流凝结高度、抬升凝结高度和自由对流高度较低，使得气块不需要太强的抬升作用就能产生垂直上升运动和水汽凝结,使雷暴系统迅速发展。垂直风切变较弱，降低了未饱和干冷空气的卷入，减弱夹卷率，提高了降水效率。(4)攀枝花西北部边缘地形的阻挡作用形成的辐合流场和气旋式流场是该地不断有对流生成，形成“列车效应”，造成择木龙村一带出现极端降水的主要原因。而观音堂村一带，西南低空急流与其东北部山脉接近正交，地形能强迫气流抬升，在山前的低洼地带形成了较强降水。西南低空急流和由于地形作用形成的风速辐合，地形温度梯度造成的地形环流也对暴雨的形成起到促进作用。

• 福建山地地区的云垂直结构和时间变化特征研究

  郑佳锋, 彭霆威, 刘艺华, 张浩然, 曾正茂

  优先出版日期:2024-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2410.24052

  摘要(30) HTML(0) PDF(2.94 M)( 105)

  摘要：云的观测和研究对数值模式发展、气候变化评估和人工影响天气等都至关重要，为进一步认识我国东南沿海山地地区的云结构特征和时间变化，本文利用福建北部建瓯地区2019~2022年的Ka波段毫米波云雷达观测资料，研究了该地区云发生率、垂直结构和参数的季节变化及日变化特征，并从水汽和热动力条件对观测的特征和差异进行了成因探讨。结果表明：（1）整体上，春季的云发生率最高，夏冬季依次随后，秋季最低；春夏季以低云和高云为主，秋冬季则以低云和中云为主。（2）春夏季的高云回波整体比低云更强，夏季云冰相层和液相层的回波都最强，春秋季依次随后，冬季最弱；夏季的云底高度和云顶高度都最高、云层最厚、云层间隙也最大，春秋季的依次随后，而冬季的云层则最低、最薄、间隙最小。（3）不同季节云垂直结构和参数的日变化特征显著，但也存在差异。相比春季，夏季对流启动更早、生命期更长、更为强烈，使得各个云参数在午后增大幅度和持续时间也更长。秋冬季逐时的云发生率、强度和其他云参数都低于春夏季，但秋季云的日变化趋势和夏季相似，冬季云的日变化趋势与春季相似。（4）该地区平均比湿、水平风场和对流有效位能的季节和日变化与云雷达观测的云相关变化特征都有很好的正相关。

• 北大西洋涛动与青藏高原东部夏季降水的不稳定关系

  陈涛, 智海, 陈林, 卓嘎, 德吉央宗

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23115

  摘要(27) HTML(0) PDF(1.74 M)( 128)

  摘要：青藏高原降水因其在区域水循环中的重要作用备受关注。基于96个气象站数据,分析了1961-2017年青藏高原东部夏季(6-8月)降水主模态与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)的关系,解释了两者关系的演变特征及可能机制。结果表明,NAO主导着青藏高原东部夏季降水主模态,但两者的关系存在年代际变化,前期(1961-1993)NAO导致青藏高原东部夏季降水主模态呈南北偶极型,后期(2002-2017年)则为区域一致型。NAO能够在青藏高原高层激发具有准垂直正压结构的位势高度异常,在其低层形成相应的环流异常,进而影响该区域水汽异常。前(后)期,NAO引起该环流异常的西边缘位于青藏高原的东北部(西北部),有利于形成青藏高原东部夏季降水的南北偶极型(区域一致型)。青藏高原东部夏季降水主模态的转变,导致了对于整个研究时段青藏高原东部夏季降水主模态时间系数与NAO相关关系在1998年出现突变。鉴于NAO与青藏高原东部夏季降水的不稳定关系,在研究NAO对区域气候影响时,需要考虑年代际背景信号,以提高预测水平及模式模拟能力。

• 1982~2016年高温干旱对中国极端植被生产力损失的影响

  赵冬苑, 张丽霞, 孙彦坤, 于晓晶

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2406.23169

  摘要(19) HTML(0) PDF(4.26 M)( 112)

  摘要：研究高温干旱对极端植被生产力的影响有助于深入认识生态系统极端事件，进而更有效地应对气候变化以减轻高温干旱对农业生产和社会经济的负面影响。本研究基于五套总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)资料、温度和土壤观测资料，从平均气候态和长期趋势角度研究了高温干旱事件对1982~2016年中国地区极端GPP损失的贡献。从平均气候态来看，中国地区区域平均极端GPP损失为-15.7 gC m-2 yr-1，高温和干旱的发生频率和贡献相当，干旱、高温和热旱事件对总GPP损失贡献分别为45%、41%和23%。从长期趋势来看，1982~2016年中国55%以上的地区极端GPP损失呈现增加趋势，中国区域平均增加了-2.46 gC m-2 35yr-1。高温、干旱和热旱事件频率的增加均显著贡献于该趋势，其中干旱发生频率的贡献最大(-2.47 gC m-2 35yr-1)，导致超过中国一半(61%)的地区呈现增加趋势。从区域分布特征来看，1982~2016年中国北方和中部地区极端GPP损失增幅最强且最显著，是受高温干旱影响的热点区域。本研究从极端GPP损失的变化特征出发，量化了近几十年中国地区高温干旱事件频率变化的贡献，指出高温干旱影响中国陆地生态系统碳汇功能的热点区域，有望为应对气候变化、保护生态环境以及社会经济可持续发展提供科学支持。

• 一次飞机积冰过程的气象条件和微物理特征分析

  左懂飞, 赵舒文, 李军霞, 高扬, 张骁拓, 夏兆军, 杜远谋, 王黎俊

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23155

  摘要(34) HTML(0) PDF(7.93 M)( 116)

  摘要：飞机积冰严重威胁飞行安全，为更好地了解飞机积冰的气象条件和云微物理特征，寻找积冰与宏观气象条件阈值之间的关系，本文利用飞机观测资料，结合雷达、欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料，对2018年12月10日河南中东部冬季一次飞机严重积冰过程的天气条件和云微物理过程进行了分析，并对此次积冰强度进行了评估。此次积冰过程是受高空槽、低层切变以及地面冷高压的共同作用，流向河南的低层暖湿空气沿着冷高压爬升，形成上暖下冷的逆温层，促进了该区域内液态水的积聚。积冰区域内液态水含量丰富，而冰水含量较低，液态水含量主要分布在550~750hPa高度之间。飞机观测数据与ERA5再分析资料结果较为一致，强积冰区在3630m高度层上，云中温度为-8.21~-6.79℃，相对湿度在87%~92%，平均云滴数浓度为499.96cm-3，液态水含量最大可达0.87g/m3，该区域内大小过冷液滴共存，基本无冰晶粒子。通过计算：飞机穿过液态水含量丰富区发生轻度积冰、中度积冰、严重积冰时的液态水含量阈值分别为0.05g/m3、0.20g/m3、0.58g/m3。当逆温层强度为1.93℃/100hPa、垂直运动速度在-0.25~0.2Pa/s、水平辐合强度为-3.73kg/(m**2*s)的情况下，积冰强度达到中度以上的概率为77%。

• 百米级快速融合预报RISE系统研发及其北京冬奥会应用评估

  宋林烨, 杨璐, 秦睿, 陈明轩, 程丛兰, 吴剑坤, 曹伟华, 高峰, 陈敏

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2409.23139

  摘要(25) HTML(0) PDF(3.35 M)( 110)

  摘要：2022年北京第24届冬季奥林匹克运动会（简称北京冬奥会）对气象保障服务提出了“百米级、分钟级”的刚性需求，尤其是对平均风、阵风及温度、雨雪等的精细化精准预报。针对该需求，北京城市气象研究院研发了北京地区高时空分辨率快速融合无缝隙集成预报系统（Rapid-refresh Integrated Seamless Ensemble system，简称RISE/睿思），实现了百米尺度、高频更新的多源数据快速融合预报，在冬奥气象保障服务获得了全方位应用。本文首先总结了RISE系统的基本框架、核心算法和技术进展。该系统通过实时快速融合京津冀尤其是冬奥赛区加密自动站逐5分钟观测资料、天气雷达逐6分钟扫描资料及临近预报、中尺度数值预报、大涡模拟预报等多源数据，引入复杂地形降尺度、无缝隙融合技术、百米级偏差订正技术等，实现京津冀地区500米网格、冬奥山地赛区100米网格、逐10分钟更新循环的地面温、湿、风、阵风及降水、降水相态的精细化分析和未来0-24小时预报，以及冬奥六个室外核心场馆（群）67米分辨率、逐12小时更新的地面常规要素的未来0-10天预报。然后，基于长序列批量检验和若干典型天气个例，评估RISE产品在北京冬奥会测试及正式比赛期间的实时应用效果，给出当前北京及其周边复杂山地区域冬季天气的总体预报水平。最后，讨论了“百米级、分钟级”天气预报技术未来的发展方向和所面临的关键技术难点。研究成果可以为冬奥等重大活动气象保障决策提供精细、精准的客观预报支撑，也可以应用于日常天气预报预警服务以及能源、水文等交叉领域，具有重要的科学意义和业务应用价值。

• 浙北两次地面辐合线触发的极端暴雨对比分析

  沈晓玲, 周弘媛, 吴卓亨

  优先出版日期:2024-11-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.23158

  摘要(34) HTML(0) PDF(1.79 M)( 119)

  摘要：利用常规观测资料、双偏振雷达资料、ERA5(0.25o^×0.25o^{)再分析资料等,对比分析了}2023年7月16日、22日浙江两次极端暴雨过程的天气背景、环境条件、中尺度对流系统触发机制、雷达参量特征等,结果表明：(1)两次过程发生在500hPa相似的大尺度环流背景下,副高外围均有西风槽东移、南海存在台风或热带低压,且均由地面中尺度辐合线触发。(2)中低层环流背景及落区不同,过程1发生在850hPa冷切中,暴雨中心位于副高边缘,过程2发生在850hPa一致的西南气流中,暴雨中心位于副高环流内。(3)热动力条件不同,过程1暴雨出现在850和925hPa东南气流增强过程中,边界层气流作用更显著,大气层结不稳定性强,低层以水平锋生为主,中高层也有垂直锋生发展,过程2暴雨出现在925hPa西南气流增强过程中,中低层层结不稳定性弱,以垂直锋生为主。(4)中尺度对流系统及微物理特征不同,过程1前期由多个对流单体新生后北上合并成中β尺度的强降水云团造成,后期由中尺度降水云团“后向传播”和“列车效应”共同造成,降水粒子以浓度较高的小雨滴为主。,过程2前期由多个新生对流单体的“列车效应”造成,降水以直径大、浓度小的粒子为主,后期由系统性的线性对流与前期局地生成发展的对流云团合并加强造成,降水以直径小、浓度高的粒子为主。

• 若尔盖高寒湿地-大气间碳交换特征及驱动机制研究

  陈怡璇, 文军, 涂镇武, 颜晶

  优先出版日期:2024-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2408.24025

  摘要(42) HTML(0) PDF(2.26 M)( 79)

  摘要：在全球变暖背景下，高寒湿地生态系统的碳过程是复杂且敏感。然而，高寒湿地生态系统碳收支的长期动态及其驱动机制尚不清楚。本研究利用涡度协方差技术测量的二氧化碳（CO2）通量，分析了若尔盖高寒湿地2017-2021年间的CO2交换通量，以及CO2交换通量的动态变化和驱动机制。结果显示，在植被生长季（6-10月），若尔盖高寒湿地的年均生态系统总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）和生态系统呼吸（Ecosystem espiration，Re）呈现出单峰型分布，而年均生态系统CO2交换（Net Ecosystem Exchange，NEE）则呈现V型趋势。若尔盖高寒湿地生态系统在生长季节是一个碳汇，即一个吸收比释放更多的陆-气间碳交换过程。多年日平均NEE、GPP和Re分别达到-3.10±4.61、4.78±5.61和1.65±1.56 umol/(m2·s)。在月度尺度上，回归分析了气温（Air Temperature，Ta）、土壤温度（Soil Temperature，Ts）、光合光子通量密度（Photosynthetic Photon Flux Density，PPFD）、降水量（Precipitation，PPT）、空气相对湿度（Air Relative Humidity，RH）和水汽压差（Vapor Pressure Deficit，VPD）分别对NEE、GPP和Re的影响，结果显示，Ts、Ta和VPD是月度NEE变化的主要决定因素，NEE与它们都呈负相关。Ts和Ta在很大程度上决定了每月GPP的变化，GPP与其呈正相关，Ts、Ta和PPT是月度Re变化的主要决定因素，Re与它们都呈正相关。利用分类回归树算法（Classification and Regression Tree，CART）分析了日尺度上各个要素对碳交换通量的影响，结果表明：土壤温度对日GPP和Re具有较大影响，气温是每日NEE的主要控制因素。本研究结果为理解高寒湿地生态系统碳收支提供了重要数据和参考依据。

• 2023年7月一次华北极端暴雨的多尺度特征

  柳龙生, 刘璐, 李英

  优先出版日期:2024-11-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.23135

  摘要(32) HTML(0) PDF(126.36 M)( 146)

  摘要：利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料和日本气象厅GSMaP（Global Satellite Mapping of Precipitation project） 0.1°×0.1°逐小时降水数据分析了2023年7月华北的一次极端暴雨过程的多尺度特征。结果表明，本次华北极端暴雨是在孟加拉湾季风涡旋、台风“杜苏芮”残涡、台风“卡努”、高低空急流、阻塞高压和地形等要素共同作用下形成。这种多尺度天气系统的配置不同于以往的任何一次极端暴雨过程，其中孟加拉湾季风和台风“卡努”为降水的持续发生提供了水汽输送通道，位于华北北侧的阻塞高压使得来自低纬度的水汽持续在太行山以东聚集，使“杜苏芮”残涡获得水汽并维持在太行山南麓，而“杜苏芮”残涡与其北侧的阻塞高压和东侧的西北太平洋副热带高压之间水平位势梯度增大促进了低空急流的发展。在850hPa低空急流与200hPa高空急流的耦合作用下不断地有中尺度对流云团在太行山迎风坡生成，当华北地区地面风向与太行山地形近乎垂直时地形造成的强迫抬升运动更加显著，这也促进中尺度对流云团的进一步组织和发展，最终形成短时强降水。强降水发生的第一阶段大气层结在垂直方向上是对流稳定，但是加强的边界层低空急流促进了迎风坡气流发生倾斜上升运动，激发了条件性对称不稳定能量释放，产生强烈降水；第二阶段的强降水主要发生在暖区，大气层结表现为垂直对流不稳定，此阶段由地形动力强迫触发降水。

• 2018–2023年云南红河地区冰雹天气及其谱分布特征

  郑皎, 郭欣, 付丹红, 李英发, 郭学良

  优先出版日期:2024-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.24007

  摘要(131) HTML(0) PDF(2.75 M)( 121)

  摘要：云贵高原是我国冰雹天气的高发区，但冰雹特征的相关研究比较少。利用2018–2023年云南南部红河州13个国家气象站观测的60个冰雹日的93份分钟级降水粒子谱数据，研究了该地区冰雹日数、大小、持续时间、类型及谱分布的年、季节、日变化和地理分布特征。研究结果表明,云南红河地区6年平均冰雹日数为10 d，最多日数为24 d，最少日数仅为3 d。年均最大冰雹直径范围为9–16 mm，平均降雹持续时间为2–5 min；冰雹日数存在明显的季节、日变化特征，春季冰雹最多，6年总计达到33天，占总冰雹日数的50 %以上，秋季最少。冰雹主要发生在午后和傍晚；冰雹谱总体呈单峰分布，最大冰雹粒径达到19 mm，且以高密度冰雹为主，低密度冰雹和霰粒子均很少；冰雹存在明显的地理分布特征，红河州西部、南部冰雹日数最多，且以高密度冰雹为主，霰粒子和低密度雹少。由此可见，云南红河地区冰雹主要发生在春季，午后和傍晚最多，持续时间短，以高密度小冰雹粒子为主，低密度冰雹和霰粒子少。

• 夏季欧亚中高纬地区高频和低频ISO对华北地区地面臭氧浓度影响的对比分析

  范彦斌, 杨双艳

  优先出版日期:2024-10-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23146

  摘要(41) HTML(0) PDF(8.02 M)( 226)

  摘要：本文基于1979–2022年ERA-5再分析资料,对比分析了夏季(5–9月)欧亚中高纬地区两类(高频10–30天和低频30–60天)大气季节内振荡(ISO)的时空演变特,并基于中国环境监测总站发布的每日最高8小时平均臭氧浓度(MDA8 O3)资料,对比分析了两类ISO对我国华北地区地面臭氧浓度的影响。研究结果表明,高频(10–30天)ISO的发生频率要明显高于低频(30–60天)ISO,同时高频ISO的强度也要大于低频ISO。高频ISO的传播特点为随位相由欧亚中高纬地区较为匀速的向东南方向传播；而低频ISO则会在西伯利亚地区加深发展并停滞较长时间,之后才会随位相向南传播并减弱。二者在垂直结构上都呈准正压结构。波活动通量的结果表明Rossby波能东南传播有利于温度异常东南传播,随着高频和低频ISO地面温度异常向南传播到华北地区,对当地的天气气候条件产生影响。地表臭氧浓度异常随位相分布表明,高频与低频ISO在传播过程中都会通过调节降水、相对湿度和总云量的异常,进而影响温度异常来影响华北地区的地表臭氧浓度。由于两类ISO的影响范围略有不同,造成相应的地表臭氧污染异常的区域略有不同。以上结果表明了两类ISO的传播均会对地面臭氧浓度造成影响,为华北地区的污染防治提供了指示。

• 台风“杜苏芮”（2305）残涡特大暴雨的多模式预报性能比较分析

  刘艳婕, 王晓聪, 刘屹岷, 王金成, 尹青, 缪昊, 王凯

  优先出版日期:2024-10-14  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.24037

  摘要(22) HTML(0) PDF(40.53 M)( 337)

  摘要：2023年7月29日至8月1日，受“杜苏芮”残余环流影响，华北地区发生特大暴雨。本文就此次降水事件，对包括欧洲中期天气预报中心业务预报系统（EC-IFS）、美国国家环境预报中心全球数值天气预报系统（NCEP-GFS）和中国气象局全球同化预报系统（CMA-GFS）在内的三个业务模式在不同时效的预报性能进行了评估，并分析了偏差产生的可能原因。研究表明：（1）三个模式均能提前48小时准确预报此次暴雨事件，预报能力整体随预报时效增加而降低，EC-IFS性能相对最优，预报时效24~120 h平均空间相关系数（SCC）大于0.5，NCEP-GFS 24~48 h时效SCC接近EC-IFS，72 h后明显降低且波动较大，CMA-GFS平均SCC在72 h后则降为负值。（2）在落区形态方面，EC-IFS与观测最为接近，能较好再现暴雨的东北—西南走向；NCEP-GFS落区偏南，其原因在于副高偏东，导致南风偏弱；CMA-GFS预报的降水落区偏东，是由于副高偏东的同时大陆高压偏西，残涡得以北上所致。在降水强度方面，三个模式均存在强降水极值的低估。（3）非绝热加热垂直结构表明，模式预报性能的差异主要源于模式物理过程参数化的不确定性。几乎所有模式都无法准确模拟出与观测一致的降水—?相对湿度倾斜增湿结构，表明模式在对流、云等次网格物理过程参数化方面的不足是引起模式预报偏差的主要原因。

• 冬奥赛期及同期北京两次雨雪过程的微物理特征及其积雪效率差异

  杜佳, 于波, 符娇兰

  优先出版日期:2024-09-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.23157

  摘要(43) HTML(0) PDF(4.53 M)( 907)

