双月刊

ISSN 1006-9895

CN 11-1768/O4

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      2020年第44卷第3期

      • 赵垒,辛金元,杨磊库,司瑞瑞,刘光静

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

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

      • 马婷,刘屹岷,吴国雄,毛江玉,张冠舜

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

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

      • 张百超,郭准,周天军,陈晓龙,黄昕

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

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

      • 唐南军,任荣彩,吴国雄,虞越越

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

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

      • 赵鹤,颉卫华,吴统文,刘向文

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

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

      • 梁莉,崔晓鹏,李青青

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

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

      • 王一格,姜大膀,华维

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

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

      • 王瑜,钱忠华,颜鹏程,封国林

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

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

      • 朱磊,陆春松,高思楠,YUM Seong Soo

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

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

      • 孙志阔,刘海龙,林鹏飞,于子棚,李逸文

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

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

      • 孙萌宇,郄秀书,孙凌,刘冬霞,王东方,袁善峰,陈志雄,徐文静,孙成云,苏德斌

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

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

      • 李永生,张丽霞,王波

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

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

      • 徐道生,陈德辉,张邦林,吴乃庚

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

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

      • 郝立生,LITim,马宁,梁苏洁,谢均

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

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

      • 朱丽,苗峻峰,高阳华

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

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

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      • 杨洁帆, 胡向峰, 雷恒池, 段英, 吕峰, 赵利伟

        优先出版日期:2020-05-22  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19202

        摘要:精细的云微物理特征是研究层状云降水机制的基础。利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据,重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明,-5℃层的过冷水含量低于0.05 g?m-3,冰粒子数浓度量级101-102 L-1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。-5℃层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主,凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10-50μm的云滴为主,伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g?m-3左右,冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明:零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内,混合层的过冷水含量很低,冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长,云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高,大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示,冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高,但平均直径比过冷水低值区小。

      • 马双梅, 祝从文, 刘伯奇

        优先出版日期:2020-05-14  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19226

        摘要:2019年4-6月,云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气,并引发了严重气象干旱。本文利用1961-2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划(Community Earth System Model Large Ensemble Project)模式模拟结果,分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征,探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温天的合成分析表明,云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加,是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度和发生概率的贡献分别约为37.51%和56.32%,内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4-6月,北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面,在AO强负位相影响下,极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原,有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面,ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流,令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区,维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用,造成了2019年4-6月云南上空持续的深厚异常反气旋,云南地区继而出现持续性极端高温事件。

      • 王叶红, 张伟, 赵玉春

        优先出版日期:2020-05-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19216

        摘要:以美国国家环境预报中心全球预报系统(National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS)0.5°×0.5°分析场作为数值预报背景场,结合地面降水资料,面向资料同化分析了2017年1-12月逐日00、06、12、18 UTC福建12部L波段风廓线雷达(其中CFL-03系列3部、CFL-06系列9部)水平风产品质量特征,并初步探讨了不同质量控制方案的影响差异。结果表明:(1)CFL-06系列雷达在水平风的最大探测高度、有效数据获取率和低层水平风质量等方面明显优于CFL-03系列。(2)相同系列的不同风廓线雷达探测水平风的数据获取率、有效探测高度、标准差、相关系数及偏差的垂直分布特征等存在极大差异,该差异与风廓线雷达所处的地理位置(沿海或内陆)、海拔高度等并无直接关系。(3)各雷达站探测u风速相对背景场存在明显系统性负偏差,小于背景场,不满足资料同化对背景场的无偏需求,资料同化时需进行偏差订正;v风则相对较好。(4)降水对风廓线雷达探测影响较大,有降水时数据获取率在中低层有所减小,但在中高层则大幅提高;u、v风标准差在中低层有所增加,而在中高层v风标准差有所增加,u风标准差则大幅降低。(5)针对不同风廓线雷达,提出了不同高可信度区间和不同有效探测高度两种质量控制方案,并与固定有效探测高度方案进行了对比,结果表明,这两种质量控制方案皆具有明显优势。不同高可信度区间方案的质量控制效果更为显著,不同雷达站水平测风数据得到更加充分和有效识别,既减少了雷达资料不必要损失,又可将质量差的数据进一步剔除;该方案在有降水情形下也有较好效果。

      • 索朗塔杰, 施宁, 王艺橙, 张东东

        优先出版日期:2020-05-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19242

        摘要:前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961~2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期(1979~1986年)、暖期(1987~2007年)和后冷期(2008~2016年)三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。

      • 盛杰, 郑永光, 沈新勇, 张小雯

        优先出版日期:2020-05-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19210

        摘要:本文将计算机图形学骨架概念应用到气象学领域,发展了回波图像预处理、骨架修剪处理以及长宽比量化处理技术,该方法能自动识别出雷达回波拼图中符合气象学标准的线状对流系统(quasi-linear convective systems,QLCSs)。首先结合2016年黄淮地区一次双QLCSs过程给出了基于骨架的QLCSs客观量化算法的具体技术流程,然后利用该方法对2016年6月安徽地区的QLCSs进行客观筛选,并进一步量化识别QLCSs的移动特征,结合灾害天气实况与主观识别进行对比评估,结果表明:结合气象学标准改造的骨架图像识别算法,较好保留了气象回波形状信息,在准确量化对流系统长短轴的基础上,实现QLCSs的有效识别。而获得的量化移动矢量等特征,一方面可应用于致灾QLCSs的分类研究,为开展长序列统计及致灾机理分析提供个例识别方法和量化特征,另一方面也为QLCSs的短临监测预警业务提供新的思路。

      • 张洁, 董敏, 吴统文, 辛晓歌

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19230

        摘要:基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心(ECMWF)最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率(全球近110km) 的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压的模拟能力。再分析数据分析结果表明:“北大西洋-欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节, 夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高的预测水平的重要因素。

      • 黄昕, 周玉淑, 冉令坤, Kalim Ullah

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219

        摘要:伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:(1)此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。(2)WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。

      • 晏红明, 字俣丞

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19204

        摘要:副高是影响中国气候的大尺度环流系统,本文研究了夏季次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响及其影响的物理过程。首先根据副高东西变动的关键区位置分别定义了前夏和后夏副高东西变动指数,指数具有显著的10-30天次季节周期,能够很好表征副高次季节东西变动特征。根据指数的标准化值,共选取前夏和后夏东西事件195次(1374天)。分析表明次季节尺度上副高东西变动与西南地区降水有十分密切的联系,在副高偏西(东)事件中,副高经历了由东→西→东(西→东→西)逐渐变化的过程,相应西南大部分地区的降水经历了逐渐由少→多→少(多→少→多)变化的过程,次季节尺度上西南降水对副高变化的响应与副高东西变动过程中副高北侧及副高主体区域的水汽和气流的垂直运动有很大的关系。另外,分析发现对于西南地区而言,在副高影响背景下,贵州和重庆地区降水变化的一致性特征比较好,而云南和四川地区降水变化的区域差异比较大,尤其是云南。前夏,在副高东西变动过程中云南大部分地区的降水甚至呈现出与西南大部分地区,尤其是贵州和重庆地区的降水完全相反的特征,即副高偏西事件中,云南大部分地区的降水偏少,相反,副高偏东事件中云南大部地区的降水偏多;后夏,云南中北部地区的降水与其它地区的降水相反。

      • 庄照荣, 李兴良

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19193

        摘要:为了把反映天气形势变化的背景误差协方差引入到变分分析系统中来提高分析质量,本文在GRAPES区域三维变分框架的基础上通过扩展控制变量方法实现动态背景误差协方差与静态背景误差协方差耦合,建立混合三维变分分析系统(GRAPES Hybrid-3DVar)? 通过控制变量扰动产生的集合样本进行单点观测分析试验验证Hybrid-3DVar及其局地化方案的合理性,并针对台风苏迪罗进行实际观测资料同化和数值预报试验,结果表明:用集合样本描述的背景误差协方差是随着天气流型变化的,动力场和质量场的离散度在台风中心处最大,因而混合同化的分析增量包含更多细微结构和中小尺度信息;其分析和24h内预报要素质量优于3DVar,24h内降水强度和落区预报也更准确,混合分析改善了3DVar分析的降水预报空报问题;同时Hybrid分析24h内台风路径预报也最接近实况,台风强度预报在48h之内都比3DVar更接近观测?

      • 陈雨潇, 徐致真, 陈静, 李红祺, 陈法敬

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19157

        摘要:降水数值预报有很大的不确定性,与降水预报密切相关的物理过程参数化方案中关键参数的不确定性是降水数值预报误差来源之一,对这些参数引入随机扰动的随机参数扰动方法(Stochastically Perturbed Parameterization,简称SPP方法)可以代表模式降水预报的不确定性,是国际集合预报前沿研究领域。为了认识该方法能否代表中国冬季降水数值预报的不确定性,为业务应用提供科学依据,基于中国气象局中尺度区域集合预报模式(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Regional Ensemble Prediciton System, GRAPES-REPS),从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等四个参数化方案中选取了16个与降水密切相关的关键参数,引入了随机参数扰动方法,并通过2018年12月12日至2019年1月12日总计31天的冬季集合预报试验,对比分析了SPP方法对等压面要素及降水的集合预报效果。结果显示:在冬季应用SPP方法时,等压面要素的概率预报技巧总体来说优于无SPP方法扰动的对比试验,且对于低层、近地面要素的改进效果优于对中高层等压面要素的改进;但对降水概率预报而言,尽管检验评分数值略优于对比预报试验,但并未通过显著性检验,这表明,在东亚冬季风影响下,随机参数扰动方法对中国冬季降水概率预报技巧没有明显的改进。究其原因,可能是由于SPP方法主要代表对流性降水预报的不确定性,而中国冬季降水过程主要与斜压不稳定发生发展有关,模式降水以大尺度格点降水为主,对流性降水较少,故对冬季降水预报改进不明显,这为业务集合预报模式中应用随机参数扰动方法提供了科学依据。

      • 曹帮军, 吕世华, 张宇, 李彦霖

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19163

        摘要:为了研究湍涡对中尺度绿洲灌溉的响应,利用WRF大涡模拟模块(WRF-LES)在西北半干旱区绿洲区开展灌溉前(BI)和灌溉后(AI)两个大涡模拟试验,其中绿洲上发生的灌溉可能会改变绿洲非均匀强度。利用面积平均的办法计算湍流热通量并利用小波分析将湍流热通量模态分解到不同的尺度。 结果表明灌溉增加了土壤湿度,引起绿洲内部非均匀强度增加,灌溉对垂直热通量以及通量频散都有较大影响。AI中的湍涡为网状,与BI中一致。AI与BI中的感热通量的频散高度都随着感热通量的减小而减小。AI与BI中感热通量小波能量谱尺度一致,但是BI强度比AI小。潜热通量的频散高度依赖于感热通量,且潜热通量能量谱随高度减小。 空间滞后相关系数的结果表明由于灌溉前地表加热较强,感热通量对地表热通量的响应高度在灌溉之前(BI)比灌溉后(AI)更高。灌溉后的通量模态的飘移距离小于灌溉前的。

