双月刊

ISSN 1006-9895

CN 11-1768/O4

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      2020年第44卷第5期

      • 高茜,郭学良,何晖,刘香娥,黄梦宇,马新成

        2020,44(5):899-912, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.19114

        摘要:基于2009年5月1日积层混合云降水2架飞机观测数据分析,使用中尺度模式WRFV3对此次过程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。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,包括回波分布、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%);雪的主要源项包括淞附增长(56.8%)和凝华增长(40.1%),霰的主要源项包括凇附增长(46.6%)、雨水碰并雪成霰(42.6%)和凝华增长(16.1%),雨水的主要源项是霰(77.6%)和雪(22.4%)的融化。而相对云水较少、上升气流较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。

      • 赵俊虎,熊开国,陈丽娟

        2020,44(5):913-934, 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。

      • 王叶红,赵玉春

        2020,44(5):935-959, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19135

        摘要:利用中尺度数值模式WRF v3.8中的YSU、MYJ、QNSE、ACM2、UW、GBM、Boulac七种不同边界层参数化方案,采用高分辨率(1.33 km)数值试验的方法研究了不同边界层方案对模拟台风“莫兰蒂”(1614)登陆减弱阶段的移动路径、强度、结构、降水量、近地层有关物理量场分布等方面的影响,结果表明:(1)“莫兰蒂”台风登陆减弱阶段,不同边界层方案对台风路径、强度、降水量模拟影响显著,24 h内模拟台风路径、最低气压、最大风速及24 h累积降水量极值的最大差异分别达80 km、11 hPa、27 m s-1及241 mm;(2)Boulac方案模拟台风路径与实况最为接近,GBM、YSU和MYJ方案分别次之,ACM2和UW方案再次之,而QNSE方案最差;UW和QNSE方案模拟的最低气压以及MYJ和QNSE方案模拟的最大风速与观测最为接近;不同边界层方案均模拟出台风登陆阶段最低气压逐渐升高以及其升高速率在台风登陆后大于登陆前的特征,这与实况一致,但台风登陆前各方案模拟最低气压升高速度均大于实况,而台风登陆后却又不及实况;(3)Boulac方案模拟的24 h降水分布、强降水落区、结构、强度和各量级降水TS评分均最优,MYJ方案次之;而QNSE、UW和ACM2方案雨带向西北方向推进过快,各量级降水TS评分均较差;(4)综合台风路径、强度和降水模拟,Boulac和MYJ方案相对最优,其中Boulac方案在台风路径和降水模拟上更优,而MYJ方案在台风强度模拟上更优;YSU和GBM方案次之,而QNSE、UW和ACM2方案相对较差;(5)不同边界层方案计算的近地层潜热通量、感热通量显著不同,进而影响台风路径、强度、降水量模拟存在显著差异。比较而言,QNSE方案潜热通量相对异常偏高,MYJ和Boulac方案量值适中,其余方案相对偏低;QNSE方案感热通量相对略偏高,MYJ方案适中,其他方案则相对显著偏低;(6)不同边界层方案模拟降水区边界层热、动力结构显著不同,其中Boulac方案具有较明显优势,尤其是对日间边界层结构的模拟。

      • 彭京备,刘舸,孙淑清,何柯俊

        2020,44(5):960-974, 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。与第一模态反映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。本文利用经验正交函数分析、相关分析、偏相关分析等方法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,陈德辉

        2020,44(5):975-983, 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。

      • 陈雨潇,徐致真,陈静,李红祺,陈法敬

        2020,44(5):984-996, 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,简称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。

      • 钟丽华,杨静,陆高鹏,王庸平,何其佳,郄秀书

        2020,44(5):997-1012, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2002.19169

        摘要:红色精灵是发生在雷暴云上空的一种大尺度瞬态放电发光现象,它们通常出现在地面上空40~90 km之间,是由地闪回击和随后可能存在的连续电流产生的。目前,由于综合同步观测资料较少,与夏季红色精灵相比,全世界对冬季红色精灵的研究屈指可数。2008年12月27~28日,受高空槽及低层暖湿气流的影响,北美阿肯色州地区爆发了一次冬季雷暴天气过程,搭载于FORMOSAT-2卫星上的ISUAL(Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning)探测器有幸在这次雷暴上空记录到了两例红色精灵事件。本文利用ISUAL获取的红色精灵观测资料、多普勒天气雷达资料、美国国家闪电定位资料、超低频磁场数据、美国国家环境中心/气候预测中心提供的云顶亮温和探空数据等综合观测数据,对产生红色精灵的这次冬季雷暴特征和相关闪电活动规律进行了详细研究。结果表明,在两例红色精灵中,ISUAL均未观测到伴随的“光晕(halo)”现象,第一例为“圆柱状”红色精灵,第二例红色精灵由于发光较暗,无法判断其具体形态。产生红色精灵的母体雷暴是一次中尺度对流系统,该系统于27日15:00(协调世界时,下同)左右出现在阿肯色州北部附近,并自西向东移动。23:59系统发展到最强,最大雷达反射率因子(55~60 dBZ)的面积达到339 km2,之后开始减弱。03:03雷暴强度有所增加,随后云体便逐渐扩散,雷暴开始减弱,并在11:00完全消散。两例红色精灵发生分别在04:46:05和04:47:14,此时雷暴处于消散阶段,正负地闪频数均处于一个较低水平且正地闪比例显著增加,并且多位于云顶亮温-40℃~-50℃的层状云区上空。红色精灵的出现伴随着30~35 dBZ回波面积的增加。在红色精灵发生期间,雷达反射率大于40 dBZ的面积减少,10~40 dBZ的面积增加,表明红色精灵的产生与雷暴对流的减弱和层状云区的发展有关,这与已有的夏季红色精灵的研究结果类似。红色精灵的母体闪电为正地闪单回击,位于中尺度对流系统雷达反射率为25~35 dBZ的层状云降水区,对应的雷达回波顶高分别为2.5 km和5 km,峰值电流分别为+183 kA和+45 kA。根据超低频磁场数据估算两个母体闪电的脉冲电荷矩变化(iCMC)分别为+394 C km和+117 C km。超低频磁天线记录到了第一例红色精灵内部的电流信号,表明这例红色精灵放电很强。

      • 杨冰韵,刘健,贾煦

        2020,44(5):1013-1022, 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被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013~2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星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的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。

      • 张佃国,王烁,郭学良,王洪,樊明月

        2020,44(5):1023-1038, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19185

        摘要:利用机载Ka波段云雷达(Airborne Ka-Band Precipitation Cloud Radar, KPR)和粒子测量系统(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1.35 m s-1,平均上升气流速度为0.22 m s-1;对流泡内过冷水含量比较高,最大含水量为0.34 g m-3,平均含水量为0.15 g m-3。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。冰粒子通过凇附过程和碰并过程增长,过冷水含量不足时冰粒子的凇附增长形成柱状粒子,含量充足时可迅速凇附成霰粒子。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,高层冰晶通过凇附增长形成霰粒子,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。

      • 闵锦忠,吴乃庚

        2020,44(5):1039-1056, 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。本文在简要回顾国内外大气可预报性研究历程的基础上,重点对近二十年(1999~2018)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。

      • 石世玮,智海,林鹏飞,陈涛

        2020,44(5):1057-1075, 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年、2015/2016年两次强厄尔尼诺(El Niño)事件和2014/2015年特殊El Niño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 Niño和南方涛动(El Niño–Southern Oscillation, ENSO)发展的强弱与热带西太平洋大范围海表层盐度异常(SSSA)及其向东扩散的差异有明显关联。1997/1998、2015/2016年赤道东太平洋SSTA的增暖,对应两次强El Niño事件,在发生年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—西太平洋表层升温增强,促使了赤道中太平洋的早期变暖;2014/2015年弱El Niño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的增厚过程减弱,对表层温度的调制作用减弱甚至消失。三次事件对应的盐度变化过程中,水平平流和淡水通量(FWF)引起的表层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;热带太平洋西部降水引起的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El Niño事件,2014/2015年El Niño对应的早期FWF负异常没有发展和东移,并且之后迅速减弱,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ENSO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SSTA时,不仅影响它的强度,而且可以作为判断ENSO是否发展及其强弱的前兆因子。

      • 庄照荣,李兴良,陈静,孙健

        2020,44(5):1076-1092, 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24 h内预报要素质量优于3DVar,24 h内降水强度和落区预报也更准确,混合同化分析改善了3DVar分析的降水空报问题;同时混合同化分析的24 h内台风路径预报也最接近实况,台风强度预报在48 h之内都比3DVar更接近观测。

      • 张雷,任国玉,苗世光,张爱英,孟凡超,朱士超,任玉玉,索南看卓

        2020,44(5):1093-1108, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19229

        摘要:城市化对高温热浪的频次和强度具有重要影响,但目前对于城市化影响高温热浪过程的机理了解还不充分。本文利用WRF模式,对2010年7月2~6日(北京时)北京一次高温过程进行了模拟,分析了城市化对此次高温过程的影响机理。采用优化后的WRF模式,能够模拟出北京连续5日高温的特征和城市热岛强度的变化。城市下垫面的不透水性决定了城区2 m高度处相对湿度低于乡村,削弱了城区通过潜热调节城市气温的能力。日落后,城市感热通量下降缓慢,城区降温速率小于乡村,夜间边界层稳定、高度低,风速小,抑制了城乡之间能量的传输,形成了夜间强的城市热岛强度,造成夜间城市气温明显高于乡村。日出后城乡地面感热通量、潜热通量迅速上升,边界层稳定性下降。午后,城市下垫面分别为地表感热通量和潜热通量的高、低值中心,通过潜热调节气温的能力被削弱;边界层稳定性降低,有利于能量的垂直扩散;此时,城市热岛强度小于夜间。因此,北京城市下垫面形成了明显的城市热岛效应,加重了城区极端高温事件的强度。此外,在这次高温热浪期间,中国东部大部分地区受到大陆暖高压控制,晴空少云,西北气流越山后形成焚风效应,是北京地区高温热浪形成的天气背景。

      • 字冉,孔震,张启悦,夏阳

        2020,44(5):1109-1124, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19232

        摘要:利用美国NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)的CMAP(Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation)月平均降水资料、NCEP/DOE(National Centers for Environmental Prediction/Design of Experiments)II的月平均再分析资料和中国气象局国家信息中心提供的中国160站逐月降水和平均气温资料,通过定义一个亚洲急流纬向非均匀性指数(IAja),分析了1979~2019年夏季亚洲西风急流纬向非均匀性的年际变化特征,揭示了夏季亚洲急流纬向非均匀性变化异常的成因及其对东亚夏季降水和气温的影响。结果表明:夏季亚洲西风急流纬向非均匀性具有显著的年际变化特征,并存在6~8年和2年左右的振荡周期。当急流纬向非均匀性典型偏强(弱)年,东亚东部地区从低纬到高纬,降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多(偏少—偏多—偏少)的经向分布;气温则在中国西部地区和日本北部偏高(低),贝加尔湖地区偏低(高)。引起夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的可能原因如下:由大气非绝热加热异常而引起的热带和中纬度地区辐合/辐散运动造成的涡度源强迫,和来自西风带中波扰动能量的注入,两者共同作用形成并维持了与急流纬向非均匀性强弱变化相联系的异常环流,从而使亚洲急流东、西段强度差异增强(减弱),进而有利于急流纬向非均匀性异常偏强(偏弱)。而上述西风带中波扰动能量的东传可能与北大西洋海表面温度异常有关。这对于深刻理解夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的形成机理提供了有用的线索。

      • 索朗塔杰,施宁,王艺橙,张东东

        2020,44(5):1125-1140, 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。

      • 周颖,张贺,张珂玮

        2020,44(5):1141-1154, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2002.19252

        摘要:IAP AGCM4.1(Institute of Atmospheric Physics Atmospheric General Circulation Model, version 4.1)是中国科学院大气物理研究所自主研发的大气环流模式,也是中科院地球系统模式CAS-ESM1(Chinese Academy of Sciences Earth System Model, version 1)的大气分量模式。本文利用极端气候分析软件TECA(Toolkit for Extreme Climate Analysis),对IAP AGCM4.1模拟的1979~2012年西北太平洋热带气旋(TC)进行了识别与评估。结果表明IAP AGCM4.1模拟的TC空间分布、路径走向与生成源地与观测基本一致,但模拟的TC个数有所低估,仅为观测的36%。基于K-均值聚类方法的分类评估显示,这种低估主要体现在模式对于西北行转向类和西行类TC没有模拟能力。对于近海西—西北行类、西转向类和东转向类TC,模式模拟的个数可分别达到观测的39%,48%和85%,模拟的季节变化与观测的相关系数在0.89~0.91之间,周期误差在1~2天。就TC路径而言,模式对于近海西—西北行类和东转向类TC模拟效果较好,质心经度误差、质心纬度误差和经纬向标准差的模拟误差分别为1%~5%、4%~16%和5~15%。此外,环流合成分析表明模式很好地再现了东转向类TC发生、发展期间环境流场的演变以及副热带高压的变化情况,模拟的副热带高压强度和面积指数与观测的相关系数可达0.89。模式对西北行转向类和西行类TC模拟能力较差的原因可能与模式对副热带高压的模拟偏差有关。

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      • 王爽, 吴其冈, 刘师佐, 梁涵洲, 户元涛, 康彩燕, 包晓军, 高艳

        优先出版日期:2022-01-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21051

        摘要:南极海冰经验正交分解(EOF)首要模态表现为偶极子型异常,即正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海,被称作南极海冰涛动。过去研究显示南半球冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动型大气环流有显著影响,本文利用观测资料进一步分析5-7月(May-July,MJJ)南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,南极偶极型海冰异常从MJJ到JAS有很好的持续性,首先通过冰气相互作用有利于在南半球激发持续性的南极涛动(Antarctic Oscillation, AAO)型大气环流异常,即绕极低压带加深和副热带高压带加强,高中纬度之间的气压梯度加大,有利于高纬西风加强;同时在滞后海冰异常一到两个月时,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。在对流层中层位势高度场上,从澳大利亚北部,一直延伸到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,日本附近出现显著的正异常中心,鄂霍次克海-阿留申群岛一带出现带状的负异常,这种位势高度正负中心的相间分布,即东亚沿岸从低纬到高纬南北走向的“-+- ”Pacific-Japan(PJ)波列,是经向遥相关除纬向风场外的另外一种表现形式;另外,低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关(Western Atlantic,WA)的结构。从物理机制来看,南极海冰首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球经热带地区传递到北半球中高纬地区。

      • 马潇祎, 范可

        优先出版日期:2022-01-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21115

        摘要:本文利用观测和再分析资料,分析了1961~2014年中国西北地区(35°-50°N,75°-95°E)夏秋季节干湿线性变化趋势特征,定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献,同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明,西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大,是干旱最易发生季节。西北地区在1961~2014年夏秋季显著变湿,其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用,降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献,二者趋势总贡献率夏季为93.4%,秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后,自1987年后,夏季西北年代际变湿,主要受到蒸散量和降水量变化影响,地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿;西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明,夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强,贡献率达到约80%,表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外,夏季水汽平流项为正值(即水汽通量辐合加强),有利于降水量增加,该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季,1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低,进而造成西北地区的年代际变湿。

      • 邹玮, 沈晗, 袁慧玲

        优先出版日期:2022-01-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20191

        摘要:雷达资料同化能够改善强对流天气的预报,但是不同的模式方案配置会得到不同的结果。本文针对中国南部2018年3月4日一次飑线过程,以全球预报模式GFS分析场为背景场,采用中尺度区域气象预报模式ARPS 3DVAR系统同化多普勒雷达径向速度,通过ARPS云分析模块处理反射率数据,考虑同化间隔、频次、云分析中不同参数调整,采用1h同化窗口,设计不同同化方案,最后用天气研究与预报模式WRF进行预报,研究雷达资料同化对飑线系统触发及发展机制的影响。结果表明,同化间隔过短时,由于模式热动力变量没有平衡产生虚假回波,同化间隔过长时,系统触发和发展的特征普遍偏弱;采用12min间隔同化得到了最好的初始场,并且同化频次越高得到的降水预报结果越好。此外,ARPS云分析能大大改善初始场,减少模式自调整时间,其中湿度调整、温度调整、雨水调整及水汽调整对系统动力过程和水凝物初始场分布都有较大的影响,而垂直速度相关参数调整影响较小。

      • 苏海锋, 戴新刚, 熊喆, 延晓冬

        优先出版日期:2022-01-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21081

        摘要:本文利用区域气候模式RIEMS输出的3公里高分辨率格点数据和站点降水记录分析了中国西北黑河流域降水的动力降尺度和统计-动力降尺度问题,检验了多种不同因子组合下的多元线性回归(MLR)和贝叶斯模式平均(BMA)降尺度模型,在评估了其降尺度降水误差、与观测值相关系数、方差百分率和“负降水”偏差等方面的统计特征。结果表明,动力降尺度降水相关系数最高,但误差也最大,降水方差过大,达到观测值的1.5~2倍;而仅用700hPa 位势高度场、经向风和比湿等构建的统计降尺度模型估计降水的相关系数较低,误差较大,当在统计降尺度模型中引入动力降尺度降水因子后降水估计得到明显改善。MLR类型降水相关系数和方差百分率明显高于BMA模型,降水估计误差和“负降水”出现频次也明显大于后者。在黑河流域的“负降水”偏差主要出现在降水稀少冬半年,且中、下游出现频次较高,上游较低, 其中MLR类模型“负降水”频次较高,BMA模型频次较低,后者仅出现在黑河中、下游地区。包含动力降尺度降水因子的模型在一定程度上减少了“负降水”出现的频次。此外,降尺度模型估计降水的误差、方差百分率和相关系数等都随季节变化,其中动力降尺度降水误差最大,7种降尺度模型的降水相对误差在黑河中下游及冬半年最大,夏季最小。这说明极端干旱区或降水稀少季节的降水降尺度仍然需要进一步改进。这些评估表明,即使高分辨率的动力降尺度降水也存在明显偏差,需要用统计降尺度模型等对其订正,以便进一步降低站点降水估计的不确定性。

      • 刘婧茹, 李英, 孟青, 王洁

        优先出版日期:2022-01-14  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136

        摘要:利用2010-2016年中国地面站重要天气报文、中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料,对热带气旋(TC)影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析,结果表明:1)该区域TC大风主要沿海岸线分布,至内陆频次递减;TC大风多以东北风向为主,登陆前大风站点居多,12级以上的强风速基本分布在距TC中心300km范围内;2)强热带风暴(STS)和台风(TY)强度TC引起的站点大风最多,但16级以上大风主要出现在强台风(STY)和超强台风(Super TY)强度等级。慢速TC引起的站点大风主要出现其移向右前侧,快速主要出现在其右后侧。TC大风中向岸风均值略大于离岸风,其中12级以上风速向岸风站点多于离岸风,但16级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风;3)约89.8%的TC大风伴随降水,分布于TC中心附近,东北风为主,峰值出现在8月。约10.2%的TC大风无降水,主要分布在TC外围,北风和东南风为主,风速较弱,多出现于5月和12月。12级以上TC大风几乎均伴随着降水,而无降水TC大风风速达12级以上样本很少;4)约23.8%的TC大风伴随强对流天气,以东北风为主,平均风速大于非强对流TC大风。TC大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴,以短时强降水居多(约占该类TC大风的79.5%),主要分布在TC中心附近东北象限,而雷暴TC大风则主要出现在TC外围(约占该类TC大风的28.0%),东南象限相对较少;5)同时出现短时强降水和雷暴的TC大风仅占强对流TC大风的7.5%,TC大风的1.8%,说明TC大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。