  摘要：利用粒子谱观测、人工加密积雪观测和显微镜雪花观测，分析冬奥赛期及同期2月北京两次雨雪过程的微物理特征及积雪效率差异发现：粒子平均谱均呈单峰型，峰值浓度雪花谱最大，雨滴谱最小，而同一降雪过程中板状或柱状雪花峰值浓度高于辐枝状雪花。粒子平均下落速度降至2m/s以下可以作为转雪的指标，干雪的平均粒子下落速度不足1m/s。2020年2月13-14日雨转雪过程的环境温度相对较高，雨夹雪阶段的雪花增长主要来源于雪花凇附；随着低层温度降低至-8~-4℃，-18~-12℃温度层明显增湿，降水相态转为雪，雪花凇附现象依旧存在，雪花凇附和粘连聚并机制并存使得粒子最大直径达到19mm；此次过程以凇附的湿雪为主，积雪效率较小，仅0.6cm/mm。2022年2月13日冬奥赛期降雪过程中，温度更低，低层云区始终维持在-18~-12℃，雪花下落速度接近未凇附雪花的经典下落速度，整个过程均为未凇附的干雪，凝华增长、贝吉龙过程和攀附钩连的聚并机制共同发挥作用，粒子最大直径为11mm；冬奥现场观测发现雪花形态由辐枝状变为板状或柱状，辐枝状雪花的积雪效率高，加密观测积雪效率最高可达4cm/mm，随着雪花形态改变，对应的粒子数浓度极值增大而粒子谱宽明显减小，积雪效率也急剧下降。

• 中国东部夏季季节内降水异常的经向移动分类及可能机理

  李娟, 王诚, 徐邦琪, 朱志伟

  优先出版日期:2024-09-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2402.23144

  摘要(46) HTML(0) PDF(12.46 M)( 626)

  摘要：理解中国东部夏季季节内降水异常的经向移动分类对理解东亚季风动力过程和雨带预测有重要影响。目前已有研究多针对于季节内尺度上局地降水的分类和移动特征，而对于中国东部夏季降水异常在季节内尺度的移动规律及分类尚不清晰。因此本文利用K均值聚类方法将中国东部地区夏季（24-50候）季节内降水异常的经向移动分为三类：1）降水异常由华南向北移动的北传型，2）降水异常稳定维持并以30oN为界呈南北反相的振荡型，以及3）降水异常由黄淮流域向南移动的南退型。进一步分析表明，三类降水异常移动型都可观测到热带印度洋地区的对流异常向东北传播，但其降水异常是否能传播至中国东部取决于东亚中纬度扰动的移动速度和强度。当中国东部西风急流较强较宽，使得中纬度扰动能快速东移，而传播至东亚的波活动通量不活跃，导致扰动难以发展，使得热带对流异常更易向北传播，有利于第一类北传型降水异常的发生；当中国东部西风急流偏弱，且传播至东亚的波活动通量活跃时，中纬度扰动移动较慢较为稳定，并可获得来自上游的波能量发展增强，从而阻挡热带对流异常的北传，有利于形成第二类振荡型降水异常模态；当中国东部西风急流较强较宽，但传播至东亚的波活动通量较活跃时，中纬度扰动加强并倾向南压，形成第三类南退型降水异常。

• 局地土地利用结构低碳优化及其风热环境变化试验

  杨宝钢, 朱浩楠

  优先出版日期:2024-09-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2406.23160

  摘要(50) HTML(0) PDF(1.61 M)( 727)

  摘要：建设低碳、宜居新型城市是城市发展的新理念新趋势,在城市规划建设中同步考虑低碳排放和气候适应性改善,对降低城镇化进程中的气候变化影响、提高城市生活品质具有重要意义。本文以重庆经济技术开发区为试验区,基于线性规划对试验区2025年规划土地利用结构进行低碳优化,通过微尺度数值模式模拟土地利用低碳优化+空间优化后试验区1月、7月风热环境的变化。结果表明:(1)土地利用结构低碳优化后,试验区减少了建设用地等土地碳源,增加了林地、草地等碳汇,年土地碳排放总量减少19.0×104t,降低了12.1%。(2)低碳优化+空间优化改善了试验区通风环境,1月、7月平均风速分别增加0.8%、1.7%,局地最大增幅8.0%、11.0%；61.1%、74.4%的地段平均风速增加；日逐小时序列中分别有12个时次、18个时次平均风速增加。(3)优化后试验区城市热岛趋于缓解,1月、7月平均气温分别下降1.3%、0.7%,局地最大降幅12.9%、5.0%；61.2%、57.7%的地段平均气温下降；日逐小时序列中所有时次平均气温都有所下降。对城市土地利用结构进行低碳优化和空间优化在一定程度上能够同时降低碳排放、改善风热环境、提高城市气候适应性,其模拟评估结果可以为制定定量化经济社会发展规划相关目标和城市总体规划相关指标提供参考。

• 中国降水年景指数的改进及其预测因子研究

  马康杰, 龚海楠, 王林, 李钰岚

  优先出版日期:2024-08-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.24013

  摘要(65) HTML(0) PDF(5.71 M)( 719)

  摘要：气候年景是一年气候的综合表征，可以反映某年内主要气候要素偏离气候平均值的程度。降水年景作为气候年景的一个重要组成部分，综合体现某年内降水偏离气候平均值的情况。本文利用观测资料和再分析资料评估了前人定义的降水年景指数，指出前人定义的降水年景指数在计算全国降水年景时，由于所有格点等权重的区域平均，有些年份因西部地区降水年景差导致的全国降水年景差，与公众认知并不相符。因此本文综合降水气候态和人口密度作为权重，改进了降水年景指数，并利用历史气候资料对改进的指数进行验证，结果表明基于改进后的降水年景指数挑选的好差年景年份与历史实况基本相符。此外，本文分析了好差年景年的特点和前兆信号，结果表明，好年景年的海温、850 hPa风场与气候态十分相似，差年景年海温、850 hPa风场与气候态的差异较大。根据降水距平百分率的区域平均值将差年景年分为旱年和涝年，发现旱年西北太平洋海温显著偏冷，中国中东部地区出现显著的偏北风异常，从而不利于降水发生；涝年西北太平洋、热带印度洋海温显著偏暖，中国南方地区出现显著的西南风异常，异常西南风带来充沛的水汽条件，从而有利于降水发生。前兆信号的结果表明次年降水年景可以利用前秋西印度洋海温距平绝对值进行预测，两者为显著的正相关关系，其原因可能是前秋热带中东太平洋的厄尔尼诺事件与春季、夏季印度洋海温一致模态的接力作用，导致菲律宾、中国南海上空异常反气旋的维持，从而在对流层低层的东亚沿岸地区出现显著的西南风异常，输送水汽，使得中国降水增加。此外，通过前秋海温验证了厄尔尼诺和拉尼娜对我国旱涝年影响的不对称性，旱年多小旱，涝年多大涝。本文的研究结果对理解和预测降水年景具有一定参考意义。

• FY-3E/WindRAD双频散射计海面风场反演和验证研究

  方贺, 张驰, 李正泉, 樊高峰, 陈林, 杨劲松

  优先出版日期:2024-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2407.23170

  摘要(52) HTML(0) PDF(1.58 M)( 725)

  摘要：2021年7月发射的FY-3E星是世界首颗民用晨昏轨道气象卫星，其搭载的WindRAD双频测风雷达具有全球海面风场探测能力。本文首先基于FY-3E/WindRAD L1级观测资料，研究了雷达海面后向散射和风场非线性关系，分别建立了适用于C和Ku波段VV/HH极化的地球物理模式函数（GMF）。随后，结合最大似然估计法（MLE对WindRAD散射计探测资料进行风场反演。 利用海洋浮标、中法海洋卫星散射计（CSCAT）和美国国家环境预报中心（NCEP）模式风场资料对WindRAD反演风场进行验证。结果显示：WindRAD反演风速与浮标风速偏差约为0.2 m/s，均方根误差（RMSE）在1.13~1.44 m/s之间，优于2m/s的业务化应用的风速精度要求；两者风向偏差在1.4 ~ 3.0°之间，RMSE在25.3 ~ 30.0°之间。WindRAD和CSCAT风场具有较好的一致性，风速RMSE在1.37~1.6m/s之间，风向RMSE在22.9° ~ 25.9 °之间 。WindRAD和NCEP模式风速RMSE在1.87~2.12m/s之间，风向RMSE 在22.3°~27.1°之间。研究表明WindRAD散射计C和Ku波段VV/HH极化反演风场均具有较高的精度，充分显示了WindRAD载荷在全球海面风场探测方面的应用潜力和价值。

• 太行山精细地形对“23.7”华北极端暴雨特征影响的观测分析

  李晓兰, 陈涛, 赵玮, 谌芸, 符娇兰, 许先煌, 石岩, 沈艳

  优先出版日期:2024-08-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23161

  摘要(43) HTML(0) PDF(11.49 M)( 682)

  摘要：本文基于高分辨率多源观测资料,分析了太行山精细地形对“23.7”华北极端降水落区、强度、降水极值中心及对流发展过程的影响。“23.7”华北降水过程是超强台风“杜苏芮”残余环流北上导致的长历时、大范围、高强度的极端降水事件,站点最大累积降水量1003.4 mm,特大暴雨落区、突破日降水量极值站点均分布在太行山东侧迎风坡。累积降水量峰值出现在太行山迎风坡400 m高度左右,600 mm以上的降水中心多位于太行山东侧中小尺度山体构成的喇叭口地形内侧。分析表明,在北方大陆高压、西太平洋副热带高压以及太行山-山西高原地形的共同阻碍作用下,7月29日起台风“杜苏芮”残涡移动缓慢,京津冀地区长时间受涡旋北侧倒槽辐合区和地形辐合区控制,在系统性抬升以及持续水汽输送等机制下形成长历时强降水；台风残涡环流与高压坝之间形成了天气尺度东风低空急流,富含水汽的偏东气流从平原地区边界层沿太行山地形爬升,水汽通量辐合中心、上升运动中心位置均出现在太行山半山坡950-925 hPa附近,有利于在半山坡高度处形成降水峰值。太行山精细地形对MCS(Mesoscale Convective System)发生发展产生了重要影响,7月29日夜间在涡旋倒槽系统影响下,向太行山迎风坡爬升的MCS显著增强,山前东北风气流在中尺度喇叭口地形内侧形成气旋性辐合中心,并导致持续性强降水；在MCS东侧冷池边界附近,对流初生和组织化导致山前平原地区出现短时暴雨。7月30日夜间,在边界层南风急流以及山区地形性涡旋环流组织下,局地发展的中β尺度线状MCS造成超过100 的极端雨强。该研究深化了地形对华北极端降水影响机制的科学认识,并有助于为今后预报决策提供参考依据。

• 华南前汛期粤西海岸低空急流特征及其对地形降水的影响

  陈晓庆, 蔡景就

  优先出版日期:2024-07-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2406.23082

  摘要(52) HTML(0) PDF(2.58 M)( 718)

  摘要：本文基于2014～2016年华南前汛期（4～6月）广东省（简称粤）阳江市海陵岛风廓线雷达观测资料、地面自动观测站降水资料和ERA5再分析数据集，分析了粤西海岸低空急流的结构特征、日变化特征及其形成机制，并探讨了不同强度边界层低空急流对广东三个关键区域的地形降水时空分布影响。研究表明：（1）基于本文提出的低空急流四个等级判定标准，低空急流累计发生概率为21.2%，其中以1-3级低空急流为主，4级低空急流较为罕见。大部分（77.1%）低空急流的风速不超过14 m?s-1，84.7%的低空急流风向为西南风，低空急流中心最大风速下方的风速垂直切变大多介于（5～25）×10-3s-1。低空急流最大风速出现的高度呈现出双峰结构，大部分低空急流出现在1 km以内的边界层。（2）天气尺度系统相关的低空急流日内发生频数表现为夜间单峰结构，而边界层急流发生频数为昼夜双峰结构。边界层急流夜间主峰值出现在上半夜至早晨，与局地海陆风触发的惯性振荡机制有关，白天次峰值主要出现在下午。近地面附近的低纬亚洲大陆低压与西北太平洋洋面高压两个高低值系统间的压力差对不同强度边界层急流形成起着关键的作用，白天大陆低压发展是强边界层急流午后峰值形成的主要原因。（3）边界层急流对广东地形降水分布和强度的影响机制复杂。粤中北部内陆和粤东沿海区域均以大尺度山脉迎风坡地形降水为主，边界层急流越强，地形降水越强；粤东沿海强地形降水落区稳定，而粤中北部内陆地形降水中心随边界层急流增强而西北移。粤西海岸带中小尺度地形的迎（背）风坡及尾流辐合区均可产生明显地形降水，强地形降水需在合适的低空入流风速背景下发生。（4）在地形降水日变化方面，粤中北部内陆区域降水在不同强度边界层急流影响下均出现了下午和早晨双峰结构，下午峰强度约为早晨峰的两倍，双峰强度随急流加强而增大；粤东沿海区域降水随着急流强度增强，降水由日内双峰结构演变为三峰结构；粤西海岸区域降水在较弱急流影响下为双峰，在4级强急流影响下为三峰结构，而在3级中等偏强急流影响下表现为中午单峰结构。

• 北京城市草地土壤CO2排放和CH4吸收通量的变化特征及其影响因素

  张天力, 战杨, 谢军飞, 韩琳, 姚志生

  优先出版日期:2024-07-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2406.24101

  摘要(76) HTML(0) PDF(1.68 M)( 687)

  摘要：随着城市人口密度的不断增长和城市化进程的加快，城市生态系统已成为影响全球气候变化的热点区域。但是，城市草地作为城市生态系统的重要组成部分，其对土壤—大气CO2和CH4交换过程的影响尚不明确。为此，本文依托北京城市绿地生态系统定位观测研究站，采用静态暗箱-气相色谱方法对三种典型城市草地类型（即以C4草种为主的暖季草地和以C3草种为主的冷季草地与林下地被）的土壤CO2排放和CH4吸收通量及其辅助环境因子进行了一个完整周年的田间原位观测研究。结果表明，三种城市草地类型的土壤CO2排放和CH4吸收通量在整个观测期内具有相似的季节变化动态，这说明不同城市草地类型对土壤呼吸和CH4吸收通量的季节变化特征无明显影响。城市草地土壤CO2排放的季节变化主要受土壤温度和土壤水分含量变化的影响，二者的协同作用可以解释土壤CO2排放变化的77%~87%；而城市草地土壤CH4吸收通量的变化主要受土壤水分含量的影响，且两者之间呈显著负相关关系。在全年尺度上，三种城市草地类型的土壤CO2年排放量在12.1~15.2 t C ha-1 yr-1之间，其土壤CH4年吸收量范围为3.71~4.27 kg C ha-1 yr-1。尽管城市草地非生长季的低温通常会抑制微生物活性而降低土壤呼吸和CH4吸收强度，但结果显示非生长季土壤CO2排放和CH4吸收量分别占全年总量的10%~18%和39%~51%，突出了开展完整周年观测研究的重要性。对比三种城市草地类型，以C4草种为主的暖季草地相较于冷季草地和林下地被（二者均以C3草种为主）具有明显较高的土壤CO2年排放量，但却显著降低了土壤CH4年吸收量，这与其土壤性质以及植被特性的差异有关。综上，该研究结果表明种植C3草种有利于城市草地土壤—大气CO2和CH4交换过程的减排增汇，这将有助于合理规划和利用城市草地，以缓解快速城市化对气候变化所带来的影响。

• 东亚冬季大范围长时间气温反相事件及成因探究

  李雪妍, 祁莉

  优先出版日期:2024-07-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23105

  摘要(89) HTML(0) PDF(2.46 M)( 703)

  摘要：东亚冬季气温存在显著的季节内冷暖起伏，给人民的生产生活带来了深远的影响。本文主要使用1980-2022年冬季逐日NCEP再分析资料，筛选42年冬季中最典型的“冷转暖”事件和“暖转冷”事件，分析了东亚冬季大范围、长时间的气温反相事件的特征及其主要影响因子。结果表明：（1）在42年冬季中存在典型的21个“冷转暖”事件及6个“暖转冷”事件，偏暖和偏冷之间的气温差均高达10℃以上，维持时间超30天，并且“冷转暖”事件和“暖转冷”事件均表现出全区一致的冷暖转相。（2）无论是“冷转暖”事件还是“暖转冷”事件，在温度转相前2天左右乌拉尔山地区的位势高度先发生位相转变。伴随着乌拉尔山地区位势高度异常由负转正，2天后东亚气温将由偏暖转为偏冷，反之亦然。（3）“暖转冷”事件中，乌拉尔山地区位势高度异常的转向与NAO南中心密切相关，在温度转向前35天NAO南中心在平流层已出现位势高度正异常信号，并下传至对流层，形成波作用通量向东传播至乌拉尔山地区，使得其位势高度由负转正，进而造成东亚气温反转。“冷转暖”事件则主要与NAO的北中心有关，温度转向前30天位势高度负异常已出现在平流层，并下传至对流层进一步造成乌拉尔山地区位势高度转向。平流层NAO南、北中心位势高度的变异与相应气温转向事件中气温的30天超前相关系数高达-0.8，因此，对它的监测和预测将有利于我们提前30天预测东亚冬季气温大范围、长时间的季节内转向。

• 东北冷涡暖季气候特征及其降水在黑龙江省的时空分布

  任丽, 刘颖

  优先出版日期:2024-07-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2401.23127

  摘要(145) HTML(0) PDF(1.97 M)( 723)

  摘要：本文使用黑龙江省80个国家站小时降水量资料及NCEP/ NCAR再分析资料，分析了1981—2022年暖季（5—9月）东北冷涡及其降水的气候特征，研究了冷涡降水在黑龙江省复杂地形下的时空分布特征。研究结果发现，（1）黑龙江省暖季年平均降水量、冷涡过程降水量及占比均呈现显著的年际、年代际变化特征。暖季年平均降水量在1998年以前为缓慢减弱趋势，之后为明显增强趋势；冷涡过程年平均降水量整体呈现增强趋势。（2）降水量和降水频次的峰值均位于14—17时。降水量较降水频次的日变化幅度更大。降水强度越大，其日变化和年际变化特征越显著。（3）强降水发生频次和贡献率均是白天大于夜间。降水强度越大对总降水的影响程度越大。东北冷涡过程中强降水的贡献在增加，降水强度越大增加趋势越显著；弱降水的贡献在减少。（4）极值空间分布特征与局地地形密切相关，平原向山区的过渡区域降水极值最大，极易发生强降水，山区和平原降水极值相对较小。

• 影响秦皇岛和唐山地区夏季降水年际变化的大尺度环流和海温因子

  向亮, 孙婉怡, 张潇潇, 祝从文

  优先出版日期:2024-07-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2312.23112

  摘要(184) HTML(0) PDF(18.78 M)( 1551)

  摘要：本文基于1981–2022年中国站点逐日降水数据、JRA-55大气再分析资料、ERSST月平均海温，以及太平洋年代际振荡（PDO）、厄尔尼诺（Ni?o3.4）指数，采用EOF、相关和合成等统计方法，揭示了秦皇岛和唐山（简称秦唐地区）夏季降水年际变化特征，探讨了对其产生影响的大尺度环流和海温因子。结果表明，秦唐地区夏季降水年际变化的主模态表现为符号一致性特征，降水量呈由北向南递减分布。蒙古气旋（MC）和日本海高压（SJH）是影响该地区夏季降水的两个关键环流系统，环流强度与降水量变化存在显著的正相关。MC和SJH偏强有利于水汽输送和冷暖空气交汇，导致该地区夏季降水极端偏多；当SJH偏弱时，水汽输送减少，该地区夏季降水极端偏少。前期冬春季的Ni?o3.4指数处于负（正）位相时，夏季印度洋海温偏低（高），西北太平洋海温偏高（低），SJH偏强（弱），秦唐地区降水偏多（少）。当春季PDO为正（负）位相时，夏季西北太平洋呈“北正南负（北负南正）”型海温分布，MC偏强（弱），秦唐地区夏季降水偏多（少）。因此，前期冬春季ENSO和春季PDO的位相状态对秦唐地区夏季降水的精细化季节预测具有重要的指示意义。本文的分析结果同样适用于华北地区，为提高华北夏季降水空间精细化的季节预测提供了重要的科学依据。