      • 王恺曦, 姜大膀, 华维

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19176

        摘要:本文使用三个全球气候模式驱动下的高分辨率区域气候模式RegCM4的试验数据,首先评估了RegCM4对参考时段(1986~2005年)中国干燥度指数(AI)的模拟能力,而后根据RCP4.5情景下RegCM4试验对中国未来干湿变化进行了预估研究。结果表明,RegCM4能够合理模拟中国区域AI的空间分布。两种潜在蒸散发计算方法得到的参考时段AI在空间分布和数值上存在一定差异,尤其是在中国西部高海拔地区和北方地区。在三个全球气候模式驱动场作用下的RegCM4预估试验中,21世纪中期(2046~2065年)和末期(2081~2098年)中国区域平均AI较参考时段分别减小2%~4%和2%~5%,其中西北中部变湿,其他地区均变干。不同地区未来干湿变化的主要影响因素存在差异,西北中部降水变化为主导因素,其他地区主要受控于升温所引起的潜在蒸散发变化。

      • 陶昕宇, 黄建平, 谢晓金, 王咏薇, 包云轩, 刘诚, 张潇艳, 徐家平

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19180

        摘要:摘要: 2017年12月22日至2018年1月18日利用无人机携带温、湿和颗粒物浓度探测仪对南京地区灰霾污染条件下大气边界层垂直结构开展加密观测。通过比较不同灰霾污染条件下温、湿和PM2.5(直径小于2.5微米的颗粒物)浓度的垂直结构差异,结合地面热通量,2米空气温度,相对湿度,风及主要化学污染物(如臭氧,PM2.5),定量评估了气溶胶辐射效应对边界层和夹卷过程的影响。分析表明,灰霾或气溶胶削弱到达地表太阳辐射,减小地表感热通量,延迟边界层发展,增加近地层大气稳定度,降低边界层高度,并加重灰霾污染。灰霾污染物在混合层顶处累积,导致PM2.5浓度最大变化出现在边界层顶部而不是近地层。气溶胶辐射效应对夹卷特征及其特征参数有重要影响。灰霾浓度升高时,夹卷区厚度增加;无量纲化夹卷速度随对流理查逊数的变化不再符合-1次方幂函数关系,与大涡模拟结果一致。本研究进一步指出,为提高重霾污染条件下天气和空气质量数值预报水平,必须考虑气溶胶辐射效应对边界层和夹卷参数化的影响。

      • 吕欣宇, 陈光华, 王科, 李兴良

        优先出版日期:2020-04-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19184

        摘要:在热带气旋的生成过程中,从热带扰动向热带低压增强的过程研究较少,而这一过程必定伴随着中尺度对流系统(MCS)的生成、合并和发展。本文利用FNL分析资料和高分辨率模式对1521号台风“杜鹃”生成前3天进行数值模拟,着重探讨了“杜鹃”生成过程中MCS的发展演变特征。在“杜鹃”生成过程中,对流层上部槽(TUTT)位置偏东,“杜鹃”主要从季风涡旋(MG)的东南侧边缘向西北方向移动,因此,减弱的大尺度垂直风切和MG东南侧的低层辐合都为“杜鹃”的生成提供了有利的动力条件。在“杜鹃”生成前期阶段,新生成更多的MCS有利于在热带扰动阶段“杜鹃”的增强;“杜鹃”生成的中后期阶段,对流爆发,MCS发生合并使得MCS个数减少,MCS结构变得更加紧凑,面积最大的MCS逐渐向热带扰动中心区域收缩,“杜鹃”生成速度加快,并且在这一阶段低层涡度有突然增强的过程,使得热带扰动中产生深对流。对比MCS中的层云降水和对流云降水的特征发现,MCS中层云降水覆盖面积最大;对流云降水的降雨率比层云的降雨率更大,同时变化幅度更明显。层云降水百分比的增加与“杜鹃”增强的过程关系密切,但对流云降水的降雨率增加有利于MCS增强,层云和对流云的共同作用促进了“杜鹃”生成。

      • 张佃国, 王烁, 郭学良, 王洪, 樊明月

        优先出版日期:2020-04-26  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19185

        摘要:利用机载Ka波段云雷达(A Compact Airborne Ka-Band Precipitation PMS Probe Radar,KPR)和云粒子测量系统(Droplet Measurement Technologies,DMT),分析了2018年4月22日黄淮气旋背景系统下积层混合云中对流泡的动力和微物理特征。首先,对Ka波段云雷达观测的山东地区春季36个对流泡样本按照回波强度、水平尺度、回波顶高三个参量进行统计,结果表明平均回波强度为20~30 dBz的对流泡占69 %。对流泡水平尺度为15~30 km,占61 %。对流泡最大回波顶高集中在6~8 km,比周边层云高2~4 km。之后,对4月22日积层混合云中的对流泡个例微物理参数进行统计,结果表明对流泡内部以上升气流为主,最大上升气流速度达到1.35m/s,平均上升气流速度为0.22m/s;对流泡内过冷水含量比较高,最大含水量为0.34g/m3,平均含水量为0.15g/m3。对流泡内冰晶数浓度是泡外的5.5倍,平均直径是泡外的1.7倍。结合云粒子图像探头,发现对流泡前沿和尾部冰粒子以柱状和辐枝状为主,而对流泡核心区域冰粒子以聚合体形式存在。冰粒子通过淞附过程和碰并过程增长,过冷水含量不足时冰粒子的淞附增长形成柱状粒子,含量充足时可迅速淞附成霰粒子。对流泡内降水形成的微物理机制不完全相同,主要依赖过冷水含量。当云中有充足的过冷水分布时,高层冰晶通过淞附增长形成霰粒子,通过融化层后形成降水;当云中缺少过冷水时,降水的形成主要通过水汽凝华过程形成冰雪晶,然后雪晶通过聚合过程实现增长。

      • 戴秋丹, 郭振海, 孙菽芬, 肖霞

        优先出版日期:2020-04-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19251

        摘要:本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测,分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明:1)从春季到夏季,栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加,到冬季逐渐减少。从早春开始,由于叶片生长增多冠层中间和冠层之下向下的太阳短波辐射下降,从秋季到冬季树叶凋落其向下的太阳辐射增加,与冠层之上的变化趋势相反;对于向上的短波辐射,无论冠层之上、冠层中间还是冠层之下,随季节的变化都与向下的短波辐射相似,只是数值小很多。2)冠层之上、冠层中间和冠层之下向下长波辐射随时间的变化从春季逐渐开始增大至夏季达到最大,随后逐渐减小并在冬季达到最小;就空间变化而言,冠层中间和冠层之下的向下长波辐射值比冠层之上的辐射值高,使得冠层对长波辐射的振幅增大,晴空条件最高可达1.3倍。3) 淮南森林区冠层之上(距地面25m)年平均反照率为0.14,比中国北方地区(350N)温带季风气候区(混交林为主)反照率的整体水平低0.01,表明淮南的森林茂密、灌丛更多些。4)冠层上部分和整层的短波辐射透射率主要受叶片的影响。夏季,冠层的短波透射率平均为0.1。到了冬天,叶子凋落,透射率增加并趋于一个平稳的波动。冠层的短波辐射吸收率在夏季最高,秋季逐渐降低,随着叶子凋落在冬季迅速减小,趋于一常值。

      • 刘晨, 张杰, 徐玮平

        优先出版日期:2020-04-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19140

        摘要:本文利用日本第二次全球大气再分析项目(JRA-55)提供的逐日积雪深度数据,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的全球再分析数据及Hadley海温数据分析了春季欧亚大陆积雪异常模态及其与北大西洋海温的遥相关关系,并通过模式模拟分析验证。结果表明:春季欧亚大陆雪深前两种模态差异显著,分别表现为东、西区域同向变化及反向变化两种非对称形态。其中,同期北大西洋“三极子型”海温模态与“马鞍型”海温模态分别与雪深第一、第二模态具有显著相关关系,这两种海温模态下对应的北半球中高纬波动作用通量分别呈丝绸之路(SRP)型和欧亚波列(EU)型两种传播特征,对中高纬西风气流的位置、强度产生了不同影响,进而对欧亚雪深分布产生遥相关作用。通过局地多尺度能量涡度分析法(Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MSE-VA )表明,北大西洋源区有自下向上的动能传输,另外,西风急流出口的平均动能转化增加,使得高层动能累积并向外辐散,从而对下游产生遥相关作用。通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“三极子型”和“马鞍型”两种海温模态下的波作用通量传播特征,结果较好地验证了来自北大西洋的波动作用通量传播呈“SRP”型和“EU”型两种特征,对应的降雪分布表明两种模态下气候场要素的变化与对应雪深模态的分布特征一致。

      • 李金辉, 田显, 岳治国

        优先出版日期:2020-04-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118

        摘要:摘 要:利用探空火箭,新一代天气雷达和气象探测资料对2015年7月17日延安宝塔区冰雹云进行了综合探测,结果表明:(1)当日08时500hPa河套低涡分裂东移,有较强冷平流且移动速度较快,地面14时升温明显造成了这次降雹。(2)偏后位置的冰雹云内部温、湿条件,对流指数(Tg)、整层比湿积分(IQ)、总指数(TT)均小于外部的自然大气;层结稳定度指数(K)、抬升指数(LI)、沙氏指数(SI)冰雹云内部比外部自然大气偏小;热力参数风暴强度指数(SSI)冰雹云内部低于外部自然大气;冰雹云内部能量参数(Cape)、对流加速度(Vm)明显低于自然大气;冰雹云内部0℃层高度低于冰雹云外部自然大气。(3)火箭探测的位置偏冰雹云后部,冰雹云由低层到高层风向呈逆时针变化,探空仪摆动明显,-20℃温度层偏高,气流较强,整层偏下沉气流。(4)冰雹云0℃附近温度区间5.0℃--1.8℃,厚度1.0km范围内有最大湿度区,湿度达80%以上,最大湿度87.1%,为冰雹的形成提供了水汽条件。(5)紧贴0℃下部,有最大水平风速为19m·s-1急流,厚度为0.022km。在温度区间5.0--4.8℃,厚度为1.6km范围内维持13m·s-1以上水平风速,为冰雹的形成提供了动力场条件。(6)温度区间-8.7--9.2℃,厚度0.2km,有≤2m·s-1弱风区,弱风区下方-4.6--8.8℃,厚度0.889km有上升气流,平均上升速度1.79 m·s-1,对最大上升速度4m·s-1,这种配置为冰雹的生长提供了环境场。