      • 李若羽, 卞建春, 唐贵谦, 李丹, 白志宣, 毛文书

        优先出版日期:2022-01-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21214

        摘要:大气污染物的垂直梯度观测是识别区域输送和本地贡献的必要手段。基于此,2020年8月在拉萨市利用光学粒子计数器(the Printed Optical Particle Spectrometer, POPS)在地面和系留气艇分别对0.13~3.39 μm粒径范围的气溶胶数浓度进行了测定。结果表明:(1)拉萨近地面气溶胶数浓度在16 cm-3到870 cm-3范围之间,比华北和珠江三角洲地区小2~3个量级;(2)气溶胶数浓度呈现两峰两谷的日变化结构,峰值通常以0.13~0.4 μm的小粒径粒子为主,且对应早(10::00 LT, Local Time)晚(21:00 LT)高峰时段;(3)气溶胶数浓度垂直分布与边界层演变密切相关,稳定边界层中的气溶胶随高度递减,粒子数浓度为194±94 cm-3,对流边界层和残留层中的气溶胶分布均一,数浓度分别为165±99 cm-3和123±95 cm-3,且显著低于稳定边界层。以上研究结果表明,拉萨的污染源主要为局地机动车排放,机动车污染物减排是打造高原生态旅游城市的必由之路。

      • 宗海锋, 布和朝鲁, 彭京备, 林大伟

        优先出版日期:2022-01-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21052

        摘要:摘要 组合性灾害事件是指同时出现的若干个天气灾害的组合,它的发生会明显加重致灾程度。本文利用1961-2013年冬季我国南方区域206个台站的日平均温度、日降水量及雨凇资料,建立了冬季大范围持续性低温、雨雪和冰冻组合性灾害事件的客观识别方法,并揭示了3类组合性灾害事件的关键特征。首先,基于低温、雨雪、冰冻天气的强度和面积阈值以及持续天数建立了大范围持续性低温事件、雨雪事件以及冰冻事件各自的客观判识方法。在此基础上界定出了3类常见组合性灾害事件,即低温-雨雪灾害事件(C-RS)、低温-冰冻灾害事件(C-F)以及低温-雨雪-冰冻灾害事件(C-RS-F)。3类组合性灾害事件常见于1月上旬-2月中旬。尽管3类组合性灾害事件在低温和降水等方面有相似之处,但其形成条件却明显不同。充沛的水汽供应和大范围强烈的水汽辐合是低温-雨雪灾害事件和低温-雨雪-冰冻灾害事件发生的关键条件,而逆温层和冷垫则是低温-冰冻灾害事件和低温-雨雪-冰冻灾害事件发生的必要条件。亚洲中高纬大型斜脊系统是低温-冰冻灾害事件和低温-雨雪-冰冻灾害事件的关键环流特征,为强冷空气活动提供了有利环流条件。低温-雨雪灾害事件期间亚洲中高纬则盛行波状环流,有利于适度冷空气活动。在水汽供应和逆温层形成方面,3类组合性灾害事件受控于不同的副热带异常环流系统。孟加拉湾南支槽和南海上空异常反气旋分别是低温-雨雪灾害事件和低温-冰冻灾害事件形成的副热带关键环流系统,而孟加拉湾南支槽和西北太平洋异常反气旋相结合为低温-雨雪-冰冻灾害事件形成的副热带关键环流系统。

      • 马骄, 魏科, 陈文

        优先出版日期:2022-01-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.22201.21082

        摘要:长江流域梅雨期降水强度大,范围广,持续时间长,经常导致大范围严重洪涝灾害,其维持的内动力学过程值得深入讨论。本文以2020年7月5日-7月9日长江流域一次大范围持续性降水为例,通过WRF数值试验分析了降水过程中的凝结潜热与环流系统的相互作用过程。结果表明:在此次大范围持续性强降水事件中,由于凝结潜热的释放,在高层形成高压异常,有利于南亚高压(SAH)加强东伸,SAH东伸的同时与西太平洋副热带高压(WPSH)相互作用,加强WPSH西伸。在潜热释放中心的中低层形成低压异常,该系统有助于阻挡WPSH北上,从而形成稳定的WPSH,有利于降雨系统在长江流域的维持。东亚夏季风演变表现为明显的停滞与北跳特征,其中WPSH的活动是季风雨带演变的核心,本文研究表明,大尺度凝结潜热释放可以通过调节天气系统形成稳定的环流系统,从而有利于雨带加强和维持,这种大尺度雨带凝结潜热释放与环流的相互作用机制可能是夏季风雨带停滞的重要过程。

      • 师 正, 林晓彤, 谭涌波, 郭秀峰, 汪海潮

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21101

        摘要:利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明:随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四级性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。

      • 汤欢, 傅慎明, 孙建华, 周象贤

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21127

        摘要:高原涡是生成于青藏高原主体的一类浅薄中尺度涡旋系统,其发生频繁、影响范围广、造成灾害强,是我国最重要的致灾中尺度系统之一。全面揭示高原涡的统计特征是本领域研究的重要基础。其中,高原涡的精准识别是认识其统计特征的关键。随着高时空分辨率再分析资料的出现,高原涡的研究有了更好的数据基础,然而,无论是人工识别方法还是基于较粗分辨率的客观识别算法都难以高效地适用于当前的新再分析资料。因此,亟需发展一种高精度的、适用于高时空分辨率再分析资料的高原涡客观识别方法。本文提出了一种适用于高分辨率再分析资料、基于风场的限制涡度高原涡客观识别算法(Restricted-vorticity based Tibetan-Plateau-vortex identifying algorithm; 简称RTIA)。该方法首先判断高原涡候选点,然后以候选点为中心,划分多个象限,通过象限平均风场限定条件和象限组逆时针旋转(北半球)条件确定高原涡中心,无需复杂计算及对各气压层分别设定阈值,即可快速实现高原涡的水平和垂直追踪。基于1979-2020年共42个暖季(5-9月)、15466个高原涡(共计99090时次)大样本的评估表明,RTIA方法识别高原涡的平均命中率超过95%,平均空报率低于9%,平均漏报率少于5%,可以十分准确地对高原涡进行识别。此外,评估还表明RTIA方法应用于不同空间分辨率的再分析资料(如0.5o或0.25o)时,仍能保持高原涡识别的高准确率,其识别结果主要受涡旋自身强度的影响,对弱涡旋的识别精度比强涡旋偏低。该方法对其他中尺度涡旋识别也具有一定的借鉴意义。

      • 远芳, 廖捷, 周自江

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21139

        摘要:本文研究并提出中国地基全球导航卫星系统(GNSS)水汽产品的综合质量控制(CQC)算法。CQC算法由质量检查和综合决策两个环节组成。质量检查环节主要对待检观测数据与其参考数据的差异进行分析,包括界限值检查、考察时间一致性的临近点检查和低通滤波检查,考察空间一致性的邻近站检查、距平值检查和峰谷值检查,以及基于背景场的粗大误差检查等7个模块。每个检查标记出超过阈值的观测数据,随后利用综合决策算法对数据的标记情况进行综合评分,最终给出数据的质量控制码。基于质量控制后的数据,评估了中国第一代全球大气再分析产品(CRA)、ERA-Interim和ERA5等五套再分析数据在中国地区的水汽模拟效果。结果表明几套再分析资料模拟的大气可降水量(PWV)在冬季整体略高于观测,夏季则明显低于观测。在空间上,中国南方地区和西部地区模拟的PWV低于观测,这种情况在夏半年更加明显。相对于观测,CRA的平均偏差(O-B)为0.633mm,均方根误差为3.650mm。CRA相对于观测的误差略高于ERA5,但略低于ERA-Interim,明显优于JRA55和NCEP2结果。

      • 邱慧, 周天军, 陈梓明, 张文霞, 陈晓龙, 李立娟, 林鹏飞

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21141

        摘要:本文基于参加第六次“国际耦合模式比较计划”(CMIP6)的IAP/LASG 气候系统模式FGOALS-g3的耦合(Historical)与非耦合(AMIP)试验结果,通过与观测和再分析资料的比较,评估了FGOALS-g3模式Historical与AMIP试验对北非地区7-9月降水气候态和年际变率的模拟能力;利用水汽收支方程与回归分析研究了模式模拟降水偏差的原因;通过比较耦合与非耦合试验的模拟结果,分析了海气耦合过程对非洲季风模拟偏差的影响。结果表明,在气候平均态上,Historical与AMIP试验模拟的降水均较观测偏少且位置偏南,模拟的北非夏季西南季风环流偏弱。AMIP试验模拟的萨赫勒和北非季风区降水与观测降水的空间相关系数分别为0.80、0.62,均大于Historical试验,对应的均方根误差为2.58、3.23,小于Historical试验,说明与Historical试验相比,AMIP试验的模拟偏差更小。水汽收支分析表明,Historical与AMIP试验均低估了北非季风区水汽辐合,同时低估了水汽垂直平流项与蒸发项,高估了水平水汽平流项,导致模式模拟的降水偏少,且Historical试验的偏差大于AMIP试验。在年际变率方面,观测中,北非夏季风降水-ENSO呈负相关关系。AMIP试验能够模拟出ENSO正位相时北非夏季降水的负异常,且较观测负异常偏强,而Historical试验模拟的负相关关系并不显著。AMIP试验高估了北非地区垂直运动、热带东风急流与低层季风环流对ENSO的响应强度,导致降水异常偏强,而Historical试验低估了上述响应强度,产生弱降水负异常。水汽收支表明,北非夏季降水-ENSO的负相关关系由垂直水汽平流项异常引起,其中垂直动力项异常主导。AMIP试验高估了垂直平流项及其动力项的贡献,但Historical试验高估水平平流项与垂直热力项异常的贡献,说明Historical试验模拟的北非夏季降水-ENSO相关关系偏差与水平平流项异常的抑制作用有关。

      • 蔡雪薇, 万子为, 吴文辉, 杨波, 蚁志鸿

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21147

        摘要:为提升对飞机颠簸的客观预报能力,设计一种新的基于湍能耗散率(Energy Dissipation Rate,EDR)的航空颠簸集成预报算法,预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证,且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报(CMA-MESO)的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸(Clear air Turbulence,CAT)和山地波 (Mountain wave Turbulence,MWT)的预报指数,在颠簸实况EDR和各预报指数的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下,利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系,将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值;再将其根据预报评分给予不同权重,集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况,多种算法的集成预报报效果总体好于单一指数预报;相对作用特征检验(ROC)表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率,具有较高的预报正技巧。

      • 牛苗苗, 张杰, 马茜蓉, 陈志恒

        优先出版日期:2022-01-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21102

        摘要:利用NOAA(美国国家海洋和大气管理局)气候预测中心的逐日格点降水资料分析了春末夏初(5、6月)天山极端降水时空变化以及印度洋海盆一致模(IOBM)影响天山极端降水的机制。结果表明:春末夏初天山极端降水变化具有明显的空间差异,西天山地区极端降水显著增加,其他区域极端降水变化不显著。诊断分析和数值模式模拟结果表明,春末夏初西天山地区极端降水增加与同期IOBM正异常促进冷暖气流在西天山地区交汇有关。IOBM正异常,一方面有利于东欧至中亚北部反气旋异常加强,促进冷空气向南输送。另一方面使得印度洋海温非均匀增暖,产生异常垂直环流,其下沉支使阿拉伯海和印度半岛产生反气旋异常,异常反气旋和偏南气流共同促进印度洋暖湿水汽向西天山输送,从而有利于西天山地区极端降水增加。

      • 江 琪, 张碧辉, 赵有龙, 王飞, 孙业乐

        优先出版日期:2021-12-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21142

        摘要:2013年以来,北京市城区PM2.5质量浓度年均值呈逐年降低趋势,但PM2.5重污染事件仍旧频发,污染出现快速甚至爆发增长的成因和理化机制仍存在诸多不确定性。基于北京市城区2013—2020年常规气象要素、PM2.5及其化学组分观测资料,分析了PM2.5在缓慢、快速和爆发三种增长机制下的颗粒物浓度和组分的阈值及其与气象条件的相关关系。结果表明,2013—2020年,北京市城区PM2.5在增长时段(1-24h间隔)中平均累积速率呈逐年放缓的趋势,大气污染累积阶段中缓慢增长的比重逐年升高。在判别标准逐渐严苛的前提下,爆发增长的比重逐年变化不大(4%—7%)。2013—2016年爆发增长的PM2.5浓度阈值为62μg m-3,2017年后,该阈值严苛至45μg m-3。82 μg m-3为2018年以来极易出现PM2.5爆发增长的界限值,高于此值后爆发增长的概率将大幅提升。有机物(Org)在爆发增长中起到了至关重要的作用。同一时间间隔Org在亚微米气溶胶(PM1)增长浓度中的贡献缓慢增长<快速增长<爆发增长,其中一次有机气溶胶(POA)在快速和爆发增长中对Org增长浓度的贡献平均超过50%,高于研究时段40%的平均占比。无机组分中,SO42?在PM1增长浓度中的贡献爆发增长(13%)>快速增长(11.8%)>缓慢增长(11.1%),NO3?的贡献相反。二次气溶胶(SPM)在累积阶段的贡献高于一次气溶胶(PPM),但爆发增长中,PPM在污染增长中贡献(最高达45%)明显高于平均时段的33%,PPM在爆发增长中的贡献不可小觑。秋冬季的爆发增长开始后,温度有所降低(0.2—1.2℃),而湿度和气压明显升高。北京城区爆发增长中主要的气团来向为偏南向(三个高度占比分布为69%—82%),其次为偏东方向(12%—20%)。

      • 索朗塔杰, 杜军, 卓嘎, 益西卓玛, 平措桑旦

        优先出版日期:2021-12-29  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21131

        摘要:本研究利用欧洲中心ERA5再分析资料的逐日土壤湿度(土壤体积含水量)、降水量、位势高度场以及风场数据,重点分析了1981-2020年高原春季浅层(0-7cm)土壤湿度的时空变化特征,并探讨了青藏高原土壤湿度与高原季风的关系。青藏高原春季土壤湿度西北偏干,东南部相对偏湿的分布特征。对高原春季土壤湿度进行经验正交函数(EOF)分析后发现,其第一模态呈中部与东、西部反向变化特征,该模态存在准3年(2-4年)的振荡周期,这一周期特征在2000~2010年表现的更为显著;第二模态呈南北反向分布,较好地表征高原地区气候带与下垫面覆盖状况。研究发现,高原夏季风与高原春季土壤湿度变化之间存在密切的隔季相关,高原夏季风异常变化是翌年春季土壤湿度变化的主要原因。

      • 张星, 周天军, 张文霞, 左萌, 张丽霞

        优先出版日期:2021-12-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21099

        摘要:本文基于观测和再分析资料,采用水汽收支诊断和合成分析方法,对新一代气候系统模式FGOALS-g3模拟的全球季风进行了系统评估,给出其较之前版本FGOALS-g2的优缺点,并通过与其大气分量模式GAMIL结果的比较,讨论了海气耦合过程的影响。结果表明,FGOALS-g3能合理再现全球季风气候态的基本特征,包括年平均、年循环模态、季风降水强度和季风区范围等,但模式低估陆地季风区年平均降水,高估海洋平均降水,模拟的热带地区春秋非对称模态偏强。研究指出FGOALS-g3模拟的陆地季风区范围偏小,这与模式模拟的夏季水汽垂直平流(尤其是热力项)偏小有关。年际变率上,FGOALS-g3能再现El Ni?o年全球季风降水偏少的整体特征,其不足之处在于部分季风区的降水异常存在一定偏差,例如其模拟的El Nin ?o年西非季风区降水偏多和西南印度洋的偶极子型降水异常,均与观测分布不一致,且模式中西北太平洋季风区降水较观测偏多。这是由于El Nin ?o年,模式中西非高层无弱辐合中心,且海洋性大陆较观测偏暖,对流中心西移。相较于FGOALS-g2,FGOALS-g3对环流、季风降水的年际变率和季风-ENSO关系的模拟有改善。比较耦合和非耦合模拟结果,耦合模式的偏差大多源自大气模式本身,海气耦合过程部分提高了对亚澳季风区和热带印度洋的降水和环流的模拟,但耦合过程引起的海温偏差增强了气候态上印度半岛的干偏差和热带印度洋的湿偏差。

      • 邓育鹏, 周学思, 赵利伟

        优先出版日期:2021-12-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21091

        摘要:云室是开展云物理和人工影响天气室内实验研究的重要设备。河北双75 m3膨胀云室是我国研制和建造的重要大中型综合云室。文章介绍了该云室的主体、主要配套系统结构和实验测试情况。通过实验测试,研究了大体积云室在成云过程中内部实验样气的温压湿变化特点,并测试了该云室优越的综合性能指标和温压湿等可控的关键环境技术参数。实验结果表明:该云室温度控制范围从室温到-40℃,最大降温速率达0.36℃·min-1,压力控制范围从常压到1 Pa,具有四种湿度调节方式。可以实现动态膨胀生成冷云或暖云。合适的条件下,云雾维持时间可持续30 min以上,具备了开展基本云物理的实验条件。

      • 吴芳营, 游庆龙, 蔡子怡, 张玲, 康世昌, 翟盘茂

        优先出版日期:2021-12-22  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21157

        摘要:基于2001~2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)探测的白天地面温度(简称MODIS 白天地温)资料,与青藏高原(简称高原)122个气象站点观测的最高气温资料,在年尺度上评估了MODIS 白天地温在高原的适用性,研究了高原五个干湿分区下MODIS 白天地温的海拔依赖型变暖特征,得到以下主要结论: (1)MODIS白天地温能够很好地捕捉到观测的最高气温的时空以及海拔依赖型变暖特征;(2)高原整体上,MODIS白天地温存在显著的海拔依赖型变暖特征,平均海拔每增加100m,其趋势增加0.02℃/10a,且受积雪-反照率反馈主导;(3)干湿分区下,海拔依赖型变暖特征在高原表现为偏湿润地区强于偏干旱地区;季风区强于西风区。海拔依赖型特征强弱:半湿润地区>湿润半湿润地区>半干旱地区>湿润地区>干旱地区。平均海拔每增加100m,以上区域的地温趋势分别增加0.06,0.03,0.03,0.01,0.01℃/10a。半湿润和湿润半湿润地区年均温在0℃左右,在气候变暖背景下积雪-反照率反馈作用最为强烈,是其海拔依赖型变暖的主导因素;干旱与半干旱地区年均温相对更低,气候变暖程度对积雪影响相对较小,积雪-反照率反馈作用被限制,但仍对上述地区的海拔依赖型变暖起主导作用;而湿润地区的积雪覆盖率的上升可能是由于降雪(固态降水)增加抵消了积雪融化损耗,云辐射、水汽等其他因素主导了其海拔依赖型变暖。

      • 张蔚然, 刘黎平, 吴翀

        优先出版日期:2021-12-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21050

        摘要:第二次青藏高原综合科学考察研究项目在墨脱布设了一部X波段相控阵偏振雷达(X-PAR),实现了首次对河谷地区云降水的雷达连续观测。为了揭示高原东南河谷地区云降水的宏观特征,本文利用墨脱X-PAR 2019年11月—2020年10月的观测数据定量分析了墨脱地区云降水回波强度、回波顶高等参数的月变化、日变化和高度变化,并与那曲地区夏季季风时期多普勒雷达观测数据进行了比较。研究发现:(1)墨脱地区回波顶高、面积在4~9月大于10~3月,说明4~9月降水频次高、对流性降水多,其中以6月最为显著,而进入4月后弱回波比例的大量增加导致了回波强度与强回波发生频率小于10~3月。根据云降水逐月变化特征将一年分为旱季和雨季。(2)雨季降水回波频次、顶高、面积均大于旱季,说明雨季降水频次更高、对流性活动更旺盛。降水回波频次、顶高、面积的日变化表明,两季日最强对流发生在下午,旱季日降水主要发生在下午与上半夜,雨季主要发生在下半夜。(3)墨脱降水回波强度大部分小于30dBZ,旱季在海拔高度3 km以上回波发生频次高,雨季3 km以下高。(4)夏季季风期间墨脱回波顶高低于那曲,其顶高、面积日变化趋势与那曲不同。