• 青藏高原东南一次典型降水性层状云的水凝物分类和过冷液态水含量分布特征

  谭杰, 付丹红, 郭学良, 樊昌元, 苏德斌

  优先出版日期:2024-07-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23134

  摘要(71) HTML(0) PDF(138.21 M)( 854)

  摘要：云中水凝物和过冷液态水含量分布特征对于揭示云和降水形成的微物理机制，建立和检验数值模式云物理参数化方案均具有重要作用。基于第二次青藏高原科考在林芝获得的Ka波段云雷达观测数据，在进行质量控制的基础上，研究了2019年9月16～17日一次典型降水性层状云的水凝物分类和过冷液态水含量时空分布特征。 研究结果表明，基于 “K?领域频数法” 的数据去噪率达到1.5～5.0 %，补值率达到3.5～7.0 %。使用 “逐库订正法” 对雷达衰减订正前后的差值为0～5 dBZ。研究发现，该地区典型的层状云降水形成机制具有独特性，是由大尺度环流抬升形成的中高层云和地形抬升形成的低云上下耦合、合并后产生。在初始形成阶段，云顶海拔高度达到12 km，上下层云明显分离，无融化层亮带形成。云内水凝物分布比较均匀，中高层冷云区主要由冰晶、雪组成，存在较高过冷云水含量。在成熟阶段，上下层云实现合并，降水形成，云顶高度下降到10 km左右。云内不均匀性显著增加，形成了明显的融化层亮带和弱对流泡。云内以冰雪粒子为主，对流泡区也存在少量霰粒子，过冷云水主要分布在对流泡区，最大可达到0.5～0.6 g m-3。在衰减阶段，大尺度天气系统过境后造成高层冷云快速减弱，以低层地形云产生的弱暖性降水为主，融化层亮带消失。融化层以上存在很浅薄的冰雪层。

• 阿拉伯海和南海附近的对流异常对2022年夏季长江流域极端高温的调控作用

  郑子谦, 施春华, 郭栋

  优先出版日期:2024-07-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.23168

  摘要(178) HTML(0) PDF(8.85 M)( 795)

  摘要：2022年7~8月长江流域经历了破纪录的极端高温事件。利用ERA5再分析资料、CN05.1格点资料等，通过频谱分析确定了本次高温事件中包含30–64天的低频特征。线性回归表明欧亚大陆的副热带波列遥相关及两个关键区的热带对流活动与本次高温事件有重要联系。进一步的线性斜压模式结果表明：阿拉伯海-巴基斯坦和南海两地的异常对流在高温事件不同阶段通过大气遥相关调控了长江流域的大气环流。具体而言，高温事件低频周期的正、负位相期间，加强的对流均活动于阿拉伯海-巴基斯坦附近，其热源强迫调控了北侧对流层上部的副热带Rossby波列，进而向东影响下游的长江流域环流异常；南海附近的对流异常激发的Rossby波，通过类太平洋-日本遥相关波列进而影响其北侧的长江流域。气温低频负位相期间，南海对流减弱的响应在长江流域起主导作用，长江流域位于异常正涡度气旋性环流内，纬向冷平流促进了该地区的降温；而气温低频正位相期间，南海对流加强和阿拉伯海对流加强的响应在长江流域是同位相叠加的，长江流域位于异常负涡度反气旋性环流内的偏南侧，下沉运动绝热加热和东南风暖平流加强了该时期的气温正异常。本研究结果有助于进一步理解长江流域极端高温事件的影响机制，为未来夏季极端高温预测提供借鉴。

• 基于测风激光雷达的庐山山谷垂直风廓线观测研究

  陈勇, 段婧, 安俊岭, 马舒坡, 张小鹏, 李军

  优先出版日期:2024-06-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23162

  摘要(132) HTML(0) PDF(2.34 M)( 813)

  摘要：考虑到山谷气流的复杂性，我们在山地云雾物理研究和人工影响天气作业中，需要更加关注低层风廓线及垂直气流的观测研究。本文针对我国庐山云雾试验站的山谷地形及其与庐山气象站的85m高度落差特点，利用2019年11-12月云雾试验站测风激光雷达的40-260m高度风廓线和气象站10m风的联合观测，分析了山谷低层风廓线特征、垂直运动与水平气流的关系及其影响因素。结果表明：（1）云雾试验站80m高度与气象站10m高度的风速和风向相关性较好，该高度的垂直速度和水平风速分别以?0.5ms-1、2-4ms-1为主。（2）云雾试验站所处山谷的平均风速随高度递增，白天风速在各高度上均低于夜间；昼夜风速差随高度增大，80m（40m）高度的昼夜风速差分别为-1ms-1（-0.2ms-1）。（3）山谷低层垂直运动的方向主要与山谷开口方向及气流来向有关，与气流强度的关系不大；垂直速率大小与水平风速成正比。如云雾试验站80m高度偏南风（112.5o-247.5o）上升气流占主导，其余风向下沉气流占主导，该关系可延展到260m。（4）山谷低层气流弱风向切变可导致垂直运动分层，反映了山谷地形气流比平原更复杂。

• 湘赣浙闽地区汛期的降水划分及环流特征

  周芳, 王东海, 卫俊宏

  优先出版日期:2024-06-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23159

  摘要(269) HTML(0) PDF(7.27 M)( 775)

  摘要：湘赣浙闽地区是中国降水开始最早的地区之一，先后经历华南前汛期、江淮梅雨期和华南后汛期，其降水集中性强，但降水和环流特征与这几者不尽相同。为了研究湘赣浙闽地区汛期降水的基本特征，本文利用地面气象观测站和 ERA5 再分析数据，首先对比了不同季风雨期湘赣浙闽地区降水的特征，然后又分析了其逐侯演变特征，并最终根据候雨日日降水量和强降水站数得出一种划分汛期的新的方式，依照新的方式定义汛期和汛期的不同阶段，并探索了入汛前后以及汛期不同阶段降水和环流的演变特征。研究表明：（1）相较于其他分段方式，新的定义方法能够更好地描述出湘赣浙闽地区汛期大雨带南北位移和多雨中心东西变化的演变特征。（2）湘赣浙闽地区的汛期有其不同于其他华南前汛期和江淮梅雨期独特的降水特征，平均开始于22候，结束于50候，可以分为春雨期、主汛期和后汛期三个阶段，其中主汛期又可分为主汛期前期和主汛期盛期。春雨期开始时间晚于华南前汛期，降水整体分布较为均匀，在南岭南部和江西、湖南北部有两条大雨带；主汛期早于江淮梅雨期开始和结束，降水全面增强，强降水中心位于鄱阳湖平原到武夷山区；后汛期开始时间晚于华南后汛期，降水主要位于福建东南部沿海地区。（3）湘赣浙闽地区在进入汛期以后，大气环流发生了明显的改变。与汛期开始相伴随的大气环流特征主要表现为：南亚高压北上高原，湘赣浙闽地区上空西风气流减弱，副热带高压北抬，脊线位于18-21°N，低空西南气流和超低空偏南风均增强，水汽大幅增加，这些特征与华南前汛期及江淮梅雨期不同。汛期不同阶段环流的演变主要体现在低槽和副热带高压的位置、低空气流的强度和低层风速辐合区位置的位移等等。这些结果有助于我们更好地理解湘赣浙闽地区汛期降水的时空分布特征及其产生机制。

• 不同尺度初始误差对2021年台风烟花路径和强度模拟预报的影响研究

  周菲凡, 叶一苇, 张晗

  优先出版日期:2024-06-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.24023

  摘要(70) HTML(0) PDF(3.41 M)( 807)

  摘要：本文以2021年台风烟花为例，考察了不同尺度初始误差对台风的路径和强度预报的影响。首先，由NCEP再分析资料（FNL）驱动WRF模式，对烟花进行长时间（15天）、高分辨率（3km）的模拟，产生对照试验（CTL_F）；然后，由ECMWF的ERA5资料再次驱动WRF模式，进行相同时间长度和分辨率的模拟，产生对照试验（CTL_E）；对比分析CTL_F和CTL_E的模拟结果，并与最佳路径进行比较，将与最佳路径较为接近的模拟结果做为真值，将另一模拟结果作为有误差的预报；然后将二者的初始场作差，并进行尺度分解，以200km, 2000km为界限，分解成小尺度、中尺度和大尺度3种误差，然后分别将这3种尺度的误差叠加到真值的初始场上，再分别进行模拟预报，考察不同尺度的误差对台风烟花模拟预报的影响程度，并分析各种尺度误差对预报误差的相对贡献。结果表明，不论是强度预报，还是路径预报，在前十天的预报中，中尺度误差的影响最为显著。叠加了中尺度误差后，台风路径趋向于叠加全部误差的路径，强度也趋向于叠加全部误差的强度，说明在前十天的预报中，中尺度误差起了决定性作用。而在后四天的预报中，大尺度和小尺度误差的贡献逐渐凸显，三种尺度误差的效果相当。此外，中尺度误差在前期使得台风路径偏东，强度偏强，而大尺度和小尺度误差使得台风路径偏西，强度偏弱。分析原因显示中尺度误差场与全部误差场具有更高的相似性，也即全部误差场的信息主要体现在中尺度误差上，因此中尺度误差在前期的作用最为显著。此外，叠加中尺度误差场后台风具有更强的初始强度，偏东的路径又使得其登陆时间较晚，因此，中尺度误差使得台风强度偏强。而大尺度和小尺度误差由于使得台风路径偏西，较早登陆，因此使得台风强度总体偏弱。

• 一次华南暖区暴雨的实际可预报性及其预报误差增长特征*

  韦金逢, 孙璐, 时洋, 王秋萍, 马旭林

  优先出版日期:2024-05-22  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2402.23166

  摘要(66) HTML(0) PDF(4.59 M)( 842)

  摘要：受弱天气系统强迫影响,较弱的前兆信号使得华南暖区暴雨预报面临较大挑战。为研究华南暖区暴雨的可预报性,并进一步探讨不同尺度下暖区暴雨的误差增长特征,选取2021年5月30至31日发生在广东地区的一次双雨带降水过程,基于WRF中尺度数值预报模式开展了高分辨率集合预报试验。试验结果显示,本次华南暖区暴雨过程的对流触发条件主要为低层强风速辐合,华南海陆交界处的中尺度辐合线以及强西南边界层急流有利于促进对流的发展。暖区暴雨区的不同空间尺度的预报误差大小及其增长速率均有明显差异,对初始扰动振幅的微小变化的敏感性较弱。对流触发后,误差增长呈现出更为明显的非线性特征,小尺度误差升尺度快速增长,后以中尺度误差增长为主。上述研究表明,本次华南暖区暴雨的可预报性受多种因素的限制,湿对流过程可加速中小尺度预报误差的增长。不同尺度天气系统的预报误差增长的强非线性特征直接限制了其可预报性。

• 多波段双雷达风场反演拼图在西南地区一次暴雨预报中的同化应用研究

  王叶红, 赵玉春, 罗昌荣, 何光碧

  优先出版日期:2024-05-22  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2405.23137

  摘要(58) HTML(0) PDF(191.94 M)( 779)

  摘要：利用我国西南地区18部S波段和C波段新一代天气雷达径向风资料,采用考虑标准大气折射影响的动态地球坐标系下双雷达三维风场反演技术,进行了S-S、C-C、C-S不同波段组合双雷达风场反演及组网拼图,并基于WRF4.2模式及WRFDA同化系统,对2017年7月6～7日我国西南地区一次强降水过程进行了云分辨尺度(2 km)数值模拟,探讨了8种不同水平分辨率的双雷达风场反演拼图资料三维变分同化对强降水预报的影响,结果发现：(1)考虑标准大气折射影响的动态地球坐标系下双雷达三维风场反演技术,对于我国西南地区不同波段组合双雷达风场反演具有良好的适用性；(2)对川东北—渝北强雨带而言,8种不同水平分辨率的风场同化试验均显著改进了控制试验预报该地区强雨带走向、落区、范围、强降水中心位置和强度与实况相差甚远的不足,与实况极为接近,06—30 h模拟的24 h累积降水量空间相关系数和TS评分明显提高,空报率和漏报率明显降低,并且在≥25、50 mm降水量级上改善更为明显。其中0.25°分辨率的风场同化试验效果最优,这与适当密度的风场资料同化后在背景风场基础上产生了适宜的分析增量场,使分析风场更加接近于实际风场,并导致模式积分中不断修正控制试验中的风场结构,致使模拟的涡旋、切变线、高空低槽、风向风速等流场结构更接近实况有关；(3)对于滇北—川南—赣西北强雨带而言,0.15°及更高分辨率的反演风场进行同化,对预报结果产生了明显负影响,该影响随风场资料分辨率增加而愈加显著。这与过密的反演风场资料同化带来了资料相关性问题有关,导致虚假及过高的分析增量场,并最终影响模拟的风场结构及雨带的位置。(4)不同水平分辨率风场同化对数值预报结果影响显著,整体而言,本文采用18/6/2 km三重嵌套,并在三重嵌套区域内均进行同化的情况下,0.2°是稀疏化方案的临界阈值,当反演风场资料的水平分辨率不高于该阈值时,往往会给预报结果带来正影响,其中0.25°水平分辨率是最佳的稀疏化方案。

• 巴伦支海地区秋季海冰偏少对西伯利亚地区反气旋活动的影响

  卢楚翰, 夏平, 张煜敏, 信飞

  优先出版日期:2024-04-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23123

  摘要(106) HTML(0) PDF(1.51 M)( 890)

  摘要：全球变暖背景下，北极地区大幅升温、海冰急剧退缩，以往研究揭示了秋季巴伦支海区域的海冰状况是后期冬季欧亚大陆气温异常的显著前兆因子，而西伯利亚冬季低层反气旋的活动与冷空气变化密切相关，但北极海冰对西伯利亚地区冬季低层反气旋/冷高压活动是否以及如何产生影响仍有待进一步研究。本文利用欧洲中期天气预报中心再分析资料ERA5及海冰资料，研究了巴伦支海地区秋季海冰偏少对西伯利亚地区反气旋活动的影响及途径。结果表明：（1）巴伦支海地区秋季海冰密集度的年际变化对西伯利亚地区冬季反气旋及其携带的冷空气质量作用明显，当秋季海冰较少时，反气旋活动增强，其携带冷空气增多。（2）秋季海冰面积指数减少将导致后期更多海洋热量向大气传递，从而降低冬季极区与中纬度间的经向温度梯度，进而减弱中纬度西风，造成欧亚大陆反气旋活动增强。（3）利用大气环流模式CAM6，设计了巴伦支海区域海冰变化的敏感性试验，其结果也显示在海冰偏少条件下，除贝加尔湖以东和中国东北部地区，欧亚大陆大部分地区均呈现反气旋频次增多、反气旋中心气压增强。其中，海冰减少引起了位涡经向梯度的显著降低，从而导致东欧平原、乌拉尔山以及东亚地区的阻塞发生频率增大，使得欧亚大陆中纬度大部分区域反气旋活动增强，气温下降。

• 北半球春季海洋大陆对流的年际变化一致性及热带海温的可能影响

  董心雨, 施晓晖, 温敏

  优先出版日期:2024-04-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23124

  摘要(70) HTML(0) PDF(10.34 M)( 870)

  摘要：海洋大陆对流活动在北半球春季的季节转换可以在很大程度上影响到亚洲夏季风的建立,但海洋大陆对流季节转换过程的年际变化及其成因仍然不够清楚。本文根据对流季节转换的气候特征,定义了对流和环流的特征指标,进一步分析了海洋大陆对流活动季节转换的年际变化特征,并探讨了热带地区海温异常的可能影响及其机理。研究结果表明,海洋大陆对流季节转换和周边地区环流演变的年际变化具有较高的整体一致性,ENSO事件对其具有重要的调控作用,但特殊年份的热带东印度洋海温异常分布也有可能激发局地异常大气环流,最终对海洋大陆对流活动产生一定的影响。

• 东亚-太平洋及欧洲-大西洋海陆热力差异对中国夏季降水均值和变率的影响

  宁科, 张杰, 吴彬

  优先出版日期:2024-04-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23129

  摘要(130) HTML(0) PDF(31.03 M)( 828)

  摘要：中国夏季降水主要受东亚夏季风的影响，而影响季风的主要因素为海陆热力差异。本文基于1979-2022年的ECMWF/ERA5再分析资料和CN05.1格点化降水数据集，定义了欧洲-大西洋海陆热力差异和两类东亚-太平洋海陆热力差异：东亚-北太平洋和东亚-副高热力差异，研究了三个海陆热力差异特征和中国夏季降水的时空特征，分析了海陆热力差异对中国夏季降水均值和变率的作用以及变率对极端降水的影响。结果表明：（1）东北地区、长江下游地区，青藏高原地区的降水受海陆热力差异的影响较为显著，这些地区夏季降水均值和变率的变化使得这些地区的极端降水发生的概率发生显著变化。（2）欧洲-大西洋和两类东亚-太平洋海陆热力差异在过去40年里保持增加的趋势并在未来中排放情景下呈显著的增加，且陆面增温高于海洋。（3）东北地区降水产生及变化的主要贡献是东亚-北太平洋和东亚-副高海陆热力差异；影响长江下游地区降水的主要贡献是东亚-北太平洋海陆热力差异；对高原地区降水造成影响的主要是东亚-副高和欧洲-大西洋海陆热力差异。最后，LBM模拟的结果进一步证实了欧洲-大西洋热力差异使得高原西部降水增多，东部降水减少。这些发现为深入理解中国夏季降水的时空变化及其背后的物理机制提供了重要依据。

• 斜脊斜槽与瞬变波相互作用对我国干旱半干旱区极端低温的影响

  李妍, 谢作威, 丁敏, 布和朝鲁, 王月, 韩琛惠

  优先出版日期:2024-04-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2404.23141

  摘要(87) HTML(0) PDF(5.62 M)( 893)

  摘要：本文利用ERA5再分析资料，重点分析了我国干旱半干旱区（简称旱区）冬半年三类极端低温事件的大气环流配置及其演变过程，并研究了不同环流配置下瞬变波的活动特征以及其对异常环流的反馈强迫作用。结果表明，欧亚大陆上一对斜脊斜槽的持续发展是造成旱区极端低温事件的关键原因，其维持的主要原因是低频Rossby波能量的注入；在其影响下，斜脊斜槽南北两侧的瞬变波异常活跃，其中，斜槽南部的瞬变扰动引导小股冷空气分裂南侵，进一步加强了极端低温事件；同时，瞬变涡动通量的辐合辐散又使得斜脊斜槽持续维持。斜脊斜槽的维持有利于低层西伯利亚冷高压加强并向东扩展，从而使极端低温影响整个旱区。当这一对脊槽表现为经向伸展时，乌拉尔山高压脊随着Rossby波能量向下游频散而减弱东移，与此相应，低层西伯利亚冷高压也表现出东移的特征，瞬变波活动也受到抑制，极端低温主要分布于旱区的东部地区。

• 利用地面格点Nudging改进华南前汛期暖区强降水的数值预报

  郑宇豪, 尹金方, 许先煌, 李丰

  优先出版日期:2024-04-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2401.23072

  摘要(86) HTML(0) PDF(3.46 M)( 872)