      • 周括, 冉令坤, 齐彦斌, 高枞亭

        优先出版日期:2020-04-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.19154

        摘要:为了对比分析降水过程中不同表达形式热力学变量和位涡时空分布特点,本文针对2013年7月13-14日吉林省强降水过程,利用模式输出资料对常规位温(θ)、相当位温(θe)、包含凝结概率函数的广义位温(θGao)、包含冻结概率函数的广义位温(θWang)和同时涵盖凝结过程与冻结过程(θGu)五种不同形式位温进行计算,并分析五种对应位涡(PVθ、PVθe、PVθGao 、PVθWang 、PVθGu)与降水的关系。结果表明,引入冻结概率函数的广义位温(θWang)和对应的广义湿位涡(PVθWang)与强降水的对应性更好。θWang与θGao差异集中在降水区对流层中高层5-11km,前者始终高于后者,最大差异达2.5K,说明冻结概率函数的引入扩大了广义位温的适用范围,更适合描述降水区湿大气非均匀饱和热力状态。五种位涡的差异主要在降水区上空12km以下,由θGao和θWang定义的位涡PVθGao和PVθWang的正负异常中心更为明显。相比于PVθGao,PVθWang异常值更大,差异可达±0.2PVU,这主要是由于冻结概率函数的引入增大降水区上空广义位温,促使冻结区的湿位涡异常增强

      • 高茜, 郭学良, 何晖, 刘香娥

        优先出版日期:2020-04-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.19114

        摘要:基于2009年5月1日华北积层混合云2架飞机观测数据分析,使用中尺度模式WRFV3对此次过程的积云区和层云区的微物理特征和转化过程进行数值模拟比较研究。飞机观测数据分析表明,此次积层混合云中的层云区和积云区冰粒子形状和形成过程有明显差别,层云区的粒子形状组成比较复杂,包含针状、柱状和辐枝状等,而积云区主要以辐枝状粒子为主,聚并、凇附过程明显,且越靠近回波中心区域,聚并和凇附过程越强。数值模式能较好地模拟出此次积层混合云降水过程的基本特征,包括云带分布、飞行路径上降水粒子的数浓度和液态水含量等。数值模拟结果表明,云水相对丰富、上升气流强的层云区凇附过程较强,产生的雪在低层融化为雨水,为后期高层形成的雪和霰提供丰富的液态水,能发展成对流较强的积云区,存在播种-供给机制。在积云区,水成物的比例从大到小依次为雪(51.9%)、霰(31.0%)和雨水(16.0%);雪和霰在高层通过凝华过程增长,在下落过程中碰并雨水进一步增长,经过零度层融化成雨水。云水较少、上升气流弱的层云区将保持层云的状态,层云区水成物的比例从大到小依次为雪(90.4%)、雨水(6.1%)、冰晶(3.5%);高层冰晶和雪通过凝华过程增长,雪在零度层下融化为弱的降水。

      • 闵锦忠, 吴乃庚

        优先出版日期:2020-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19186

        摘要:大气可预报性研究是开展天气气候预测的基础科学问题。全球变暖背景下,近年暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,如何深入认识其可预报性问题成为了天气领域研究热点,也是制约数值天气预报模式能力提升的重要因素。本文在简要回顾大气可预报性研究历程的基础上,重点对近二十年国际上关于暴雨和强对流可预报性方面的最新研究进展进行了系统的综述和归纳。主要包括:中小尺度可预报性研究的主要方法和评估手段及其与传统大尺度天气可预报性研究的差异, 初始误差增长机制的几种主要观点及其争论(误差升尺度、误差降尺度、升降尺度并存), 数值模式误差和对流环境误差对实际预报性的影响, 以及最近的中尺度可预报性科学观测试验进展等。最后,对暴雨、强对流可预报性研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。

      • 薛一迪, 崔晓鹏

        优先出版日期:2020-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19224

        摘要:利用WRF模式,对1409号超强台风“威马逊”发展演变及登陆过程开展了高分辨率数值模拟,结合三维降水诊断方程和降水效率定义,重点针对“威马逊”临岸迅速加强为超强台风并登陆我国华南沿海这一时段的强降水物理过程开展了模拟诊断研究。结果表明,“威马逊”主体环流区域内一直维持很强的平均降水强度(PS),陆地和海洋格点PS的相对贡献基本呈反向变化,登陆期间陆面摩擦辐合的增强,有利于水汽更多地向陆地区域辐合(正值水汽通量辐散/辐合率QWVA),造成登陆前短时段内陆地格点上空局地大气增湿(水汽局地变化率QWVL为负值),借助云微物理过程快速转化为液相和固相云水凝物,促使陆地上空降水云系快速发展和降水强度增强,而当环流中心位于北部湾洋面时,海洋格点QWVA的相对贡献显著增强,登陆期间下垫面的变化导致水汽相关物理过程的明显变化,造成降水云系和强降水中心的显著变化;与陆地格点的表面蒸发率QWVE相比,海洋下垫面QWVE的作用更强,变化更明显;“威马逊”影响华南沿海期间,主体环流圈内平均的QCLL和QCIL(液相和固相水凝物局地变率的负值)均基本呈现“正-负-正”的变化特征,环流中心位于北部湾洋面时水凝物含量以增加为主,但液相和固相水凝物增长原因不同,而登陆期间,陆地格点QCLL和QCIL “先负后正” 的变化特征主要源于登陆前期陆面摩擦增强造成的陆地上空降水云系快速发展以及后期强降水的消耗;“威马逊”主体环流区域内一直维持高降水效率,从主体环流圈接触陆地开始,陆地格点降水效率迅速升高,而海洋格点降水效率在绝大多数积分时段内维持较高数值,只在第二和第三次登陆后有所降低。

      • 周文, 王晓芳, 傅慎明, 张金玲

        优先出版日期:2020-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19213

        摘要:利用日本气象厅葵花-8卫星资料、欧洲中心ERA5再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学等多个角度研究了2016年6月5日至6日(持续40小时)一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段直接影响方式,该阶段背景场的作用是一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给(即扰动流的反馈),但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。

      • 马骥, 陈文, 兰晓青

        优先出版日期:2020-03-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19110

        摘要:利用1958~2017年逐日的NCEP再分析资料对北半球冬季平流层强、弱极涡事件的演变过程进行了对比分析,同时比较了有平流层爆发性增温(SSW)和无SSW发生的两类弱极涡事件的环流演变和动力学特征。结果表明,强极涡的形成存在着缓慢发展和快速增强的过程,而弱极涡事件的建立非常迅速;和强极涡事件相比,弱极涡事件的峰值强度更强,异常中心的位置更高。此外,强、弱极涡事件的产生与波流相互作用的正反馈过程密切相关。对于强极涡事件,发展阶段的PNA型异常削弱了行星波一波;当平流层西风达到一定强度,上传的行星波受到强烈抑制,使得极涡迅速增强达到峰值。而对于弱极涡事件,发展阶段一波型的异常增强了行星波上传,通过对纬向流的拖曳作用使得平流层很快处于弱西风状态,更多行星波进入平流层导致极涡急剧减弱甚至崩溃。针对有、无SSW发生的两类弱极涡事件的对比分析表明,有SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层出现强的向上的一波EP通量异常,通过正反馈过程使得一波和二波上传同时增强而导致极涡崩溃;无SSW发生的弱极涡事件发展阶段,平流层缺乏向上的一波通量,二波活动起到重要作用,其总的行星波上传远弱于有SSW发生的弱极涡事件。对于无SSW发生的弱极涡事件,其发展和成熟阶段对流层上部出现类似EU型的高度异常,伴随着强的向极的EP通量异常,导致对流层有极强的负AO。而有SSW发生的弱极涡事件发展阶段对流层上部主要表现为北太平洋上空来自低纬的波列异常,其后期的对流层效应更加滞后也不连续,对流层AO异常的强度明显弱于无SSW发生的弱极涡事件。

      • 汤欢, 傅慎明, 孙建华, 麦子, 靳双龙, 张元春

        优先出版日期:2020-03-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19206

        摘要:基于加密自动站降水、葵花8卫星和ECMWF ERA5再分析等多种资料,本文对2018年6月17日08时—18日22时(世界时)一次高原中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)东移与下游西南低涡作用并引起四川盆地强降水的典型事件进行了研究(四川盆地附近最大6小时降水量高达88.5 mm)。研究表明,本次事件四川盆地的强降水主要由高原东移MCS与西南低涡作用引起,高原MCS与西南低涡的耦合期是本次降水的强盛时段,暴雨区主要集中在高原东移MCS的冷云区。高原东移MCS整个生命史长达33 h,在其生命史中,它经历了强度起伏变化的数个阶段,总体而言,移出高原前后,高原MCS对流的重心显著降低,但对流强度大大增强。在高原MCS的演变过程中,四川盆地有西南低涡发展,该涡旋生命史约为21 h,所在层次比较浅薄,主要位于对流层低层。西南低涡与高原MCS存在显著的作用,在高原MCS与西南低涡耦合阶段,两者的上升运动区相叠加直接造成了强降水。此后,由于高原MCS系统东移而西南低涡维持准静止,高原MCS与西南低涡解耦,西南低涡由此减弱消亡,东移高原MCS所伴随的降水也随之减弱。涡度收支表明,散度项是西南低涡发展和维持的最主导因子,此外,倾斜项是800 hPa以下正涡度制造的第二贡献项,而垂直输送项则是西南低涡800 hPa以上正涡度增长的另一个主导项,这两项分别有利于西南低涡向下和向上的伸展。相关分析表明,在西南低涡发展期间,高原MCS中冷云面积(相当黑体亮度温度TBB≤-52℃)可以有效地指示西南低涡强度(涡度)的变化,超前两小时的相关最显著,相关系数可达0.83。