      • 董新宁, 吴遥, 黄安宁, 唐红玉

        优先出版日期:2021-12-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21032

        摘要:利用川渝地区1991-2012年夏季逐小时降水资料,分析该地区总降水、极端降水时空分布特征,特别是极端降水的日变化特征。结果表明,川渝地区受西高东低的地形影响,总降水PA也呈西少东多分布,具体是川西北高原少川西南山地及东部盆地多,盆周山区多盆中丘陵区少;降水频率PF则呈西高东低的相反分布,高原地区PF较高;降水强度PI的分布与PA较为一致,自西向东逐渐增强。极端降水PA、PF、PI的空间分布特征与总降水的空间分布特征相似。东部的四川盆地乐山、雅安地区和达州、广元地区,以及西南山地区的西昌、攀枝花地区的降水量大主要是由于降水强度大。西昌地区北方小部分西南山地区的降水量大主要是由于降水频率大。川西高原区降水量小是因为降水强度小。PA日峰值自西向东递增,PF日峰值呈相反变化趋势,自西向东递减。两者几乎全部都出现在夜间,“夜雨”特征显著。海拔较高的地区日峰值大多出现在前半夜,而海拔较低的地区大多出现在后半夜,自西向东日峰值出现时间逐渐推迟,因此川渝地区的降水系统存在自西向东传播的特征。极端降水日峰值及其出现时间的分布特征都与总降水相似。川渝地区夏季小时极端降水的阈值西低东高,自西向东逐渐增大,极端降水频率占总降水频率的比重几乎都在40%左右,无明显差异。极端降水量占总降水量的比重自西向东呈增大趋势,极端降水量对川渝地区东部总降水量贡献大,对西部贡献较少。总降水时空分布特征和极端降水相似。四类站点的典型形态降水日变化曲线分析表明,川西大部分高原区和部分山地区为类型一,该地区降水量最少,但是降水频率最高;川西南部攀枝花市附近的小部分山地区以及四川盆地的成都、眉山、资阳、内江一带为类型三,该地区降水量较多;四川盆地中东部地区,以及重庆东部边缘地区为类型四,该地区降水量也较多,且具有明显的过渡特征,三个变量的相对大小表现的较为复杂;最后剩下的高原山地区和四川盆地西部为类型二,包括了降水量最大的乐山、雅安地区,该地区夏季降水充沛,且易发生暴雨;区域的海拔越高,夜间PF日峰值就越大;位于高海拔地区的类型一区PI明显偏弱;三个变量的分布都和其空间分布吻合度较高;三者日峰值的出现时间均自西向东从第一天晚上推迟到第二天清晨,极端降水PA、PF日变化均呈现凌晨单峰结构,“夜雨”特征明显,日峰值均出现在凌晨3:00左右,谷值均出现在午后13:00左右,PI则呈锯齿状波动结构,5:00-11:00时较低,其他时间较高。PA谷值主要受PF影响,而峰值则主要受PI和PF都较高的影响。

      • 姚梦莹, 朱志伟, 卢睿, 姚俊强

        优先出版日期:2021-12-13  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21124

        摘要:本文基于1961~2016年中国西北地区逐日地表气温观测资料以及全球大气再分析资料,通过统计诊断和数值模拟的方法,揭示了西北地区5月和9月地表气温年际变率规律及其机理,并在此基础上分别构建了季节预测模型。结果表明:1)西北5月和9月地表气温年际变率经验正交函数分解第一模态均为全区一致型空间分布,但具有不同的变率特征;2)西北5月地表气温正异常与拉尼娜衰减型海表温度异常所对应的热带纬向三极型对流(降水)异常强迫有关,对流异常激发的热带外遥相关波列导致西北地区上空受反气旋(高压)异常控制,造成局地向下太阳短波辐射增多,从而使得西北地表气温增加;而西北9月地表气温正异常与拉尼娜发展型海表温度异常所对应的热带纬向偶极型对流(降水)异常强迫有关,偶极型对流强迫能够在西北地区东西两侧激发反气旋(高压)异常,导致西北地表气温正异常;3)基于物理机制,分别利用拉尼娜衰减和发展型的相关海表温度异常预测因子,建立针对西北地区5月和9月地表气温年际变率的季节预测模型,独立预报期间(2007~2016年)预测技巧相关系数分别可达0.74和0.62,可为西北地表气温短期气候预测提供参考。

      • 赵剑琦, 马晓燕, 田蓉

        优先出版日期:2021-12-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21128

        摘要:本研究利用WRF-Chem(Weather Research and Forecasting model with online coupled chemistry)模式对未来中国北方沙尘起沙过程变化进行了模拟预测。为了提高预测结果的准确度,研究综合考虑了气溶胶、温室气体和植被覆盖率等因素对天气、气候和起沙过程的影响。预测结果显示,2016~2029年西北部沙尘源地起沙量高于北部沙尘源地,地形和气候的差异是导致两地起沙过程及其季节变化差异的主要原因。两个沙尘源地四季起沙通量呈总体减少而部分季节增加的趋势,西北部沙尘源地起沙通量在春季总体呈上升趋势,在夏、秋和冬季呈下降趋势;北部沙尘源地起沙通量在春、夏和冬季呈下降趋势,在秋季呈微弱上升趋势。两个沙尘源地各季起沙通量的变化趋势由近地面风速主导,植被覆盖率、降水和地面温度等因素对起沙通量的年际波动有着重要影响。

      • 杨春生, 寇蕾蕾, 蒋银丰, 陈垚, 毛赢, 王振会

        优先出版日期:2021-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21080

        摘要:为了得到最优的强降水估计,基于雷达强降水数据多尺度统计特性建立的先验模型显得非常重要。本文基于南京市S波段多普勒天气雷达2013-2016年共180次独立降水事件数据进行小波分解,研究强降水雷达回波数据小波域小波系数尺度内非高斯边缘分布特征以及尺度间分形特征,并基于强降水的先验统计特征建立相应的数学模型。研究结果表明:对于不同降水结构呈现不同形态的雷达回波来说,它们的分形参数差别并不大,方向性不明显,可对强降水小波系数统一建模,其尺度内的非高斯特征可用广义高斯分布表示,尺度间的分形特征可用指数形式表示。为进一步说明强降水小波域统计特征与降水物理参数的关系,讨论了强降水小波域小波系数分形参数与环境参数的关系,发现环境参数中的对流有效位能与分形参数(一阶水平向)相关系数为0.5535、每小时降水量与分形参数(二阶各方向小波系数分形参数的平均)相关系数为0.3848,而其它环境参数与分形参数相关系数低于0.28。强降水小波域统计特征及其与环境参数的先验信息可用于强降水数据的参数化建模,并对后续的强降水最优估计、数据同化、数据降尺度、多源数据融合等应用具有重要的参考价值。

      • 徐士琦

        优先出版日期:2021-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21003

        摘要:利用1961~2019年中国东北地区测站逐日降水资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的月平均再分析资料、NOAA重构的月平均海温(SST)和向外长波辐射(OLR)资料,采用统计诊断方法,从年际时间尺度上分析了东北春季透雨早晚环流特征和前期海温,尤其是热带印度洋海温强迫的联系。结果表明:春季透雨日期与4月降水量的变化具有显著的一致性,典型透雨偏早年的开始时间集中在4月中下旬,偏晚年的开始时间集中在5月中下旬;4月东北亚上空500hPa位势高度场上,若呈自西向东的“-、+”异常环流分布,东北地区以偏南风和气旋性环流为主,有利于水汽输送,春季透雨开始偏早,反之,春季透雨开始偏晚;2-3月热带印度洋暖海温异常是中国东北地区春季透雨偏早的重要稳定影响源之一,其可能机制是,若热带印度洋全区一致海温模态(IOBW)呈正位相,有利于4月西北太平洋地区呈异常反气旋,东北亚地区500hPa环流异常类似春季透雨偏早年形势,东北地区位于200hPa西风急流出口区右侧,垂直上升运动增强,呈现出多雨形势。

      • 谢飞, 田文寿, 郑飞, 张健恺, 陆进鹏

        优先出版日期:2021-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21014

        摘要:本论文基于Whole Atmosphere Community Climate Model模式最新版本WACCM6和Data Assimilation Research TestBed(DART)同化工具最新版本Manhattan,开发了中高层大气温度、臭氧和水汽卫星资料的同化接口,搭建了一个包含完整平流层过程的数值同化、天气预报和短期气候预测模型(此后简称模型);本模型对2020年3~4月平流层大气变化进行了同化观测资料的模拟,并以同化试验输出的分析场作为初值,对5~6月的平流层大气进行了0~30天天气尺度预报以及31~60天短期气候尺度预测的回报试验。结果表明:本模型能较好地重现2020年3、4月北极平流层出现的大规模臭氧损耗事件随时间的演变特征,模拟结果和Microwave Limb Sounder(MLS)卫星观测结果很接近;而未进行同化的模拟试验,虽然可以模拟出北极臭氧损耗现象,但是模拟的臭氧损耗规模相比MLS卫星观测结果要低很多;利用同化试验4月末输出的分析场作为初值,预报的5月北极平流层臭氧变化与MLS卫星观测值的差值小于0.5 ppmv,预测的6月北极平流层臭氧变化只在10~30 hPa之间的区域,与观测之间的差异达到了1 ppmv。本模型不但改善了北极平流层化学成分变化的模拟,也显著地提升了北极平流层温度和环流的模拟。本模型同化模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层温度和纬向风变化与Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA2)再分析资料结果具有很好的一致性,仅在北极平流层顶部,预报预测的温度和纬向风分别与再分析资料之间的均方根误差(RMSE)为~3 K和~4m/s。未进行同化的试验模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层的温度和纬向风与MERRA2再分析资料之间的RMSE在大部分区域都达到6 K及5 m/s以上。从全球范围来看,本模型对平流层中低层模拟性能改善最为显著,其预报预测结果与观测值之间的差异,比未进行同化试验的结果,减少了50%以上。

      • 刘士嘉, 周天军, 江洁, 左萌, 巫明娜

        优先出版日期:2021-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21083

        摘要:热带地区的湿绝热过程会放大地表的增暖幅度,在约200hPa高度上产生增暖峰值,该现象被称为“热带对流层放大”。热带对流层放大是气候变化的显著特征之一,是检验气候模式性能的重要指标。本文基于RSS4.0卫星数据和ERA5.1再分析资料,系统分析了FGOALS-g3模式对气温变化特别是热带对流层放大的模拟能力,并通过新旧版本模式(FGOALS-g3与FGOALS-g2)的比较指出了新版本模式模拟技巧的提升;通过比较FGOALS-g3历史模拟试验与GAMIL3单独大气模式AMIP试验结果,研究了海气耦合过程对模拟结果的影响。结果表明,FGOALS-g3能够合理再现观测中的全球对流层显著增温趋势,但模拟的增温趋势偏强,这与气候系统内部变率以及两代气候系统模式所使用的历史气候外强迫差异有关。其对于观测中热带平均增温廓线以及热带对流层放大的空间分布均表现出良好的模拟性能,模拟的热带对流层放大现象的量值大小存在正偏差,与模拟的对流层低层温度变化偏强有关。FGOALS-g3较之FGOALS-g2在性能上有一定提升,主要表现为增加了对于火山气溶胶强迫的响应,并在热带对流层放大的空间分布及平均气温趋势廓线的刻画方面更加合理。由于缺少海气耦合过程,GAMIL3 AMIP试验无法有效体现外强迫变化对于对流层增温趋势的作用,故在长期趋势的模拟上存在结构性偏差,但由于受观测海温驱动其在年际变率方面表现合理。

      • 田佳, 杨双艳, 刘雅舒

        优先出版日期:2021-12-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21106

        摘要:基于1979–2018年中国高分辨率格点降水资料、NCEP/NCAR和ERA-Interim再分析资料,分析了夏季青藏高原(简称高原)非绝热加热准双周振荡(Quasi-Biweekly Oscillation,QBWO)的主要模态(南部集中型)强度的年际变化与中国东部降水异常之间的联系,并从环流异常演变的角度进行解释。在高原QBWO年际强度偏强年,长江以南地区夏季降水异常与高原南部QBWO扰动呈显著正相关。在高原QBWO强度偏弱年,江淮地区和华南地区降水异常呈偶极型分布。进一步分析揭示,在高原QBWO强度偏强(弱)年,起源于西北太平洋地区的低纬度季节内信号主要表现为向西(西北)方向传播的特征,中高纬度准正压的季节内信号主要表现为向南(西南)方向传播的特征,且低纬度西(西北)传的信号与中高纬南(西南)传的信号共同作用引起中国不同的异常降水型。低纬度向西(西北)方向传播的QBWO信号传播至阿拉伯海(高原东南侧)后减弱消失,中高纬地区向南(西南)传播的信号与低纬度西(西北)传的信号汇合后继续向西(西北)方向传播,最终减弱消失。

      • 马锋敏, 陈丽娟, 李想, 李维京, 许彬

        优先出版日期:2021-12-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21027

        摘要:利用1951-2020年中国观测站气温资料、NCEP/NCAR再分析资料和统计方法,分析了不同年代际时间尺度背景下我国冬季气温的季节内变化特征及相联系的大气环流异常。结果表明,1986年前后为两个年代际时间尺度阶段,各阶段内前冬(12月)与后冬(1-2月)气温异常反位相年的比例均高于同位相年。1986年之前,季内的优势空间模态为前冬全国冷(暖)转为后冬南方暖(冷)的可能性大,即南方地区季内变率大;而1986年之后的优势空间模态为前冬北方冷(暖)转为后冬全国明显暖(冷)的可能性大,即北方地区季内变率大。冬季气温的季内变化显著受到冬季风系统关键环流季节内变化的影响。对应优势模态的正异常年份,1986年之前,欧亚中高纬地区对流层环流异常信号从前冬到后冬的显著性减弱,其中西北太平洋地区对流层中高层的环流调整更明显,副热带高度场增强,热带东风急流北扩,前冬到后冬的环流调整有利于前冬全国大范围偏冷而后冬我国南方地区气温升高,造成南方地区季内反位相变率增大。1986年之后,欧亚高中低纬地区的环流异常从前冬到后冬的显著性增强,欧亚中高纬度环流发生较大调整,而低纬度的环流变化不大,北方地区前冬冷到后冬全国明显转暖,造成北方地区季内反位相变率大。即副热带环流和中高纬度环流分别在两个年代际尺度阶段南方和北方的冬季气温季内变率中起到主导作用。

      • 吴启蒙, 吴立广, 曹 剑

        优先出版日期:2021-12-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.20248

        摘要:地球系统模式已经逐步成为研究热带气旋(TC)活动气候变化的重要工具之一,之前的研究发现南京信息工程大学地球系统模式(NESM)高分辨率版本可以较好地模拟全球海温分布及TC活动的气候特征。本研究进一步分析了NESM地球系统模式模拟西北太平洋TC活动的年际变化,并与1967-2016年观测的TC活动进行对比。NESM模式高分辨率版本能够较好地模拟西北太平洋平均海温及与ENSO事件联系的海温异常变化特点,对El Ni?o事件发生时西北太平洋TC的生成频数和路径分布的模拟较好,也能模拟El Ni?o年TC生成位置比La Ni?a年偏东的特征,但是未能模拟出TC平均生命周期和NINO3.4地区海温的相关性。并且模式模拟的La Ni?a年TC的生成位置偏东,主要原因是模拟La Ni?a年季风槽平均位置偏东。研究结果有助于进一步改进NESM模式和利用NESM模式研究TC活动。

      • 虞越越, 张伶俐, 管兆勇, 杨汶雯

        优先出版日期:2021-12-06  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21143

        摘要:基于1980—2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字信息,结合高精度再分析资料NASA MERRA2,构建了我国低温灾害(低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾)的精细化格点数据,采用线性趋势分析、集合经验模态分解(EEMD)和小波分析等方法研究了我国低温灾害的时空分布特征,初步描绘了我国低温灾害图谱。研究表明:干低温灾害(低温、降温、冰冻)往往不单一灾种致灾,而湿低温灾害(雨雪、雪灾)多为单一灾种致灾。不同灾种的发生频次具有显著的区域和季节内差异:1月低温的致灾范围最广,发生频次由南向北呈现“高-低-次高”的三极型分布;降温灾害在12月发生频次最多,呈“东高西低”分布;雨雪灾害在1-2月的南方地区发生最多;雪灾发生频次明显多于前四个灾种,多分布在牧区等高敏感地带。就全国而言,干低温和雨雪灾害的发生频次和受灾面积呈现长期增加趋势,而雪灾则在前后冬有相反趋势,其受灾面积的上升趋势主要来自1月,发生频次的减少趋势来自3月;干低温和雨雪灾害的灾情指数的年代际变率在2000s之后波动增加,而雪灾则在2000s之前变率较大;大部分低温灾种(除雪灾)发生频次的年际变率在2005年后均有显著增加。单一灾种中,仅降温受灾面积有显著的增加趋势,主要归因于1月。复合灾种中,降温与湿低温的组合呈显著上升。

      • 孙思远, 管兆勇

        优先出版日期:2021-11-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21006

        摘要:2020年梅汛期(6–7月)长江中下游地区发生了严峻的汛情。2020年梅雨期长度和强度均远超历史平均水平。本文利用逐日NCEP/NCAR再分析资料和全球降水量网格数据集,研究了本次梅汛期降水特征及其与对流层上层斜压波动活动的联系。结果表明:本次梅汛期,长江中下游地区的总降水量和降水异常大值区位于安徽南部,共有7次连续的降水过程发生。长江中下游地区在对流层中低层辐合、高层辐散,且该地区上空有强的异常上升运动,有利于异常强降水的发生发展。同时,水汽自孟加拉湾和中国南海地区输送至长江中下游地区,为强降水的发生提供了充足水汽。利用小波分析该地区的逐日降水标准化时间序列时,发现其存在2–4天和6–14天的显著周期。高频(2–14天)扰动所显示的Rossby波动在对流层上层表现出向下游频散的特征,波动源于贝加尔湖附近。波扰动能量和通量所显示的波动向下游的传播过程与波包的传播过程较为一致,分别源于地中海和贝加尔湖附近的波扰能向东或向东南频散至长江中下游地区,有利于该地区扰动加强并进而有利于强降水的发生和维持。以上结果加深了人们对2020年超长“暴力梅”成因的认识并可为有效预测类似事件提供线索。

      • 沈新勇, 王林, 乔娜, 尹宜舟, 李焕连

        优先出版日期:2021-11-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21045

        摘要:本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明:WRF模式较好的模拟了本次飑线过山前后的变化以及其降水的分布。强对流在过山后比过山前发展要强烈,水平的尺度增长快。但不同高度的地形敏感性试验表明,适宜的地形高度对于风暴的发展更有利。地形影响了飑线的尺度和组织,地形过高会使得广东北部的对流分散。地形可以通过改变水平流场、水汽场、垂直运动以及低层的垂直风切变等来间接影响飑线中的对流单体的分布和对流单体的强度。无地形阻挡时,有利于急流的北进,水汽输送更为有利。但是,一定的地形高度对低层的垂直运动是有利的。地形较高,则会利于高层的垂直运动,低层更多的可能以绕流为主。当地形超过一定高度时,低层的辐合场也相应的减弱。

      • 刘娟娟, 徐兰, 成巍, 巩欣亚, 邓中仁, 李亚云, 狄迪

        优先出版日期:2021-11-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21034

        摘要:干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,简称GIIRS)是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪,能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差(观测亮温减去模拟亮温,记为O – B)分布特征进行了全景分析,结果表明:长波通道O – B偏差和标准差普遍小于中波通道,且都存在一段受污染的通道。O – B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱,而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关,偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后,GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验,试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子,都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差,订正后O – B和O – A的系统性误差(偏差)都变小。该研究结果可为在全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。

      • 张敬萍, 傅慎明

        优先出版日期:2021-11-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21178

        摘要:中尺度涡旋是引发强降水等一系列气象灾害的重要天气系统之一。中尺度涡旋识别是对其进行研究的重要基础。目前,如何客观准确地识别中尺度涡旋并对其进行较全面的评估仍是一项充满挑战的任务。本文从我国中尺度涡旋的基本特征出发,提出了一种基于风场和相对涡度的涡旋识别标准、并发展了适用于高分辨率格点数据的中尺度涡旋客观识别算法。该算法能准确识别出中尺度气旋性环流并定位涡旋中心,较现有常规中尺度涡旋识别方法而言,具有误判率低,定位精度高等特点。本文将该客观识别算法应用于长江流域频发的三类中尺度涡旋(高原涡,西南涡,大别山涡)的识别中,结果表明对于不同时间段、不同分辨率的再分析资料(逐6小时 0.5°×0.5°的 NCEP CFSR 再分析资料、逐小时 0.25°×0.25°的ERA5再分析资料),本识别算法对三类中尺度涡旋均有较好的识别效果。本文基于1979-2020年共42年暖季(5-9月)大别山涡的数据集(共计36357时次)对新发展的中尺度涡旋客观识别算法进行了定量评估,结果表明本算法能够长期稳定的识别涡旋,42年的平均命中率为95.5%。此外,本文提出了涡旋连续性判定和三维追踪方案,较现有常规中尺度涡旋追踪方法具有显著优势。

