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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      • 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。

      • 王婧, 吕俊梅

        优先出版日期:2021-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20205

        摘要:本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温,美国国家海洋和大气局-环境科学协作研究所二十世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911~2019/2020年冬季(DJF)欧亚中高纬地区 “暖北极-冷欧亚”(WACE)模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。

      • 靳雨晨, 牛生杰, 吕晶晶, 王元, 谢勇, 林文

        优先出版日期:2021-03-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20166

        摘要:本文利用机载云粒子探测设备对2014年11月06日-12月25日期间在江西地区探测获得的七次暖云飞行个例资料,详细分析降水云和非降水云的微物理结构特征。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分布呈现云底较小,随着云内高度的增加T值逐渐增大,并且在云中部和上部达到最大值;研究还发现降水云的T值在0.6以上的频率远大于非降水云,表明降水云中的碰并过程更强,云滴更易通过凝结和碰并过程形成雨滴,符合暖云降水机制。降水云中云滴谱相对离散度(ε)和云滴数浓度(Nc)的负相关程度较非降水云更为显著,随着T的增大,二者的负相关程度增强;相比于云滴平均半径(ra)的变化,云滴谱标准差(σ)的变化主导ε- Nc负相关程度的增强。

      • 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。

      • 张佩文, 唐晓, 陈科艺, 陈多宏, 朱莉莉, 沈劲, 叶斯琪, 孔磊, 韩丽娜, 吴倩, 王自发

        优先出版日期:2021-03-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20201

        摘要:大气挥发性有机物(VOCs)是导致臭氧污染的关键前体物,是城市空气质量建模不可或缺的重要组成部分,但由于其非常复杂的构成和来源以及监测数据缺乏,目前对其模拟精度的了解仍非常有限。本文利用嵌套网格空气质量模式预报系统(NAQPMS)对珠三角地区2017年9月21日至11月20日的VOCs开展了模拟试验,并利用光化学监测网8个地面站点的VOCs浓度监测数据,对模式模拟的关键VOCs组分进行了精度评估。结果发现,模式对强活性的甲苯、乙烯和二甲苯具有较高的模拟精度,模拟浓度偏差百分比为0.4~26.6%,模拟能较好再现其日均浓度变化趋势和日变化的双峰特征。但是模式对化学反应活性强且与植物排放密切相关的异戊二烯具有很大的模拟偏差,偏差比近100%,无法再现其白天浓度高、夜间浓度低的观测日变化特征。通过分析发现,现有模拟系统主要考虑人为污染物排放而未考虑生物排放可能是导致这一模拟偏差的关键原因。同时,评估结果也表明模式在VOCs空间分布模拟上仍面临很大的不确定性。本文结果揭示了珠三角VOCs模拟面临的关键不确定性,表明融合VOCs观测数据来揭示并减小VOCs模拟的不确定性具有非常迫切的需求。

      • 王静, 刘娟娟, 王斌, 陈静, 刘永柱

        优先出版日期:2021-03-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20164

        摘要:湿奇异向量(Moist Singular Vectors,简称Moist SVs)是包含了湿物理切线性过程计算得到的奇异向量。研究Moist SVs对最优化时间间隔(optimization time interval: OTI)及模式水平分辨率的敏感性对提高集合预报效果至关重要。本文基于中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)业务版本研究了4组不同时空尺度(不同OTI和水平分辨率)下的Moist SVs,从能量模、能量谱、空间剖面等方面分析热带外Moist SVs特征,并从等压面变量评分、降水评分、降水概率预报等方面评估不同初值的集合预报效果。结果表明:提高Moist SVs水平分辨率可使其扰动具有较大的增长率,缩短OTI后Moist SVs能量向上传播的趋势更明显,并可以在中尺度范围产生较大SVs扰动。不同OTI下初始Moist SVs相似性较低,结构差异较大。从集合预报的结果来看,OTI为24h试验的集合扰动能量增长较大,集合离散度在预报的0-96h有显著提升,特别是2米温度,且近地面要素的outlier评分也有明显改进。进一步分析发现,提高水平分辨率和缩短OTI的Moist SVs能够提高降水概率预报,而降水评分显示,同一水平分辨率下,OTI越短评分越好,但是提高Moist SVs的水平分辨率并不一定会提升小雨到中雨量级的降水评分。