      • 赵俊虎, 熊开国, 陈丽娟

        优先出版日期:2020-03-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19132

        摘要:1978~2018年全国夏季降水实时业务预测技巧显示东北地区明显偏低,尤其是近几年在对全国夏季旱涝的总体分布预测效果明显提高的情况下,对东北地区的预测却与实况相反,因此有必要分析该区域预测技巧偏低的原因。利用站点资料、再分析格点数据、实时预测历史数据及统计诊断等方法,探讨了动力气候模式预测能力以及东北夏季降水预测的认识缺陷。通过系统地回顾东北夏季旱涝的气候特征、影响因子及预测方法等方面的研究进展,以及东北夏季降水实时预测检验,得出预测技巧偏低的可能原因:(1)东北初夏降水主要受东北冷涡活动的影响,盛夏主要受西太平洋副热带高压、东北南风和中高纬环流型的共同作用,而业务常用的国内外主要动力气候模式无法准确反映与东北初夏和盛夏降水相联系的关键环流系统;(2)东北夏季降水与全球海温的关系较弱且不稳定,尤其是与ENSO的关系较为复杂,年际关系随年代际变化而波动,即ENSO不是预测东北夏季降水的强信号;(3)东北夏季降水具有明显的季节内、年际和年代际等多时间尺度变率,夏季降水受到多种时间尺度信息的叠加和调控,不同尺度变率的贡献相当,且影响系统不同,导致预测难度较大。最后,进一步探讨了东北夏季降水预测存在的科学问题及可能的解决途径,以期为夏季业务预测提供参考。

      • 毕凯, 黄梦宇, 马新成, 田平, 陈羿辰, 丁德平

        优先出版日期:2020-03-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19194

        摘要:利用国内首台在线连续流量扩散云室,2017年冬季在华北地区高山站开展了大气冰核观测;结合常规气象要素、降水滴谱、气溶胶观测,分析了大气冰核数浓度特征,并对冰核活化参数化方法以及降雪对冰核的影响。结果表明:(1)大气冰核在不同时间的浓度差异较大,-20℃时数浓度变化范围为2.50~76.8 L-1,平均值为18.347 L-1;(2)大气冰核浓度随活化温度降低呈指数增加趋势,随过饱和度增加呈指数增加,凝华核化所占比例约为18.64%;(3)大气冰核与粒径大于0.5μm的气溶胶数浓度的关系可用参数化表示,相关性大于仅基于活化温度建立的参数化公式;(4)降雪过程大气冰核具有先增加后减少的特征。降雪开始后大气冰核数浓度增加,降雪后期系统过境伴随的大风,对气溶胶的清洗作用明显,大气冰核随之减少。本研究为在线连续流量扩散云室类型的冰核观测仪在国内首次使用,所建立的冰核参数化公式有助于华北地区冬季地形云及其降水的微物理特征研究,同时在云模式的发展和人工影响天气研究中也有重要的参考意义。

      • 朱 丽, 苗峻峰, 高阳华

        优先出版日期:2020-03-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19239

        摘要:本文利用中尺度模式WRF V3.9对2016年8月17日~18日重庆一次城市热岛环流个例进行了数值模拟,探讨了山地城市热岛环流的三维结构和演变特征,分析了热岛环流期间湍流动能和各项湍流通量的特征。结果表明:15:00乡村风开始出现,随着热岛强度增强乡村风增强,18:00热岛环流结构最显著,次日02:00热岛环流结构被破坏,仅低层存在微弱的乡村风。其中,重庆市城市热岛环流最强时,水平尺度约城市尺度的1.5~2倍,垂直厚度约1.3 km,水平风速约2~4 m?s-1,最大上升速度约0.5 m?s-1。受地形、河流以及背景风的影响,环流呈现非对称的结构,且强度较弱。分析湍流特征发现,城市区域的湍流动能明显大于非城市区域,湍流动能的非均匀分布造成城市区域湍流对热量和水汽的输送较非城市区域强。此外,城市热岛环流对湍流水汽通量的影响明显;湍流动量通量补充边界层中因热岛环流发展而造成的动量耗散。

      • 艾雅雯, 孙建奇, 韩双泽, 张梦琪, 华维

        优先出版日期:2020-03-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19223

        摘要:利用1961~2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域极端低温频次在年际尺度上呈现出2~4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2~4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2~4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个地区极端低温的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着极端低温频次的降低,5个地区极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。

      • 徐玮平, 张杰, 刘晨

        优先出版日期:2020-03-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19127

        摘要:利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋“马蹄型”海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量(TNZ2)有着较密切的相关关系,并且1997年以后北大西洋地区的500hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法(Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA )证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“马蹄型”海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。

      • 王丹, 王金成, 田伟红, 郭启云

        优先出版日期:2020-01-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19203

        摘要:为了推动新型探测资料在数值预报模式中的应用,本文进行了往返式探空资料同化应用前重要的基础性研究工作。基于国内首次往返式探空观测资料,首先建立了面向业务化应用的往返式探空资料质量控制方案,通过对比和分析质量控制前后观测样本的统计特征,论证了质量控制方案的合理性,质控后探测要素抽样分布更为合理,要素间一致性得到提高。进而以数值天气预报高时间分辨率的模式预报场和同站址业务常规探空观测资料为参考,分析质控后资料的不确定性,结果表明往返探空探测精度达到了WMO规定的突破目标,部分探测要素甚至实现了理想目标,探测资料具有可用性。最后结合数值模式背景场探讨往返探空资料的可同化性,研究表明往返探空的风场观测和夜间温度观测满足变分同化系统的高斯、无偏假定,可直接同化;气压、湿度和日间温度观测在资料同化前需要开展偏差订正工作,从而更有效的发挥资料价值。本文的研究工作为今后往返探空资料在模式中的同化应用奠定了基础。

      • 石世玮, 智海, 林鹏飞, 陈涛

        优先出版日期:2020-01-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19172

        摘要:海洋盐度变化为研究气候变化的机制提供了一个新的视角。本文通过对比1997/1998、2015/2016两次强厄尔尼诺 (El Ni?o) 事件和2014/2015特殊El Ni?o事件,对盐度变化及其影响海表面温度异常 (SSTA) 的物理过程进行了比较分析。研究表明,El Ni?o和南方涛动 (ENSO) 发展的强弱与热带西太平洋大范围海表层盐度异常 (SSSA) 出现并向东扩散的差异有明显关联。1997-1998、2015-2016年赤道东太平洋地区SSTA的增暖,对应两次强ENSO事件,在发生年的4月,中西太平洋海域出现了明显的负SSSA,之后东移至日期变更线以西,SSSA引发的混合层深度 (MLD) 变浅、障碍层厚度 (BLT) 变厚,导致热带中-西太平洋表层的升温增强,促使了赤道中太平洋的早期变暖;2014/2015弱ENSO事件虽然在发生年4月位于赤道中西太平洋出现了负SSSA,但没有发展东移,导致BLT的加厚过程减弱,对表层温度的调制作用减弱甚至消失。三次ENSO事件对应的盐度变化过程中,水平平流及淡水通量 (FWF) 引起的外强迫是影响盐度收支的主要因子,水平平流影响盐度异常的前期变化,触发事件的发生;位于热带太平洋西部的降水引起的FWF负异常的影响最为显著,对ENSO异常信号出现后SSSA的维持起决定性作用。相比较两次强ENSO事件,2014/2015 El Ni?o对应的早期FWF负异常没有发展和东移且之后迅速减弱,导致中西太平洋盐度负趋势减缓,MLD加深,BLT变薄,促使上表层海水冷却,抑制了赤道东太平洋的早期变暖和El Ni?o发展。 研究结果表明,盐度变化与ENSO密切相关,热带中西太平洋海域早期表层盐度变化可能可以作为SSTA的指数。特别地,SSSA在调节海洋的SSTA时,不仅影响它的强度,而且可以作为判断ENSO发展和强弱的前兆因子。

      • 王一格, 姜大膀, 华维

        优先出版日期:2020-01-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19168

        摘要:本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中19个气候模式的试验数据,预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末(2080~2099年)西北太平洋地区(0°~40°N和100°~180°E)台风环境场和台风生成潜力指数(GPI)变化。结果表明,相对于1986~2005年参考时段,21世纪末西北太平洋海洋表面温度(SST)增加,垂直风切变(VWS)和向外长波辐射(OLR)均在其与台风频数呈负相关的区域减少,有利于台风生成和发展;另一方面,由大陆向南海延伸的低压系统减弱,不利于台风活动。总体上,在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更为显著。利用信噪比进一步考察了模式间差异性,SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0,在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0,模式间一致性好;对于VWS和OLR,信噪比小于0.6,模式间差异较大;但在与台风频数显著相关的地区,模式对OLR变化方向的模拟高度一致。与以上环境场变化相对应,未来西北太平洋GPI显著增加。

      • 杨冰韵, 刘健, 贾煦

        优先出版日期:2019-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19181

        摘要:卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS等被动遥感探测器反演的薄卷云顶高度的偏差开展订正研究。本研究选取2013-2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由-3~2 km变为-2.0~2.5 km,峰值由-0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云订正效果更明显。

      • 徐道生, 陈德辉, 张邦林, 吴乃庚

        优先出版日期:2019-12-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19183

        摘要:本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面,对水平网格距为1km的华南区域短临预报模式(TRAMS_RUC_1km: Tropical Region Assimilation Model for South China Sea _ The Rapid Update Cycle _ 1km)中的初始场和侧边界方案进行改进研究。首先选择一次华南飑线个例进行敏感性试验,研究结果表明:(1)提高初始场和侧边界的垂直分辨率以后,模式对飑线内部中小尺度对流系统引起的强降水中心的模拟结果明显更加接近实况,而增加中低层的垂直分辨率对预报的改进起到了主要作用。(2)将模式侧边界时间更新频率从6小时一次提高到1小时一次以后,模式侧边界要素场的逐小时剧烈变化信息可以比较完整的保留下来。在使用高时间分辨率的侧边界条件进行模拟时,粤西沿海地区的水汽辐合明显加强,这对原来模式预报飑线移速偏慢现象会有改善作用。(3)当模式侧边界条件具有较高的时空分辨率时,进一步补充垂直速度和云微物理变量的侧边界条件对于飑线模拟结果的影响并不明显。总的来说,提高初始场和侧边界的垂直分辨率以及增加侧边界更新的时间分辨率,对于区域高分辨率模式对这次华南飑线预报效果的改进具有重要意义,而忽略垂直速度和云微物理量的侧边界条件则是一种可以接受的简化。在个例研究的基础上,利用改进后的初边界条件进行为期一个月(2019年4月份)的批量试验,评估结果表明新方案对于逐小时降水空间分布和日变化特征的模拟均有明显改善。