      • 赵婥, 徐国强, 黄守友

        优先出版日期:2021-11-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21110

        摘要:FY-4A卫星闪电与地基ADTD(Active Divectory Topology Diagrammer)闪电资料对于研究暴雨强对流天气具有一定的指示意义,通过对四川冕宁暴雨个例的研究,对比分析了这两种闪电资料的差别,设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明,(1)两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果,ADTD闪电资料范围更广且分散,FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中;两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性;对于低频次的闪电来说,ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高;(2)引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果,其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。(3)两种闪电资料对于云微物理量的调整作用,在不同的区域有不同效果,说明这两种闪电资料的分布不完全一致,揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。

      • 柳士俊, 杨荣康, 曹晓钟, 郭启云, 程凯琪, 谌志鹏, 王金成

        优先出版日期:2021-11-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20252

        摘要:往返式平漂探空观测是我国正在研究实施的一种新型探空观测方式,可有效提高观测效率和经济效益,对克服常规探空观测缺陷、改善数值预报质量具有重要的意义。本文针对平漂探空上升和平漂阶段的热力、动力过程特点及其主要影响因子,构建了平漂探空系统的热动力理论模型,并结合实际观测试验进一步分析验证了理论模型的可靠性。研究结果对往返平漂式探空系统的设计和完善具有重要的理论支撑和实用价值。

      • 王泽毅, 陈晓龙, 周天军, 邹立维, 李立娟, 林鹏飞, 何林强

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21144

        摘要:亚洲季风降水的季节演变对亚洲农业生产和社会经济有重要的影响。本文通过与观测资料对比,评估了中国科学院大气物理研究所研发的最新版本的气候系统模式FGOALS-g3相对于上一版本FGOALS-g2对亚洲季风降水季节演变的模拟能力,并通过与FGOALS-g3海温驱动的大气模式结果对比,研究海气相互作用对季风降水年循环模拟的影响。结果表明,FGOALS-g3提高了对南亚和西北太平洋降水年循环的模拟能力,部分源于大气模式的改进,但对其他区域模拟性能改进不明显。FGOALS-g3对西北太平洋季风爆发、撤退、峰值和持续时间、阿拉伯海东部季风撤退和持续时间以及印度半岛至南海季风峰值时间的模拟偏差有所改进,且考虑模式自身海气耦合过程后,可显著改善西北太平洋区域降水年循环等模拟偏差。与FGOALS-g2相比,在南亚和中南半岛区域,FGOALS-g3模拟的季风爆发更晚,这是由非洲大陆降水干偏差导致索马里越赤道急流减弱,加剧该区域5月负降水偏差导致。在西北太平洋,FGOALS-g3显著改善了季风爆发西侧推迟而东侧提前的模拟偏差,原因是太平洋东暖西冷的海温偏差显著减小,局地Hadley环流增强,在该区域产生异常下沉运动,减小了西侧1月降水湿偏差,使5月相对于1月的降水量增加,而东侧5月降水与1月降水的干偏差得以互相抵消。研究表明热带大尺度海温型模拟偏差的改进对提高亚洲季风降水年循环的模拟能力有重要作用。

      • 熊德方, 孙淑清, 彭京备, 巩远发

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21133

        摘要:本文针对2020年夏季川渝地区的强降水产生的洪涝过程及相应的15次暴雨过程进行了分析,并与川渝大旱年同期情况进行了对比。2020年夏季,西太平洋副热带高压(以下简称副高)较气候平均位置偏西、强度偏强,其西伸脊点可达110°E以西;青藏高压东伸、偏强,上下层共同作用使副高稳定维持。中纬度小波动活动频繁,使得冷空气活动往往维持在川渝上空。副高西侧气流与北方偏北风的汇合使川渝地区形成较大的水汽通量辐合区,为暴雨的发生提供十分必要的水汽条件。此外,来自印度的季风气流从印度北部至高原东侧,经由高原南侧向东输送水汽,成为另一支重要的水汽通道。2006年夏季,川渝地区为重要的干旱年,暴雨个例也最少。在这一年,副高偏东,中纬西风带短波槽不活跃,西南季风偏弱,川渝地区水汽辐合较少,这些与2020年形成了鲜明的对比。

      • 刘香娥, 何晖, 陈羿辰, 高茜, 王永庆, 杨燕

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20212

        摘要:北京冬季降雪云系存在丰富的可开发利用的云水资源。出于人工增雪研究和充分开发云水资源的需要,文中对北京2019 年 11 月29日发生的年度首场降雪进行了观测,对其资料做了分析和中尺度数值模拟,研究了降雪过程的宏观特征、水凝物输送及降雪的微物理机制。结果表明:影响本次北京降雪的是稳定性层状冷云云系,水凝物主要从北京区域的西边界和南边界输送到区域内,而从东边界和北边界流出,具有西向和南向分量的湿气流是降雪云系水物质的输送通道。降雪云中的水凝物基本全为冰晶和雪,有少量的云水,整层云系都含有非常丰富的水汽并且贯穿整个降雪时段。在冰面过饱和环境中,水汽凝华(Prds)是雪的主要增长过程;其次是云冰增长成雪(Prci)和云冰聚合成雪(Prai)的过程。

      • 毛家燊, 陈逸伦, 张奡祺, 陈淑敏, 方容, 黎伟标, 李明学

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21116

        摘要:利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据,结合观测站雨量数据及雷达观测资料,分析2019年8月2日至3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧(LSI)、近海岸迎风侧(WSC)不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示,台风“韦帕”降雨以中、小雨滴贡献为主,尤其中雨滴贡献率稳定在70%以上。LSI处以层状云降水为主,雨强相对平缓,WSC处表现为积层混合云降水,雨强较大且波动剧烈。因强烈的对流上升运动导致WSC的雨滴数浓度、雨滴直径明显大于LSI。LSI处在台风登陆后雨势增强的主要因素是雨滴直径增大,WSC处由台风眼墙转变为强对流螺旋雨带影响后其雨势增强则主要是由于雨滴数浓度增加。台风“韦帕”对流降水的质量加权平均直径均值为1.85 mm,对数标准化数浓度均值为3.95 mm-1·m-3;LSI处对流降水位于海洋性对流区域内,而WSC处则介于海洋性和大陆性对流之间。

      • 覃皓, 伍丽泉, 何慧

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21108

        摘要:利用1979-2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海表面温度资料、NOAA的向外长波辐射资料以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了夏季热带大西洋海温变化对华南前汛期降水的影响。结果表明:前一年夏季热带大西洋海温升高(降低)在一定程度上导致了华南前汛期降水的减少(增多)。关键区(35°W-10°E,10°S-5°N)海温偏暖增强了Walker环流导致赤道太平洋下沉辐散增强,造成赤道中西部太平洋上空的东风异常,在海气相互作用下促进了随后秋冬季La Ni?a的发展。海温负异常时形势则大致相反,促进了El Ni?o的发展。冬季太平洋La Ni?a(El Ni?o)发展到最盛期,西太平洋的对流增强(减弱)在其北侧低对流层激发出异常气旋(反气旋)。直到第二年的前汛期,仍存在残余的海温异常形势,这一方面使得西北太平洋异常气旋(反气旋)依然维持,有利于西太平洋副热带高压减弱东退(加强西伸),减少(增多)了南海水汽向华南的输送;另一方面有利于热带地区对流活跃(抑制)从而增强(减弱)了局地Hadley环流,造成华南地区为下沉(上升)运动异常,抑制(增强)了对流。除此之外,赤道东太平洋的海温负(正)异常激发了指向北美洲的类太平洋-北美波列,北大西洋的海温异常在其基础上进一步激发了向下游传播的欧亚波列,使得欧亚中高纬呈现负(正)-正(负)-负(正)的位势高度异常特征,不利于(有利于)冷空气南下影响华南,最终造成前汛期降水负(正)异常。

      • 于函, 张鸿波, 刘冬霞, 陈志雄, 田野, 袁善锋, 王东方, 卢晶雨, 周筠珺, 郄秀书

        优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20243

        摘要:基于北京宽频带闪电网(Beijing Broadband Lightning Network, BLNet)获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015~2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线状对流云区内且集中分布在30 dBZ以上的强回波区域,少部分的闪电分布在后部的层状云区域内。从闪电辐射源三维分布结构可以发现,闪电活动大部分处在6~11 km的高度范围。将能够同时反映强回波深度和面积的0~-30℃温度区域内大于30 dBZ雷达回波体积(V30dBZ)作为强回波指标,并与闪电活动进行统计分析发现,整体上在7次飑线过程中,总闪频数和V30dBZ存在较好的相关性,其中5次过程的闪电频数峰值同时或提前于V30dBZ的峰值出现,二者的时滞相关系数超过0.61,提前时间为0~96 min。另外两次过程中闪电峰值落后于V30dBZ峰值,落后时间分别为30和60 min。研究结果不仅对认识闪电与对流活动的关系有重要的科学意义,也可为闪电资料在数值模式中的同化应用提供科学依据。

      • 刘凡, 张晋茹, 刘晶, 杨莲梅

        优先出版日期:2021-11-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20220

        摘要:基于二维视频雨滴谱仪联合毫米波云雷达、风廓线雷达、微波辐射计、GPS/MET水汽等垂直探测设备,对2020年2月18-19日西天山地区一次冷锋暴雪过程进行了微物理特征研究。设计了雪花及霰粒子分类算法,用于定量研究降雪微物理特征。结果表明:(1)冷锋入侵、动力强迫阶段,降雪粒子类型主要为雪花,微物理过程主要为凝华增长及聚并增长;(2)冷锋控制、大风降温阶段,降雪粒子类型主要为雪花、霰粒子,微物理过程主要是聚并增长及淞附过程,同时聚并增长有利于淞附过程的发生;(3)在冷锋过境阶段,由于云顶温度升高、大气冰核减少、充足的过冷水,有利于淞附过程的发生。不同于南京地区的降雪,西天山地区降雪,雪花直径及雪强偏小,但霰粒子对雪强有较大贡献。通过两种融化模型,拟合出相应的雨滴谱及其gamma分布,发现与本地层状云降水的特征相似。

      • 张海燕, 陶丽, 徐川

        优先出版日期:2021-10-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21012

        摘要:本文利用1958-2018年期间海表面温度(SST)异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了与北太平洋年代际振荡(PDO)相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区(KOE)表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气。在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷(暖)海温对应其上有反气旋(气旋)型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。

      • 付智龙, 李国平, 姜凤友, 郭洁

        优先出版日期:2021-10-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21054

        摘要:本文利用国家和区域自动站逐小时雨量、FY-2G卫星TBB、ERA5再分析等资料,对2017年7月23日发生在四川盆地西部的一次暖区山地暴雨事件进行动力诊断分析和数值模拟试验。得到以下主要结果:此次暖区山地突发性暴雨发生在西太副高边缘的弱天气形势背景下,盆地西部前期高温、高能的环境条件与伸入盆地的东南风受到龙门山脉的强迫抬升是这次暴雨触发的诱因。山地-平原环流在夜间的转换使背景东南风形成深厚的倾斜上升运动,是暴雨增强和中尺度对流云团重组发展的原因。进一步通过数值模拟得出,山地-平原环流受近地面热力扰动驱动。在白天,盆地西部山坡为正虚温扰动区,而同一高度的平原则是负虚温扰动,山地-平原环流从平原吹向山地;到了夜晚,虚温扰动在山地、平原两侧的分布发生反转,山地-平原环流因此转为从山地吹向平原。当去除模式地面热源时,近地面的热力扰动几乎消失,盆地西部山地-平原环流无法形成,与山地-平原环流对应的辐合区随之消失,导致模拟的过程累计降水量显著减少、强降水中心消失。

      • 吴浩, 颜鹏程, 侯威, 封国林, 赵俊虎

        优先出版日期:2021-10-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20127

        摘要:本文基于临界慢化的理论,采用PDO近百年历史监测数据(1900~2019年)及未来百年模式模拟数据(2006~2100年),首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间,进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数,研究了PDO年代际位相转折的早期预警信号。结果表明:(1)近百年来PDO发生了4次显著的位相转变,每次位相转变前的5~10年可以提取到位相转变的早期预警信号;(2)未来百年检测结果表明,PDO将分别在2040年和2080年前后发生年代际转折,同样可提前5~10年检测到位相转变的早期预警信号;(3)通过对近百年和未来百年PDO序列的位相转变检测及早期预警信号的研究,论证了表征临界慢化现象的方差和自相关系数作为突变早期预警信号的可靠性,为该方法的广泛应用提供了实验基础。

      • 张春燕, 王东海, 庞紫豪, 姜晓玲, 马千惠

        优先出版日期:2021-10-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21078

        摘要:本文利用约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,通过融合地面、探空、卫星等多源观测资料和ERA-Interim再分析资料,建立了青藏高原那曲试验区2013~2017年5年长时间序列的热力、动力相协调的大气分析数据集,并以此分析那曲试验区大气的基本环境特征与云-降水演变和大气动力、热力的垂直结构。分析表明:1)试验区350hPa以上风速的季节变化非常明显,风速在冬季11月~次年2月达到最大(>50m/s),盛夏7~8月风速的垂直变化最弱,温度的垂直变化最强,大气高湿区在夏秋雨季位于350~550hPa,在冬春干季升至300~400hPa。2)试验区6月~7月上旬降水最多;春、秋、冬三季,300~400hPa高度层作为大气上升运动和下沉运动的交界处,是云量的集中区,夏季,增多的水汽和增强的大气上升运动导致总云量和高云明显增多,中、低云减少。3)夏季的地表潜热通量与大气总的潜热释放最强,大气净辐射冷却最弱,高原地区较强的地面感热导致试验区500hPa以下的近地面全年存在暖平流,500hPa以上则由于强烈的西风和辐射冷却存在冷平流。此外,试验区整层大气全年以干平流为主,但在夏季出现了较弱的湿平流。4)视热源Q1具有明显的垂直分层特征:全年500hPa以下大气表现为冷源,300~500hPa和100~150hPa表现为热源,150~300hPa则在冬春干季表现为冷源,在夏秋雨季表现为热源,不同高度层的冷、热源的形成原因不同,其中夏季由于增强的上升运动、感热垂直输送和水汽凝结潜热以及高云的形成,因此几乎整层大气表现为热源。

      • 范雯露, 景晓琴, 杨璟, 周思雨

        优先出版日期:2021-10-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21046

        摘要:混合相态层状云与对流云的微物理特征有很大的差异性,但现阶段数值模式中并没有充分考虑两者的区别,这是导致云降水的模拟有较大不确定性的原因之一。为了加深对层状云与对流云的微物理特征差异的理解,并为模式的验证和参数化开发提供支撑,本文基于在中落基山地区进行的Ice in Clouds Experiment—Layer Clouds(ICE-L)项目和High Plain Cumulus(HiCu)项目的飞机观测资料,定量对比分析了该地区大陆性混合相态冬季较浅薄的层状云与较弱及中等强度的夏季对流云的微物理特征。其中,粒子图像和粒子谱通过2D-Cloud和2D-Precipitation探头得到,液水含量通过热线式King探头测量得到,冰水含量基于粒子谱计算得到。主要结论有:(1)在-30°C~0°C的温度层范围内,夏季对流云内的液水含量比冬季层状云高一个数量级,冰水含量高一到两个数量级,并且在对流云云顶附近观测到更多的过冷水。此外,夏季对流云中液水含量在-20°C~0°C上随温度降低而升高,而冬季层状云则相反。夏季对流云中更活跃的冰晶生成和生长过程使得云内液水质量分数小于层状云。(2)冬季层状云与夏季对流云内相态空间分布极不均匀。随着温度从0°C降低到-30°C,在冬季层状云中冰晶发生贝吉龙过程,云中的过冷水为主的区域向混合相态和冰相转化。而夏季对流云中相态结构更为复杂,体现了对流云中复杂的冰水相互作用。(3)在-30°C~0°C的温度范围内,夏季对流云的粒子谱宽度大于冬季层状云。随着温度的降低,冬季层状云与夏季对流云均存在粒子谱增宽的现象。(4)冬季层状云中,温度低于-20°C时冰晶主要为无规则状,在-20°C~-10°C观测到了辐枝状和无规则状冰晶,在-10°C以上观测到了柱状和无规则状冰晶,说明冰晶的生长主要为凝华增长和碰并增长。而夏季对流云以冻滴、霰粒子与不规则冰晶为主,说明主要为液滴冻结、淞附增长和碰冰增长为主。(5)在夏季对流云较强的上升气流中存在较高的液水含量,但垂直速度与云内冰水含量没有明显的相关性。

      • 黄钰, 郭学良

        优先出版日期:2021-10-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.20245

        摘要:本文利用风廓线雷达数据反演了降水云体的大气垂直速度、雨滴下落末速度等云动力特征和云水混合比、雨水混合比等云微物理参数,并结合天气雷达、探空、自动站、雨滴谱仪和微波辐射计等数据对2020年5月7日-8日发生在北京海淀的一次夏季降水过程进行垂直综合观测,结果表明:垂直探测仪器观测及其反演的数据可以获得降水云体的详细动力参数和微物理特征。站点位于主体降水回波边缘,降水为层状云类型,整体回波较弱(主要在0-20dBZ),4km高度的水平风垂直切变贯穿整个降水过程,降水分为两个阶段:前期7日20时-8日02时低层存在浅对流结构,云顶较高(平均高度8207m),低层水平风切变促进了对流发展,10-20dBZ的比重较大,粒子谱较窄,直径<1mm,雨强较弱,但粒子数浓度值大,最大值26305 m-3,2-3km处存在暖平流,水汽和液水值大,雨水混合比0.02-0.15g/kg,云水混合比0.5-2g/kg,且强值区域大,雨滴下落末速度3.2-4.2m/s,大气垂直速度在 0.6m/s之间,上升气流和下沉气流变换剧烈;后期8日02时-10时转为典型层状云降水,云顶较低(平均高度7831m),<10dBZ的比重较大,3100m处形成亮带的强值中心,粒子谱展宽,最大直径接近1.5mm,粒子数浓度值减小,最大值<3000 m-3,雨水和云水值比对流期小了一个量级,且强值范围变窄,雨滴下落末速度减小为2.8-3.6m/s,大气垂直速度也比对流时期小了一个量级,并且在亮带高度以下(2.5-2.8km)范围内出现明显横向带状的上升和下沉气流区。

      • 任子坤, 周天军, 郭准, 陈晓龙, 李立娟, 吴波

        优先出版日期:2021-10-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21098

        摘要:针对 LASG/IAP 发展的大气环流模式 GAMIL2 (G2)和 GAMIL3(G3),评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力,在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL都较好地捕捉到了热带降水的主要特征,且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示,模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项,而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域,表现为大气低层辐合分量偏小,对流卷出层高度偏高;在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域,模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构,但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能(MSE)收支显示,热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度(gross moist stability,GMS)偏大,在一定程度上抵消了模式中的净能量通量偏差,抑制了模拟的对流强度。诊断结果显示,G3中热带西北太平洋区域的降水改善主要源于对流强度正偏差的减小。G3中对流阈值和层云阈值的下调,使得对流发生频率增加,从而抑制了过大的对流强度。热带对流垂直结构与降水偏差有着紧密且多样的联系,在未来模式发展中应当予以重视。