  摘要：数值模式对华南前汛期暖区强降水的再现能力存在显著的不确定性。2020年5月29日发生在广东省沿海发生了一次暖区强降水事件，所有数值预报几乎都漏报了此次降水。本研究采用地面格点Nudging技术设计了8组试验，探讨了格点Nudging地面观测资料对数值模拟结果的影响。结果表明，Nudging地面全气象要素（控制试验，EXP1）能够较好地再现广东省沿海岸线线状对流的发生发展时空演变及其强降水。Nudging不同地面要素的敏感性试验表明，Nudging地面水汽直接决定了对流的触发，主要是由于Nudging地面水汽在3小时之内迅速将对流层低层相对湿度从80%增加到趋近于饱和（99%），同时显著降低了对流抑制能、抬升凝结高度和自由对流高度；Nudging地面温度增大了位温扰动，增加了热浮力，一定程度上有助于对流的触发和组织，未Nudging地面温度时对流的发生发展明显滞后，且对流系统组织较松散；Nudging地面风场有助于修正近地层西南风风向，使对流演变和降水量更接近观测。最后开展了6组试验探讨了Nudging时长对模拟结果的影响，结果显示Nudging地面全气象要素6小时的模拟效果与控制试验几乎一致，可较好地再现此次暖区强降水过程。尽管水汽在前3小时之内迅速增加，但一定时间（3小时）的水汽维持有助于对流的快速发展。因此，在模式积分前期（6小时），采用格点Nudging地面加密观测资料一定程度上可改善华南暖区强降水的数值预报性能。

• 中国东部夏季降水模态对不同二氧化碳增加过程的响应

  段亚雯, 杨庆, 马柱国, 郑子彦, 李明星

  优先出版日期:2024-04-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23062

  摘要(217) HTML(0) PDF(2.40 M)( 945)

  摘要：中国东部夏季的旱涝特征通常表现为经向多极型的空间分布，研究其在全球增暖背景下的变化对水资源管理、农业发展规划以及防灾减灾等具有重要意义。然而，目前针对降水模态对增暖响应的研究较少考虑模式内部变率的影响。基于此，本文通过对比多组第五次耦合模式比较计划（CMIP5）的模式试验，在考虑模式内部变率的前提下，分析了不同CO2增加过程对中国东部夏季降水模态的影响。结果表明：CO2增加不会改变中国东部降水异常主模态的空间结构，在骤增4倍CO2试验（4×CO2）和每年渐增1%CO2试验（1%CO2）中偶极型和三极型模态仍是该地区降水变率的主模态，以偶极型模态更为主导，但这两种模态出现频率、强度和变化趋势会发生改变。相较工业革命前参考试验（piControl），在4×CO2试验中，大部分模式的三极型和偶极型模态变率均变小；在1%CO2试验中，大部分模式的偶极型模态变率增大，而三极型模态变率减小。随着CO2的逐渐累积，三极型和偶极型模态都将出现明显的位相转变特征，将更多的出现长江中下游地区降水偏少同时华南、华北降水偏多的三极型位相，以及“南涝北旱”的偶极型位相。在4×CO2试验中，三极型和偶极型模态对应的海温和环流异常相对piControl试验整体显著减弱；而在1% CO2试验中，其差异具有区域性，三极型模态对应更弱的印度洋和西北太平洋海温异常；而偶极型模态则对应更强的赤道中东太平洋和北太平洋海温异常。

• “非典型对流”台风快速增强机制研究：地表潜热通量作用

  沈上骐, 黄绮君, 葛旭阳

  优先出版日期:2024-04-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23073

  摘要(88) HTML(0) PDF(6.36 M)( 1096)

  摘要：利用再分析资料和红外云图普查西北太平洋具有“非典型”对流分布特征的快速增强(RI)台风个例。通过与具有“典型”对流分布的缓慢变化个例(noRI)对比分析后发现,RI组在风切方向左侧拥有更强的地表潜热通量高值中心。为进一步探讨可能机制,本文选取“非典型对流”台风2019年“利奇马”进行敏感性数值试验。诊断结果表明,风切方向左侧较高的地表潜热通量有利于建立该地区对流不稳定。同时, 地表潜热通量会通过“边界层熵恢复”机制削弱“通风效应”作用。在高层东风切变下,当对流从顺切变一侧移动至逆切变一侧,对流活动在高地表潜热区域可以得到增强,从而激发出强的上层出流通道；而出流通道的建立(出流阻挡机制)可以抵抗环境东风流,从而削弱垂直风切强度,台风能够直立发展。

• 陕西汛期5类天气环流降水雨滴谱分布统计特征对比研究

  胡启元, 覃章才, 戚友存, 朱自伟, 冯典, 张黎

  优先出版日期:2024-04-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23117

  摘要(67) HTML(0) PDF(2.63 M)( 995)

  摘要：雨滴谱作为直接描述雨滴尺寸、数量等特征的高频次观测资料，已被广泛应用到不同天气、不同类型雨滴变化的精细化评估分析中。本研究利用2019-2022年陕西地区近4年雨滴谱观测资料，分析了5种天气环流影响下陕西降水总体特征、暴雨过程和非暴雨过程滴谱特征以及对流降水和层云降水滴谱特征。研究结果表明，雨强＞5mm h-1的降水对过程总雨量贡献度在各环流之间差异明显，雨滴在不同直径区间的数浓度及降雨率贡献程度不同是带来这种总体特征差异的主要原因，例如西南气流型多为长时间高浓度小雨滴形成稳定降水，西北气流型多为短时间高浓度大雨滴形成强降水。不同环流暴雨降水与非暴雨降水之间的滴谱差异特征进一步增大，高雨强降水对雨滴谱参量有明显促进作用。雨滴数浓度随直径变化的特征显示，各环流天气暴雨过程中雨强＞5mm h-1的对流降水雨滴数量比例和直径谱宽普遍高于非暴雨降水。各环流类型的对流降水之间和层云降水之间的Dm-Nw分布范围、量级等特征接近，差别在于平均值点及大值区位置。对比昭苏、珠海及帕劳岛等类似地区对流降水特征，陕西大部分对流降水偏向海洋性对流降水特征，少数大陆性对流降水多出现在平直气流型和西北气流型天气中。本研究基于上述分析，在传统Z-R经验关系的基础上，基于雨滴谱优化拟合了陕西各环流降水的Z-R估测降水关系式，有助于提升当地不同天气场景下雷达估测降水的准确率。

• 中高纬和低纬10-30天大气低频振荡对中国夏季降水的影响

  郭子羿, 黄乾, 姚素香

  优先出版日期:2024-04-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2402.23126

  摘要(71) HTML(0) PDF(5.79 M)( 845)

  摘要：大气低频振荡与中国夏季降水及灾害性天气密切相关，研究10-30天低频振荡对天气气候的影响具有重要意义。本文利用站点观测和ERA5再分析数据等，研究了1991-2020年间中高纬和低纬10-30天低频振荡对中国夏季平均降水的影响及机理。由奇异值分解（SVD）分析得到，中高纬10-30天振荡与长江-南海反位相降水分布有密切关系，贝加尔湖以北振荡偏弱，贝加尔湖以南振荡偏强时，长江流域降水显著偏少，南海至华南地区降水显著偏多；低纬10-30天振荡的关键区则位于西北太平洋，该区域振荡偏强时，华南地区降水为显著正异常。中高纬10-30天振荡主要通过波流相互作用影响夏季副热带西风急流的平均位置，使得急流附近次级环流的位置发生相应异常，从而间接影响长江流域和南海至华南地区的降水多寡，使其呈现异常的反位相分布；区别于中高纬度的是，低纬西北太平洋10-30天振荡通过向西-西北传播至华南地区，直接引起华南地区的降水异常。

• 基于多源资料的东北冷涡降水垂直结构分析

  李遥, 张铁凝, 赵姝慧, 孙丽, 翟晴飞

  优先出版日期:2024-04-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2312.23095

  摘要(193) HTML(0) PDF(2.90 M)( 884)

  摘要：为进一步研究东北冷涡云系降水的垂直结构,本文利用布设在辽宁省阜新蒙古族自治县国家级地面观测站内的微雨雷达和激光雨滴谱仪等设备,对2020年以来阜蒙县的三次东北冷涡降雨天气过程的微物理特征进行分析。结果表明：在层云稳定性降水主导的个例中,微雨雷达和雨滴谱仪测得的雨滴谱吻合程度较高,而在对流性降水较多的个例中,微雨雷达与雨滴谱仪观测的平均雨滴谱仅在中等粒子段(1-2.5mm)表现出较好的一致性；在层云性降水阶段,较小的冰晶粒子更快的通过零度层开始融化,小云滴在零度层下方累积,出现数浓度的极值,在该极值下方,较大的冰晶粒子经历了更长的融化距离,成为较大雨滴,同时,小云滴的累积进一步促进了大云滴的收集及碰并效应的发生,利于大雨滴的形成,在零度层下方出现一个谱宽的极值,表现为垂直方向的雨滴谱的“凸起”,“凸起”的发生到下落发生在2-3分钟之内。垂直方向雨滴谱的“凸起”可以看做在层云性降水阶段亮带促进降水的直观表现,但这种对于降水的促进在地面能否带来明显的雨强的明显增大,要取决于近地层大气中水汽含量,在辽西地区即表现为,干旱的春季,大气相对湿度较低,亮带对于地面雨滴谱的拓宽无明显帮助,但在水汽相对充沛的夏季,“凸起”的下移一定程度上导致了近地层雨滴谱拓宽及雨强的增大；相对其他地区,辽西地区降水数浓度偏小,但层云性降水和对流性降水的平均数浓度差别不大,质量加权直径的差异导致了雨强的差异。

• 梅雨期东亚副热带西风急流纬向振荡特征

  郑淇丹, 张耀存

  优先出版日期:2024-04-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2403.23106

  摘要(69) HTML(0) PDF(8.52 M)( 963)

  摘要：利用1979-2020年EAR5逐日再分析资料和中国站点降水观测资料，分析了梅雨期东亚副热带西风急流的纬向振荡特征及其与东亚大气环流和梅雨期降水的联系。通过对比200 hPa纬向风标准差大值区（37o~47oN, 100o~120oE）与西太平洋（37o~47oN, 140o~160oE）、青藏高原（37o~47oN, 80o~100oE）上空两个急流中心区域平均纬向风速距平值发现，梅雨期间东亚副热带西风急流主要存在两种强度和位置变化类型，第一种类型前期急流中心位于西太平洋上空，随后强度减弱，并在其西侧出现一个增强的急流中心，最大纬向风表现为快速西进特征，称为快速西进型；第二种类型前期急流中心位于青藏高原上空，随后逐渐增强并东移，最大纬向风表现为渐进东移特征，称为渐进东移型。分析两种急流振荡类型对应的环流及降水演变发现，与急流快速西进类型相对应，南亚高压东伸脊点位置偏东，西太平洋副热带高压强度增强西伸，中高纬环流形势为“两槽一脊”型，伴随200 hPa辐散经向增强，700 hPa水汽输送向北抬升，雨带出现由南向北的位置变化；而与急流渐进东移型相对应，南亚高压东伸脊点位置偏西，西太平洋副热带高压强度减弱东缩，中高纬环流形势为“两脊一槽”型，鄂霍次克海出现阻高的频数偏多，同时长江下游高层辐散减弱，而长江上游的高层辐散和低层水汽输送加强，从而在长江上游和长江下游地区形成降水强度的反相变化。

• 天山地区夏季大气气溶胶粒径分布和云凝结核活化特征

  武自豪, 刘安康, 王红磊, 银燕, 甄钟秀, 陈魁, 杨璟, 李圆圆, 李斌, 景晓琴, 杨军, 陈倩, 刘思晗, 可玥

  优先出版日期:2024-01-16  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23040

  摘要(170) HTML(0) PDF(5.59 M)( 1473)

  摘要：本研究于2019年8月4-25日使用气溶胶宽范围粒径谱仪和云凝结核计数器观测获得了新疆中天山地区气溶胶和云凝结核（CCN）数浓度数据，结合气象要素资料和HYSPLIT模型，分析了CCN和气溶胶粒径分布特征及其影响因素。结果表明:在观测期间，天山气溶胶数浓度均值为3607±4105cm-3，爱根核模态粒子占比最高（64.76%）。CCN数浓度在0.1%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%过饱和度下的均值分别为185±185cm-3、648±345cm-3、1578±1045cm-3、2077±1417cm-3和2408±1657cm-3。气溶胶数浓度平均谱分布呈单峰型，峰值粒径位于29.5nm。气溶胶数浓度日变化在08:00（北京时间，下同）、17:00，20:00出现峰值，主要受边界层高度日变化、山谷风和排放源等影响。不同模态气溶胶粒子数浓度日变化不同，爱根核模态粒子呈双峰型，积聚模态粒子呈三峰型，而核模态粒子数浓度日变化呈单峰型可能与新粒子生成有关。CCN活化谱拟合结果为N=3111S0.896（S为过饱和度，N为过饱和度S下CCN数浓度），属于清洁大陆型特征。CCN数浓度日变化在08:00、18:00和21:00出现峰值。新粒子生成事件有利于天山地区CCN数浓度的增加，在0.1%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%过饱和度下新粒子生成事件天CCN平均数浓度分别比非新粒子生成事件天高13%、18%、25%、22%和20%。相对湿度（RH）对核模态粒子数浓度影响较大, 对其他模态粒子数浓度影响较小，随着RH的增加，气溶胶谱分布向大粒径方向偏移。当RH>60%时，气溶胶及CCN数浓度随RH增加均出现减少的趋势。由于地形与山谷风的影响，偏北风与偏东风下气溶胶和CCN数浓度较高。天山气团主要有西方气团（占比29.2%）、西北气团（29.3%）、东北气团（27.0%）和南方气团（14.5%）四类。由于气团来向和移动路径的不同、以及北方城市带的影响，来自天山北面的东北气团气溶胶数浓度最大，为5449±3793cm-3，南方气团最低，为1971±2087cm-3。东北气团各过饱和度下CCN数浓度均较高，比最低的南方气团高100%-150%。

• 中国陆地闪电活动与气象要素关系的分析

  阎金磊, 赵阳, 脱宇峰, 孔祥贞, 毕李霞

  优先出版日期:2023-12-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.23048

  摘要(101) HTML(0) PDF(14.37 M)( 1186)

  摘要：利用2013—2017年全球闪电定位系统(WWLLN)的闪电资料,并结合欧洲中期天气预报中心的第五代再分析资料(ERA-5)对中国大陆不同区域的闪电进行研究,从时空分布和数量关系上分析了闪电和对流有效位能(CAPE)、降水(P)、对流抑制能(CIN)、相对湿度(RH)之间的关系。结果发现：闪电和CAPE、P、CAPE×P在时间、空间上都有着很好的相关性；适当小的CIN和足够大的CAPE最有利于产生闪电；越高的CAPE会带来越多的闪电；越小的抑制能量越容易发生对流并进一步产生闪电,但是CIN不能太小,过小的CIN会导致闪电变少；低CIN值不是闪电发生的充分条件,相对湿度也需要很高；闪电活动集中在RH处于60 %~90 %的环境下,若RH继续增大,闪电活动会减小；即使在高CIN环境下,只要有一定的水汽和CAPE条件,也会有大量闪电。

• 中美大陆区域气溶胶成分消光贡献研究综述

  xjy

  优先出版日期:2023-12-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2312.23316

  摘要(249) HTML(0) PDF(2.12 M)( 1036)

  摘要：气溶胶消光作用是影响大气能见度的主控因素，气溶胶浓度和成分与散射和吸收特性的非线性关系导致其对能见度的影响存在较大不确定性。1988–2008年美国IMPROVE（the Interagency Monitoring of Protected Visual Environments）能见度监测网络各区域的重构细颗粒物（RCFM）浓度范围为1.4–19.4 μg m–3，重构气溶胶消光系数为10.0–172.5 Mm–1。2006–2018年中国各地区已有观测的平均细颗粒物PM2.5浓度为14.3–188.3 μg m–3，对应的重构消光系数为52.6–1044.0 Mm–1。美国地区PM2.5浓度水平与我国三亚地区相当，硫酸盐是气溶胶消光的最大贡献成分，占比可高达77%，其次是有机物，最大可达50%，而硝酸盐只有在南加州对气溶胶消光的贡献较大，超过了30%。在我国，由于东部的相对湿度高于西部，因此东部和西部的消光差异比气溶胶浓度的差异更显著；硫酸盐和有机物同样是消光的主要成分，贡献分别为21%–57%和21%–39%，硝酸盐只在华中地区是主要的消光成分，超过了30%。我国气溶胶浓度和消光水平显著高于美国地区，当前广泛使用的气溶胶消光IMPROVE方程存在较高误差，消光系数低值高估和高值低估范围可达-60%–35%；并且污染越严重，消光低估越显著。气溶胶消光算法的较大误差将直接影响我国大气污染防治与蓝天计划的准确实施，急需开展针对我国各类环境气候区域气溶胶成分消光的精准核算与大气能见度提升的溯源研究工作。

• 北亚秋冬季节转换的热力学特征

  符诗怡, 施宁

  优先出版日期:2023-12-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.23075

  摘要(172) HTML(0) PDF(3.08 M)( 1212)

  摘要：本文利用1958～2020年日本气象厅逐日再分析资料(JRA-55),对北亚地区(50°-75°N,80°-140°E)在入冬前后的热力收支特征以及影响入冬时间早晚的外强迫因子进行了研究。结果表明,在气候平均上,北亚于第62候入冬；在此之前,北亚地区的降温经历了从剧烈到缓慢的变化过程。在此过程中,非绝热冷却起主要作用,它部分地被暖平流所抵消。线性斜压模式的数值结果表明,欧亚大陆中高纬的非绝热冷却有利于北亚地区形成西风和偏南风,从而造成较强的局地暖平流,进而抵消部分非绝热冷却作用。在年际变率上,赤道中东太平洋和北大西洋的海温异常均可通过欧亚大陆上的波列异常进而影响北亚入冬早晚,它们可分别提前1个月和5个月出现显著信号,具有一定的预测意义。在对冬季气温的影响上,在北亚入冬偏早(晚)年,12月东亚部分地区以及我国南部地区气温偏高(低)。

• 物理参数化方案联合扰动对集合预报质量的影响

  魏莉青, 闵锦忠, 张璐, 徐渊, 杨婷

  优先出版日期:2023-12-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.22219

  摘要(107) HTML(0) PDF(8.82 M)( 1049)

  摘要：云微物理方案参数众多且参数间约束关系复杂,在集合预报中选择什么参数、如何进行参数组合扰动一直没有定论,本文基于WRFv4.2模式,选择WSM6方案8个参数对2020年一次梅雨锋强降水过程进行参数扰动集合预报试验。对比分析不同参数、不同扰动范围组合对预报的影响,尝试将云微物理方案和边界层方案的敏感参数进行联合扰动。结果表明：4个云微物理方案敏感参数的组合扰动在预报试验中表现最优,减小了暴雨概率预报的空报率,提升了湿度场、纬向风、低层温度场、对流层中层经向风的集合离散度；雨滴截断参数与云冰直径的有限最大值联合扰动后呈协同共振作用,能有效改进集合预报效果；而霰截断参数与霰密度、截断参数间的组合扰动显示,扰动能量并没有随扰动参数的增加而增强,参数间的拮抗作用会制约集合预报技巧的提升；MRF边界层方案三个参数的扰动对低层湿度场的集合预报技巧改善明显,且三个参数组合扰动比单个扰动集合预报技巧更高；同时将云微物理参数扰动方案和边界层参数扰动方案进行联合,效果最优。说明参数扰动时参数的选择、扰动的范围都会对集合预报的效果产生影响,呈协同关系的参数组合易取得较优的预报效果,存在拮抗作用的参数组合则呈现负技巧。考虑参数间依赖关系、扰动范围的多参数扰动更有利于集合预报效果的提升,为今后参数扰动中参数的选择提供了有价值的参考。