      • 郝立生, Li Tim, 马宁, 梁苏洁, 谢均

        优先出版日期:2019-12-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19217

        摘要:本文基于华北夏季降水资料和MJO指数、NCEP/NCAR再分析环流资料,采用多种统计方法分析MJO与华北夏季降水的关系及影响机制,结果表明:夏季,MJO与华北夏季降水有很好的联系,MJO进入5、6位相时,华北地区夏季会出现明显降水过程。在影响机制方面,MJO通过高、低层扰动向中高纬的传播,诱发在华北地区夏季出现有利的水汽输送异常和动力上升运动异常,从而造成华北夏季出现强降水过程。具体是,在水汽条件方面,MJO可以通过影响850hPa风场造成华北夏季偏南风水汽输送加强(对应RMM1)或东南风水汽输送加强(对应RMM2),从而有利于华北夏季降水过程发生;在动力上升条件方面,MJO通过影响500hPa贝加尔湖槽加深和朝鲜半岛附近副热带高压加强,以及华北上空对流层上升运动加强,从而有利于华北夏季降水过程发生。可以用MJO制作华北夏季延伸期降水过程预报。

      • 彭京备, 刘舸, 孙淑清, 何柯俊

        优先出版日期:2019-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19141

        摘要:东亚冬季风具有南北一致变化和南北反相变化两种主要模态。与第一模态反应的南北贯穿的冬季风整体强弱变化不同,第二模态体现了低纬度(中国南方地区)冬季风强弱变化不依赖于中高纬度(中国北方地区)冬季风强弱、甚至与之相反的变化状态。本文重点研究了在第二模态背景下,低纬度(中国南方地区)冬季风强弱变化对应的热带和副热带环流异常特征。研究发现:热带辐合带是影响低纬度冬季风的一个重要系统。当热带辐合带加强并向北推进时,热带西太平洋及南海地区对流上升运动相应加强。这一上升支可能强迫出低层偏北风异常,从而引起低纬度冬季风加强。此外,副热带高空急流是影响低纬度冬季风的另一个重要系统。急流轴上风速加强会造成入口区准地转偏北风的异常,它强迫出的正次级环流也会相应加强,对应急流北侧的异常下沉和南侧的异常上升,并促使低层产生偏北风异常,也即促进了低纬度冬季风加强。进一步考察热带辐合带对流活动和副热带急流风速异常对低纬度冬季风的独立和协同影响发现,前者的影响相对更为重要。而在二者同时增强的综合作用下,可引起中国南部35°N以南地区的偏北风异常显著增强,反之亦然。上述结果揭示,冬季低纬度风场的变化不仅受到北方冷空气爆发的影响,它还受制于热带、副热带环流系统异常的共同调控作用。

      • 徐道生

        优先出版日期:2019-11-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19145

        摘要:在非均匀分层下,目前GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)模式中使用的垂直差分方案只能达到一阶精度。本文设计了一种适用于非均匀分层的二阶精度垂直差分方案,并将它应用于改进GRAPES模式动力框架的垂直离散化过程。一维廓线理想试验结果表明:二阶精度方案可以减少差分计算误差,而这种改进的幅度相对于差分计算本身引起的误差来说仍然是比较小的。通过密度流试验对修改后的模式动力框架进行测试,结果表明二阶方案可以保持模式动力框架的准确性和稳定性。进一步利用实际资料开展批量测试,发现二阶方案可以降低模式高空要素场的预报误差,而且这种改进随着预报时间的延长变得更为明显。最后选择一次典型的华南暴雨过程进行模拟,同样发现二阶精度方案对于48小时之后的降水会有一定程度的改进。

      • 李永生, 张丽霞, 王波

        优先出版日期:2019-11-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1909.19177

        摘要:本文基于Brubaker二元模型,采用JRA-55再分析资料定量研究了局地蒸发和外部水汽输送对松花江流域夏季气候态降水及其年际变率的相对贡献,并探讨了相应的物理机制。气候平均而言,外部水汽输送是松花江流域初夏(5-6月)和盛夏(7-8月)降水的最主要水汽源。受西风带影响,初夏自西边界进入松花江流域的水汽贡献占主导,外部水汽输送对当地降水的贡献为78.9%,源自蒸发的水汽贡献为21.1%。较之初夏,由于盛夏来自南边界的水汽输送加倍,外部水汽输送贡献增加,外部水汽输送和蒸发对降水贡献分别为86%和14%。JRA-55再分析资料可以合理再现观测降水演变,1961-2016年二者在初夏与盛夏的相关系数分别可以达到0.73和0.83,因此可以用于分析局地蒸发和外部水汽输送对松花江流域夏季降水贡献的年际变率。研究发现,初夏由于西南季风异常导致的南边界进入的水汽输送异常是松花江流域降水年际变率的主要原因,自西边界、北边界进入的水汽输送与降水呈现显著负相关,该水汽输送异常对应的环流型易发生在El Ni?o衰减年初夏,局地蒸发对降水年际变率的贡献不显著。盛夏由于副高和西南季风异常造成的来自南边界的水汽输送异常对降水的年际变率起主导作用,局地蒸发贡献与降水变化显著负相关,海温强迫作用对该环流异常的强迫并不显著,中高纬度大气内部变率影响占主导。由于盛夏降水与地表温度在盛夏期间显著负相关,盛夏时期降水偏少时,温度偏高,蒸发偏强,进而蒸发水汽对降水贡献增加。

      • 王东方, 孙竹玲

        优先出版日期:2019-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1910.19161

        摘要:北京闪电综合探测网(Beijing Lightning NETwork,简称BLNET)是一个研究和业务相结合的区域性全闪三维定位网。2015年,对BLNET硬件、站网布局及定位算法等方面进行了更新升级,提高了传感器的灵敏度,提升了运算效率和探测性能。BLNET不仅具备了对云闪、地闪脉冲类型的识别和电流峰值估算等功能,也实现了对闪电辐射脉冲的三维实时定位,以及通道可分辨的闪电放电过程精细定位。对2017年7月7日一次雷暴过程的闪电辐射源脉冲实时三维定位结果分析表明,这次雷暴过程一共观测到11902次闪电,以云闪为主,地闪占总闪的28%,正地闪仅占总地闪的5%,雷暴成熟期,最大闪电频数为927次/6min。通过对比分析闪电辐射源位置和对应时刻的雷达回波,发现辐射源基本集中在强回波范围内。对一次正地闪的精细定位表明,初始阶段表现出明显的预击穿过程,闪电辐射源的始发位置位于海拔高度约5.4 km,随后通道向上发展,在约10km高度左右,通道开始沿着水平发展。对一次负地闪的精细定位表明,初始阶段放电首先从约7.1km高度处始发,通道向南水平发展,同时部分负先导分支向下发展,约38ms后,通道短暂停止发展,17ms后,通道始发处重新激发。以上结果表明,BLNET不仅可以对整个雷暴生命史闪电活动的三维实时定位和监测,还可以实现对闪电三维放电通道的精细定位。

      • 孙萌宇, 郄秀书, 王东方, 孙凌, 袁善锋, 陈志雄, 徐文静, 孙成云, 刘冬霞, 苏德斌

        优先出版日期:2019-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1910.19134

        摘要:受东北冷涡和低层暖湿气流影响,2016年6月10日北京城区午后爆发了相继5次降冰雹的一次强烈雷暴天气过程。利用国家“973”项目“雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理(雷暴973)” 2016夏季协同观测期间获得的闪电全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了此次雹暴的闪电活动和雷达回波特征。此次雹暴过程包括三个孤立的单体相继发展、并合,所分析的4次降雹过程中,总闪电频数在降雹期间都有明显增多,最高可达365 fl/min,云闪占全部闪电的80%以上,其中3次降雹前正地闪出现突增,比例升高,正地闪占全部地闪的比例最高达56%。降雹时雷达回波>45dBZ的面积增大,顶高超过13km。整个雹暴过程,闪电辐射源主要分布在6~10km的高度区域,与强回波具有一致性。全部4次降雹过程均出现明显的闪电频数跃增,并通过2б阈值检验,其中3次提前时间为8-18分钟,说明总闪频数对于降雹过程有一定的预警能力。

      • 郑玉琼, 陈文, 陈尚锋

        优先出版日期:2019-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.19124

        摘要:之前根据观测资料的研究指出春季北极涛动(Arctic Oscillation, AO)对随后冬季厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)的影响具有明显不对称性。春季AO处于正位相时,它对随后冬季厄尔尼诺(El Ni?o)事件的影响显著,然而春季AO负位相对随后冬季拉尼娜(La Ni?a)的影响不明显。本研究分析了30个来自CMIP5的耦合模式对春季AO与随后冬季ENSO不对称性关系的模拟能力。30个CMIP5耦合模式中,只有CNRM-CM5和GISS-E2-H-CC能较好地抓住春季AO与冬季ENSO的联系。进一步分析这两个模式中春季AO与冬季ENSO的不对称性关系。研究发现CNRM-CM5能较好地再现春季AO与冬季ENSO的非对称关系,即春季AO正(负)位相会导致赤道中东太平洋出现El Ni?o(La Ni?a)型海表温度增暖(冷却)。然而, GISS-E2-H-CC的模拟结果显示,春季AO对随后冬季ENSO的影响是对称的。本文随后解释了CNRM-CM5(GISS-E2-H-CC)能(不能)模拟出春季AO与冬季ENSO不对称关系的原因。对于CNRM-CM5,在春季AO正位相年,副热带西北太平洋上空存在明显的异常气旋和正降水异常,正降水异常通过Gill型大气响应对赤道西太平洋异常西风的形成和维持起着重要作用,异常西风通过激发向东传播的暖赤道Kelvin波对随后冬季El Ni?o事件的发生产生显著的影响;然而,在春季AO负位相年,副热带北太平洋的异常反气旋和负降水异常较弱,导致赤道西太平洋的异常东风不明显,因此,春季AO负异常对随后冬季La Ni?a的影响不显著。所以,CNRM-CM5模式能够较好地抓住春季AO对随后冬季ENSO事件的非对称性影响。相比之下,对于GISS-E2-H-CC模式,春季AO正(负)位相年副热带西北太平洋上存在显著的正(负)降水异常,通过Gill型大气响应在赤道西太平洋激发出明显的异常西(东)风从而影响随后冬季的El Ni?o(La Ni?a)事件。因此,在GISS-E2-H-CC模式中,春季AO对随后冬季ENSO具有对称性影响。另外,模式捕捉春季AO对随后冬季ENSO非对称性影响的能力与模式对春季AO空间结构的模拟能力有一定的联系。

      • 余汶樯, 高庆九

        优先出版日期:2019-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1909.18190

        摘要:加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此,本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料,讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征,并进行热力学诊断,希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示:我国南方地区最低温度存在显著的10-20d振荡周期,低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17-24日低温过程前后的低频环流场分析表明,西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区,系统沿西北东南向低频波列向下游移动,东移特征在中纬度带最明显,异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上,内陆以正压性为主,东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用,冷平流是维持低温过程的关键。