      • 李琦, 周毓荃, 蔡淼, 唐雅慧

        优先出版日期:2021-10-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.19246

        摘要:云的垂直结构特征作为云重要的宏观特征之一,直接决定了云的类型,进而通过发射和吸收辐射的方式影响着地气系统的能量收支平衡,因此对云垂直结构特征的研究一直都是云物理研究的一个重要方向。作为观测云垂直结构特征的一种方式,探空气球通过获取沿路径方向高分辨率的廓线信息,采用一定反演方法从而能够较为准确的识别云的垂直结构。本文即利用我国业务布网探空站的观测资料,采用相对湿度阈值法识别云垂直结构,并同激光云高仪、 “风云四号”静止卫星和毫米波云雷达对识别的云结构特征量进行了一致性检验。在此基础上,统计分析了2015-2017年单层、两层和三层云的垂直结构分布特征、日变化和季节变化特征以及全国区域分布特征,结果表明:(1)整体分布上,单层云在垂直方向上出现的高度范围介于多层云的高度范围内,并且随着云层数的增加,云在垂直方向上更为伸展,即高层云越高,低层云越低;(2)在日变化中,中午单层和多层云中最低层云的云底高度均高于早晨,而夜间单层和多层云中最高层云的云顶高度则高于早晨和中午,同时中间层云厚的变化要小于最上层和最下层云厚的变化;(3)在季节变化中,夏季云量较其他季节更多,云体发展也更为深厚,表明温暖的大气条件更有利于云的形成和发展;(4)我国云垂直结构分布特征具有明显的纬向变化趋势,从以青藏高原为中心的西南地区的云底较高云体较薄的云,逐步过渡到以东南沿海地区为中心的云底较低云体较为深厚的云,表明不同地形和气候带的差异与不同云类型的分布直接相关。

      • 施逸, 江志红, 李肇新

        优先出版日期:2021-10-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20236

        摘要:利用基于拉格朗日轨迹追踪模式(HYSPLIT),结合区域源汇归属法,追踪1961-2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹,定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期,低层最主要水汽通道为太平洋通道,轨迹占比达到52.3%,中高层最主要的水汽通道为印度洋通道,占比超过37%;水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区,水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期,低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道,特别是中层,轨迹数量达到了65.6%;印度洋源地的贡献明显增加,中高层水汽主要源自印度洋,低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道,中高层最主要通道为印度洋通道,相比华南前汛期,在中高层印度洋通道减弱,而西风通道增强。华北雨季中,低层最主要水汽通道为太平洋通道,而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中,最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区,特别是华北雨季中,来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%,表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。

      • 杨颖川, 叶倩, 魏颖, 陈学舜, 陈焕盛, 王威, 吴林, 王自发

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21049

        摘要:利用气象模式WRF和中科院大气所自主发展的大气气溶胶与大气化学模式IAP-AACM对2016年冬季内蒙古中部呼包鄂地区大气细颗粒物(PM2.5)的典型污染过程进行了模拟分析。结果表明,呼包鄂地区的空气质量变化主要受大范围天气形势影响。污染累积阶段,500hPa高度上该区域受阻塞高压或弱高压脊前平直的偏西气流控制,地面为弱高压或均压场,风速较小,边界层高度低,污染物不易扩散,且气温和相对湿度较高,利于二次颗粒物生成;污染消散阶段,天气形势发生明显变化,550hPa以下有强冷平流,地面易形成大风天气,利于污染物消散,伴随着冷空气的南下,下游地区的污染物也得到清除。呼包鄂区域PM2.5主要来源于本地排放,鄂尔多斯本地排放贡献大于60%,呼和浩特本地排放贡献大于80%,包头本地排放贡献达到90%,该区域空气质量的变化可以反映区域大气污染气象条件的变化。交叉相关分析发现,呼包鄂区域的PM2.5浓度与其下游的山西、河北、河南地区的PM2.5浓度具有高度的时间相关性(p<0.0001),相位差在6-24小时。呼包鄂区域PM2.5污染的改善有赖于本地污染源的管控,该区域冬季空气质量变化可作为下游地区空气质量变化的前兆因子,有助于下游地区空气质量的预报预警。

      • 王雨斐, 李国平, 王宗敏, 平凡

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21070

        摘要:本文利用中尺度数值预报模式(WRF)并采用谱逼近方法,对2021年冬奥测试赛期间的一次冷湖过程进行模拟研究,探究了冷湖发展前后风温场的垂直变化规律,揭示了冷湖形成及消亡的具体原因。研究结果表明,静稳的天气形势是冷湖过程维持及发展的大背景条件。冷湖发展期间,逆温层由上至下迅速建立,谷底出现偏东—东南向的冷径流。受重力下坡风的影响,冷空气不断向谷底堆积,冷湖深度增加。日出后,系统风越山重新建立,逆温层从底部消蚀,冷湖结构破坏。夜间的强辐射冷却作用是冷湖形成的主要原因之一。辐射冷却强度的差异会引起冷湖降温幅度的差异,后半夜辐射冷却作用的突然加强为冷湖中后期的维持发展创造有利条件。通过分析冷湖发生前后位温廓线、摩擦速度及边界层高度随时间的演变,均可印证湍流活动的发展是逆温消散、冷湖结构破坏的重要影响因素。

      • 刘宇佳, 满文敏, 周天军, 彭冬冬

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21119

        摘要:大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂,可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区,局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征,但是近期研究表明,水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此,本文基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星遥感观测的大气水汽δD数据,针对前人研究较少的中国东部石笋氧同位素区域,进行水汽源地追踪,并在季节和年际尺度上分析水汽δD的主要影响因素。结果表明,在季节尺度上,水汽δD在夏末秋初较低,冬春季较高,这种特征与局地气象因子、水汽源地贡献的关系较弱,水汽输送路径上的累积降水是影响水汽δD季节变化的主要因素,两者为显著的负相关关系。在年际尺度上,El Ni?o年夏季中国东部水汽δD较高,La Ni?a年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO不同位相的变化较小,而水汽输送路径上的累积降水在La Ni?a年较之El Ni?o年偏多,表明La Ni?a年热带对流活动和水汽输送过程的贫化作用更强,导致目标区域的水汽δD更低。因此,代表热带对流活动的累积降水是水汽δD季节和年际变化的主要影响因素,热带对流活动增强(减弱)将降低(增加)目标区域的水汽δD。

      • 郑天雪, 谭涌波, 罗林洁

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21079

        摘要:本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关系。模拟结果表明在偶极电荷结构中,抬升上部正电荷区的高度,能够产生如观测所示的高海拔正云闪,不同于普通正云闪起始于向上传播的负先导及水平或稍向下延伸的正先导,高海拔处起始的正云闪以大范围向下传播的正先导及水平或轻微向上延伸的负先导为主要特征。随着上部正电荷区位置的抬升,正云闪起始高度也随之升高,当上部正电荷区抬升到一定高度后(本研究中当上部正电荷区下边界超过12 km),云闪通常起始于主正电荷区内,且上部正电荷区的浓度以及水平半径对于云闪的起始高度没有显著影响。此外,云闪正、负先导通道的长度与电荷区的浓度、水平半径以及起始点和负、正电荷区之间的距离存在显著的正相关关系。

      • 祝传栋, 任荣彩

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21075

        摘要:夏季南亚高压(SAH)中心呈青藏高原和伊朗高原双模态分布,表现为东–西振荡的形式。同时,SAH的东缘还存在规律性的向东亚地区东伸或西退至青藏高原,表现为另一种形式的东西振荡。本文利用NCEP1逐日再分析资料、APHRODITE逐日降水数据以及印度地区逐日降水数据,研究了SAH这两类东–西振荡的联系以及它们对亚洲地区环流和天气影响的差异。结果表明,SAH中心的双模态东–西振荡位相可显著影响其东缘东伸/西退的发生及其幅度。尽管在SAH中心呈青藏高原和伊朗高原模态时,均可以出现SAH东缘的向东亚东伸,但青藏高原模态下发生东伸的频率明显高于伊朗高原模态;在伊朗高原模态时则更容易出现SAH东缘的西退。而且,在青藏高原模态下发生的SAH东缘东伸的幅度也比伊朗高原模态时更大。进一步研究发现,SAH中心的双模态东–西振荡主要与印度北部及整个青藏高原地区的降水异常型密切联系,并与异常降水有关的热力和动力作用变化相耦合。而SAH东缘的东伸/西退则通过引起西太副高的西进/东退,与东亚地区偶极子型的降水异常(青藏高原中东部、长江与黄河之间的中下游地区的降水异常与长江以南地区的相反)相联系。此外,SAH中心为青藏高原模态且东缘发生东伸时,与SAH中心为伊朗高原模态且东缘发生西退时,青藏高原西部与中东部的降水异常总是呈显著反位相变化。

      • 钱小立, 秦正坤, 张文君

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21063

        摘要:基于极轨卫星NOAA-15上的微波温度计AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A)多年亮温观测资料,建立了全球海洋上的云液态水路径反演产品,并通过对比ERA5和FNL/NCEP再分析资料的云水路径产品,分析了反演产品对云液态水路径气候变化特征的再现能力,进一步通过线性回归和EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition)方法分别分析了太平洋地区大气云水路径的线性和非线性气候变化趋势特征。结果表明,云水路径反演资料可以很好的再现多年平均空间分布特征及相应的气候变化趋势,云水路径气候趋势表现出明显的纬度带特征,增多和减小趋势随纬度带间隔出现,而且在北半球东太平洋地区,云水路径气候趋势的纬度带特征有向北迁移的现象。相比而言,反演产品的气候趋势与ERA5再分析资料有更好的相似性,而FNL资料对趋势的纬度带特征,尤其是纬度带特征的北移现象未能很好的再现,只是表现为赤道地区水汽减少,而两侧云水路径显著增加的特征。

      • 崔童, 张若楠, 郝立生, 孙丞虎

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21059

        摘要:本文基于1961~2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF(欧洲中期天气预报中心)ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:(1)华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。(2)降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E~120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。(3)华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减–增–减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。(4)水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。(5)考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。

      • 于波, 李桑, 郝翠, 刘郁珏, 杜佳

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21055

        摘要:受特殊地理环境影响,北京地区冬季降雪常与边界层东风相伴,边界层东风所引起的水汽输送和动力辐合效应对降雪发生发展有重要意义。不同于已有边界层东风对平原地区降雪的影响研究,本文结合2022年冬奥会北京延庆赛区的地形特征,对比相似天气背景下不同温湿特性、不同发展高度的边界层东风对降雪的作用机制,研究表明:(1)途经渤海湾的路径较长有利于边界层东风的明显增湿,反之增湿效果则较弱;(2)“干冷”性质的偏东风可形成冷垫抬升北京平原及低海拔地区的暖湿空气;当偏东风在垂直方向发展较为深厚(600m以上)时,能够翻越延庆东部海拔较低的军都山并在背风坡形成绕流汇合,同时受西部海拔较高的海陀山阻挡,形成迎风坡的强迫抬升,二者共同作用导致延庆区的辐合东强西弱,进而造成降雪分布呈东多西少的特征;(3)“暖湿”性质的边界层东风因垂直延展高度较低,无法向西越过军都山,对延庆赛区降雪基本无影响。(4)空中500hPa为西北气流影响时,除考虑边界层东风能否越山之外,若存在与地形高度接近的、700hPa高度附近饱和区与抬升运动的有利配合,将导致延庆赛区的高海拔山区出现明显降雪。

      • 何林强, 周天军, 李立娟, 林鹏飞, 陈晓龙, 邹立维

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21042

        摘要:南亚夏季风的变化决定着印度半岛的旱涝状况,气候系统模式则是研究南亚夏季风变化规律的重要工具。本文基于观测和JRA55再分析资料,系统评估了FGOALS-g3模拟的南亚夏季风气候态和年际变率,并重点关注FGOALS-g3与FGOALS-g2以及是否考虑海气相互作用的模拟差异。结果表明,由于局地海温模拟的变化,相比于FGOALS-g2,FGOALS-g3模拟的南亚夏季风在气候态热带印度洋信风和El Nin ?o期间沃克环流下沉支上有明显改进。同时,由于对流层系统性冷偏差持续存在并且中心位于副热带300hPa附近,造成气候态上经向温度梯度减弱,使季风环流减弱,导致FGOALS-g3中陆地季风槽的水汽辐散偏差和降水干偏差仍然存在;在年际变率上,FGOALS-g3模拟的El Nin ?o期间赤道西太平洋海温冷异常偏弱,印度洋偶极子偏强,导致印度半岛下沉运动减弱,FGOALS-g3中ENSO—印度降水负相关关系也依然偏弱。研究表明,耦合过程导致的气候态海温偏差通过改变环流和水汽输送,有效补偿了大气模式中印度半岛中部和中南半岛的降水湿偏差;在年际变率上,耦合模式由于考虑了SST—降水—云短波辐射的负反馈过程,能够减小大气模式模拟偏差的强度,但印太暖池区海温模拟偏差导致沃克环流下沉支偏西,使得印度半岛的降水响应出现更大的湿偏差。

      • 高颖, 王玉莹, 李占清, 金筱艾, 王靖凌, 胡嵘, 曾思琪, 张睿, 陈曦, 许嘉璐

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21013

        摘要:基于2016年冬季和2017年夏季在北京、2016年夏季在邢台的三次气溶胶外场观测实验,选取三次观测期间典型的新粒子生成事件,分析其对气溶胶吸湿和云凝结核(CCN)活化特性的影响。两地分别位于华北平原北部超大城市区域和中南部工业化区域,两地不同季节新粒子形成机制不同,对应的凝结汇(CS)、生长速率(GR)以及气溶胶化学组分也不同。北京站点新粒子生成事件的发生以有机物的生成主导,而邢台站点新粒子生成事件的发生则以硫酸盐和有机物的生成共同主导。邢台站点新粒子生成过程中气溶胶吸湿性及云凝结核活化能力明显强于北京站点,此特点在核模态尺度粒子中表现尤为明显。以上结果表明,在估算新粒子生成对CCN数浓度的影响时,应充分考虑气溶胶吸湿和活化特性的差异。

      • 沙修竹, 黄毅梅, 褚荣浩

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20237

        摘要:本文针对基于多源探测数据的人工增雨效果物理检验,建立对比区选取的相似性度量系数APC,建立人工增雨效果物理检验的无量纲化PIDI指数方法。结果表明:(1)人工增雨效果物理检验PIDI指数方法,能够实现以相似性度量系数APC最大程度削减增雨作业催化云体及降水的自然变率影响,以无量纲化处理方法综合多种具有量纲差异的云物理探测参数,最终以一个百分数变化率的数值形式综合度量多种云物理参数的整体变化趋势及程度。(2)应用PIDI指数方法对2014~2019年24架次飞机增雨作业进行增雨效果物理检验。人工增雨催化引起作业后3h的云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、组合反射率、≥30dBZ回波面积、垂直累积液态含水量7项指标平均变化率3.4%~19.6%。18次作业呈降水量变化率0~58.3%的增雨效果,6次作业呈降水量变化率-37.5%~0的减雨效果。多数增雨作业引起的云物理参数变化明显小于降水变化。(3)具有增雨正效果的18次增雨作业,人工催化引起多数作业的云顶温度、组合反射率、垂直累积液态含水量呈增加趋势,多数作业的云粒子有效半径、光学厚度、液水路径呈减小趋势。(4)利用飞机增雨个例对比PIDI指数方法与K值方法异同。对于降水量变化趋势的检验二者具有一致性。二者差别在于PIDI指数方法能够反映人工催化引起的所有检验指标平均变化率。

      • 李义宇, 郭学良, 金莲姬, 李培仁, 孙鸿娉, 赵德龙, 马新成

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20255

        摘要:气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013-2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核(CCN)及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率(CCN/CN)与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x-616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x-473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。

      • 邓中仁, 葛旭阳, 姚秀萍, 陈明诚

        优先出版日期:2021-10-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20215

        摘要:本文利用ERA-Interim再分析资料,通过中尺度数值模式(WRF-ARW)研究了辐射日变化对高原涡个例发展的影响机制。模拟结果表明,太阳短波辐射对高原涡的发生发展具有明显的调制作用。控制试验(CTL;即保留太阳辐射日变化)较好的再现了高原涡的发展过程。在去掉短波辐射过程的夜间试验(All_night)中,前期高原涡发展速度较快。而在白天(All_day)试验中,短波辐射过程抑制了高原涡的发展。诊断分析表明,夜间长波辐射冷却加强对流层温度递减率,减弱大气静力稳定度;同时,大气温度的降低使得夜间相对湿度增大,有利于对流层低层出现位势不稳定,进而促使高原涡的形成和发展。反之,太阳短波辐射有利于对流层高层增温,加强大气静力稳定度,从而抑制对流活动发展。夜间低层辐合更为强盛,有利于上升运动的加强并诱发高原涡形成;非平衡项结果显示,在高原涡环流中心区域存在正值区,而低涡四周为明显的负值区。从动力学和热力学特征来看,高原涡的发展与热带气旋具有一定的相似性。上述结论与前人研究辐射对强对流日变化调制作用相符。

      • 孙跃, 肖辉, 杨慧玲, 丁建芳, 付丹红, 郭学良, 冯亮

        优先出版日期:2021-09-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21155

        摘要:本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的“7·20”特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北的“西南-东北”走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。

      • 王洪, 张佃国, 王文青, 王俊, 王烁

        优先出版日期:2021-09-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21043

        摘要:基于地基云雷达、地基微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5~6km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;零度层以上,5~6km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。

      • 胡家晖, 卢楚翰, 姜有山, 何婧

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20225

        摘要:近年来深度学习模型在解决对防灾减灾影响巨大且极具挑战性的临近预报问题的应用中日益增多。本文中,我们把临近预报作为一个时空序列预测的任务,将雷达反射率因子作为试验对象,使用基于对抗神经网络(GAN)优化构建的TAGAN深度学习模型预测未来1h的雷达回波图像,并且与Rover光流法、基于卷积神经网络的3DUnet模型进行对比试验。选取2018年全球气象AI挑战赛雷达回波数据集进行训练与测试,检验结果表明TAGAN模型在命中率(POD),虚警率(FAR),临界成功指数(CSI)以及相关系数等多种评分上要优于传统的光流法和对比的3DUnet深度学习模型,TAGAN模型在以上的检验评分表现出色,并且随预测时间的增加较之传统光流模型效果更优,这为拓展和提升深度学习模型在临近天气预报中的应用提供了参考依据。

      • 孔凡超, 连志鸾

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21057

        摘要:本文利用2018年11月-2019年3月、2019年11月-2020年3月期间的自动站资料,对发生在河北崇礼云顶冬奥赛场的夜间增温事件进行了统计分析,并基于地基微波辐射、激光测风雷达、风廓线仪以及NCEP/NCAR逐6小时再分析资料探讨了夜间增温事件可能的形成机制。研究得出:云顶赛场11月到次年三月,夜间增温事件的发生概率高达76.9%,揭示了冬季夜间增温在云顶赛场是一种常见现象,同时增温次数和增温幅度均随站点海拔高度增加而减小。云顶赛场夜间增温的形成机制可归为四类,分别为风垂直切变造成的逆温层混合增温、焚风增温、整层下沉增温、中低层暖平流增温。其中第二~四类增温过程中,增温开始前谷内存在逆温时,谷底增温幅度可能会明显大于山顶,从而导致增温幅度随高度增加而减小。此外,山顶仅受第三类和第四类形成机制影响,而四类增温机制均可引发山谷增温事件,这也是增温事件发生频次随高度升高而明显减少的原因。

      • 毕研盟, 王倩, 杨忠东, 刘成保, 蔺超, 田龙飞, 张乃强, 王雅澄

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21069

        摘要:大气二氧化碳(CO2)探测仪(Atmospheric Carbon dioxide Grating Spectrometer-ACGS)搭载于中国二氧化碳观测卫星(TanSat),通过探测0.76μm,1.61μm,2.06μm波段的反射太阳光谱,采用最优估计算法反演大气CO2浓度。满足高光谱分辨率和高精度CO2浓度反演需求,精确探测光谱中心波长的变化非常重要。本文以高分辨率太阳参考光谱的夫朗禾费吸收线作为参考基准,利用ACGS对太阳的观测光谱计算了ACGS三个谱段通道中心波长位置在一年内的变化情况。结果显示,三个谱段的波长变化在光谱分辨率10%的以内,满足光谱定标精度需求。这种变化可能是由于在轨仪器状态变化引起,特别是在轨运行温度变化引起的。ACGS波长的微小变化需要在产品反演中进行修正。基于独立太阳夫琅禾费吸收线的在轨光谱定标方法不仅可以有效监测ACGS的光谱稳定性,还可以为L2产品的处理的提供参考信息 。