• 庐山两次冷雾过程宏微观物理特征

  王天舒, 牛生杰, 王莹, 赵俊杰, 梁绵, 王元, 樊栋樑, 杨霏云, 王涛, 张鸿伟, 袁薇

  优先出版日期:2023-12-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23070

  摘要(200) HTML(0) PDF(2.50 M)( 1009)

  摘要：为研究冷雾演变机制和宏微观物理特征，2016年1月和12月在江西省庐山气象局布设雾滴谱仪和自动气象站进行雾综合观测，结合观测获取的资料和NCEP 1°×1°再分析资料，分析了2016年1月16-17日（个例1）、2016年12月25-27日（个例2）两次冷雾的宏微观结构。结果表明，两次冷雾的发展演变与冷锋的移动密切相关，从形成阶段到发展阶段800 hPa以下由西南风转为偏北风，冷锋前缘到达，近地面气温骤降；两次冷雾的成熟阶段近地面雨停且风力减弱，个例2出现锋面逆温层；两次冷雾的消散阶段900~500 hPa转为一致的偏北气流，800 hPa以下风速增大。个例1和2的过程平均雾滴谱均呈双峰分布，主峰均位于4.9 μm，次峰分别位于8.9、11.0 μm。个例1和2均出现了主峰位于10~14 μm的瞬时雾滴谱，出现频率分别为12.4%和46.3%。个例1和2中均有暖雾向冷雾的转换，冷雾与暖雾相比各粒径段雾滴数密度均有所上升，尤其是粒径14 μm以下的雾滴数量增长较为明显。个例1全过程雾滴数浓度与平均直径的相关性较弱，可能受雾滴碰并、雾滴竞争水汽等因素影响。个例2全过程雾滴数浓度、平均直径与含水量均为正相关关系，说明此次雾过程以凝结核活化和凝结增长为主。个例2西南低空急流强劲、近地面降温明显、有逆温层存在，雾滴谱较宽，雾滴谱10到14 μm粒径之间峰值更为突出，雾滴数浓度、平均直径、含水量皆大于个例1。

• 基于天气分型的四川盆地西侧极端强降水事件环流异常配置与演变特征

  陈龙光, 陈斌, 赵瑞瑜, 徐祥德

  优先出版日期:2023-12-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.23017

  摘要(171) HTML(0) PDF(2.91 M)( 1134)

  摘要：四川盆地西侧是中国区域极端强降水事件发生频率最高的区域之一，由于区域地形和天气系统复杂性。基于2001-2020年中国地面气象观测站网观测的降水数据、GPM-IMERG降水数据以及ERA5大气再分析资料，本文以发生在盆地西侧的100个极端强降水事件为研究对象，采用基于k-means聚类分析的天气分型方法，将强降水事件分型；结合大气动力-热力诊断方法，分析了不同类型降水事件环流异常配置与演变特征。结果表明，3种类型强降水发生期间，位势高度均表现为高层正异常（200hPa）和低层负异常（850hPa），大气垂直速度显著增大，温度异常呈现“上冷下暖”的异常结构，并伴随着来自低纬海洋地区水汽输送的增强。但三种类型降水对应的南亚高原（SAH）、西太平洋副热带高压（WPSH)和西风急流等大尺度环流因子在位置和强度上存在差异，继而影响水汽输送过程：发生频次最多的1型降水的水汽主要来自低纬孟加拉湾和中国南海；2型降水发生期间WPSH发展最强，其水汽主要来自东亚季风控制下的中国南海，而孟加拉湾水汽输送受到限制；而发生在SAH强度偏弱期间的3型降水发生频次最少，其主要受青藏高原东北侧的反气旋异常和东亚季风控制下的水汽输送影响。3种类型降水环流演变特征分析显示，强降水发生前，罗斯贝波作用量呈增强趋势、大气垂直速度增加以及温度异常更为显著，这些异常特征使得局地对流活动和高空辐散低层辐合过程增强，有利于极端降水事件形成。进一步分析表明，与SAH比较而言，WPSH位置和强度的变化对强降水形成预测具有更好的指示意义。

• 西南涡发展演变机理之低涡发展指数探索

  卢萍

  优先出版日期:2023-12-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23092

  摘要(347) HTML(0) PDF(1.19 M)( 1307)

  摘要：本文基于ERA5(0.25?×0.25?)逐时再分析资料,分析了长距离移动和稳定少动两次高影响西南涡过程,认为中低层辐合和假相当位温这两个物理量是影响低涡发展演变的关键物理因子,由此定义了一个低涡发展指数。通过对比分析低涡发展指数与西南涡及降水演变的关系,认为：(1)无论是远距离位移还是稳定少动的西南涡过程,低涡发展指数都可以指示出低涡强度、位置的发展演变趋势,并能解释强低涡过程期间出现其它弱闭合低压或一涡多心的现象,同时还揭示了西南涡的移动机理。(2)低涡发展指数不仅能指示出低涡降水的强度及落区,还能反映西南涡与降水之间互存共生的现象,在一定程度上解释了“雨生涡”和“涡生雨”都是合理的。因此低涡发展指数对于高影响西南涡暴雨的落区和降水中心位置的预报有积极的意义。

• 位涡源汇和位涡环流及其天气气候意义

  吴国雄, 刘屹岷, 毛江玉, 何编, 包庆, 谢永坤, 生宸, 马婷婷, 李言蹊

  优先出版日期:2023-12-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23319

  摘要(150) HTML(0) PDF(3.90 M)( 1141)

  摘要：在扼要回顾地表位涡研究进展的基础上，本文介绍了复杂地形下的位涡及位涡制造的计算及近年来关于位涡源汇和位涡环流的研究进展，侧重介绍青藏高原表层位涡的特殊性及其对天气气候的重要影响。阐明对于绝热和无摩擦大气运动，由于位涡本身的结构重组（位涡重构）可以引起垂直涡度的发展，在夏季可以激发高原涡形成；冬季使高原东部成为重要的表面涡源。基于导得的包括非绝热加热作用的、与等熵面的位移相联系的垂直运动（）方程，进一步阐明青藏高原制造的正位涡沿西风气流东传会引起下游地区低空气旋性涡度、偏南风、和上升运动发展，导致位涡平流随高度增加，激发极端天气气候事件发生发展。指出青藏高原地表加热和云底的潜热释放的日变化显著地影响着地表层位涡的日变化，导致青藏高原的低涡降水系统多在午后至夜间发生发展。证明与传统的青藏高原感热加热指数相比，青藏高原地表层位涡指数能够更好地刻画关于降水的季节变化，与亚洲夏季风降水相关更密切。 本文还简单介绍了位涡环流（PVC）的概念。指出由于区域边界面的PVC的辐散辐合的变化直接与区域位涡的变化相关联，为保持北半球位涡总量的相对稳定，跨赤道面上的PVC变化与地表PVC的变化必须相互补充，因此跨赤道面上的位涡环流的变化可以成为监测近地表气候变化的窗口。近赤道的海气相互作用能够直接造成跨赤道垂直面上的纬向风垂直切变的变化，激发跨赤道位涡环流异常，从而通过大气内部PVC的变化和青藏高原的调控影响北半球近地表的气候变化。分析表明位涡环流分析为建立热带和热带外大气环流变化的联系开辟了新的蹊径，有着广阔的应用前景。

• 近十年我国涡旋系统的研究进展

  孙建华, 周玉淑, 傅慎明, 杨帅, 张元春, 汪汇洁, 黄玥

  优先出版日期:2023-12-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23323

  摘要(247) HTML(0) PDF(4.14 M)( 1269)

  摘要：近年我国暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,涡旋是产生这些灾害天气的重要天气系统之一。为了不断提高对我国涡旋及其产生的暴雨和强对流天气发生发展机理的认识和预报准确率,本文对容易引发长江流域沿线灾害天气的三类涡旋(高原低涡、西南低涡和大别山涡)及对北方地区暴雨、强对流天气有重要影响的东北冷涡、中亚低涡的主要研究成果进行了梳理。主要回顾了近十年这些涡旋的识别方法、时空分布统计特征、三维结构以及产生的暴雨、强对流天气的机理。最后,对与涡旋系统以及相关天气的研究与预报中的问题、未来发展方向进行了简要讨论和展望。

• 西太平洋暖池海洋热浪在2020-2022三年拉尼娜事件爆发背景下的演变特征、爆发机制及其影响研究

  郑飞, 张小娟, 曹庭伟

  优先出版日期:2023-12-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23325

  摘要(352) HTML(0) PDF(2.17 M)( 1119)

  摘要：在全球变暖的影响下,持续增长的海洋热浪事件(marine heatwaves,MHW)对气候系统和社会经济产生了严重影响,其中西太平洋暖池区域是MHW特征显著变化的典型区域。本文基于已建立的MHW高分辨率数据、美国国家环境预报中心(NCEP)提供的大气海洋再分析资料、美国宇航局(NASA)Aqua卫星和生物地球化学Argo浮标提供的叶绿素-a浓度资料,利用统计分析和奇异值分解(SVD)等方法,探讨了2020-2022年西太平洋暖池MHW的演变特征、爆发机制及其生态影响。结果表明,西太平洋暖池MHW的爆发频率和强度等在近30年显著增加,其特征属性的变化与连续La Ni?a事件的爆发密切相关。尤其在2020-2022年连续三年La Ni?a事件背景下,西太平洋暖池区MHW爆发频次达到全球最高,且其覆盖面积、爆发频次、总天数、累积强度均是1982年以来最显著的。通过对西太平洋暖池区域混合层热收支的分析,2020-2022年期间MHW爆发主要是净海表热通量中的向下短波辐射项和海洋动力过程中的纬向平流项共同主导。此外,研究也揭示了在西太平洋暖池区域,MHW与海洋生态指标叶绿素-a浓度时空尺度上呈现负相关协同变化的特征,尤其是2020-2022年的MHW事件使该区域海洋上层浮游生物量整体呈显著下降趋势。

• 青藏高原东南缘不同类型生态系统碳、水交换特征

  刘辉志, 杜群, 许鲁君, 刘阳, 蒙小妮, 邵雅梅, 郑颖祺

  优先出版日期:2023-11-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23315

  摘要(210) HTML(0) PDF(2.40 M)( 1037)

  摘要：青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处，也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究，对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测法开展的青藏高原东南缘地区的地气相互作用观测试验，并总结了洱海湖面、丽江高山草甸及腾冲北海湿地的地气交换特征，以及利用数值模式开展复杂山地局地环流特征的研究工作。目前已初步明确和揭示青藏高原东南缘横断山脉不同类型下垫面的地气交换特征及其影响因素，主要结论如下：青藏高原东南缘高山草甸的碳、水交换过程受降水分布影响显著，“浮毯型”湿地（水面常年覆盖有“浮毯”状苔草草排）的碳、水交换除了受气象因素影响外，也受到下垫面植被和水体比例变化的影响。不同类型生态系统的碳、水交换过程在不同时间尺度的影响因子存在差别。风速始终是湖泊潜热和CO2交换的关键影响因子，而降水在较长时间尺度对湖泊CO2通量也有显著影响。此外，青藏高原东南缘的复杂地形对于生态系统的碳、水交换过程也有显著影响。复杂地形产生的不同类型的局地环流对于生态系统的碳、水交换过程有不同的影响。

• 与年代际有关的太平洋和北大西洋海温变率对 1979~2014 年南极海冰趋势季节性及区域性贡献的比较研究

  杨璐萍, 吴其冈, 户元涛, Aixue Hu

  优先出版日期:2023-11-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23100

  摘要(151) HTML(0) PDF(4.76 M)( 1078)

  摘要：基于美国国家冰雪数据中心最新发布的卫星观测海冰资料，本文分析了 1979~2014 年南极海冰空间趋势的季节变化特征，并比较了太平洋年代际振荡（IPO）和大西洋多年代际振荡（AMO）位相转换对南极海冰趋势的相对贡献与影响机制。结果表明：1979~2014 年间，罗斯海和南印度洋四个季节海冰密集度（SIC）均呈现增加趋势，在暖季（12~5 月），阿蒙森海和别林斯高晋海的 SIC 显著减少，威德尔海的 SIC 显著增加，呈正位相的南极偶极子型（ADP），而在冷季（6~11 月份），阿蒙森海-别林斯高晋海-威德尔海 SIC 表现为负位相 ADP趋势，南极整体年平均和季节平均海冰范围（SIE）均具有显著增加趋势。1979~2014 年 IPO 从正位相向负位相转换通过激发太平洋-南美（PSA）大气遥相关加深阿蒙森海低压（ASL），为南半球冬季和春季负 ADP 海冰趋势的主要成因。1979~2014 年 AMO 从负位相向正位相转换在南半球春季通过激发罗斯贝波和跨海盆激发 PSA 波列，加深 ASL，并可能通过减弱埃克曼抽吸抑制绕极近海混合层暖海水上翻，进而导致东罗斯海，阿蒙森海及南印度洋的海冰显著增加，解释约 75% 的春季南极整体 SIE 增加趋势。在南半球夏季，以上 IPO 和 AMO 位相转换均可增强南半球环状模（SAM），从而对夏季南极海冰增加和正位相 ADP 型海冰趋势有一定贡献。以上结果表明1979-2014年 IPO 和 AMO 位相转换通过大气遥相关机制对南极海冰趋势产生的影响呈现明显的季节性和区域性差异。

• 青藏高原-印度洋热力差对南亚季风活动的多尺度影响

  肖子牛, 李张群

  优先出版日期:2023-11-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23324

  摘要(361) HTML(0) PDF(2.87 M)( 1147)

  摘要：海陆热力差异是季风形成和演变的根本驱动力，青藏高原与印度洋热力差异是影响南亚季风活动的重要因素。本文围绕次季节、季节、年际和年代际等不同时间尺度上青藏高原与印度洋的热力差异对南亚季风活动的影响，回顾和总结了相关研究成果。在次季节尺度上，主要聚焦在两者的热力差异对南亚季风爆发的影响；在年际尺度上，着重阐释了其对南亚季风强度年际变化的指示意义；在年代际尺度上，考察了热力差异和南亚季风降水关系的年代际变化。同时，本文对该领域一些需要进一步研究的问题进行了讨论。

• 北半球夏季急流遥相关：进展与展望

  王林, 徐霈强

  优先出版日期:2023-11-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23322

  摘要(180) HTML(0) PDF(2.78 M)( 1337)

  摘要：急流遥相关是沿急流波导传播的准静止行星尺度波列，在大气环流的维持和演变中有重要作用，其异常活动常伴随极端天气气候事件的发生。研究急流遥相关在不同时间尺度的变异特征和机理不仅可以加深对大气环流变化规律的理解，还可以为相应时间尺度上的天气预报、气候预测乃至气候预估提供科学依据。根据波导的性质，北半球夏季的急流波导可以分为以正压效应为主要维持机制的副热带急流波导和以斜压效应为维持机制的极锋急流波导。本文聚焦夏季急流遥相关活动最为活跃的欧亚大陆地区，在回顾急流遥相关理论的基础上，简要总结了近年来关于夏季副热带急流遥相关和极锋急流遥相关的形成条件、动力机制、气候影响和未来变化的研究进展，并展望了一些未来值得继续深入研究的问题。

• 从能量学角度理解气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关的影响

  黄刚, 胡开明, 唐颢苏, 汪亚, 屈侠, 赵桂洁

  优先出版日期:2023-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23304

  摘要(141) HTML(0) PDF(2.00 M)( 1054)

  摘要：厄尔尼诺-南方涛动 (El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO) 通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区，ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常；在热带外，ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面，气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面，热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展，在此基础上，回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化，并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。

• 北极-中纬度联系与北极海冰变化的关系研究新进展

  武炳义

  优先出版日期:2023-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23305

  摘要(190) HTML(0) PDF(4.96 M)( 1511)

  摘要：本文概要介绍了近年来(2018-2023年)，北极-中纬度联系与北极海冰变化的关系研究新进展。主要包括以下几个方面：（1）对北极海冰融化在欧洲极端降雪个例中的贡献有了实质性的认识,这是以往研究提出的北极海冰影响大气环流的机制所无法解释的。（2）冬季亚洲区域气温对北极海冰持续融化的响应有显著的低频振荡特征。北极海冰持续融化，有利于冬季暖北极-冷欧亚（2004/05-2012/13）和暖北极-暖欧亚(2013/14-2016/17)交替出现。前一阶段北极-中纬度联系加强，而暖北极-暖欧亚阶段北极与东亚的联系减弱了，但海冰融化影响北极-欧亚大陆联系强弱变化的机理不清楚。（3）在夏季平均和季节内时间尺度上，东亚中、低纬度区域夏季高温热浪极端天气事件与同期北极对流层中、低层冷异常有直接的动力联系。北极夏季对流层中、低层冷异常不仅有利于减缓北极海冰融化，而且成为预测后期东亚冬季风趋势的前兆因子。（4）北极夏季海冰融化异常，对我国华北以南区域夏季降水并无实质性影响。（5）尽管诸多研究强调了平流层-对流层相互作用，在连接北极海冰融化与中纬度天气气候中起重要作用，但因果联系依然偏弱，不确定性大于对流层过程。（6）区分北极海冰强迫与大气内部变率在天气事件和气候变率中的不同作用已无实际意义。未来关注北极海冰融化的影响，更应注重其在大气环流低频变化中的作用，以及北极海冰异常空间分布差异和不同异常振幅的影响，同时需要定量化研究北极海冰融化在极端天气和气候事件中的作用。

• 中国夏季月际—季节平均降水动力和统计结合实时预测模型

  范可, 田宝强, 戴海霞

  优先出版日期:2023-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.23312

  摘要(119) HTML(0) PDF(7.83 M)( 1311)

  摘要：中国夏季降水大幅度月际尺度变化往往造成极端旱涝事件交替或转折，但其月际异常会被季节平均掩盖，影响季节尺度气候预测准确度，因此亟需考虑月际气候预测，提升月际—季节尺度气候预测准确度。本文首先采用年际增量和场信息耦合型预测方法研制中国夏季6～8月月际尺度降水动力和统计结合气候预测模型，之后根据月际尺度降水预测，开展季节平均降水预测。首先，基于前期观测信息和美国第二代气候预测系统（CFSv2）预测结果，选取前期12月观测的南太平洋中高纬关键区海温、1月北极关键区海冰密集度以及CFSv2 预测系统2月起报的夏季同期关键区海温作为月际尺度降水预测因子，分别研制以上具有物理意义的单预测因子预测模型，并采用奇异值分解（SVD）误差订正方法对其改进；之后，利用多因子择优集合方案，研制预测效能较高且稳定的中国160站夏季月际尺度降水动力和统计结合预测模型，进而基于月际尺度预测开展夏季季节平均气候预测。1983～2022年夏季（6～8月）中国160站逐月降水预测模型的交叉检验结果表明：逐月回报与观测降水距平百分率的时间相关系数通过90%置信水平的站点占比分别为90%，88%，82%，多年平均的空间相关系数分别为0.39、0.40和0.39，均通过99%置信水平。针对2020～2022年连续三年同样拉尼娜背景下但不同中国夏季降水形势，开展月际—季节独立回报检验，其结果显示，2020～2022年6、7、8月预测降水距平百分率的Ps平均分分别为75、75和70分；夏季季节平均降水的Ps评分分别为72、76和73分，均高于多年业务预测平均分。由此，考虑月际异常开展季节尺度气候预测是提升月际—季节尺度气候预测准确度的一个有效途径。