      • 游婷, 张华, 王海波, 赵敏

        优先出版日期:2019-10-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1909.19160

        摘要:本文利用2001-2017年ERA5再分析资料以及CERES卫星资料,探究夏季白天中国中东部不同类型云的云量及其光学厚度的时空变化特征,并利用一维辐射对流模式定量分析不同类型云对近地表气温的影响。观测结果表明:夏季白天中国中东部总云量及其光学厚度整体呈由南向北逐渐减小的分布特征,且中高云量占主导地位。总云量整体呈-0.3% a-1显著减少趋势,其中低云的贡献(-0.27% a-1)最大;总云光学厚度为0~0.1 a-1增加趋势,其中低云光学厚度(0.06 a-1)和中低云光学厚度(0.03 a-1)呈增加趋势,而中高云光学厚度(-0.08 a-1)和高云光学厚度(-0.03 a-1)呈减少趋势。模式结果表明:四种不同类型云的温度效应(Cloud Effect Temperature, CET)均为负值,表现为降温效应。低云、中低云、中高云和高云的年均CET值分别为-2.9 ℃、-2.7 ℃、-2.2 ℃和-1.7 ℃。其中,低云在华北平原降温可达-5 ℃;中低云和中高云在四川盆地和云贵高原降温可达-7.8 ℃。不同类型云温度效应与近地表气温的年际变化具有较好的一致性,具体表现为:2004年前(后)近地表气温呈现下降(上升)趋势,不同类型云的CET在此期间呈下降(上升)趋势,表现为云的降温效应增强(减弱)与近地表气温下降(上升)相对应,体现了夏季白天中国中东部4种不同类型云温度效应与近地表气温都呈正相关关系。特别地,夏季白天中国中东部中高云量占主导地位,其CET与近地表气温的相关系数高达0.63。综上,夏季白天中国中东部不同类型云温度效应对近地表气温的影响不同,但均呈正相关关系。定量分析不同类型云对近地表气温的影响可以为定量研究云反馈对区域增暖的作用以及合理预估未来区域增暖情景提供必要的科学参考。

      • 高英健, 任保华, 郑建秋, 潘云峰

        优先出版日期:2019-10-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19137

        摘要:本文使用美国伍兹霍尔海洋研究所发布的客观分析海气通量项目数据集及日本海洋科学技术中心的Ishii次表层温盐数据,利用经验正交函数分析方法、小扰动展开、线性回归、海水热力学方程2010等方法,主要研究在增温停滞背景(1979年~2000年,升温阶段;2001年~2013年,停滞阶段)下,北半球两支西边界流区域即黑潮及其延伸区域(简称黑潮区域)和墨西哥湾流区域(简称湾流区域)海表潜热通量的年代际趋势转变和影响因子,以及内部热含量的年代际变化。结果表明,两支西边界流在增温停滞背景下都发生了年代际尺度的趋势反转,而反转的时间节点以及前后的反转趋势都不相同:黑潮区域潜热通量年代际变化趋势于2001年左右由正转负;而湾流区域潜热通量年代际变化趋势于1993年左右由负转正。其影响因子在前后阶段也有不同:通过影响海表饱和比湿进而影响海气比湿差,海表温度是影响黑潮区域全时间段以及湾流区域1993~2013时间段潜热通量变化的主要因素;而风速通过直接的影响以及对空气湿度的影响也会对潜热通量变化产生间接影响,主要在湾流区域的1979~1992时间段体现。黑潮及湾流区域0~1000m海水热含量的年代际变化同样存在差异:黑潮区域表层热含量年代际变化同混合层一致;湾流区域表层热含量年代际变化同深层相异,而表层以下的变化较为一致;两个区域的深层热含量变化都体现了增温停滞的现象,黑潮区域可能存在下层至上层的影响;而湾流区域可能存在上层至下层的影响。黑潮与湾流区域表面的差异可以归结为海洋与大气因素的影响差异,而内部热含量年代际变化的垂直差异可能归结为两区域的结构差异。增温停滞对两区域的变化影响显著,而区域的变化可能存在对增温停滞的反馈。

      • 曾智琳, 谌芸

        优先出版日期:2019-10-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.18265

        摘要:2018年8月30~31日一条超长生命期的中尺度线状对流(线状β-MCS)引发了华南沿海一次极端降水事件(24小时雨量1056.7mm),刷新广东省日雨量历史纪录,造成严重洪涝并引起社会极大关注。文章利用多源观测资料与NCEP/NCAR_FNL再分析资料,首先从观测分析角度提炼该次过程的降水特点、与卫星、雷达的基本演变特征,然后分析了极端降水的天气尺度背景与中尺度环境条件,最后从中尺度大气动力学角度探讨超长生命期线状β-MCS的触发演变与海陆边界风向旋转维持的关系,并揭示线状对流组织与维持的可能物理机制。结果表明:季风低压作为稳定的天气尺度背景,大气层结表现为深厚暖湿与持续不稳定,季风云团北推上岸造成华南沿海大范围暴雨,一条超长生命期、准静止、后向传播、低顶高、低质心的线状β-MCS造成高潭持续性强降雨,降水强度大、持续时间极长是累积雨量破纪录的主要原因。对流触发及线状β-MCS组织发展过程与地面风场有密切关系,利用海陆边界风向旋转率方程定性分析发现地面风场受多尺度调节影响,季风低压的天气尺度项、局地地形摩擦项共同强迫风向逆转变化,与中尺度气压梯度项强迫风向顺转变化达到平衡,造成地面偏南风长时间维持。斜坡地形与黄江河谷一侧偏南风增强并建立“暖脊”,致使山脉一侧冷池出流边界无法向南扩展,形成强烈的水平温度梯度,基于中尺度动力学方程定量诊断表明β-MCS的线状组织过程及对流维持的动力机制来源于局地垂直风切变,这种局地垂直风切变有别于环境风垂直风切变,其显著增强是对地面局地强烈水平温度梯度响应的结果。

      • 王天驹, 钟中, 王举, 孙源

        优先出版日期:2019-10-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.18257

        摘要:本文利用WRF模式,通过开展敏感性试验讨论了单个热带气旋(tropical cyclone, TC)—— Megi影响下西太平洋副热带高压不同高度脊线的偏移特征,并分析了TC Megi活动影响副高脊线垂直分布的可能机理。结果表明,副高脊线在TC Megi的影响下总体发生了向南偏移,且高层脊线的偏移程度更大。其可能机理为,副高脊线位置受其附近纬向风异常的直接影响,而TC Megi活动所导致的脊线附近纬向风异常与温度异常总体满足热成风关系,当TC Megi活动造成副高脊线附近出现温度经向梯度正异常时,西风异常会随高度增加而增强,因此会导致副高脊线向南的偏移程度也随高度增加而增大。另外,利用温度倾向方程的诊断分析结果表明,TC Megi活动所引起的温度水平输送异常和非绝热加热异常主要导致了大气温度的异常升高,而垂直输送异常则有利于大气温度的异常降低。总之,TC的热力效应在导致副高脊线垂直分布状况发生变化的过程中起到了重要作用。

      • 耿晓雯, 闵锦忠, 杨春, 王元兵, 许冬梅

        优先出版日期:2019-10-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.18254

        摘要:风云四号A星(Fengyun-4A,简称FY-4A)作为我国最新一代静止气象卫星,各方面技术指标都体现了“高、精、尖”特色,处于国际领先地位。其上搭载的多通道扫描成像辐射计(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,简称AGRI)较上一代静止卫星风云二号的可见光红外自旋扫描辐射仪观测精度更高,扫描时间更短,充分体现AGRI观测资料将有效提高“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警水平。偏差订正是卫星资料处理的重要环节之一,因此本文通过在WRFDA v3.9.1(Weather Research and Forecasting model’s Data Assimilation v3.9.1)搭建AGRI同化接口,利用辐射传输模式RTTOV v11. 3和GFS全球预报系统(Global Forecast System)分析场研究了FY-4A AGRI红外通道8-14晴空辐射率资料的偏差特征并进行偏差订正对比试验,分析了卫星天顶角对AGRI资料偏差订正的影响,为将来实现AGRI红外通道辐射率资料在中尺度模式中的同化应用奠定基础。结果表明:1)通道8-10及14为正偏差,通道11-13为负偏差。水汽通道9和10偏差及其标准差相对较小,偏差海陆差异不明显。通道11-14探测高度较低,陆地上观测受地表发射率影响大,质量控制时可剔除这些通道陆地上的观测。2)各通道偏差随卫星天顶角变化的拟合直线斜率都小于0.035,对比试验结果表明偏差与卫星天顶角的关系不明显,预报因子中无需考虑卫星天顶角的作用。3)通道8及11-14的偏差随着目标亮温的变化比水汽通道9-10明显,偏差有较强的目标亮温依赖特征。4)根据分析的偏差特征对2018年5月13日18时-15日18时(世界时,下同)进行变分偏差订正试验,系统性偏差得到了有效的订正。

      • 张雯, 董啸, 薛峰

        优先出版日期:2019-10-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1910.18269

        摘要:基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Ni?a年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Ni?a年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,副高明显东退。La Ni?a年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。

      • 李遥, 牛生杰, 吕晶晶

        优先出版日期:2019-09-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.19144

        摘要:为了获得更加准确的冬季降水数据,针对PARSIVEL2(Particle Size and Velocity)测量降雪时近地面水平风的影响进行了订正及误差计算。订正结果表明:一定风速下,不考虑风的影响会造成小粒子直径的明显低估,而对于同一粒径段的粒子,风速越大,计算过程中对于粒子直径的低估越明显。风速不超过2m·s-1时,其降雪粒子下落末速度计算误差在3%左右,直径计算误差在7%以内(水平偏转角度45°)。在对2018年1月4日南京一次降雪过程中获取的真实雪花谱的分析中可以看出,忽略风的影响会导致雪花谱峰值的偏移和谱的缩窄,这会造成小粒子数浓度的高估和大粒子数浓度的低估,进而影响微物理量的计算。具体表现在雷达反射率因子Z和降雪强度I的低估,及Z-I关系拟合系数a值的实际数值会大于计算值,b值则偏小。但当风速较大时,近地面流场比较复杂,垂直向湍流运动不可忽略,此种订正方法很可能不再适用。建议在以后的业务观测中增设防风圈或在后续的数据处理中增加针对风的订正,以排除风对降雪测量的影响。