      • 王淑彩, 平凡, 孟雪峰, 李玉鹏

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21064

        摘要:本文以ERA5再分析资料为初始场,利用WRF模式对2020年4月19-20日的一次大范围暴雪天气过程进行数值模拟研究。模式采用不同云微物理参数化方案进行敏感性实验,并与实测数据(自动站降水数据、雷达基数据)进行对比,分析了暴雪天气的降水、雷达反射率、动热力和水凝物的时空演变特征。研究表明:上述不同微物理参数化方案基本都模拟出了本次降雪的强度和范围,但其模拟的动力及云微物理细致结构存在明显差别,表现在不同云微物理方案模拟的垂直速度和水凝物的时空分布上。bin方案模拟的云水较强,有明显的下沉运动,对流范围较为集中,霰和冰晶过程明显偏弱;而bulk方案模拟的雨水和霰较强,呈现出大范围的上升运动,对流范围宽广。上述动力与云水凝物的分布与云微物理方案的特性有关,bulk方案由于采取了总体云群设计,捆绑了不同粒子类型的运动,不能细致的描述出不同粒子的下沉拖曳过程,反映出没有明显的垂直下沉运动,也造成霰粒子明显增多。对于不同的bulk方案,尽管其水凝物总含量时空分布相似,都有较大范围的时空分布,但其水凝物的各分量(云水、雨水、冰、雪、霰)有显著差异,这与各不同云微物理过程的描述有关。

      • 高媛, 姚秀萍, 李山山, 王晓芳

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21053

        摘要:青藏高原横切变线(简称切变线)是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF)提供的ERA-5再分析资料,选取14个生成于6-8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析,探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明:(1)500hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中,处于580dagpm闭合低值中心和272K高温中心内、比湿大值区的北侧;200hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。(2)切变线强度表现出明显的日变化特征,在当地时间(LT=UTC+6h)23时最强,13时最弱。(3)涡度收支诊断表明,青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义,500hPa涡度最大值(最小值)出现时间滞后于辐合作用最大值(最小值)3小时。(4)切变线演变过程中,切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明,青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时,低层辐合增强,上升运动增强,在充足的水汽配合下,凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层,有利于切变线生成及发展。

      • 陆婷婷, 崔晓鹏

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20232

        摘要:利用WRF模式,结合三维降水诊断方程,对北京“7·20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析,结果显示,降水峰值时刻前,强盛水汽辐合支撑强降水,同时加湿大气,后期,水汽辐合显著减弱,降水造成局地大气中水汽含量明显减少;降水峰值时刻前,水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展,后期,动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散,导致水凝物含量显著减少,降水系统逐步瓦解;主降水时段,垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大,并在降水峰值时刻达最大,之后减弱收缩;上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近,进而回落到零度层之下,伴随“弱-强-弱”的降水强度变化;上升运动控制下,水凝物含量变化明显,但不同水凝物变化幅度不一,霰粒子和雨滴增幅最显著,并于降水峰值时刻含量达最大,随后减小,其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程,导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出,不同微物理参数化方案对“7·20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异,值得深入研究。

      • 唐兆康, 鲍艳松, 顾英杰, 范水勇, 齐亚杰

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.20222

        摘要:同化大量观测资料可以有效地改进模式预报结果,但不同观测对预报的影响有着显著差异,合理评估观测对预报的贡献是数值模式中最具挑战性的诊断之一。本文采用基于伴随的预报对观测的敏感性(Forecast Sensitivity to Observation,简称FSO)方法,构建WRFDA-FSO系统。基于2019年9月超大城市项目在北京地区获取的风廓线雷达(Wind Profile Radar Detection,简称WPRD)和地基微波辐射计(Microwave Radiometer,简称MWR)观测数据,利用WRFDA-FSO系统,开展观测对WRF模式12h预报的影响试验,并分析风温湿观测对预报的贡献。结果表明:(1)同化的观测资料(MWR、WPRD、Sound、Synop和Geoamv)均减小了WRF模式12h预报误差,对预报为正贡献,其中MWR观测对预报的影响最大,WPRD风场观测对预报的改进效果优于Sound的风场观测。(2)WPRD的U、V观测和MWR的T、Q观测中,V观测和T观测对预报的正贡献值更高,对预报的改进效果更优。(3)WPRD和MWR多数高度层的观测均减小了预报误差,对预报为正贡献,其中MWR的T观测对预报的正贡献主要位于近地面800 hPa以下。

      • 朱丽飞, 孙诚, 李建平, 张静, 刘雨森, 宫湛秋

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.20213

        摘要:慢特征分析(SFA)方法可以从非平稳时间序列中提取出慢变的外强迫信息。近年来,SFA方法被应用于气候变化研究领域,用于探究气候变化的潜在驱动力及相关的动力学机制。本文基于SFA方法,提取全球陆地表面气温(LSAT)的慢变外强迫信息,研究全球LSAT慢变驱动力的空间结构特征及低频变率的主要驱动因子。SFA方法提取的LSAT慢变驱动力与历史时期全球辐射强迫(GRF)和全球海表温度(SST)的主模态(大西洋多年代际振荡AMO、热带太平洋ENSO变率和太平洋年代际振荡IPO)有显著的相关关系,表明全球大部分地区LSAT的变率受到GRF和三个SST模态的显著影响。GRF对LSAT变率的影响有全球一致性的特征,而三个SST模态对LSAT变率的影响则呈现出明显的区域特点。此外,由于SFA方法可以有效降低原始LSAT序列中随机噪声的干扰,GRF和SST模态对LSAT变率的解释方差显著提高,进一步表明GRF和SST模态是全球LSAT低频变率主要的驱动因子。最后,利用历史海温驱动AGCM试验(即AMIP试验)的结果,验证了三个SST模态对区域LSAT变率的显著影响。

      • 王迪, 张熠, 储可宽, 王新敏

        优先出版日期:2021-09-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20190

        摘要:本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程,采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构,分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征,探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上,发现了更精细的输送带结构特征,尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。 研究表明,根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内,旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动,并在中高层产生负位涡扰动,促进高空系统发展。同时,暖输送带向上层输送水汽,影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中,本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征,而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋,上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动,利于促进暖锋附近降水形成;而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动,初始远离暖锋朝向气旋中心运动,水汽含量增加,随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉,这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。

      • 李尚锋, 任航, 高枞亭, 尹路婷, 杨旭

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.20217

        摘要:利用1981—2019年吉林省气象局信息中心提供的吉林省51个测站逐时降水数据,系统分析了暖季吉林省地区冷涡降水的时空分布特征。结果表明:(1)吉林省地区降水量日变化和频次的峰值均发生在下午16—17时;0.1—5mm/h的降水频次大值区主要集中在吉林省东部山区,而5—10mm/h和>10mm/h降水的频次大值区则在吉林省中南部地区。(2)0.1—5mm/h降水占冷涡降水总量百分比(简称:降水贡献)的空间分布特征中,白天降水贡献的空间分布比较一致,夜间大值区在吉林省东部山区;5—10mm/h的降水贡献大值区集中在吉林省中部地区,且白天贡献大于夜间;>10mm/h的降水贡献大值区位于吉林省中西部地区,白天贡献也大于夜间。(3)0.1—5mm/h降水占暖季冷涡降水总量的60%,5—10mm/h和>10mm/h均在20%左右;0.1—5mm/h降水贡献随时间变化减弱趋势明显,而>10mm/h降水贡献增加趋势明显,且这两种量级降水年际变化呈反位相特征。

      • 白慧敏, 龚志强, 孙桂全, 李莉, 周莉

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20233

        摘要:植被覆盖对气候变化极其敏感,华北区地处我国半湿润地区,气象因子对该地区植被覆盖有重要的影响,但缺少有效的数理模型定量刻画气象要素对植被的影响。因此,本文基于华北区2000-2018年中分辨率成像光谱仪的植被覆盖数据和主要气象要素数据,开展了气象要素影响植被覆盖度模型的研究,初步建立了华北夏季植被覆盖度与气象要素的关系。研究表明:(1)华北夏季植被覆盖度与降水、相对湿度呈正相关,与气温、日照时数和地温则呈负相关,相关性强弱顺序依次为同期日照时数、前一月地温、同期相对湿度、前一月气温和同期降水。(2)结合多元回归法和最小二乘法两种统计方法,从区域平均和空间分布角度分别构建了气象要素对植被覆盖度的影响模型,定量描述气象要素变化对植被覆盖度的可能影响。其中,五变量影响模型对植被覆盖度的模拟的相关系数略偏高,基于最小二乘法构建的模型对植被覆盖度的拟合效果较多元线性回归模型更好。(3)去除相对湿度的模型对华北地区植被覆盖变化的模拟能力变化最大,即温度和降水协同作用对华北地区植被覆盖的影响较为重要。研究有利于了解气象要素如何影响植被生态系统,进而为国家生态文明建设提供理论依据。

      • 孙思远, 管兆勇, 金大超

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20226

        摘要:利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集,研究了1979-2016年夏季江淮地区区域性极端日降水事件的统计特征及其与Rossby波活动的联系。结果表明:在38年夏季(6–7月)中,江淮地区区域性极端日降水量的95百分位阈值为33.95 mm/d,且共有63次极端日降水事件发生。江淮地区极端日降水事件发生时,在对流层中低层受气旋性异常环流控制,在对流层上层受反气旋性异常环流控制,为极端日降水事件的形成和维持提供了有利的斜压性环流背景。源于孟加拉湾和中国南海地区的水汽在江淮地区有较强的汇集,为极端日降水事件的发生发展提供了有利的水汽条件。在极端日降水事件发生期间,引起江淮地区扰动涡度拟能显著变化的主要是时间平均气流对扰动涡度的平流输送项和扰动气流中的水平散度项;在极端日降水事件发生当天,对流层上层的扰动涡度拟能迅速减弱,同时在低层快速增强。波动起源于里海和黑海附近,有明显的下游频散效应,传至江淮地区约需3–5天时间,为江淮地区极端日降水事件的形成提供了扰动能量。这些结果加深对极端日降水事件成因的认识,并为预报预测提供了思路。

      • 杨雯婷, 傅慎明

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21001

        摘要:基于泰国气象局提供的近32年(1981-2012)站点逐日降水观测资料,利用线性趋势和集合经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition, EEMD)等分析方法,本文重点研究了泰国及其五个地理分区内各等级降水量与降水日数出现正异常(第95%分位及以上)的站点比例变化,并深入分析了泰国逐年降水量与暴雨以上持续性和非持续性降水量相对贡献的变化。主要结论如下:(1)泰国东部和南部地区是其降水最强的区域,而泰国北部地区降水相对最弱,在研究的32年时段内,泰国境内有87%的站点出现了逐年降水增加的趋势(共有22个站通过了95%的信度检验),其中泰国南部是增加最快的区域,而泰国东部地区则是出现降水增加趋势最少的地区。位于泰国湾沿岸的曼谷站和洛坤站是整个泰国境内逐年降水增加最快的站点。(2)泰国北部地区的逐年降水量、逐年降水日数与平均降水强度出现正异常的站点比例显著增加,表明极端降水的影响范围在扩大,而泰国南部地区仅大暴雨以上的极端降水出现了范围扩大的趋势。(3)暴雨以上的降水在泰国不同地区存在着显著差异,其中泰国北部、东北部和中部地区,非持续性降水占主导地位,而在泰国东部和南部地区,持续性与非持续性降水的贡献相当。暴雨以上持续性降水出现正异常的站点比例在泰国北部和南部地区有显著的增加趋势,表明这些地区受稳定系统影响所发生强降水的范围有着显著的扩大趋势。

      • 赵丹, 张丽霞, 周天军

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21030

        摘要:本文基于观测和再分析资料,采用Brubaker二元模型评估了第六次“国际耦合模式比较计划”(CMIP6)中19个模式对中国东部季风区气候态水循环过程的模拟能力,并分析了模拟误差来源。结果表明,CMIP6模式集合平均(MME)能够合理再现观测降水和蒸发的年平均气候态空间分布及年循环特征,与观测值的空间相关系数分别为0.92和0.87。较之观测,MME高估了华北地区降水,低估了华南沿海地区降水(-0.3 mm day-1)。所有CMIP6模式均高估蒸发强度(偏差0.03~0.98 mm day-1),使得模拟的降水与蒸发之差偏少。模式整体能够模拟出我国东部季风区降水再循环率及不同边界水汽来源的贡献率,但低估了由南边界进入季风区的水汽贡献,导致东亚季风区偏干。通过分析模式对影响水汽通量的两个气象要素(风速和大气比湿)的模拟能力,发现研究区南边界的风速大小决定了模式间水汽输送差异。南边界风速越大的模式,由南边界进入的水汽通量越大,模式模拟的降水越多。西北太平洋辐合带的东西位置是影响南边界南风风速的重要系统之一,辐合带位置偏东的模式模拟的南风强度较弱,使得水汽输送偏弱、降水偏少;反之,南边界水汽输送偏强、降水偏多。本文通过评估最新一代CMIP6模式在东亚水循环方面的模拟性能,指出了当前气候模式在模拟西太平洋辐合带位置方面存在的偏差及其对东亚水循环的影响。

      • 王东海, 曾智琳, 杨帅, 张春燕, 梁必骐

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21041

        摘要:本文总结了近几十年来暖季(5-10月)南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展。聚焦暖季南海中尺度对流过程,概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征、影响南海中尺度对流发生发展的重要天气系统,并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理。在此基础上,探讨了当前及未来南海中尺度对流过程研究面临的机遇与挑战,并指明了未来该领域的研究方向。

      • 周晓宇, 王咏薇, 孙绩华, 杨大虎

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21062

        摘要:本文利用WRF(V3.9.1)模式中耦合Noah/SLUCM方案作为Control案例,研究土地利用类型(Md04案例)、陆面过程(NoUCM案例)和湖泊(Nolake案例)对城市热岛强度及昆明城市气象要素水平、垂直的时空分布特征的影响。主要结论如下:(1)四种案例城市热岛强度的平均日变化基本一致。白天城市热岛强度较弱、夜间较强,在20:00时左右达到最大值。城市冠层(湖泊)对城市热岛有较明显的减(增)温,Control-NoUCM(Nolake)案例中,平均日最大差值为-0.79oC(+1.07oC)。(2)从能量平衡方程分析Control-Md04案例,感热(潜热)通量的差值为+46.18(-79.71)W/m2,潜热通量释放大于感热通量的绝对值。Control-NoUCM案例中,感热(潜热)通量的差值为-40.88(+29.60)W/m2,NoUCM案例未考虑几何建筑物储热与遮挡,大部分被地表所吸收,导致感热通量较大。(3)四种案例中,15:00(07:00)时边界层高度达到最大(小)值。NoUCM(Nolake)案例中城市边界层高度分别降低103m(32m)左右,而Md04案例中城市边界层高度增加102m左右。(4)湖泊对城市热岛环流影响的试验表明,湖泊上空垂直运动较弱,而水平方向湖陆风较大,有利于向城市输送水汽,增加干空气湿度,使水汽含量较高;从而增加潜热能量释放,降低感热通量,温度梯度减小。

      • 王东海, 姜晓玲, 张春燕, 庞紫豪, 梁钊明, 张明华

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21068

        摘要:本文系统地介绍了基于约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,并将模型首次应用于青藏高原那曲试验区。该模型可融合不同时空分辨率的多来源数据,通过利用地面降水和地面、大气顶部的热通量等大气上下边界的观测资料来约束调整探空观测变量,从而尽可能保证气柱内的质量、热量、水汽和动量收支平衡。对模型及其产生的第三次青藏高原大气科学试验那曲试验区2014年8月期间的大气分析数据集进行评估分析,结果表明模型生成的常规状态量很好地保留了观测特征,模型生成的重要大尺度衍生量(如垂直速度、散度、温度/水汽平流、视热源、视水汽汇等)可以较好地反映试验期内大气柱的动力、热力和水汽结构特征,有利于对大气降水过程的分析研究。分析发现,350~400hPa高度层是该时期那曲试验区的动力、热量和水汽的重要变化中心。从各种观测资料对模型生成的分析场的影响来看,探空观测对高空风场的影响最大,但这种影响的幅度在1m/s以内;降水和上下边界通量观测主要影响大尺度衍生量如垂直速度,其中降水主要影响降水时期的上升运动,通量观测主要影响弱/无降水时期的下沉运动。总体而言,物理协调大气变分客观分析模型具备较好的稳定性和合理性。

      • 常蕊, 朱蓉, 赵大军

        优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21071

        摘要:利用台风山竹(1822)和利奇马(1909)登陆期间固定式风廓线雷达、WindCubeV2激光雷达和测风塔的梯度观测数据,结合山竹(1822)登陆前后精细化风场模拟资料,分析了登陆台风不同影响象限内,离地300 m高度内的强风参数及其随距离、海拔高度及下垫面的变化特征。结果表明:距离台风中心200 km水平范围内,最大风速所在高度及风切变指数沿台风半径向外增加,且陆地强风切变指数普遍高于0.12,而海洋下垫面拖曳作用弱,风切变较小,仅在岛屿群附近存在超出国标设计阈值的高切变区域;台风移动方向的右前象限内强风切变指数稳定维持在0.17左右,且对海拔高度不敏感,左后象限存在类似于急流的风廓线,而左前象限内强风的垂直变化在空间上具有较强的非线性特征,边界层低层强风结构较复杂;阵风因子和湍流强度随平均风速增大、离地高度升高而减小;过程最大风向变差角沿台风半径向外减小,且在空间上具有显著的非对称性,其中右后象限的风向变差角最大,半小时风向变化超过30°,且大多发生在台风登陆前或登陆时。研究成果可为我国近海及沿海风电场的微尺度风场模拟及台风风险防御提供帮助。

      • 徐小红, 余兴, 刘贵华, 岳治国, 朱延年

        优先出版日期:2021-08-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21010

        摘要:利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:(1)陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度(Tg)较冷,均值为-33℃;全部冰晶化时Tg 对应的云粒子有效半径re(表征为re-g)未饱和(<40mm),均值37.2mm,且re-g越小冰雹云越强;云顶呈现re随高度减小带。(2)各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。(3)在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。(4)经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。

      • 陈宏莉, 徐海明, 马静, 邓洁淳

        优先出版日期:2021-07-19  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106. 21047

        摘要:本文采用1985-2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SSTs)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明:(1)大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用,后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。(2)SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变,前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常(即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压),对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常,南侧为弱高压异常,对应大气偏西风异常。(3)在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应,这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用,且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。(4)海流结构在前后期也发生了明显的转变,前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常,后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。

      • 武静雅, 孙强, 毕永恒, 田玉芳, 王一楠, 吕达仁

        优先出版日期:2021-06-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21061

        摘要:青藏高原上空云宏观参数的日变化受大尺度环流、当地太阳辐射和地表过程的联合作用,对辐射收支、辐射传输及感热、潜热的分布等有重要影响。由于缺乏持续定量的观测手段,对各类天气系统云宏观参数日变化特征的了解还十分不足。多波段多大气成分主被动综合探测系统APSOS(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System)的Ka波段云雷达是首部在青藏高原实现长期观测云的雷达。本文基于2019年全年APSOS的Ka波段云雷达资料,研究了西风槽、切变线和低涡三类重要天气系统影响下的有云频率、单层非降水云或者降水云非降水时段的云顶高度、云底高度和云厚日变化的时域和频域特征,给出了统计回归方程。主要结论有:(1)西风槽系统日均有云频率为56.9%,切变线系统为50.8%,低涡系统达73%;(2)尽管西风槽和切变线系统的成因不同,但两类系统云宏观参数的日变化趋势和主要谐波周期相似:日变化趋势基本为单峰单谷型,日出前最低,日落前最高。有云频率表现为日变化和半日变化,单层云云顶高度、云底高度和云厚主要表现为日变化;(3)低涡系统云宏观参数的日变化特征与前两类系统明显不同:日变化趋势表现为多峰多谷型,虽然有云频率和单层云云顶高度、云底高度主要谐波中均以日变化振幅最大,但频谱分布分散,云厚主要变化中振幅最大的是周期为4.8小时的波动;(4)给出了各系统有云频率、单层云云顶高度、云底高度和云厚日变化的统计回归方程。