• 高分辨率气候系统模式研制与应用综述

  俞永强, 安博, 刘海龙, 包庆, 林鹏飞, 何编, 郑伟鹏, 栾贻花, 白从蓉, 李恬燕

  优先出版日期:2023-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.23317

  摘要(198) HTML(0) PDF(20.62 M)( 1190)

  摘要：当今气候系统模式发展的重要趋势之一，是通过提高模式的空间分辨率，改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里，中国科学院大气物理研究所发展并完善了25公里分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10度分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0，并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式，开展了大量的数值模拟和气候预测研究，其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的高分辨率模式比较子计划（HighResMIP），建立了海洋环流预测系统（LFS）等。初步评估分析表明，相对于低分辨率模式，高分辨率模式可以更好地模拟台风、极端降水事件、海洋中尺度涡旋以及中尺度海气相互作用过程等重要的天气和气候事件。

• 解析北京郊区一次典型臭氧污染的物理化学过程

  贾龙, 于姗杉, 徐永福

  优先出版日期:2023-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23309

  摘要(266) HTML(0) PDF(4.17 M)( 1459)

  摘要：臭氧污染是我国当前面临的重要大气环境问题，其不仅取决于大气化学反应过程，而且会受大气物理过程和各气象要素的影响，因此需要从化学和物理两个方向来研究近地面臭氧污染问题。本研究结合外场观测和欧拉光化学模式，解析了2022年秋季北京怀柔城区的一次光化学污染周期内的物理和化学过程。给出了温度、湿度和风速等气象因子，以及臭氧及其前体物挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NOx，x=1，2）在此期间的日变化特征。通过源解析得到VOCs主要来源为交通排放（46%）、植物源（25%）、溶剂挥发（23%）和燃烧源（9%）。通过欧拉光化学模式确定了区域传输和本地VOCs对臭氧的贡献，结果显示强北风天气条件下，怀柔区臭氧以外来水平输送为主（贡献超过70%）；当以弱的南风或东南风为主时，天气处于稳定状态，臭氧主要来自VOCs和NOx的二次转化。根据VOCs的臭氧潜势，在所有VOCs中对臭氧贡献最大的物质为烯烃，其贡献为67%，其次为芳香烃（16%）。通过敏感度分析，发现臭氧生成对物理因子中的光强、温度和边界层高度最敏感；在臭氧前体物中，活性较强的烯烃类物质的敏感度最高，烷烃最低。基于本地VOCs特征的EKMA曲线，提出了控制臭氧污染的减排策略。

• 大气氧化能力量化研究

  王跃思, 刘子锐, 胡波, 王润玉

  优先出版日期:2023-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2311.23318

  摘要(246) HTML(0) PDF(2.61 M)( 1532)

  摘要：大气氧化能力(AOC)通常是指大气通过氧化过程去除大气中微量气体成分的速率总和。在对流层和近地层大气中,AOC主要表观为对污染气体的清除能力或净化能力,亦称大气氧化性。AOC是地球大气自洁净的核心能力,但一直缺乏对其内涵的深入认知和对其指标的量化描述。本文作者通过承担国家重点研发计划“区域大气氧化能力与空气质量的定量关系及调控原理”研究等项目,从大气化学基本理论入手,对AOC开展了系列研究,并在其量化表达方面取得了突破性进展。本文将围绕“大气氧化能力量化研究”,对这些进展进行一个简要的描述。首先是在深入认知AOC内涵的基础上,分别从大气化学的热力学和动力学基本原理出发,构建了大气氧化能力表观指数(AOIe)和潜势指数(AOIp),并通过二者归一化指数日变化闭合研究,发现了非均相化学过程对AOC的贡献不容忽视。随着PM_2.5污染的加重,无论夏季还是冬季,AOIe亦随之增加,但AOIp冬季则出现了相反的情景,表现出AOIp的变化更受气象条件的影响。AOC闭合研究思路用于大气OH自由基的储库分子HONO“未知源”研究,发现了北京大气HONO的重要非均相来源,阐释了MCM机制对冬季AOC低估的重要原因。AOIp用于预测我国大气臭氧污染潜势格局,发现AOIp_O₃与J(NO₂)直接相关,全国J(NO₂)的年均值为4.39×10_-3 ^s_-1^,高值区主要分布在四川、贵州、重庆和湖南等地。与其他化学反应氧化性指数对比,AOIe与AOIp组合指数更具准确性、普适性和实用性,可评价已发生的污染过程AOC的变化,亦可预测城市或区域重污染发生的可能性及其变化和格局。

• 大气热带波动研究进展

  武亮, 冯涛, 黄荣辉

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23321

  摘要(252) HTML(0) PDF(2.66 M)( 1516)

  摘要：本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统回顾了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种影响波动演变的机制(如波流相互作用、波动-积云对流相互作用、水汽作用等)来部分解释观测热带波动与理论的差异的可能原因。这些研究表明局地大尺度环流和湿对流等在热带波动结构演变、强度和位置中有着重要作用。文中还综述了热带波动对热带气旋生成及路径影响及机制,这表明热带波动的变化能够较好解释热带天气如热带气旋活动的变化特征。最后,大气热带波动研究依然有许多科学问题亟待解决,它对于大气科学发展具有重要科学意义。

• 缅怀我们的恩师—叶笃正先生的学术成就和治学精神

  黄荣辉, 黄刚

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23302

  摘要(484) HTML(0) PDF(1020.59 K)( 1109)

  摘要：本文是为纪念我们的恩师—叶笃正先生逝世10周年及他对我国大气科学和中国科学院大气物理所发展的重大贡献而写。本文简要地回顾他对大气科学的主要贡献，在70多年的研究生涯，他提出了罗斯贝波能量频散理论，此理论已是动力气象学的经典理论之一；并且他创立了东亚大气环流理论和青藏高原气象学；特别是他提出了大气运动过程适应的尺度理论以及全球增暖适应的新概念。本文还简单回顾了他对大气物理研究所发展的杰出贡献和他严谨、认真的科学精神。

• 中国近海变暖和海洋热浪演变特征及气候成因研究进展

  蔡榕硕, 谭红建

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23313

  摘要(536) HTML(0) PDF(2.60 M)( 1627)

  摘要：近几十年来,气候变化背景下中国近海海表面温度(SST)显著上升且极端高海温事件(海洋热浪)频发,时常引发海洋生物大规模死亡和赤潮暴发等生态灾害。为此,回顾了中国近海变暖及海洋热浪的相关研究进展,包括海温变化趋势和变率、海洋热浪演变特征和气候成因,以及相关的影响,并探讨了应对策略。分析结果表明,1960–2022年,中国近海尤其是东中国海(渤、黄和东海)对气候变化的响应显著,SST分别上升了1.02 ±0.19°C、1.45±0.32°C,并有明显的年代际和年际变率；SST的变化除了受到ENSO、PDO等大尺度海气相互作用的影响,还受到东亚季风变化与黑潮经向输运的直接影响和共同作用。中国近海变暖还引起了地理等温线明显向北迁移,导致季节性物候发生变迁(春季提前和秋季滞后),并影响海洋生物生长节律、地理分布、群落结构和生态服务功能,而频繁发生的海洋热浪也对珊瑚礁等海洋生态系统和海水养殖业造成灾难性的影响。分析还揭示,未来中国近海较高纬度海区将暴露于更强烈的升温、热浪、酸化、缺氧和生产力降低等综合影响下,海洋生态系统尤其是中国南海珊瑚礁生态系统面临突破气候临界点的风险。当前除应加强对中国近海变暖和海洋热浪物理过程、可预报性及预测预警等研究外,还亟需采取变革性的海洋气候行动及应对措施,增强海洋生态系统的气候恢复力,应对未来气候变化的影响。

• 东亚夏季风与热带海气相互作用研究进展

  陈文, 于甜甜, 冯娟, 陈尚锋, 朴金玲

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23310

  摘要(168) HTML(0) PDF(2.37 M)( 1348)

  摘要：在东亚夏季风变异的众多影响因子中,热带海温是影响夏季风系统变化的主要原因。近年来,国内外学者在热带海温异常对东亚夏季风影响的研究方面取得了很大进展。本文从季节内、年际到年代际时间尺度,简要回顾了近年来关于热带海气相互作用影响东亚夏季风变异及其机理的研究进展,特别综述了关于ENSO、热带印度洋和大西洋海温异常对东亚夏季风系统的影响和机理方面的主要研究进展。此外,本文还系统回顾了热带海温对东亚夏季风与冬季风关联的影响及过程。最后,提出了在热带海温异常影响东亚夏季风季节内尺度变化、全球变暖下热带海温的变化及其对东亚夏季风的影响等方面值得深入探讨的科学问题。

• 海气关系的季节变化和时间-空间尺度依赖性

  WU RENGUANG, 孙小山

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23303

  摘要(155) HTML(0) PDF(1.13 M)( 1373)

  摘要：本文根据近年来对于表面湍流热通量和海表面温度变化关系的分析回顾了海气关系的季节变化和时间-空间尺度依赖性。内容包括表面湍流热通量和海表面温度变化关系的表征方法、区域变化、季节变化和随时间、空间尺度的变化，以及表面风速和海气湿度差对表面潜热通量和海表面温度变化关系的相对贡献。表面湍流热通量和海表面温度变化关系在中纬度海洋锋区和副热带涡旋区显著不同。在中纬度海洋锋区，海洋过程对海表面温度变化的贡献占主导地位，因而表现为海洋强迫作用，并且冬季比夏季更大。在副热带涡旋区，表面湍流热通量对海表面温度变化的作用更为显著，因而表现为大气强迫作用，并且夏季比冬季更为明显。在阿拉伯海西部地区，夏季海洋过程对海表面温度变化影响明显，表现出海洋强迫作用，而冬季以表面湍流热通量影响为主，表现为大气强迫情况。在孟加拉湾、南中国海和菲律宾海地区，无论冬夏季都表现为大气强迫作用。在中纬度海洋锋区冬季和阿拉伯海西部地区夏季，海洋强迫随时间尺度增长而增强，而在其它地区和季节，存在由较短时间尺度的大气强迫为主向较长时间尺度的海洋强迫变得重要的转换，转换的时间尺度大约在20-40-天。在中纬度海洋锋区，海洋强迫作用随空间尺度增大而减弱，并向大气强迫情况转换，转换的空间尺度夏季比冬季小。一般而言，大气强迫作用随空间尺度增大而增强。

• 关于亚洲中高纬区极端气候的研究 ——国家自然科学基金重大项目内容及阶段进展简介

  王会军

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2310.23301

  摘要(150) HTML(0) PDF(605.02 K)( 1010)

  摘要：近年来极端气候的发生频率和强度有明显增强的趋势，在我国尤为突出（Yin et al., 2023b），造成了越来越大的对经济社会和人民生命安全的威胁。我国科学家也越来越关注我国及东亚区域的极端气候问题。对比而言，亚洲中高纬区虽然也是气候变化的高敏感区，受到的关注却相当少，可能是源于气候资料的相对欠缺，也可能和亚洲高纬度区域（特别是西伯利亚地区）人口少、经济社会发展之后有关。实际上，随着对于北极放大效应的研究的深入，极其有必要开展对整个亚洲中高纬区开展气候变化影响和极端气候研究，把我国科学家高度关注的研究区域从东亚区向北延伸。其中有很多关键科学问题需要研究，特别是该区域极端气候的形成与变异过程、机制以及可预测性，极端气候对生态系统的影响，极端气候的未来演变趋势，等等。因此，国家自然科学基金委地学部在择优的基础上以重大项目的力度支持了这个方面的研究（项目执行期为2020-2024年）。本文概要介绍了该项目的框架和若干初步研究进展。

• 二级地形东移MCS影响下游降水的典型个例研究

  杨如意, 张元春, 孙建华, 慕建利, 于廷照

  优先出版日期:2023-11-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23080

  摘要(237) HTML(0) PDF(6.03 M)( 1239)

  摘要：本文针对一次典型的二级地形中尺度对流系统(mesoscale convective system, MCS)东移与高原东移对流合并影响下游对流系统个例开展数值模拟研究, 发生时段为2016年6月29日-7月1日,本次过程导致长江中游至江淮流域地区出现了一次范围较大的强降水过程。高分辨率的数值模拟清楚地再现了二级地形对流东移与高原东移对流合并发展影响下游对流系统的发展过程,较好地刻画出长江中下游地区降水的时空分布特征。此次对流发展过程主要经历形成,移出,合并和减弱阶段。其中,在形成阶段,由于西南低涡东北的气旋式扰动,二级地形MCS于夜间在西部山地地区形成,至次日凌晨东移到二级地形东部边界并且增强发展。发展加强后的二级地形MCS逐渐移出地形之后下游已有零散对流(高原东部对流东移至二级地形东部所致)在午后逐渐组织起来后,受到夜间增强的低空急流影响,与二级地形东移对流合并发展。合并后的MCS东移和发展推动上升运动增强,从而低层辐合增强,对流层低层诱发中尺度涡旋,涡旋和对流共同发展,引发长江中下游地区强降水。

• 2002年至今北京大气气溶胶光学特性的地基遥感连续观测

  陈洪滨, 施红蓉, 范学花, 夏祥鳌

  优先出版日期:2023-10-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23320

  摘要(147) HTML(0) PDF(2.01 M)( 1730)

  摘要：长时间序列的气溶胶光学特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础,也是空气质量和环境健康研究重要数据来源。本文系统评述了全球AERONET观测网,并介绍了我国最长观测时间的AEROENT北京站(IAP)发展状况和一些研究成果；使用北京站长达20余年的观测数据,针对AERONET光学辐射产品的多时间尺度变化特征进行系统分析,讨论了长期观测的重要性和迫切性。

• 春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究

  张超, 段安民

  优先出版日期:2023-10-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2309.23306

  摘要(208) HTML(0) PDF(1.98 M)( 1483)

  摘要：冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究，主要结论如下：(1)1990s初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型，这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响，也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关；(2)春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送，进而影响东亚夏季风降水格局变化；(3)青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带；(4)大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化，当大西洋年代际振荡为正(负)位相时，春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强(减弱)。最后，本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。

• 陆地高分辨率水文-生物地球化学过程三维模型CNMM-DNDC的研发及应用进展

  郑循华, 李思琪, 张伟, 刘春岩, 姚志生, 韩圣慧, 王睿, 王凯, 李勇

  优先出版日期:2023-10-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23314

  摘要(257) HTML(0) PDF(4.46 M)( 1355)

  摘要：CNMM-DNDC是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文-生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发其首个版本以来，该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展，在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本理化生过程层面，完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明，CNMM-DNDC基本普适于不同生物气候带（从热带到寒区多年冻土地带）的流域或区域长时间序列“三高”（即时间、空间和过程高分辨率）综合模拟，实现对陆地生态系统的碳氮磷水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策，可望为协同落实多个联合国可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

• CMIP6模式关于中国LAI对温度和降水变化敏感性的模拟能力评估

  王丹云, 曾晓东, 宋翔

  优先出版日期:2023-10-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22067

  摘要(272) HTML(0) PDF(3.05 M)( 1720)

  摘要：评估地球系统模式对气候和植被的模拟能力是利用地球系统模式进行气候变化、陆地生态系统、碳循环研究的基础。基于观测和遥感数据,本文评估了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中18个全球耦合模式对中国生长季温度、降水和叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)的模拟性能；采用多元线性回归模型,定量植被对温度、降水的敏感性,并评估CMIP6模式对植被敏感性在地理和气候空间上的模拟能力。研究结果表明,(1)大部分模式可较好地模拟生长季温度、降水和LAI的气候态空间分布特征,但普遍高估全国平均LAI,且各模式对气候和植被变化趋势的模拟结果存在较大偏差；(2)与观测数据相比,大多数模式可模拟出植被敏感性正负符号的空间分布特征,但模式对植被敏感性幅度及其在气候态空间的分布(即：与气候场的对应关系)的模拟能力仍有待进一步提高；(3)基于模式在生长季的温度、降水、LAI及其敏感性方面的综合排名,四个模拟性能最佳的模式分别为CanESM5-CanOE、INM-CM5-0、IPSL-CM6-LR和MPI-ESM1-2-LR。

• S/C波段雷达和X波段相控阵雷达 混合仰角反射率拼图方法

  朱自伟, 戚友存

  优先出版日期:2023-10-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23055

  摘要(595) HTML(0) PDF(1.10 M)( 1383)

  摘要：[目的]气候变化使得灾害性天气事件发生频率增加，这对灾害性天气监测提出了更高的要求。近年来，我国许多城市组建了X波段天气雷达监测网作为对传统的S波段和C波段业务天气雷达监测网的补充，以提高灾害性天气监测的时空分辨率，同时改善对天气系统低层信息的观测。混合仰角反射率是从天气雷达覆盖范围内的多仰角反射率观测信息中提取出的离地面最近且未受地形遮挡的反射率，对于监测对流系统低层的发生、发展具有重要的价值。为了充分发挥S/C波段雷达探测范围广与X波段雷达观测时空分辨率高的优势，[资料和方法]提出了S/C波段雷达和X波段雷达混合仰角反射率拼图方法，步骤包括：（1）混合仰角反射率形成；（2）不同波段雷达反射率转换；（3）多雷达反射率拼图。[结果]基于上述方法，产生了深圳市和西安市混合仰角反射率拼图产品，空间分辨率为30 m，时间分辨率为1 min。利用全球降水观测计划双频卫星测雨雷达（GPM-DPR）观测的反射率，通过不同降水类型的个例对拼图产品进行了评估。[结论]结果表明，混合仰角反射率拼图产品与GPM-DPR的反射率观测数据具有较高的一致性，平均偏差在±1dB以内。

• 大西洋多年代际振荡对东亚气候影响的综述

  姜大膀, 司东, 缪家鹏

  优先出版日期:2023-10-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.23311

  摘要(380) HTML(0) PDF(1.39 M)( 2114)

  摘要：本文综述了近年来有关大西洋多年代际振荡（AMO）及其对东亚气候影响的研究进展，主要包括AMO的形成机制与指数定义、AMO对东亚夏季和冬季气候的影响、AMO与其他大洋的协同作用。目前，关于AMO的形成机制仍有不同意见，传统观点认为AMO是气候系统内部过程尤其是大西洋经向翻转流造成的，但近期有工作指出AMO是气溶胶、火山喷发等外强迫驱动产生或是海洋对大气随机强迫的一种响应。AMO可以通过三种途径调制东亚夏季气候，当AMO处于正位相时，东亚夏季风加强、降水增多、气温升高，反之亦然。同时，AMO正位相有利于东亚冬季风偏强，欧亚大陆中纬度及中国北方偏冷；负位相时则大体相反。鉴于AMO的重要作用，加深理解AMO形成机制及其对东亚气候影响有益于提升东亚气候的年代际预测水平。

• 不同模式背景场对复杂山地百米级温度和风场融合预报影响的对比研究

  宋林烨, 杨璐, 程丛兰, 陈明轩, 曹伟华, 吴剑坤

  优先出版日期:2023-10-07  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23059

  摘要(203) HTML(0) PDF(4.18 M)( 1204)