      • 方德贤, 董新宁, 邓承之, 吴钲, 高松, 海川, 黄安宁

        优先出版日期:2019-09-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.18256

        摘要:利用2008-2016年国家气象信息中心提供的逐小时0.1°分辨率的卫星融合降水资料,分析了重庆地区的降水时空分布特征,尤其是小时强降水的时空分布特征。结果表明:(1)年均降水量总体呈西低东高分布,大值中心位于重庆东北和东南部,且存在一定的季节性差异,特别是夏季,西部降水明显增强,总降水呈两高(西部、东部)一低(中部)的分布;降水频次、降水强度与地形的相关性较高,海拔高度较高的山区(海拔高度>1000m)降水频次多大于盆地和丘陵区(海拔高度<1000m),降水强度与之相反,且小时强降水多发生在迎风坡前侧的过渡区域,说明高海拔区域易出现降水,但降水强度不强,而地形抬升则是触发强降水的重要原因,导致山前降水明显大于山峰。(2)重庆地区降水主要集中在5-9月,降水量、降水强度和小时强降水频次均呈单峰型分布,峰值出现在6-7月,降水频率呈双峰型分布,一个峰值出现在5-6月,另一个峰值出现在10月,7-8月为低频期,与副高控制下的连晴高温天气有关。(3)重庆地区降水存在明显的日变化特征,降水以夜雨为主,且降水峰值出现时间表现为向东延迟的特征:西部峰值出现在凌晨02:00,中部为05:00,东部山区则为早上08:00;春季、秋季和冬季降水日变化呈单峰型分布,主要集中在凌晨,而夏季受午后局地对流性天气的影响,在下午17:00左右存在一个次峰值。

      • 杜梅, 李国平, 李山山

        优先出版日期:2019-09-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.18191

        摘要:摘要:基于大气运动方程组及散度方程,对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心(ECMWF)ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场,切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果,辐合增强区有利于高原低涡生成,低涡中心对应非平衡正值中心,低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时,低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时,有利于低涡生成;进一步,当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时,低涡趋于发展加强。

      • 孙志阔, 刘海龙, 林鹏飞, 于子棚, 李逸文

        优先出版日期:2019-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19123

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

      • 方欢, 原韦华, 徐幼平

        优先出版日期:2019-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.19119

        摘要:利用1959-2013年台站逐日降水观测资料和JRA-55逐6小时再分析资料,分析了长江中下游地区夏季强降水对应的前期三维环流结构。通过对长江中下游地区373个强降水样本的大气环流场合成分析发现,在长江中下游地区对流层中上层存在暖异常,暖中心位于300 hPa。在静力平衡和准地转平衡的作用下,高层暖异常上层存在反气旋式环流,下层存在气旋式环流。一方面,暖异常通过高层的反气旋式环流异常,使得其北侧的200 hPa西风增强,并促使高层急流东伸、南移到长江中下游地区北侧附近,增强了长江中下游地区高空辐散;另一方面,暖异常通过低层的气旋式环流异常,加强了吹向长江中下游地区的西南风,使低层水汽输送及辐合增强。暖异常所引起的高低空环流异常的有利配置,对长江中下游地区夏季强降水形成有重要作用。300hPa 暖异常在降水前48小时已经存在于青藏高原东部的400-300hPa 高空,700hPa 气旋式环流提前24小时出现在四川盆地中低层。高低层的环流要素相互配合并随时间东移,暖异常率先到达长江中下游地区,并配合低层气旋式环流和水汽辐合区,导致了长江中下游地区的强降水。

      • 朱磊, 陆春松, 高思楠, Seong Soo Yum

        优先出版日期:2019-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.19115

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

      • 王瑜, 钱忠华, 颜鹏程, 封国林

        优先出版日期:2019-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19106

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

      • 赵鹤, 颉卫华, 吴统文, 刘向文

        优先出版日期:2019-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18270

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

      • 张百超, 郭准, 周天军, 陈晓龙, 黄昕

        优先出版日期:2019-07-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18249

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

      • 王洪, 雷恒池

        优先出版日期:2019-07-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.18243

        摘要:研究不同云系降水的微物理参数特征,对研究降水机制、人工影响天气、雷达定量测量降水、数值预报模式中微物理参数化方案的选择等都有一定意义。本文针对2015年济南地区的液态降水过程,基于微雨雷达资料,研究不同云系降水的微物理参数。在400m高度上,层状云降水0.02~0.2mm/h雨强样本数很大,但对累计降水量的贡献很小。混合云和对流云降水在大粒子端数浓度较高。在垂直方向上,层状云降水中的粒子的尺度较集中,中值体积直径D0平均在1mm左右,随高度的变化不大。对流云降水在雨强大于20mm/h时,强垂直气流(包括上升气流和下沉气流)对粒子直径的影响较大,进而影响空中微雨雷达反演降水参数的数据质量。而垂直气流的影响对层状云降水影响较小,在层状云降水时,MRR可以用来分析零度层亮带以下雨滴谱在垂直方向上的演变。

      • 赵晨阳, 徐国强

        优先出版日期:2019-07-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.18236

        摘要:尺度适应(scale-aware)的物理过程是现代数值预报发展的一种趋势,本文针对GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)模式没有考虑物理过程尺度适应的现状,首先在KFeta(Kain-Fritsch Eta)积云对流参数化方案中引进了尺度适应过程,对该方案的对流时间尺度、格点垂直速度以及夹卷率进行了基于尺度适应参数化的改进。为研究Scale-aware KFeta方案与原KFeta方案对不同分辨率模式模拟结果的影响,选取了一次华南飑线过程进行数值模拟和影响分析。结果表明:在3km、5km、10km、20km水平分辨率的GRAPES_Meso模式中,Scale-aware KFeta方案相比原方案,对降水强度及落区分布的模拟有一定的正效果,随着模式水平分辨率提高,次网格降水减少、格点降水增多、对流层中低层夹卷略有增强,对原来存在的对流层高层及低层偏冷的偏差有一定的改进,对流活跃区域的上升气流强度、云中水凝物含量更符合真实的天气系统演变。综合来看,改进后的方案更适用于高分辨率数值预报模式,该研究结果可以为尺度适应对流参数化方案的应用及数值模式强降水预报性能的优化提供有益的参考。

      • 刘雪晴, 陈静, 陈法敬, 夏宇, 范宇恩, 徐致真

        优先出版日期:2019-07-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18228

        摘要:降水邻域集合概率法是处理高分辨率集合预报降水预报不确定性的一种新方法。利用2017年5-7月GRAPES区域集合预报系统24h降水预报资料,进行GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)降水邻域集合概率方法试验,并针对邻域概率法的等权重和邻域尺度问题,设计了邻域格点权重修正邻域方案以及二分类权重修正邻域方案,进行降水的集合概率法、等权重邻域集合概率方法、权重修正邻域集合概率方法和二分类权重修正邻域集合概率方法等四种方法的格点相关及敏感性试验,并利用多种概率预报检验评分评估上述四种方法的预报效果。试验结果表明:(1)尽管采用邻域计算方案的三种邻域集合概率方法的降水概率预报评分各有优劣,如等权重邻域集合概率法的相对作用特征曲线面积评分略优,而权重修正邻域集合概率法和二分类权重修正邻域集合概率法的降水概率预报可靠性更高,但采用了邻域计算方案的降水概率预报评分均优于传统的集合概率方法;(2)降水邻域集合概率方法的预报技巧对邻域尺度很敏感,统计评分最优的邻域半径为5-8倍模式水平格距;(3)引入了权重修正的两个邻域集合概率预报方法在降水阈值为10mm/24h时改进较明显,能够提供更加客观的概率预报结果。总体上看,降水邻域集合概率方法具有较好的应用前景,恰当的邻域概率方法及邻域半径可以获得更合理的降水概率预报结果。

      • 高茜, 郭学良, 刘香娥

        优先出版日期:2019-07-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18172

        摘要:降雪是北京冬季的重要降水天气过程,但目前针对实例降雪形成的微物理机制的观测-模拟研究较少。本文利用中尺度WRF模式结合外场观测资料,对北京2015年1月24日和11月5-6日两次不同天气条件下的山区降雪云系的微物理结构特征及降雪形成的微物理转化机制进行了分析研究,定量比较了云中水凝物含量的比例和降雪形成机制的差异。 研究结果表明:(1)由于两次降雪过程的天气形势和水汽输送有较大差异,导致降雪形成的微物理转化机制也出现较大差异。11月5日降雪第一阶段水汽输送较强,云中过冷水含量较高,降雪形成以凝华增长和淞附增长为主,地面表现为雨夹雪天气,而1月24日和11月5-6日第二阶段水汽输送弱,降雪形成以凝华增长和聚并增长为主,地面表现为纯降雪天气;(2) 11月5日的雨夹雪天气过程中,云中不仅有冰晶(9%)、雪晶(72%),还有云水(6%)和雨水(12%)的存在,高层生成的雪胚在下落过程中主要通过凝华(78%)和淞附(20%)过程增长。而1月24日与11月5-6日第二阶段的纯降雪过程中,云中水凝物分布相似,以冰晶和雪晶为主,1月24日冰晶含量占28%,雪晶含量占72%;11月6日冰晶含量占11%,雪晶含量占88%,冰粒子主要分布在高层。首先高层 6-12km通过云冰转换生成的雪胚下落到低层水汽充足区,然后通过凝华和聚并过程增长,1月24日凝华增长过程占92%,聚并增长过程仅占5%;11月6日凝华占88%,聚并仅占3%。(3)垂直上升气流速度与冰晶、雪晶生成和增长过程呈正相关,上升气流带来充足的水汽,配合垂直运动使得雪胚增加,凝华、淞附和聚并过程增强,导致雪晶含量增加。

      • 梁莉, 崔晓鹏, 李青青

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.19105

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

      • 赵垒, 辛金元, 杨磊库, 司瑞瑞, 刘光静

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.19102

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

      • 马婷, 刘屹岷, 吴国雄, 毛江玉, 张冠舜

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18275

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

      • 唐南军, 任荣彩, 吴国雄, 虞越越

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.18268

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

      • 唐南军, 任荣彩, 吴国雄, 虞越越

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1905.18267

        摘要:本文利用逐年7~8月平均的ERA-Interim再分析资料并结合SWOOSH水汽数据,分析了青藏高原及周边地区330~360 K层次水汽质量分布的年际异常特征及其成因。结果表明,水汽质量分布异常表现为整体异常型、东西偶极异常型和南北偶极异常型三个主导分布型。整体异常型在水汽质量整体偏多时,青藏高原地区对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输偏强,上对流层为异常偏强的水汽质量非绝热辐合;此时对应南亚高压偏强,青藏高原地区上对流层的水汽质量绝热辐散和高原以西地区的水汽质量绝热辐合都异常偏强,水汽质量整体偏少时则相反。东西偶极异常型水汽质量呈西多/东少分布时,青藏高原西部(中东部)对流和垂直向上的水汽质量非绝热传输异常偏强(弱),上对流层的水汽质量非绝热辐合也异常偏强(偏弱);同时对应南亚高压偏西,青藏高原西部到伊朗高原对流层上层,存在异常偏强的由东向西的水汽质量绝热输送造成的水汽质量辐合,而青藏高原中东部的上对流层为异常偏弱的水汽质量绝热辐散。水汽质量呈西少/东多分布时则有相反的结果。南北偶极异常型水汽质量呈北多/南少分布时,对?应南亚高压偏北,青藏高原北部的上对流层存在自南向北的水汽质量绝热输送所造成的水汽质量辐合,同时该地区低层异常偏强的自下向上的水汽质量非绝热输送也加强水汽质量辐合,而青藏高原南侧上对流层则为异常偏弱的水汽质量绝热辐散和水汽质量非绝热辐合,水汽质量呈北少/南多分布时相反。