      • 刘俊, 唐佑民, 宋迅殊, 孙志林

        优先出版日期:2021-06-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21048

        摘要:印度洋偶极子(IOD)是热带印度洋秋季最强的年际变率,它会通过大气遥相关来影响世界许多地区的气候。目前耦合气候模式对IOD预报技巧仍非常有限,远低于热带太平洋的厄尔尼诺事件的预报技巧。鉴于深度学习具备高效的数据处理能力,本文使用深度学习中的卷积神经网络(CNN)与人工神经网络中的多层感知机(MLP)处理再分析观测资料,从而进行IOD预报。由于当预报初始时刻为北半球冬春季时,对IOD事件的预报技巧较低。因此,为探索CNN的预报能力,本文仅使用三种初始时刻,分别为1-2-3月(Jan-Feb-Mar,JFM)、2-3-4月(Feb-Mar-Apr,FMA)、3-4-5月(Mar-Apr-May,MAM),来预报其后续七个月的印度洋偶极子指数(DMI)、东极子指数(EIO)和西极子指数(WIO)。结果表明:CNN对DMI、EIO和WIO指数的有效预测时效均超过了6个月。与现在耦合动力模式相比,CNN模型能够显著提升DMI指数和EIO指数的预报技巧,但对WIO指数的预报技巧提升有限。当预报提前时间为7个月时,CNN模型能够比较准确地预报1994、1997与2019年的IOD事件。由于CNN模型能够更好地抓住印度洋海温的空间结构特征,它对IOD事件的预报技巧比传统神经网络MLP高。

      • 姚佳伟, 段晚锁

        优先出版日期:2021-06-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20256

        摘要:根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局。NFSV-型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段。结果表明,在NFSV-型SST强迫目标观测敏感区内以90km间隔加密海温观测,这些额外观测能够更加有效地改善TC强度的模拟技巧;与空间范围更大的非敏感区相比,在NFSV-型SST强迫目标观测敏感区内进行目标观测,能够更加有效地改进TC强度的模拟能力,而当非敏感区内的局地观测区域逐步接近目标观测敏感区时,该局地区域的加密观测对TC强度模拟改善程度也逐步提高。进一步研究表明,上述目标观测对台风强度模拟水平的改善尤以NFSV-型SST强迫误差大值区所对应的TC快速增强阶段最为明显。所以,在由NFSV-型SST强迫误差确定的目标观测敏感区和敏感时段内加密观测,对台风强度模拟能力的提高最有效,而且在敏感区内以合适的间隔实施外场观测是最经济的观测策略。

      • 杨阳, 戴新刚, 汪萍

        优先出版日期:2021-06-15  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20241

        摘要:借助第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据及英国气候研究所(CRU)的格点降水资料,分析了多模式集合平均降水在亚洲的偏差分布特征,检验了三种减小偏差的方法,并预估了未来30年亚洲降水变化的趋势。结果表明,在CMIP5历史气候模拟中,多模式集合降水在亚洲存在明显偏差,在北方降水偏多,南方偏少,其中在青藏高原、内蒙古、蒙古国等地明显偏多达30%-40%,南亚偏少30%-40%,在越南和华南沿海偏少20-30%等。模式降水偏差型在2006-2015年预估与历史气候模拟中类似,具有准定常性,可以通过二者之差消去模式气候漂移。偏差订正检验表明,对数回归在北方较好,年际增量回归在南方更优,二者结合构成所谓区域组合回归偏差订正法,用其订正中等排放情景RCP4.5下24个CMIP5模式集合预估的2021-2050年亚洲降水,其相对于1976-2005的变化表明,随着气候暖化亚洲季风区降水格局会发生或多或少的变化,在暖季(5-10月),阿拉伯半岛东部、南亚西北部、伊朗南部、中亚北部及俄罗斯的远东地区,以及中国的西北东部、环渤海湾及东北部分地区降水可能增加6%-10%;中亚南部及伊朗北部等地降水可能减少10%左右,中国西南降水平均减少约3%。在冷季,亚洲北方降水普遍增加,南方降水有所减少,其中南亚降水明显减少,达6%-10%,中国西南部降水减少;中国西北大部、华北和东北等地, 以及蒙古国和亚洲高纬度地带降水明显增加,增幅可达10%或更多。这些预估结果表明,随着气候暖化,未来30年我国西南的旱情可能持续,冬半年北方雪灾会增加,随着南亚夏季风区的西扩,南亚西北部巴基斯坦等干旱地带出现洪水灾害的频率会增加,但里海南部周边地带可能出现持续几十年的严重干旱事件。对于未来30年中国的南方,尤其是西南地区可能出现持续、甚至加重的干旱气候事件,需要提前做好应对部署。

      • 李祥, 杨帅, 杨书运

        优先出版日期:2021-06-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21072

        摘要:由观测分析和数值模拟,发现2019年8月5-6日中国西南部的东传型致灾暴雨事件中存在三涡(南北双高原涡、西南涡)相继发展并导致暴雨加强和传播的现象。借助数值试验,研究了多尺度地形因子(青藏高原、横断山脉和四川盆地三大地形)各自对涡旋演变的作用。结果表明,横断山脉对西南涡的形成起关键作用,四川盆地影响着西南涡的位置和强度。对于高原涡(这里指南侧高原涡)的传播,四川盆地只影响涡旋强度演变,但不会改变高原涡的传播路径。一旦横断山脉被移除,高原涡的传播现象随之消失。进一步分析青藏高原和四川盆地交界处的陡峭地形坡度改变对涡旋发展的影响,发现坡度越陡,高原涡传播速度越快,且盆地内二涡合并后的西南涡强度越强。最后借助于倾斜涡度发展理论,解释了不同坡度对涡旋强度演变的影响:随着坡度变陡,倾斜涡度发展系数CD剧烈减小;陡坡时沿涡旋下滑路径快速减小的CD对垂直涡度局地倾向的强迫作用,加剧了涡旋的快速加强。

      • 章鸣, 连志鸾, 平凡, 祝善友

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21031

        摘要:夜间增温是河北冬奥赛区冬季频发的天气现象,对其进行准确的模拟与预报对赛区建设及比赛保障至关重要。本文针对河北冬奥赛区2020年2月8日夜间至9日凌晨发生的一次夜间增温过程,通过引入高分辨率地形数据,利用中尺度区域数值模式WRF4.1.5精细化再现了此次夜间增温过程,并探究了此次过程的气象特征及成因。研究结果表明:此次夜间增温过程受东北冷涡影响,中高空冷平流显著,高低层风切变较强,有明显的平流差异,同时,近地面气象要素变化特征明显,包括相对湿度降低、风速增大、海平面气压降低、地表热通量及长波辐射增强等;增温发生时,强冷平流在范围及强度上均明显增加,导致强烈的下沉运动,使得低层大气温度升高,并且高低层强风切变以及平流差异容易产生垂直混合,等熵面波动明显,湍流加强,进一步加强湍流垂直混合运动,运动热通量输送增强,产生夜间温度异常升高现象。

      • 布和朝鲁, 林大伟

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21028

        摘要:亚洲中高纬环流春夏季节转换是亚洲大陆上发生的不同区域春夏季节转换中的一个重要组成部分,它为江淮流域梅雨形势的建立提供必要的中高纬环流条件。但是关于其独特性和关键特征,迄今为止尚没有系统性的总结。本文利用NCEP/NCAR再分析资料I的逐日数据,分析和总结了这一春夏季节转换过程的关键特征。亚洲中高纬环流春夏季节转换以500 hPa东北亚脊和“双阻型”环流形势的依次建立为重要标志。东北亚脊及其相关的海陆温度差异的形成主要归因于东北亚积雪融化和局地强烈增温过程。东北亚低压(850 hPa)的建立是亚洲中高纬环流春夏季节转换的另一个重要标志。当季节转换发生时,青藏高原上空的200 hPa急流轴从~35N向北跳到~37N,与此同时亚洲温带急流彻底消失。伴随着季节转换,亚洲中高纬地区近地面温度经向梯度减弱,高频瞬变斜压扰动随之减弱;与之形成鲜明对比,低频天气系统,包括亚洲阻塞高压和东北冷涡系统,则成为该地区主导天气系统。本文也从春夏季节转换早晚的角度,探讨了亚洲中高纬环流和天气系统的演变特征,由此进一步补充了春夏季节转换的关键信息。

      • 周志敏, 胡扬, 康兆萍

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21025

        摘要:梅雨锋暴雨中的云微物理过程对降水的演变有着重要影响。本文通过WRF(3.4.1)模式,针对2018年6月29日至30日一次梅雨锋背景下的暴雨过程进行数值模拟,分别采用了Morrison、Thompson和MY方案进行对比分析,结果发现:(1)三个方案模拟的背景场在天气尺度上,都与ERA5再分析资料一致,能够模拟出有利于强降水发生的环流场。云微物理过程对梅雨期暴雨的局地环流有着显著影响,不同方案存在明显差异,本次过程中,Thompson方案模拟出更强的局地环流系统变率和上升气流。三个方案的模拟降水均有所夸大,小时降水率始终大于观测值。冰相粒子融化或雨滴搜集云滴的高估可能是造成降水模拟值偏强的重要原因之一,总体来看,Morrison方案的模拟效果相对最优。(2)冰相粒子融化、雨滴收集云滴是雨滴增长的关键源项,蒸发则是其最重要的汇项。总的来说,雨滴对云滴的收集量大于冰相粒子融化。但上述过程在不同方案中存在空间上的差异,从而使得模拟降水的空间分布存在差异。(3)Thompson方案中,冰相粒子融化量最大,雨滴蒸发项显著大于其它两个方案,在底层表现得最为明显。同时,该方案水汽凝结效应最强,使得雨滴收集更多云滴。该方案模拟的雨滴最多,降水最强。该方案中凝华的主要产物为雪,且其在与过冷水碰并增长过程中占主导地位,故模拟的雪最多。4)Morrison方案中,水汽主要凝华为雪和少量霰(冰晶忽略不计);Thompson方案中水汽基本凝华为雪,其它冰相粒子极少;MY方案中,水汽主要凝华为雪和冰晶,冰晶总量略少于雪,但显著大于其它方案。5)云滴在凇附过程中的总体贡献大于雨滴。Morrison和 MY方案中,霰粒子收集云滴增长的量均最大。Morrison方案中,其它凇附过程不同程度发挥作用,而MY方案中,其它凇附过程几乎可忽略不计。并且,霰粒子收集云滴的增长量大于凝华过程产生的雪粒子总量。贝吉龙及凇附效应的差异,是不同方案中冰相粒子分布差异的关键原因之一。

      • 沈王彬, 李昕, 秦正坤, 张冰

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21021

        摘要:全国目前已经建成了近7万个自动气象观测站点,然而自动气象站观测资料一直存在资料质量较低的问题,大量错误资料的存在极大影响了其在气象研究中的应用,因此对错误观测的数据进行准确的修复是一项重要工作。本文利用2019年12月1日00时至7日23时,共168个时次的地面自动站温度观测资料,在利用EOF(Empirical Orthogonal Function)质量控制方法识别异常观测资料的基础上,提出了一种基于迭代EOF分析方法的错误资料修复方法。通过理想修复试验的精度分析表明,新修复方法能够很好地修复错误的地面自动站观测气温,修复方法的误差约为0.48℃。而基于Cressman插值等这一类依赖单点观测信息进行修复的方法更容易受到小尺度信号干扰而引入非自然观测信息,对地面温度的修复误差可以达到1.55℃。实际的修复结果分析也证明新修复方法充分利用了EOF分析方法的时空分离作用和模态正交性特点,通过迭代方法逐步消除错误资料的影响,从而获得了与周边观测资料有更好时空连续性的修复结果。

      • 李永华, 周 杰, 何卷雄, 卢楚翰, 向 波

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21002

        摘要:利用1961-2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979-2020年ECMWF的ERA5逐月再分析资料以及NCEP/NCAR提供的逐6h全球再分析资料,采用相关、回归、聚类、拉格朗日轨迹模式HYSPLITv5.0模拟等方法对2020年6-7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析,定义了关键区水汽强度指标,分析了关键区水汽强度与前期冬季海温和青藏高原积雪的联系。结果表明,2020年6-7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成,为1961年以来最多,除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外,其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6-7月对流层高、中、低层环流场配置是西南地区东部典型多雨的环流形势:200hPa上高空急流位置偏南,致使冷空气活动较多且偏南,同时西南地区东部正好位于急流轴以南地区,高层强辐散流出,低层强辐合流入,配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动,为降水提供了良好的动力条件,而西太平洋副高明显西伸,有利其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送,使得该区域降水偏多。采用欧拉方法计算的定性的水汽来源和采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果,都表明2020年6-7月西南地区东部降水的水汽主要来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方洋面的暖湿气流,而北方的干冷空气也有水汽向该区域输送,但相对于南方海洋的水汽输送要小得多。前冬青藏高原积雪偏多,印度洋和赤道中东太平洋海温偏高,引起孟加拉湾西风减弱,南海东风偏强,中南半岛北部南风偏强,形成西太平洋副高偏西偏强的典型风场特征,有利于孟加拉湾和南海地区水汽输送偏西偏强,中南半岛地区向北的水汽输送偏强,使得西太平洋副高西南侧的水汽能够源源不断输送到西南地区东部,造成该地区降水偏多。

      • 陈婉玲, 李秀珍

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20246

        摘要:采用1979~2015年ERA-Interim再分析资料和中国756个站点的逐日降水观测资料,利用百分位法定义了华南冬季强降水事件,通过聚类分析发现中国冬季强降水的中心主要集中在5个地区:长江中下游地区、华南中西部、华南东南部、淮河流域以及中国西南部。为了揭示华南南部大范围强降水的成因,对比分析了由西南地区自西向东移动至东南沿海的东移型强降水事件与西南地区局地型强降水事件。结果表明,南支槽槽前的暖湿气流与冷空气活动的强弱对峙是触发以及维持这两类强降水的关键。在局地型强降水中,活跃的冷空气活动抑制了南支槽的发展和东扩,强降水局限于西南地区;对于东移型强降水,由于冷空气活动偏弱,南支槽槽前西南暖湿气流东扩,降水落区随之东移。高纬度波列与南亚急流波列的协同作用是影响冷、暖气流相对强弱的关键环流系统。当高纬度波列与南亚急流波列同步发展时,冷、暖空气均较强形成强烈对峙,强降水主要局限在西南地区;当高纬度波列活动超前于南亚急流波列,冷空气活动与南支槽的加深错开,强降水可持续并东移,影响较大范围。

      • 程鹏, 常祎, 刘琴, 王研峰, 李宝梓, 陈祺, 罗汉

        优先出版日期:2021-06-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20231

        摘要:祁连山是青藏高原东北部重要的生态屏障和冰川与水源涵养生态功能区,是黄河流域重要水源产流地,但针对该地区的云和降水过程研究很少。本文利用祁连山地区11个Parsivel2雨滴谱仪的观测数据,研究了祁连山地区春季一次层状云降水过程的雨滴谱分布及地形影响特征。此次降水过程主要受短波槽影响,降水时空差异较大。雨滴谱观测数据表明,此次降水过程的雨滴等效直径(D_m)较小,雨滴谱数浓度(N_T)与D_m随海拔高度升高分别呈增加和减小的趋势,低海拔站点〖logN〗_w和D_m分布有着明显的层状云降水特征,而整个祁连山地区在同样D_m下有着更高的N_w。低海拔站点由于碰并和小雨滴的蒸发,因此有着更少的小雨滴(<1 mm)和更多的大雨滴,而高海拔站点由于距离云底较近或位于云内,云滴尺度小且浓度大,D_m随R增大变化趋势不明显。Γ分布拟合的各个站点的参数明显偏大,M-P分布的N_0明显高于其他地区,Γ分布对于小雨滴的拟合效果较好,Γ分布和M-P分布在大粒子端分别有着明显的低估和高估。受海拔高度与云底的相对位置和地形的影响,祁连山地区的雨滴谱分布拟合结果、μ-Λ关系、Z-R关系等都与其他地区或研究有着较大的区别。

      • 陆婷婷, 崔晓鹏

        优先出版日期:2021-06-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21007

        摘要:本文针对2012年(“7.21”)和2016年(“7.20”)北京两次特大暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,结合多种分析方法,从多个角度,较为系统地对比揭示了两次特大暴雨过程的差异,结果指出:两次过程降水总量相近,但降水历时和小时雨强不同,“7.21”历时更短、雨势更强;两次过程主导天气系统和演变、对流系统演变以及局地探空条件明显不同,“7.21”主降水时段对流有效位能显著,暖区对流性强降水主导,而“7.20”主降水时段对流有效位能小,以低涡系统性降水为主;两次过程小时雨强和短历时降水事件统计差异显著,“7.20”中等强度小时雨量站点数占比显著,而“7.21”短时强降水站点数占比明显,两次过程短历时降水事件累积雨量、持续时间、5分钟和1小时最大雨量差异明显,“7.21”短历时强降水事件占比达一半以上(小时雨量50 mm以上的短历时极强降水事件占比明显),最大5分钟和1小时降水量分别高达20.4 mm和103.6 mm,极端性显著,而“7.20”短历时中等强度降水事件占比最大,最大5分钟和1小时降水量仅为10.7和59.3 mm,“7.21”降水极端性更强、致灾性更大;两次过程水汽来源和源区定量贡献差异明显,来自中国中东部及沿海地区的水汽贡献在两次过程中均最大,但“7.21”过程上述水汽源区的贡献最突出,而“7.20”过程中,印度半岛-孟加拉湾-中南半岛、中国南海和西北太平洋及日本海等区域的贡献也较为明显。上述结论有助于深入理解和认识两次特大暴雨过程致灾程度不同的原因。

      • 杨昌军, 张秀再, 张晨, 冯絢, 刘瑞霞

        优先出版日期:2021-05-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20214

        摘要:目前,基于深度学习的高分辨率光学影像云检测过程中,云和云阴影及其边缘细节丢失较为严重,主要原因在于不同尺度空间语义信息特征融合存在不足。针对该问题,本文构建一种基于深度学习的多尺度特征融合网络(Multi-scale Feature Fusion Network, MFFN)的云和云阴影检测方法,该算法结合防止网络退化的残差神经网络模块(Res.block)、扩大网络感受野的多尺度卷积模块(MCM)和提取并融合不同尺度信息的多尺度特征模块(MFM)。实验表明,本算法能提取丰富的空间信息与语义信息,可取得较为精细的云与云阴影掩摸,具有较高检测精度,其中云检测准确率达0. 9796,云阴影检测准确率达0.8307。同时,该工作可为深度学习技术应用于业务云检测提供理论支持及技术储备。

      • 王慧, 张璐, 石兴东, 李栋梁

        优先出版日期:2021-05-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21026

        摘要:本文利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM),分析了1982-2018年青藏高原中东部70个气象站点地表感热趋势演变特征的季节差异,并利用方差分析方法定量评估了影响不同季节地表感热变化的关键气象要素。结果显示:(1)高原中东部四季平均地表感热通量均存在显著趋势转折特征,整体来看,秋、冬季转折时间稍早(1999年),春、夏季稍晚(2000年);分区来看,高原Ⅱ区(东部)的转折时间最早,其次是Ⅳ区(东南部)和Ⅰ区(北部),Ⅲ区(西南部)的转折时间最晚。在地表感热趋势转折之前,以夏季的感热减弱最突出,其次为春季和秋季,冬季最弱;在感热趋势转折之后,冬季的地表感热的增强最强,其他季节增强趋势相当。冬季和春季高原地表感热趋势转折的关键区分别在高原的东部和南部,夏、秋季的关键区主要为高原的Ⅱ区(东部)和Ⅲ区(西南部)。(2)在高原地表感热趋势转折之前,地面风速的减小对四季地表感热的减弱趋势均有重要贡献,但高原冬季地表感热的年际变化受地气温差的变化所主导;春、秋季受地气温差和地面风速变化的共同影响;夏季以地面风速的影响占优势。在地表感热趋势转折之后,秋、冬季地面风速的增大和地气温差的加大,共同导致了地表感热的趋势转折,但地表感热的年际变化由地气温差的变化所主导;春季地气温差的加大是地表感热趋势转折的主因,同时地气温差也在地表感热年际变化的影响中占优势;夏季地面风速的显著增大导致了地表感热趋势的转折,但地表感热的年际变化由地气温差和地面风速变化共同影响。