  摘要：基于高分辨率融合集成预报RISE系统，采用华北3km分辨率快速循环更新的中尺度数值模式CMA-BJ、欧洲中心0.125度分辨率全球数值模式ECMWF、常规自动站和冬奥赛道加密自动站逐时观测资料，以北京冬奥会复杂山地为研究区域，对比分析了不同模式背景场对100m网格分辨率地面2-m温度和10-m风场融合分析和1-24小时逐小时间隔预报准确性的影响。结果表明：（1）采用区域模式和全球模式作为RISE系统背景场，均可有效形成复杂山地百米级精细化融合产品，但不同模式背景场对不同气象要素分析和预报性能的影响存在明显差异；（2）对于温度分析，模式背景场的影响最小，以CAM-BJ和ECMWF为模式背景场的RISE温度分析场空间分布基本一致，分析MAE误差均小于0.2oC；（3）对于风场分析，采用高分辨率区域模式比粗分辨率全球模式更能提升RISE高精度风场融合产品精细化水平；（4）对于温度预报，以ECMWF为背景场的RISE 100m格点融合预报性能显著优于CMA-BJ背景场，冬奥高山站和所有站平均预报误差分别减小10.5%和7.0%；（5）对于风场预报，以CAM-BJ和ECMWF为模式背景场的RISE冬奥高山站临近1-6h风速预报MAE误差分别为1.42m/s和1.30m/s，7-24h预报MAE则分别为1.52m/s和1.54m/s，而RISE区域内所有站1-24h平均MAE误差分别为1.38m/s和1.24m/s。研究成果有助于深入理解模式背景场在百米级融合预报中的作用，对提升复杂地形下天气预报准确性有重要的科学意义和业务应用价值。

• 雾顶辐射冷却驱动的湍流混合对华北平原雾的影响作用

  田梦, 吴彬贵, 廖云琛, 杨健博, 刘海玲

  优先出版日期:2023-09-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.22249

  摘要(169) HTML(0) PDF(3.25 M)( 1229)

  摘要：雾顶辐射冷却是雾演变过程中的一个重要物理过程，它能驱动“自上而下”的湍流混合，因此YSU（Yonsei University）方案中引入了刻画该过程的模块（ysu_topdown_pblmix）。然而，这种“自上而下”的湍流混合对华北平原雾的影响作用尚不清楚。本文基于葵花-8卫星反演资料、地面自动站观测资料、大气边界层观测塔涡动相关观测，结合大涡模拟结果，分析ysu_topdown_pblmix在华北平原雾模拟中的影响作用。研究发现，虽然ysu_topdown_pblmix整体降低了华北平原雾的雾区模拟评分，但它却明显改进了近地层温度、湿度和雾边界层结构的模拟，这得益于雾顶辐射冷却驱动的“自上而下”的湍流混合。然而，目前ysu_topdown_pblmix中的夹卷作用偏强，导致雾顶之上的暖空气过多卷入雾体内部使得雾过快消散。敏感性试验显示，通过减小ysu_topdown_pblmix中的蒸发增强系数可以降低雾顶湍流夹卷强度，从而改善雾区模拟效果。本文研究工作表明，华北平原雾的数值模拟中有必要引入ysu_topdown_pblmix，但需要进一步改进其中的有关参数。

• 基于雷达观测的福建转折性降雪垂直特征分析

  官晓军, 戚友存, 江颖, 李婷婷, 朱自伟, 姜立智, 汪澜

  优先出版日期:2023-08-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23063

  摘要(274) HTML(0) PDF(4.99 M)( 1471)

  摘要：2022年2月19-23日福建地区出现转折性降雪天气，环流背景是中层暖层和低层冷层并存，地面有雨、雨夹雪和纯雪等多种天气现象，预报难度大。基于天气雷达等资料，采用基于粒子谱数据的降水类型分类方法对各站点降纯雪和雨夹雪时段进行划分，结合天气形势和雷达参量垂直特征，重点分析了环境温度演变对转折性降雪的影响以及转折性降雪的垂直演变特征。结果表明：（1）地面气温和地形分布较为均匀时，可根据反射率因子垂直廓线(VPR)和环境温度特征判断雨夹雪和纯雪之间的转换，即纯雪阶段VPR随高度降低单调递增，雨夹雪阶段廓线中层存在融化层亮带特征；分析时应特别关注雷达对低层降水的观测能力，当雷达受观测环境限制，无法反映近地层温度差异造成的降水特征变化时，即使在高空VPR相似的情况下，地面降水类型也可能显著不同；（2）降雪粒子的双偏振雷达参量垂直特征表明，转折性降雪高层和融化层高度以上的粒子增长机制与一般纯雪过程类似，不同点在于受中层暖层和低层冷层影响，粒子经历了复杂的融化和冻结过程。粒子下落到暖层后出现融化层亮带特征，融化层以下则视低层冷层强度和地面气温不同，粒子完全或部分冻结，地面可能出现纯雪或雨夹雪；雷达参量垂直结构特征（例如融化层亮带的强度变化）能实时反映环境温度变化，有助于判断地面降水粒子相态，可一定程度上弥补模式预报不够精准和单点探空垂直观测欠缺的问题。

• 人为辐射强迫加速近期冬春季青藏高原东部雪深消融速率

  廖舒洁, 吴其冈, 孙冷, 姚永红, 户元涛

  优先出版日期:2023-08-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23051

  摘要(185) HTML(0) PDF(5.85 M)( 1134)

  摘要：冬春季青藏高原东部平均雪深具有明显的年代际变化特征,大约上世纪90年代之前呈现显著增加趋势,之后为显著减少趋势。本文首先利用观测资料分析1960-1989年和1990-2014年两阶段青藏高原东部冬春季雪深与相关气象要素场(包括气温和降水)和大气环流条件等的趋势及其相互联系。其次选用CESM2模式的三套历史输出资料,包括(1)全部外部辐射强迫,(2)温室气体辐射强迫,和(3)人为气溶胶辐射强迫等不同模拟方案,评估辐射强迫和北大西洋涛动(NAO)对两个阶段冬春季青藏高原东部雪深趋势的分别影响。观测分析表明,1990年以后冬季雪深减少趋势主要由地表气温升高和降雪减少共同导致,而春季雪深减少则主要由地表气温升高所致。对比分析观测和模拟雪深及其与大气变量趋势之间的关系,结果表明,全部辐射强迫或者单独的温室气体和气溶胶辐射强迫对1960-1989年间高原东部雪深增加趋势贡献较少,NAO大约解释49%的冬季雪深增加趋势,但对春季增加趋势贡献较少。全部辐射强迫导致青藏高原东部1990-2014年间显著增温,降雪减少,对后期冬春季雪深均持续减少有显著贡献,可以解释后期观测大约29%的冬季和82%的春季站点平均积雪减少趋势。其中温室气体强迫和气溶胶辐射强迫对高原增温均有显著贡献,共同导致冬春季高原东部雪深的减少。NAO指数下降趋势可解释1990-2014年青藏高原东部冬季积雪雪深减少的22%,但对春季雪深减少贡献较小。随着未来人为温室气体增加和气溶胶排放减少,预期高原东部增暖将进一步加剧,冬春季节高原东部雪深将持续减少。

• 泛南海地区极端降水的历史分布和未来演变特征

  杨崧, 徐连连

  优先出版日期:2023-08-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.23308

  摘要(129) HTML(0) PDF(4.11 M)( 1058)

  摘要：泛南海地区是全球海-陆-气相互作用最敏感的区域之一，该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整，进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此，泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是国内外学者关注的焦点。本文利用观测数据（1951-2014年）和CMIP6两种共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）的统计降尺度数据（2015-2100年），分析了泛南海地区年平均和季节平均的日降水的最大值（RX1day）、连续5日降水的最大值（RX5day）、极端强降水天数（R20）和非常湿润天（R95p）的时空变化特征。RX1day、RX5day、R20和R95p常用于表征极端强降水、持续性强降水、极端强降水的频率和极端累计降雨量的特征。1951-2014年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的较大值均分布在东南亚、中国东南部以及青藏高原南坡地区，即这些区域不仅是极端强降水发生的区域，也是持续性强降水以及高频极端降水发生的区域。季节平均的极端降水指数特征表现为：东南亚一年四季都极易发生强降水、持续性强降水和高频极端降水；南亚、青藏高原以及东亚的各个极端降水指数在夏季最大，秋季和春季次之，冬季最小。SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下2015-2100年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的空间分布与历史时期相似，且对整个区域而言，各个指数均呈显著增加的趋势。由各个指数在未来三个时段（2016-2035年，2046-2065年和2080-2099年）相比于1995-2014年的百分比变化可知，南亚和青藏高原是泛南海地区未来强降水、持续性强降水以及高频极端降水变化最显著的区域。由此可知，虽然东南亚是历史时期四个极端降水指数的大值区，但该区域各个极端降水指数在未来三个时段的变化没有其他区域明显。此外，以东南亚为例，本文分析了该区域1979-2019年夏季极端降水的形成机理，发现印度洋冷海温异常、热带北大西洋暖海温异常以及热带太平洋和大西洋海温异常是造成东南亚夏季极端降水呈北湿南干、全区一致偏湿和北干南湿的关键因子。

• 两种分辨率全球模式对中国区域气象要素模拟能力及暴雨个例分析

  贾佳, 丹利, 王立志, 詹思玙, 马柱国

  优先出版日期:2023-08-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23067

  摘要(197) HTML(0) PDF(2.69 M)( 1589)

  摘要：数值天气预报效果的改进依赖于模式物理过程的完善、模式初始场的改进以及模式空间分辨率的提高,其中模式分辨率的提高已成为改善模式预报效果一个有效途径。基于全球数值预报模式,利用T1534(13km)和T254(55km)两种不同分辨率模式进行预报,并对中国区域气温、气压、风速和降水预报效果进行分析。结果表明：两种分辨率模式产品针对中国区域气压的模拟中,华北地区的预报效果最好,ERA5再分析资料的相关系数均达0.8以上,且7个子区域的均方根误差随着分辨率增高均显著降低；对气温的模拟中,西南地区的均方根误差较小为2.171,在提高模式分辨率后均方根误差为1.523,减少了30.1%；对风速的模拟中,两种分辨率产品在季风区的相关系数普遍高于非季风区；在地形复杂的地区如西北地区而言,随着模式分辨率的增加,风速均方根误差却小幅度增大,由此可见,模式分辨率的提高不一定能提高风速预报的准确性。针对2019年8月10日山东地区发生强降水天气过程,两种不同分辨率的模式产品均能较好的模拟出降水特征,覆盖了实际降水落区,高分辨率模式预报各种降水等级的偏差评分均低于低分辨率。此次强降水过程在降水当日相对湿度接近于饱和状态,易于凝结,且随着模式分辨率的提高,相对湿度增强,结构更加精细,同时高分辨率模式模拟的低层气旋中心气压较低分辨率模式更低,气旋的强度更大,对流降水过程更强。

• 我国大气电学研究的最新进展

  郄秀书, 朱江皖, 底绍轩, 骆烁名, 黄子凡, 刘冬霞, 张鸿波, 袁善锋, 刘明远, 孙竹玲, 徐晨, 孙春发, 王东方, 蒋如斌, 杨静

  优先出版日期:2023-08-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23307

  摘要(307) HTML(0) PDF(2.23 M)( 2337)

  摘要：大气电学主要研究地球大气和近地空间发生的电学过程及其机理和影响，其核心研究内容是雷电物理和雷暴电学。自1980年代以来，中国大气电学研究不断取得新的进展。得益于高时间分辨率雷电探测技术的进步，大气电学研究不仅在雷电物理学和雷暴云电荷结构方面取得了重要成果，也在雷电和雷暴对近地空间的影响、强对流天气的雷电特征、以及雷电资料同化和预警预报等方面取得了重要进展。本文从六个方面对近五年来大气电学的主要研究进展进行回顾，包括高精度雷电探测和定位技术、雷电物理过程和机制、雷暴对中上层大气的影响、雷暴云电荷结构的观测和数值模拟、强对流天气的雷电特征与预报、雷电对气候变化的影响与响应等，最后对大气电学未来发展进行展望。

• 东北亚地区冷涡活动特征及其影响期间我国东北暖季降水分布

  黄丽君, 崔晓鹏, 陈力强

  优先出版日期:2023-07-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23030

  摘要(311) HTML(0) PDF(2.63 M)( 1516)

  摘要：本文客观识别和追踪了2000~2019年东北亚地区持续时间为[6, 24)和[24, 48)小时(“短持续”冷涡)以及≥48小时(传统东北冷涡)的3730次冷涡过程,分析了不同持续时间冷涡时空分布、强度和尺度特征的差异及其影响期间我国东北暖季降水分布。结果表明：(1)持续时间为[6, 24)小时的冷涡发生频次最多(占比约60%),传统东北冷涡频次最少(占比约15%)。(2)冷涡更易出现在暖季5–8月,但不同持续时间冷涡频数峰值月份不同。(3)持续时间为[6, 24)、[24, 48)和≥48小时的冷涡中心活动主要高频区分别出现在识别区域东北角、东北象限和中部；冷涡中心初现时刻位置主要位于45°–55°N之间的识别区域西边界附近,但持续时间为[6, 24)([24, 48))小时的冷涡中心初现时刻位置在识别区域东北象限(中北部)亦存在高频区；冷涡中心在分析区域内的最后出现时刻较多位于40°N以北的分析区域东边界附近。(4)冷涡持续时间越长,强度越强、半径越大；冷季冷涡强度和半径大于暖季。(5)东北暖季,冷涡背景下总降水量和短时强降水量占比均值均超过60%(后者更大),冷涡持续时间越长,上述占比相对越大；不同持续时间冷涡影响期间,总降水量/短时强降水量占比空间分布存在明显差异。“短持续”冷涡相关研究同样需要重视。

• 东北冷涡低温影响的关键环流型及其机理研究

  陈晨, 谢作威

  优先出版日期:2023-05-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23015

  摘要(460) HTML(0) PDF(5.80 M)( 1599)

  摘要：东北冷涡常导致东北地区夏季低温冷害,给“东北粮仓”带来“哑巴灾”。本文利用欧洲中心第五代再分析资料，分析了1979–2021年初夏（5–6月）东北冷涡低温影响的关键环流配置及其形成和维持机理。结果表明：贝加尔湖地区和鄂霍茨克海地区的脊以及东北冷涡共同组成了典型的倒“Ω”环流，有利于高纬度地区冷空气和高位涡侵入东北地区；同时，鄂霍茨克海地区高压南侧的偏东风将冷空气输入东北地区，这两股冷空气共同造成东北地区异常偏冷。自东欧平原至贝加尔湖“- + -”Rossby波列是东北冷涡的前兆信号，非绝热加热和摩擦作用促进了这一Rossby波列初期的发展。随后，Rossby波的作用起着主要贡献，它使高位涡不断向南入侵和堆积，并在东亚急流的正压变形作用下，形成深厚的东北冷涡。随着Rossby波能量向下游频散以及非绝热加热和摩擦的耗散作用，东北冷涡急剧减弱。而当贝加尔湖北侧地区为准定常脊的维持时，它切断了东北地区与高纬度的冷空气和高位涡的联系，Rossby波能难以使东北冷涡发展，因而对东北地区无明显低温影响。

• CLM4.5模拟淮南山地森林陆气交换过程

  戴秋丹, 郭振海, 王龙欢, 孙向明, 谢正辉, 孙菽芬, 肖霞

  优先出版日期:2023-05-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22186

  摘要(272) HTML(0) PDF(2.08 M)( 1557)

  摘要：摘要 基于2010-2019年ERA5单层再分析资料，结合淮南森林观测站2016年5月1日至2017年4月30日的大气边界层塔（PBL塔）观测资料，驱动陆面模式CLM4.5，模拟了淮南山地森林下垫面上的陆面过程；并比较分析了不同驱动场对其影响；同时也设计了土壤质地对土壤湿度影响的三个模拟实验。结果表明，CLM4.5对淮南森林陆气交换过程表现了较好的模拟性能，PBL塔观测资料驱动的总体模拟效果优于ERA5再分析资料的。在辐射模拟方面，CLM4.5利用ERA5资料和PBL塔观测资料，都很好地模拟了辐射分量，特别是PBL塔观测资料驱动的全年模拟结果与观测相关系数达0.97以上，均方根误差在25.056 W m-2以下。ERA5再分析资料强迫模拟的相关系数略低，但也达到了0.92，均方根误差在29.939 W m-2以下；在土壤温度模拟方面，相关系数都达到0.98以上；土壤湿度模拟的相关系数都在0.86以上，但系统性偏高；对感热通量的模拟全年平均的相关系数分别为0.72和0.78。实测的三层土壤质地加上深层给定的土壤质地的数据对土壤湿度的模拟结果与观测最为接近，土壤质地的准确描述可以大幅提高土壤湿度的模拟。本研究发现ERA5再分析单层资料在淮南森林站精度较好，可以应用于该山地森林区域陆气交换过程的模拟研究。

• 基于无人机观测的晴天与辐射雾边界层气象要素和大气污染物高分辨率垂直分布特征的对比研究

  邬昊鹏, 牛生杰, 刘端阳, 吕晶晶, 祖繁, 周悦, 王元, 葛攀延, 汪玲玲, 鲁海宁

  优先出版日期:2022-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22180

  摘要(306) HTML(0) PDF(3.08 M)( 1226)

  摘要：为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在东海县利用无人机开展了边界层和污染物综合观测试验。研究发现：雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5-1℃/hm。雾天低空有风切变, 风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。 从污染物垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO₂浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天 O₃和NO₂的垂直变化呈现明显的负相关,NO₂呈负梯度变化。 PM_1.0、PM_2.5和PM₁₀在雾天要比晴天高出一倍以上, CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。 TVOC、NO₂ 、PM_1.0、PM_2.5和PM₁₀会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。 颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。PM_2.5浓度的降低会使得气溶胶光学厚度减少,促进光解反应,使得PM_2.5与O₃垂直变化呈负相关。 日出后,太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空 O₃ 向下的混合导致O₃增加以及PM_2.5排放增多使得二者的垂直变化较为一致。

• 气候突变的定义和检测方法

  符淙斌, 王强

  1992,16(4):482-493, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1992.04.11

  摘要 (13693) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (9195)

  摘要：气候突变现象及其理论的研究是近代气候学一个新兴的研究领域.本文是气候突变研究评述的第一部分,着重讨论了突变,主要是气候突变的定义和气候突变信号的各种检测方法.把气候突变归纳为四类,即均值突变、变率突变、转折突变和翘翘板(seasaw)突变.并通过Mann-Kendall法的检测,发现在本世纪20年代经历了一次全球范围的气候突变.