      • 赵玉春

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1906.18264

        摘要:利用2009-2017年7-9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015-2017年7-9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形性热力流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形性热力流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的地形性热力流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形性热力流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形性热力流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形性热对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。

      • 薛一迪, 崔晓鹏

        优先出版日期:2019-06-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18245

        摘要:利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART和水汽源区定量贡献分析方法,研究了超强台风“威马逊”登陆期间(2014年7月17日06时-19日06时)强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明,大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧,西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区,且大部分气块来自相对较低层大气,高度在输送途中变化不大,来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域,气块初始位置相对较高,在输送途中逐渐降低;源区定量贡献分析显示:南海区域(C)贡献最大,目标降水区域(T)局地贡献次之,孟加拉湾(B)和西太平洋南部区域(D)贡献相当且均低于区域T;区域C和T对“威马逊”登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率(尤其是区域C)和较低的沿途损耗率(尤其是区域T);区域B源地水汽摄取量高于区域D,但前者到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者,同时,两者沿途损耗率相当,造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当;尽管阿拉伯海区域(A)水汽摄取亦较明显,但由于沿途的显著消耗,导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法,与以往常用的环流和水汽通量分析相比,可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。

      • 王东方, 郄秀书

        优先出版日期:2019-05-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.19128

        摘要:利用北京闪电定位网(BLNET-Beijing Lightning Network)和SAFIR3000定位网7年共423次雷暴的闪电资料,并按照雷暴产生闪电多少划分为弱雷暴(≤1,000次)、强雷暴(>1,000次和≤10,000次)和超强雷暴(>10,000次),分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京年均总闪电密度最大值约15.4 flash.km-2.year-1,平均值约为1.9 flash.km-2.year-1,大于8 flash.km-2.year-1的闪电高值区基本分布在海拔高度200米等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同,弱雷暴(超强雷暴)次数多(少),产生的闪电少(多),超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%、56%。不同强度雷暴对总雷暴闪电密度高值中心分布和日变化特征影响显著,昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flash.km-2.year-1的三个主要高值区中心,前两个高值中心受强雷暴影响大,而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响,这两类雷暴晚上闪电活动活跃,分别占各自总闪电的69%和65%,而弱雷暴闪电活动白天陡增很快,对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外,不同下垫面条件闪电日变化差异大,山区最强的闪电活动出现在白天,午后闪电活动增强很快,主峰值出现在北京时间18:00,而平原最强的闪电活动发生在晚上,平原(山麓)的主峰值比山区推迟了约1.5小时(1小时)。

      • 张沛, 姚展予, 谭超, 贾烁, 常倬林, 桑建人, 高亮书, 赵文慧, 王伟健, 祝晓芸

        优先出版日期:2019-05-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.19104

        摘要:为了利用人工增雨技术合理开发六盘山地区空中水资源,首先需了解该地区水汽场、地形对当地降水的影响和空中水资源的特征及典型降水过程中云系的降水效率。本文采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的高时空分辨率ERA5再分析数据集和中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,通过统计分析研究了该地区水汽的输送、地形强迫作用下的辐合抬升状况和地形云参量特征,并分别利用WRF数值模拟的输出结果和ERA5再分析数据,估算2016-2017年夏季自西向东移经该山区的多次混合降水云系的水凝物降水效率。研究结果表明:在西北地区东部,六盘山地区具有较为丰沛的大气可降水量和更强的水汽输送。受亚洲季风影响,夏季偏南风向六盘山地区输送了丰沛的水汽,山区成为相对湿度高值区;春、夏、秋季午后山区云量(CF)达70%及以上,夏季云水路径(CWP)和云光学厚度(COT)均明显大于周边地区;在夏季降水过程中,地形引起的动力场对降水有明显的影响,在日降水量5mm以上强度的过程中,气流遇迎风坡地形产生明显辐合抬升,且辐合抬升越强时降水强度越大;夏季典型降水系统中,山区水凝物降水效率平均约为48.1%,空中还有较大部分的水凝物未能成为降水。因此作为水源涵养地的六盘山地区夏季空中水资源相对丰富而降水量不足,空中水资源具有一定开发空间。

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      • 符淙斌, 王强

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

        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.

      • 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: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。

      • 韩振宇, 周天军

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

        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。

      • 张美根, 胡非, 邹捍,

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

        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。

      • 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: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。

      • 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: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.

      • 江志红, 陈威霖, 宋洁,

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

        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。

      • 曾庆存, 周广庆, 浦一芬,

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

        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。

      • 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: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。

      • 王林, 陈文, 冯瑞权,

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

        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。

      • 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: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.

      • 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: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。

      • 金祖辉, 陶诗言

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

        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。

      • 包庆, Bin WANG, 刘屹岷,

        2008,32(5):997-1005, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.05.01

        摘要:20世纪50年代以来,随着全球海表面温度年代际变化和全球变暖现象的出现,东亚夏季风降水和环流场也出现相应的年代际变化。是什么原因引起这个长期的变化趋势?研究表明青藏高原增暖可能是导致东亚夏季风年代际变化的重要因子之一。为了能够更好地理解青藏高原地表状况对下游东亚季风的影响,作者使用德国马普气象研究所大气环流模式(ECHAM)进行一系列数值试验。在两组敏感性试验中,通过改变高原上的地表反照率从而达到改变地表温度的目的。数值试验结果表明:青藏高原增暖有助于增强对流层上层的南亚高压、高原北侧西风急流和高原南侧东风急流以及印度低空西南季风;与此同时,东亚地区低层西南气流水汽输送增强。高原增暖后降水场的变化表现为:印度西北部季风降水增加,长江中下游以及朝鲜半岛梅雨降水增多;在太平洋副热带高压控制下的西北太平洋地区和孟加拉湾东北部,季风降水减少。对数值模拟结果的初步诊断分析表明:在感热加热和对流引起的潜热加热相互作用下,南亚高压强度加强,东亚夏季低层西南季风增大、梅雨锋降水增强,高原东部对流层上层的副热带气旋性环流增加,以及对流层低层的西太平洋副热带高压增强。另外,在青藏高原增暖的背景下,孟加拉湾地区季风降水减弱。本项研究有助于更好地理解东亚夏季风年代际变化特征和未来气候变化趋势。

      • 黄荣辉, 顾雷, 陈际龙,

        2008,32(4):691-719, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.04.02

        摘要:本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。

      • 张洁, 周天军, 宇如聪,

        2009,33(1):121-134, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.01.11

        摘要:利用经验正交函数分解方法, 揭示了中国春季典型降水异常型的分布特征, 讨论了对应的水汽输送场和大尺度环流形势。结果表明, 降水异常的前三个模态对应的异常水汽输送源地都与气候平均源地存在差异。第一模态中, 降水大值区位于华南沿海, 伴随西太平洋副高的加强以及东亚西风急流的西南向移动, 水汽主要来源于菲律宾和中国南海地区; 第二模态中, 降水大值区位于长江中下游地区, 西太平洋副高及东亚西风急流均较气候平均位置偏北, 水汽主要来源于赤道西太平洋, 同时赤道印度洋的西风水汽输送也为降水提供了部分水汽; 第三模态中, 降水中心位于黄淮流域, 500 hPa高压异常中心北移至日本海附近, 同时东亚西风急流大大减弱, 水汽源地位于中纬度西北太平洋。在气候平均态下, 来自青藏高原南缘的西风水汽输送是中国春季降水的重要水汽源地之一, 但与此输送带对应的异常输送, 在与前三个降水异常典型模态所对应的水汽输送异常场中均没有体现。

      • 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: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.

      • 于雷, 郜永祺, 王会军,

        2009,33(1):179-197, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.01.16

        摘要:利用卑尔根海洋-大气-海冰耦合气候模式(Bergen Climate Model, 简称BCM), 研究在北冰洋及北欧海淡水强迫增强的背景下, 大西洋经向翻转环流(Atlantic Meridional Overturning Circulation, 简称AMOC)的响应及其机制, 着重讨论了海表热力性质、北大西洋深层水 (North Atlantic Deep Water, 简称NADW) 的生成率、 海洋内部等密度层间的垂直混合 (Diapycnal Mixing, 简称DM) 以及大气风场等物理过程随AMOC的响应所发生的时间演变特征。结果显示, 在持续150年增强 (强度为0.4 Sv) 的淡水强迫下 (淡水试验, FW1), AMOC的强度表现为前50年的快速减弱和在接下来100年中的逐渐恢复。同时, 在淡水试验的前50年北大西洋高纬度海表盐度 (Sea Surface Salinity, 简称SSS) 减小, 海水密度降低, 冬季对流混合减弱, 导致NADW生成率快速减弱; 在接下来的100年中, 尽管增强的淡水强迫依然维持, 由于海洋内部自身的调节和海气相互作用, 导致了AMOC的逐渐恢复。恢复机制可以概括为: (1) 随着向南的NADW的减少, 大西洋中低纬度海水垂直层结逐渐减弱, DM随之逐渐增强, 有利于中低纬度海盆内深层水的上升; (2) 南半球西风应力增强与东风应力的减弱及北半球东风的增强使得大西洋向北的埃克曼体积通量净传输恢复; (3) 大西洋向北的盐度传输逐渐恢复及次极地回旋区降水的减弱, 导致SSS和NADW生成率的恢复, 与之对应, AMOC逐渐恢复。研究还发现, 淡水试验中, NADW的恢复主要以厄尔明格海 (Irminger Sea) 为主, 冬季北大西洋海平面气压场 (SLP) 呈现类似正北大西洋涛动 (NAO+) 的模态, 热带降水中心移到赤道以南, 大西洋热带SSS增强。

      • 邓伟涛, 孙照渤, 曾刚,

        2009,33(4):835-846, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.04.16

        摘要:采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA-40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“+-+” 转变为“-+-”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“-+”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。