      • 杨萍, 许小峰, 王志强

        优先出版日期:2021-05-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20238

        摘要:在人类认知气候的漫长过程中,涉及学科之广、贡献人物之多、关键事件之复杂使后人试图完整准确地把握其脉络走向的努力极为困难,而梳理古今中外几千年以来气候学的发展进程非常重要,是气候学学科建设不可或缺的重要组成部分。本研究试图在前人大量研究成果基础上,以时间脉络为主线,通过回顾气候学发展历程中的重要事件和关键人物,勾画出人类认识气候的基本轮廓,并以此为基础探讨其对当代气候学发展的启示。

      • 潘贤, 王秋萍, 张瑜, 何佩仪, 马旭林

        优先出版日期:2021-05-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21029

        摘要:集合预报初始扰动准确描述大气运动的不确定性是集合预报研究的核心问题,合理的扰动结构及振幅应能更好地反映大气运动状态的预报误差特征。随着集合扰动和资料同化的深入研究和理解,集合初始扰动方案与集合同化紧密结合协同发展。本文基于中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES-REPS集合预报系统,针对其初始扰动的结构和振幅与预报误差一致性较差的不合理问题,结合不同空间尺度天气系统预报误差特征,将表征预报不确定性的集合扰动与表达观测和预报不确定性的资料同化分析增量的关系有效结合,研究提出了一种改善集合初始扰动质量的分析约束方案,以实现对集合初始扰动质量进一步改善。分析约束方案充分考虑资料同化的分析增量的空间结构和量值特征,分别构造了单一定常和具有一定适应能力的两种分析约束函数,实现对初始扰动中不合理信息的识别和约束调整。试验结果表明,具有适应能力的分析约束方案对集合初始扰动具有良好的约束能力,约束后集合扰动的结构和振幅与中小尺度天气系统的预报误差更为吻合,其集合离散度和扰动能量的空间结构与演变特征更加趋于合理。分析约束方案可有效改善集合初始扰动质量及其预报性能。

      • 李恬燕, 俞永强

        优先出版日期:2021-05-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21036

        摘要:本文评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)研发的全球气候系统模式(FGOALS)的4个版本(FGOALS-g2, s2, g3, f3-L)对赤道太平洋地区的海温、降水气候态和季节循环的模拟能力。其中前2个版本g2,s2和后2个版本g3, f3-L分别完成了国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)和第六阶段(CMIP6)数值试验并公开发布结果。本文从海气耦合机制和热量收支的角度对耦合模式结果和相应的大气模式比较计划试验(AMIP)进行了对比分析,探讨了造成这一地区海温和降水模拟偏差的原因。结果显示,新一代的模式g3和f3-L模拟的热带太平洋区域气候平均态有明显改进,模拟的海表温度均方根误差为1度左右,而上一代模式g2和s2均方根误差则在2度以上,相较而言误差降低了50%左右。但是新一代版本模拟的降水没有显著改进。从东太平洋赤道南北温度和降水的不对称性来看,f3-L模拟结果最好,因为该版本中赤道太平洋地区的净短波辐射平均态误差的减小,海洋上层热量动力输送过程的改善和净短波辐射与海温回归关系改进,赤道太平洋地区海温的平均态更加接近观测。另外,赤道北侧ITCZ的降水偏大4mm/day,比之前的模式更加严重。对流降水带来的凝结潜热释放加强了南北非绝热加热梯度,越赤道南风加强,风场的误差抵消了一部分因为净短波辐射偏大带来的海温偏暖,这说明海温平均态的改善部分是模拟误差相互抵消的结果。在季节循环的模拟方面也存在类似的现象,f3-L和g3中的海温年循环有所改进但较观测相比振幅仍旧偏弱。年循环有所改进是因为,f3-L和g3模拟的经向风和潜热的年循环振幅比前版本更要偏强,也就是说误差加大,但是却更大程度上抵消短波辐射的年循环偏差,使得模拟的赤道东太平洋SST年循环相对前一版本有明显改进。而g2和s2模拟的海温在赤道东太平洋则存在一个虚假半年循环分量,这主要是由潜热通量半年循环偏差所引起的。

      • 卢睿, 朱志伟, 李天明, 潘晓, 江叶艳, 陆雅君

        优先出版日期:2021-05-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20223

        摘要:本文基于1961~2016年淮河流域四省(江苏、安徽、河南、山东)逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:(1)淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在31°-36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;(2)南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;(3)南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。

      • 姜润, 巩远发, 袁源, 康潆文, 陈彦伟, 侯劭禹

        优先出版日期:2021-05-12  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20244

        摘要:利用1979~2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集(V3.0)的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:(1)青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间存在明显的不同变化特征。北支(南支)绕流异常强、南支(北支)绕流异常弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式(气旋式)环流系统,高原中部的500hPa为一个异常反气旋(气旋)环流中心,并垂直延伸到300hPa高度(随高度向西北方向倾斜);南北两支绕流变化呈显著的负相关。(2)青藏高原冬季南北两支绕流的异常变化对我国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强(弱)时,我国除东北地区气温偏低(高)、降水偏多(少)外,河套、青藏高原及长江以南地区气温偏高(低)、降水偏少(多);当南支绕流强(弱)时,全国气温普遍偏低(高),东北及新疆北部地区降水偏少(多),西南及南方大部分地区降水偏多(少)。(3)综合分析东亚对流层整层大气要素的垂直结构异常变化对我国天气气候异常的影响表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,35°N以北的整个对流层中都是异常西风,35°N以南850hPa以上都是异常东风,我国东部对流层大气是受青藏高原纬向异常绕流影响的“正压结构”;相应的对流层中850hPa以下底层从南到北为一致的异常西南风,850hPa以上为35°N北侧异常西北风与南侧异常东北风之间反气旋式切变、下沉运动异常,300hPa以下异常偏暖,这些不利于冷空气南下和反气旋切变加强的下沉运动增温作用,导致了我国东部大部分地区气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南地区近地面到华北200hPa高度为“三角形”状的异常东风,配合相应的经向风异常、华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到我国南海地区,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到我国中高纬度地区,导致我国大范围的气温异常偏低、降水偏多。

      • 张 浩, 石春娥, 杨军, 倪婷

        优先出版日期:2021-04-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20230

        摘要:雾对交通运输有不利影响,尤其是强浓雾。本文利用2019年1月上中旬在寿县国家气候观象台应用FM-100型雾滴谱仪测量的雾滴谱数据和常规气象观测数据,分析了不同强度雾的微物理特征,以及能见度与液水含量、雾滴数浓度、相对湿度之间的关系,在此基础上建立了能见度参数化方案。结果表明:(1)随着雾的强度增强,雾中含水量显著增大,大雾、浓雾和强浓雾阶段液水含量平均值分别为0.003、0.01和0.09 g·m-3;当含水量大于0.02g·m-3,出现强浓雾的比例高达95%。(2)雾滴数浓度、雾滴尺度随着雾强度增强而增大,从大雾到浓雾,雾滴数浓度显著增加(67%),而从浓雾到强浓雾,雾滴尺度显著增大,平均直径、平均有效半径分别增加62%、135%;当雾滴有效半径大于4.7μm,出现强浓雾的比例高达95%。(3)强浓雾、浓雾、大雾雾滴数浓度谱分布均为双峰结构,谱分布整体偏向小粒子一端,强浓雾谱型为Deirmendjian分布,浓雾、大雾均为Junge分布;强浓雾的雾水质量浓度谱呈现多峰特征,最大峰值出现在21.5μm处,浓雾雾水质量浓度谱为双峰分布,大雾为单峰型,最大峰值均出现在5μm处。(4)含水量、数浓度与能见度均呈反相关关系,含水量对能见度的影响最为显著;分别采用全样本和分段方式建立了四种能见度参数化方案,评估检验结果表明,基于含水量的能见度分段拟合方案对能见度的估算效果最好。

      • 赵俊虎, 张涵, 熊开国, 左金清, 陈丽娟

        优先出版日期:2021-04-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21011

        摘要:利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6~7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:(1)2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋(WNPAC)的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;(2)2019年11月~2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;(3)热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6~7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。

      • 徐川, 张昊, 陶丽

        优先出版日期:2021-04-20  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20228

        摘要:本文研究了1934-2018年期间太平洋年代际振荡(Interdecadal Pacific Oscillation,IPO)、大西洋年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)以及全球变暖(Global Warming,GW)对北美地区陆地降水年代际变化的相对贡献。首先通过对冬(12-2月)、夏季(6-8月)北美地区的陆地降水与中低纬地区的海表面温度进行奇异值分解分析,得到对北美陆地冬季降水相对贡献较大的主要海温模态为IPO(42.33%)和AMO(23.21%),夏季则为AMO(32.66%)和IPO(21.60%)。其次利用线性回归模型,分析三种信号分别对北美冬、夏季陆地降水的相对贡献及对北美陆地不同区域降水的相对重要性,结果表明AMO对夏季北美陆地降水变化的贡献最大,IPO次之,冬季则相反,GW对冬夏季北美陆地降水都有一定的贡献。夏季期间阿拉斯加地区AMO的贡献最大,约占65.8%,加拿大地区GW的贡献最大,约占44.5%,美国本土及墨西哥地区三者贡献基本一致;冬季期间阿拉斯加和加拿大地区GW的贡献最大,分别为62.3%和44.7%,美国本土和墨西哥地区IPO的贡献最大,分别为47.9%和71.5%。进一步利用信息流方法,验证了IPO、AMO、GW对降水的敏感性区域。最后运用全球大气环流模式ECHAM 4.6进一步确定了太平洋和大西洋海温异常对北美地区陆地降水变化的影响途径,结果表明印度洋海表面温度异常在AMO和IPO对北美陆地降水变化的作用中至关重要。

      • 孙宇, 韩琳, 李建平, 丁瑞强

        优先出版日期:2021-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20254

        摘要:东亚-西北太平洋地区的海平面气压(sea-level pressure,SLP)直接反映了低层大气的环流特征,其动力特征对于大气环流形势,气压系统的演变和天气、气候系统的发展等都有显著的影响。因此,深入分析东亚-西北太平洋地区海平面气压场的时空演变特征,对于提高我国的天气和气候预报具有重要意义。为了从非线性动力学的角度进行深入研究,文中使用了一种新方法来定量估算海平面气压吸引子的两个瞬时指标:瞬时维度和瞬时稳定度。瞬时维度表征了吸引子轨道在局部空间上的离散程度,瞬时稳定度则表征了轨道在局部时间上的稳定程度,它们共同反应了海平面气压吸引子的瞬时(逐日)动力特性。本文利用不同大小的指标值与海平面气压场的对应关系,筛选出了东亚-西北太平洋地区逐日海平面气压场的不同时空特征。主要结论为:(1)海平面气压吸引子的两个指标都是低值时,对应逐日环流场的空间特征表现为:气压结构单一,通常有几个强大的高低气压中心东西对峙;时间特征表现为:环流模态可以稳定的持续10天左右。(2)相反,当两个指标都是高值时,逐日环流场的空间特征表现为:多个弱的气压中心同时存在,空间结构混乱;时间特征为:环流场极不稳定,持续性仅在1天左右。(3)此外,发现东亚-西北太平洋海平面吸引子的两个指标具有一致的年代际变化趋势:从上世纪70-90年代呈现明显的下降趋势,90年代末快速上升,2000年后波动变化。

      • 秦卓凡, 廖宏, 陈磊, 朱佳, 钱静

        优先出版日期:2021-03-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20240

        摘要:汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3质量浓度的观测数据和空气质量指数(Air Quality Index, AQI),分析了汾渭平原AQI及大气污染物质量浓度的时空分布特征;使用多元线性回归模型研究了气象条件对冬季PM2.5和夏季O3浓度日最大8h滑动平均值(MDA8_O3)日变化和年际变化的影响。研究发现,汾渭平原的空气质量在2015~2017年间逐年变差,在2018~2019年有所好转,污染较重的城市为西安、渭南、咸阳、临汾、运城、三门峡、洛阳,集中在汾河平原与渭河平原交界处。汾渭平原的首要大气污染物多为PM2.5、PM10或O3,三者占比之和约90%。重污染时期主要集中在天气条件不利及污染物排放量大的冬季供暖期,但夏季O3浓度的升高趋势使得汾渭平原夏季污染情况越来越严重。影响汾渭平原冬季PM2.5浓度和夏季MDA8_O3日变化最主要的气象要素都是2米气温(T2M),相对贡献分别是45.5%、35.3%,都表现为正相关;第二主要的气象要素都是2米相对湿度(RH2M),相对贡献分别是41.5%(正相关)、25.4%(负相关)。影响汾渭平原冬季PM2.5浓度年际变化最主要的2个气象要素及其相对贡献分别为T2M(43.6%)、RH2M(31.9%),且都呈正相关,2015~2019年汾渭平原冬季气象条件的变化会导致PM2.5浓度上升,部分削弱了人为减排导致的下降趋势(-8.3 μg m-3 yr -1)。影响汾渭平原夏季MDA8_O3年际变化最主要的2个气象要素及其相对贡献分别为T2M(71.7%,正相关)和850 hPa风速(WS850,16.3%,负相关)。2015~2019年汾渭平原夏季气象条件的变化导致O3污染呈上升趋势(1.2 μg m-3 yr -1),但O3污染的总上升趋势(8.7 μg m-3 yr -1)中,人为排放变化的贡献更大(7.5 μg m-3 yr -1)。本研究表明,汾渭平原大气污染形势严峻,其颗粒物污染问题尚未解决,还面临着新的臭氧污染的挑战,汾渭平原内的11个地级市分属陕西、山西、河南三省管辖,三省交界处又是重污染区域,所以需要三省联合防治防控,协同改善汾渭平原的空气质量。

      • 齐倩倩, 朱跃建, 陈静, 田华, 佟华

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20157

        摘要:基于GRAPES(Global and Regional Assimilation Prediction System)全球预报系统(GRAPES-GFS)的2018年9月-2019年8月的分析场和 35天预报的历史回算数据,对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明,该系统可描述2018冬季及2019年夏季2m温度和500hPa位势高度的空间分布特征,但在热力强迫作用显著的高原沙漠地区,尤其是非洲干旱区,GRAPES-GFS的2m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2m温度在超前1- 3周预报的均方根误差近似线型增长,最终趋于稳定。海洋区域2m温度的预报技巧较陆地低,东亚及澳大利亚预报技巧较高。关于500hPa位势高度,在超前1-3周预报时,东亚中低纬度预报技巧明显高于中高纬度地区,热带地区的远低于其它地区,北半球的高于南半球。关于MJO,GRAPES-GFS可描述高层和低层纬向风场的传播和模态特征,可抓住较强对流活动信号的具体位置,但OLR在赤道地区正距平信号偏弱,负距平信号偏强。GRAPES-GFS模式对MJO的ACC有效预报技巧达到11天左右,与一般大气模式预报水平接近。对于选取的两次强MJO事件个例,在超前6天的预报上,GRAPES-GFS可准确地描述2次事件的传播过程,但MJO信号在发展和衰亡阶段强度偏强。

      • 程锐, 宇如聪, 徐幼平, 刘娟, 黄静

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20173

        摘要:针对我国陡峭地形数值预报难题,本文在国际先进WRF(Weather Research and Forecasting)模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标,以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案。我们首先设计一种变换方法,可以实现两种垂直坐标下动力方程组的形式一致,从而简化方程组离散及程序实现的复杂过程。本文推导的Eta坐标,与原Sigma坐标下WRF模式相比,主要差别在于模式参考面与模式顶之间空气质量的表达形式。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后,采用2D山脉波理想试验对新动力框架进行了检验,结果表明:由于阶梯地形固有的孤立分布特征,可造成不同台阶处气流的分离,从而使得阶梯地形在较粗垂直分辨率情形下,不能很好模拟山脉波;但如果垂直分层足够精细,或模拟时间足够长,可通过减弱气流分离现象或调整气流分布状态,对地形波进行有效刻画。

      • 迟静, 周玉淑, 冉令坤, 周括, 沈新勇

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20183

        摘要:利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH融合降水资料以及WRF高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13日-14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:(1)东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;(2)在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;(3)中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展配合小地形抬升,导致永吉县产生极端降水。

      • 郝立生, 马宁, 何丽烨, 梁苏洁

        优先出版日期:2021-02-24  DOI:

        摘要:本文采用1981-2010年夏季5-10月逐日的10°S-50°N、40-160°E范围内向外长波辐射OLR资料和850 hPa层纬向风速u资料作经验正交分解(简称EOF),重新定义计算了北半球夏季大气低频振荡(boreal summer intraseasonal oscillation,简称BSISO)BSISO指数,并分析了其演变特征及其与对华北夏季降水的影响规律。结果如下:(1)在北半球夏季印度洋-西北太平洋地区存在两种明显的低频信号,一种是BSISO1,空间分布呈西北-东南倾斜状,从热带印度洋向东北方向传播,振荡周期约为45d左右;另一种是BSISO2,空间分布呈西南-东北倾斜状,从西北太平洋向西北方向传播,振荡周期约为15d左右。(2)BSISO主要是通过影响环流异常和水汽输送异常来影响华北夏季降水过程。在500hPa层,BSISO信号会造成华北地区东部副热带高压位置南北移动和强度发生变化来影响华北夏季降水过程的;在850 hPa层,BSISO信号会通过伴随的气旋性或反气旋性异常环流影响向华北的水汽输送以及辐合辐散来影响华北夏季降水过程的。(3)虽然MJO信号在全年都存在,但其变化在冬半年尤其冬季振幅最大,在夏季最小。而BSISO信号变化在夏半年尤其夏季振幅最大。因此,利用热带大气低频信号开展延伸期预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。

      • 吴天贻, 周玉淑, 王咏青

        优先出版日期:2020-12-23  DOI:

        摘要:本文使用CMORPH卫星反演降水资料和日本再分析资料JRA-55等,选取了登陆前后季风强度不同,路径形似且登陆后均在湘南地区引发强降水的0604号台风“碧利斯”和0708号台风“圣帕”,从对流发展的不稳定能量来源、抬升机制和环境风垂直切变方面进行对比。分析表明,在下垫面和地形基本一致的情况下,两台风导致强降水的主要成因却不同,主要体现在引发对流并使对流维持的主要影响因子不同。与强季风背景密切相关的低层强烈辐合抬升和对流不稳定层结是导致“碧利斯”暴雨形成的主要因素,而弱季风背景下“圣帕”的暴雨则主要是局地地形抬升和斜压不稳定导致的。而且与“圣帕”相比,“碧利斯”降水存在明显的非对称性,季风气流间接通过改变环境风垂直切变导致这种降水分布特征。

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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。

      • 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.

      • 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.

      • 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。

      • 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。

      • 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。

      • 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: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。

      • 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。

      • 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。

      • 刘式达, 张自国

        1989,13(2):193-198, DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.1989.02.08

        摘要:雪花是自然界的增长现象,它具有复杂的树枝状形态。我们利用细胞自动机模型在计算机上模拟出许多种类的雪花图象,反映出实际雪花生长的一些物理过程。 “奇偶规则”考虑到水汽冻结时要释放大量潜热这个物理特点,“限制规则”和“优先规则”考虑到水汽扩散到冰晶表面要选择不同的着陆位置这个物理特点。 所有模拟出的雪花和实际观测到的雪花非常相似,且具有分数维的形式。 看来,细胞自动机是模拟像雪花那样在耗散非线性动力系统中所出现的复杂形态的有力工具。