• 2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析

  黄荣辉, 刘永, 王林, 王磊

  2012,36(3):443-457, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11101

  摘要 (11385) HTML (0) PDF (7.74 M) (7467)

  摘要：我国西南地区从2009年秋季到2010年春季发生了严重干旱, 这次干旱无论持续时间和发生区域或降水减少程度都是近50年来所罕见的, 因而本文利用NCEP/NCAR再分析资料和海温资料从热带西太平洋和热带印度洋热力异常对热带西太平洋和南亚上空大气环流的影响来分析了这次西南地区干旱发生的成因。分析结果表明: 从2009年秋到2010年春季, 热带西太平洋和热带印度洋处于升温状态, 它使得热带西太平洋上空产生反气旋异常环流, 造成了西南气流异常在我国东南沿海加强, 而华南和华中地区上空处于低槽控制, 因而在高原东部为槽后西北气流和下沉气流所控制, 造成了从孟加拉湾来的水汽很难到达云贵高原, 从而引起了此区域降水长期偏少。并且, 分析结果还表明了中高纬度地区的环流异常对此次严重干旱也有重要影响。由于从2009年冬季到2010年春季中高纬度准定常行星波传播的极地波导偏强, 而低纬波导偏弱, 这导致波的E-P通量在60°N附近对流层和平流层为辐合, 而在35°N附近对流层中、上层为辐散, 从而引起纬向平均西风在60°N附近对流层和平流层减弱, 而在35°N附近对流层中、上层加强, 造成了北极涛动 (AO) 为很大的负值。由于AO为负值, 东亚冬季冷空气活动强且路径偏东, 使得到达西南地区冷空气偏弱, 从而引起西南地区持续性严重干旱的发生。

• APHRODITE高分辨率逐日降水资料在中国大陆地区的适用性

  韩振宇, 周天军

  2012,36(2):361-373, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11043

  摘要 (10869) HTML (0) PDF (12.25 M) (7372)

  摘要：日本APHRODITE (Asian Precipitation-Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of Water Resources) 研究计划建立了一套高分辨率的逐日亚洲陆地降水数据集 (简称APHRO), 时间从1951年到2007年, 空间分辨率为0.25°×0.25°。本文从气候态、 不同等级降水量分布以及长期变化等方面分析, 通过与中国559个台站观测资料对比, 考察了该降水资料在中国地区的适用性。结果表明: (1) 气候态分布方面, APHRO降水量与台站资料一致, 并且可以准确表征雨带的季节性移动; 但是, 与台站资料相比, 这套资料的降水强度偏小, 而降水频率偏大。 (2) 考察不同等级降水量的分布发现, APHRO资料的暴雨年降水量相对偏少, 而小雨和中雨的年降水量偏多。 (3)APHRO资料揭示的近50年降水量的变化趋势与台站资料大致相同, 并能反映年平均降水频率 “西增东减” 的趋势; 两套资料近50年的年平均降水强度在东南沿海和西北部等区域都呈增加趋势, 但APHRO在华北、 东北和江淮区域的降水强度变化趋势与台站资料差异显著。此外, 在年代际变化方面, APHRO资料对中国东部降水夏季 “南涝北旱” 和 “江南春旱” 强度的描述与台站资料有所不同, 降水量的变化趋势偏弱。

• 夏季热带西太平洋上空的热源异常对东亚上空副热带高压的影响及其物理机制

  黄荣辉, 李维京

  1988,12(s1):107-116, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1988.t1.08

  摘要 (10856) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (419)

  摘要：

• 我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系

  黄荣辉, 陈际龙, 刘永

  2011,35(4):589-606, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.04.01

  摘要 (10289) HTML (0) PDF (6.09 M) (8406)

  摘要：本文利用1958～2000年ERA-40再分析每日资料和我国516台站降水资料以及EOF方法, 分析了我国东部季风区夏季降水异常主模态的年代际变化特征及其与东亚上空水汽输送通量时空变化的关系。分析结果表明了我国东部季风区夏季降水的时空变化存在两种主模态: 第1主模态不仅显示出明显的准两年周期振荡的年际变化特征且也有明显的年代际变化, 在空间上具有经向三极子型分布; 第2主模态显示出明显的年代际变化特征, 且在空间上具有经向偶极子型分布。这表明了这两主模态有明显的年代际变化, 在1958～1977年期间我国东部夏季降水异常分布为从南到北 “＋－＋” 经向三极子型分布, 而在1978～1992年期间降水异常出现了与1958～1977年相反的分布, 为从南到北 “－＋－” 经向三极子型分布。然而, 在1993～1998年期间, 由于第2主模态的作用增大, 我国东部夏季降水异常为从南到北经向三极子型与 “＋－” 偶极子型模态的结合, 这使华南夏季降水明显增加。并且, 分析结果还表明: 这两主模态的年代际变化与东亚上空夏季水汽输送通量的时空变化密切相关, 它不仅与东亚和西北太平洋上空似如东亚/太平洋型 (EAP型) 遥相关波列分布的夏季水汽输送通量异常年代际变化有关, 而且与欧亚上空中高纬度西风带似如欧亚型 (EU型) 遥相关波列的夏季水汽输送通量异常年代际变化密切相关。

• 大气边界层物理与大气环境过程研究进展

  张美根, 胡非, 邹捍, 等

  2008,32(4):923-934, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.04.18

  摘要 (10002) HTML (0) PDF (1.90 M) (21568)

  摘要：总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展，其中，第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平；北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征，近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势；北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动，而大风的概率分布偏离高斯分布，风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减，大风中风速很大的部分具有分形特征；珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验；白洋淀地区的观测研究表明，非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点，无论是边界层结构还是湍流输送方面，水、陆边界层之间存在一定的差异，凸显其地表非均匀性的作用；为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用，研制或发展完善了多套大气污染模式系统，包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。

• 大气边界层和大气环境研究进展

  胡非, 洪钟祥, 雷孝恩

  2003,27(4):712-728, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.04.18

  摘要 (9703) HTML (0) PDF (736.82 K) (11832)

  摘要：大气边界层物理和大气环境是大气科学的重要领域,中国科学院大气物理研究所自成立以来在这一研究领域取导了丰硕的成果.作者重点介绍最近十多年来在大气边界层探测、大气边界层结构特征、大气湍流理论、城市和区域大气污染预测预报模式研究等方面取得的重要进展,并对大气边界层和大气环境研究的未来发展作了展望.

• 太平洋年代际振荡的研究进展

  杨修群, 朱益民, 谢倩, 任雪娟, 徐桂玉

  2004,28(6):979-992, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.06.15

  摘要 (9488) HTML (0) PDF (1.32 M) (12755)

  摘要：作者以太平洋年代际振荡(PDO)现象为重点,系统地回顾了太平洋年代际变率观测、模拟和理论研究的国内外进展.在PDO时空结构方面,总结了PDO的基本观测事实,在PDO成因方面,从海洋大气相互作用观点出发比较了三类PDO形成机制的理论或假说,讨论了现有理论或假说中存在的若干问题,并提出了未来研究的方向和需要解决的关键科学问题.作者也简要介绍了东亚及中国气候年代际变化的特征及其和太平洋海表温度异常的联系,并讨论了东亚大气环流异常在PDO形成中的可能作用.

• 7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

  江志红, 陈威霖, 宋洁, 等

  2009,33(1):109-120, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.01.10

  摘要 (9224) HTML (0) PDF (806.32 K) (7591)

  摘要：利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。

• 30年来我国大气气溶胶光学厚度平均分布特征分析

  罗云峰, 吕达仁, 周秀骥, 李维亮

  2002,26(6):721-730, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2002.06.01

  摘要 (9086) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (7192)

  摘要：利用北京等46个甲种日射站1961～1990年逐日太阳直接辐射日总量和日照时数等资料,反演了30年来各站逐年、逐月0.75μm大气气溶胶光学厚度(Aerosol OpticalDepth,简称AOD)平均值,分析了我国大气气溶胶光学厚度的年、季空间分布特征和年代际之间的变化.结果表明:我国大气气溶胶光学厚度的多年平均分布具有典型的地理特征,除个别大城市外,100°E以东,AOD以四川盆地为大值中心向四周减少;100°E以西,南疆盆地为另一个相对大值中心.气溶胶光学厚度的各季分布具有各自的特征.20世纪60年代,我国大气气溶胶光学厚度的平均分布特征是以四川盆地和南疆盆地为两个大值中心向四周减少;70年代,绝大多数地区AOD值增加,其中从四川盆地到长江中下游地区以及华南沿海等地,AOD增加较为明显,AOD的分布和60年代较相似;到80年代,我国大范围地区AOD继续呈增加趋势,其中长江中下游地区,AOD增加相当明显,气溶胶光学厚度的分布发生了一定的变化.

• 夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别

  黄荣辉, 张振洲, 黄刚, 任保华

  1998,22(4):460-469, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1998.04.08

  摘要 (8904) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (7154)

  摘要：利用ECMWF所分析的1980～1989年每日各层的水汽和风场资料分析了东亚季风区夏季风的水汽输送特征，并与印度季风区夏季水汽输送进行比较。分析结果表明了东亚季风区夏季水汽输送特征明显不同于印度季风区夏季水汽输送，东亚季风区夏季水汽输送经向输送要大于纬向输送，而印度季风区夏季水汽输送则以纬向输送为主。分析结果还表明东亚季风区由于夏季水汽分布是南边大、北边小，偏南季风气流所引起的水汽平流是湿平流。因此，水汽的辐合主要由季风气流所引起的水汽平流所造成，而印度季风区季风气流所引起的水汽平流是干平流，它利于水汽输送的辐散，水汽的辐合主要是由于风场的辐合所造成。

• ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究

  金祖辉, 陶诗言

  1999,23(6):663-672, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1999.06.03

  摘要 (8737) HTML (0) PDF (413.03 K) (7413)

  摘要：用中国160个站月平均降水量和赤道东太平洋Ni?o 3区海温资料研究了ENSO循环过程的不同位相与中国降水的关系。结果显示ENSO循环对中国冬、夏季降水丰或欠及时空分布有密切关系，ENSO发展年的夏季我国东部地区以雨量偏少为主，一些地区可偏少3～5成，多雨带位于江淮之间；ENSO恢复年的夏季长江及江南地区雨量偏多，其南北两边偏少；反ENSO年的夏季长江—黄河之间及东南部雨量偏少，其北边和西南正常偏多；在ENSO的准常态年夏季，长江以北为正偏差，江南除少部分地区外降水分布接近正常。还发现ENSO暖位相与中国冬季降水也有很好关系。由于本文用准常态年降水平均值代替通常的气候平均值，因而有利于更好地揭示ENSO与中国气候变化的关系。

• 冬季北极喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对东亚冬季风的影响

  武炳义, 黄荣辉, 高登义

  1999,23(3):267-275, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1999.03.02

  摘要 (8624) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (6125)

  摘要：通过大量的数据分析发现，冬季喀拉海、巴伦支海海区是影响东亚以及北半球气候变化的关键区之一，该海区海冰面积变化与大气500 hPa高度场的EU遥相关型以及东亚冬季风强、弱之间存在密切的关系。冬季该海区海冰偏多，则500 hPa高度场容易出现EU遥相关型（日本及西欧500 hPa高度场偏高），亚洲大陆上的冷高压减弱，而北太平洋海域海平面气压升高，致使东亚冬季风偏弱以及2月份入侵我国的冷空气次数减少；而冬季该海区海冰偏少时，情况正好相反。

• 数值积分过程中截断误差和舍入误差的分离方法及其效果检验

  王鹏飞, 黄荣辉, 李建平

  2011,35(3):403-410, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.03.02

  摘要 (8604) HTML (0) PDF (403.54 K) (6700)

  摘要：本文讨论数值积分过程中截断误差和舍入误差的分离方法和理论, 解析地给出某些数值计算方法的理论截断误差, 并以此来分离计算结果中的误差。然后引入参考解的办法, 用来分离更为一般的微分方程求解过程中的截断误差和舍入误差。以参考解算法为基础, 对一个偏微分方程的数值解进行计算, 所得结果与采用理论截断误差得到的结果进行了对比, 发现：(1) 当使用迎风差和中央差格式时, 理论截断误差和近似截断误差在数值上高度一致, 说明了参考解方法的正确性; (2) 对于一阶的波动方程, 迎风差和中央差格式的理论截断误差在形式上也具有波动的周期特征, 振幅的大小与计算参数有关; (3) 理论截断误差可以适用于任意t时刻, 而近似截断误差的适用时间范围为一个有限的时间段, 不过它可以很容易的获取一般微分方程的截断误差, 而不需要复杂的理论推导。

• 北太平洋涛动的季节演变及其与我国冬春气候异常的联系

  王林, 陈文, 冯瑞权, 等

  2011,35(3):393-402, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.03.01

  摘要 (8551) HTML (0) PDF (4.18 M) (7454)

  摘要：本文利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站的观测资料, 首先定义了季节平均的北太平洋涛动 (NPO) 指数, 在此基础上分析了不同季节中NPO的时空变化特征, 特别对冬季和春季NPO与我国气温、降水异常的关系作了研究。结果表明, 作为北太平洋地区海平面气压 (SLP) 年际变化的第二模态, NPO具有相当正压的结构, 在地面表现为阿留申群岛附近和夏威夷群岛西北部附近SLP场的反相变化, 在对流层中层的结构与西太平洋型遥相关类似。随着季节的变化, NPO的两地面中心有一定的移动, 其中南部中心在东西方向的移动较明显, 而北部中心在南北方向的移动较明显。在年际变化的时间尺度上, 当NPO处于正 (负) 位相时, 东亚副热带急流轴向北 (南) 偏移, 并伴有急流出口区向下游东北 (东南) 方向的伸展。分析NPO与我国冬、春气候的关系表明, 当冬季NPO处于正 (负) 位相时, 东亚沿岸的北风有较显著的减弱 (加强), 异常的偏南 (北) 气流会带来暖湿 (干冷) 的空气, 从而导致我国东部的大部分地区显著升温 (降温), 同时江淮、长江以南地区以及西北部分地区的降水也有显著增加(减少)。而在春季, 当NPO处于正 (负) 位相时, 受到华南地区异常西南 (东北) 气流以及东亚急流入口区异常次级环流引起的上升 (下沉) 运动的共同作用, 华北地区降水会显著增加 (减少), 而气温则略有下降 (升高)。进一步分析表明, 前期冬季的NPO与我国春季的气候异常间存在紧密的联系, 若冬季NPO处于正 (负) 位相, 则在随后的春季, 我国西南部地区和北方大范围地区的气温会显著偏高(低), 而西北地区的降水会显著增加(减少), 因此, 冬季NPO对我国春季气候异常有一定的预测意义。

• 地球系统动力学模式及模拟研究

  曾庆存, 周广庆, 浦一芬, 等

  2008,32(4):653-690, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.04.01

  摘要 (8521) HTML (0) PDF (13.53 M) (15830)

  摘要：将地球上大气、海洋、地理环境和生态各圈看成一个有机的整体进行研究，并统一协调全球气候、生态与环境变化的有关研究（如WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及IPCC、Global Change等)，现称为地球系统动力学。它是新兴的学科，其核心之一就是要建立地球系统动力学理论模式并作模拟研究。本文主要概述了我国地球系统动力学模式研制和发展的有关现状及近年来特别是中国科学院“三期创新”资源和海洋科技创新基地重要方向项目群“地球系统动力学模式研究”启动前后所取得的阶段性成果及主要进展，指出了我国地球系统动力学模式发展应重点研究和解决的科学问题及其主要特色，其中有不少结果是新颖的和具有我国特点的。

• 亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

  丁一汇, 孙颖, 刘芸芸, 司东, 王遵娅, 朱玉祥, 柳艳菊, 宋亚芳, 张锦

  2013,37(2):253-280, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12302

  摘要 (8383) HTML (0) PDF (7.98 M) (11855)

  摘要：本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述。主要包括下列三个问题：
  (1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化。在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响。青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的。未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应。东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后；而南亚夏季风环流将继续减弱。这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成。
  (2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡。本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响。对TBO—海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV)TBO和淮河型(HRV)TBO的特征及其形成的循环过程。
  (3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型：即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型。它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果。据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常。最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO₂引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果。

• 我国热带气旋研究十年进展

  陈联寿, 孟智勇

  2001,25(3):420-432, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.03.11

  摘要 (8352) HTML (0) PDF (0.00 Byte) (10216)

  摘要：90年代初，国内外开展了几次大规模的热带气旋现场试验，取得了许多宝贵的加 密观测资料。利用这些资料，对热带气旋尤其是异常热带气旋开展了一系列的研究。我国科学家在国家科技攻关85-906项目中的“台风科学、业务试验和天气动力学理论的研究”等与热带气旋有关的课题和国际热带气旋研究合作项目“SPECTRUM(SpecialExperimentConcerningTyphoonRecurvatureandUnusualMovement)”中对台风的突变现象和预报技术进行了重点研究。从而在过去10年中，在台风运动突变、结构和强度突变、台风暴雨的突然增幅、热带气旋路径预报方法研究等方面都取得了新的进展。作者将对这些进展作简要综述。

• ENSO与中国夏季降水年际变化关系的不稳定性特征

  宗海锋, 陈烈庭, 张庆云

  2010,34(1):184-192, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.01.17

  摘要 (8316) HTML (0) PDF (2.75 M) (6307)

  摘要：根据1951～2007年中国160站月降水量资料和Niño 3区月平均海表温度资料， 采用滑动相关分析和合成分析等方法， 探讨了中国夏季降水与前期冬季Niño 3区海温年际变化关系的不稳定性问题。结果表明， 它们之间年际变化关系的长期变化具有明显的地域性， 东北和西北地区相关的不稳定性比东部地区大， 与预测经验吻合。同时也有明显的阶段性， 1951～2007年据滑动相关系数序列可分成1962～1977年、 1978～1992年和1993～至今三个时期。各个时期平均约为16年。它们从一个阶段向另一个阶段过渡的时间很短， 是以气候跃变的形式来完成的。近50多年来在1960年代初、 1970年代末和1980年代末1990年代初共发生了3次明显的跃变过程。跃变前后某些地区滑动相关系数的符号或强度都有显著的差异。研究还表明， 不同时期， 尽管同样是El Niño事件， 它们对中国夏季降水的影响有不同的表现。1962～1977年时间的相关模型有两条多雨带： 一条位于华北、 东北平原和内蒙古东部一线， 另一条在长江中游地区。秦岭[CD*2]大巴山区和江淮流域降水偏少。1978～1992年时期只有一条多雨带， 位于秦岭－大巴山区、 长江中游和下游一线。黄淮地区及华北至东北南部降水偏少。目前我们所处的时期 （1993～至今） 雨带分布与1962～1977年时期的模型基本相似， 也为南、 北两条多雨带， 但其北支雨带南移， 位于从川渝地区经黄淮地区、 黄河下游至东北平原一带， 湖北北部和长江下游降水偏少。呈现北方降水偏多、 南方降水相对偏少的分布。所以， 利用ENSO事件做我国汛期降水预报， 不能只考虑其平均情况的年际变化关系， 还应注意它们之间关系的不稳定性问题。

• 用CloudSat/CALIPSO资料分析亚洲季风区和青藏高原地区云的季节变化特征

  汪会, 罗亚丽, 张人禾

  2011,35(6):1117-1131, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.06.11

  摘要 (8289) HTML (0) PDF (4.62 M) (6623)

  摘要：利用2006年9月至2009年8月的CloudSat/CALIPSO资料, 分析了东亚季风区（EAMR)、印度季风区（IMR)、 西北太平洋季风区（WNPMR) 和青藏高原地区（TPR) 的云量和云层垂直结构（包括云层的垂直位置、物理厚度、相邻云层间的垂直距离和雷达反射率垂直分布)及其季节变化特征, 进一步分析了亚洲季风区低云量的分布及其与对流层低层稳定性 （LTS) 的相关。有如下结论: （1) 这期间, EAMR、IMR、WNPMR和TPR总云量分别为69%、72%、83%和69%, 其中单层云占56%（IMR和WNPMR) 至77%（TPR), 多层云中二层和三层云合起来占95%以上。IMR的总云量在夏季（>90%) 明显高于冬季（约50%), EAMR和TPR春夏季略高于秋冬季, 而WNPMR总云量的季节变化不大。（2) 同属热带季风区的IMR和WNPMR全年都有底部在10 km以上的冰晶云, 其月平均云量为20% （冬季)～70% （夏季); 海洋边界层云在WNPMR全年较常见（月平均云量为20%～40%), 而IMR的低云主要出现在夏季（20%～40%); 属副热带季风区的EAMR云层主要位于对流层中低层, 10 km以上高云仅在夏季较多（30%左右), 但其发生频率和垂直位置相对IMR和WNPMR的高云（12～16 km高度的云量为60%～70%) 较低; TPR的云主要位于4～11 km, 等高度上云内滴谱较宽。（3) 云顶在4 km以下的低云在亚洲季风区的分布在春秋季相似、夏冬季差异较大, 冬季低云量最多, 主要分布在西北太平洋、中国大陆南部及其以东的洋面和日本附近地区, 低云量为45%～70%; 低云量与LTS的相关性在冬季不强, 而其他季节相关性较好。（4) 这四个地区都以薄云为主, 有30%～40%的云层物理厚度小于1 km, 而且多层云中相邻云层间的垂直距离约有10%小于1 km, 说明现有大气环流模式需要提高垂直分辨率。