      • 聂俊, 刘鹏, 赵灿

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20160

        摘要:本文利用再分析资料与台站降水资料,比较了不同副高指数的变化特征,分析了不同指数与中国东部夏季降水的关系及相应环流变化。结果表明,副高指数可分为三类:绝对强度指数、相对强度指数和南北指数。绝对强度指数有上升趋势,对应5870gpm等值线向西的扩张;相对强度指数有下降趋势,对应扰动位势0线的缩小;南北指数无明显趋势变化,表现为副高脊线基本围绕25°N振荡。不同副高指数对应的环流与降水异常表明,绝对强度指数虽然不能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与东亚EAP型遥相关关系较好,在这种情况下,该指数与长江流域降水存在高相关,指数正异常时,华北偏干,长江中下游水汽辐合降水增加;反之降水型相反。相对强度指数能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与EAP型遥相关关系较弱,因此相对强度指数与降水关系较弱,指数正异常时,降水中心仅出现在长江中游;反之,受异常偏北风影响,我国降水体现为北旱南涝。南北指数对副高局地的涡度变化以及EAP型遥相关都有较好表征,该指数与长江以南以及华北的降水有较好的相关性,指数正异常时,水汽大量向北运输,造成华北多雨而长江干旱;反之,相反的环流型使雨带移至华南。

      • 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。

      • 黄 悦, 陈 斌, 董 莉, 张芝娟

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.19249

        摘要:2019年5月中旬,中国北方出现大范围沙尘暴天气,此次天气过程持续时间较长,影响范围较大。利用星载激光雷达CALIPSO和地基激光雷达AD-NET数据,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的分布特征以及沙尘传输过程进行分析;利用国家气象信息中心提供的小时天气实况数据对星载激光雷达资料得到的传输路径进行验证,同时结合空气质量数据分析此次天气过程对空气质量的影响;利用ERA-Interim再分析资料对此次沙尘天气成因进行分析。结果表明:(1)世界时间2019年5月10-16日沙尘天气主要分为两阶段,第一阶段为世界时间5月10日至12日,第二阶段为13日至16日;(2)通过CALIPSO垂直特征层产品,发现在太平洋地区5-10km的较高高度上,存在沙尘气溶胶,到达日本地区时,沙尘气溶胶的退偏比和色比平均值分别为0.14和1.29;(3)经过星载和地基激光雷达数据的综合分析,发现世界时间5月13日至18日期间,沙尘气溶胶对日本长崎站点和韩国济州岛地基激光雷达站点的平均贡献率均值分别为42.16%和39.25%;(4)筛选了星载激光雷达经过日本和韩国站点的轨迹,对比分析两种数据的衰减后向散射系数以及表观散射比,发现两种数据的表观散射比廓线分布具有相近的变化趋势;(5)在沙尘天气期间,颗粒物浓度显著增加,PM10浓度最大值超过1500μg/m3,是国家一级浓度标准的30倍;而世界时间5月11日PM2.5浓度在甘肃省最大,最大值达到国家一级浓度标准的7倍,14日最大值甚至达到12倍;PM10/PM2.5值也在甘肃新疆多地达到6以上;(6)内蒙古西部的小槽的加深以及南压,使得西北冷空气稳定南下;在世界时间14日,不稳定层结加深导致沙尘天气再一次爆发。

      • 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。

      • 经皓童, 孙建奇, 于水, 华维

        优先出版日期:2021-03-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20195

        摘要:本文利用1960~2017年中国西南地区115个台站观测降水资料和日本气象厅发布的55年再分析资料集,研究了中国西南地区5月降水变异的主导模态及其与阿拉伯海季风的关系。结果显示,中国西南地区5月降水的第一主导模态主要表现为全区一致的变异特征;该模态与同期5月阿拉伯海季风强度异常关系密切,但两者的关系在20世纪70年代后期发生了显著的年代际变化。在1960~1976年,阿拉伯海季风异常所引起的低层大气环流和水汽输送异常主要集中在阿拉伯海到孟加拉湾一带;此时,阿拉伯海季风异常所引起的大气环流不能到达中国西南地区,因此它对中国西南地区5月降水的影响偏弱。但在1981~2017年,阿拉伯海季风异常可以导致整个北印度洋到南海地区的大气环流异常,进而引起中国西南地区水汽和垂直运动的变化,最终对该地区5月降水产生显著的影响。进一步的研究显示,阿拉伯海季风与中国西南地区5月降水关系的变化可能与季风自身的年代际变率有关。阿拉伯海季风在20世纪70年代末之前变率偏弱,其引起的环流异常也偏弱;相反在20世纪70年代末之后,其变率增强,它引起的大气环流异常也偏强可以延伸到中国西南地区,进而影响到西南地区的5月降水。因此,季风变率的强弱可能在其影响中起着非常重要的作用。

      • 董美莹, 陈锋, 邱金晶, 冀春晓

        优先出版日期:2021-02-25  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20193

        摘要:为提升高分辨率区域数值天气预报模式性能,基于高质量的ECMWF全球预报模式产品和动力谱逼近方法优势,本文以2019年重创浙江的超强台风“利奇马”为例,探讨了ECMWF驱动场水平风场谱逼近技术对浙江台风精细化预报性能的影响。结果表明:(1)谱逼近对路径预报影响较明显,逐小时路径误差最大修正可达80 km。谱逼近的垂直层次选取对于谱逼近效果有一定影响,总体上800hPa高度以上谱逼近对台风路径和强度预报改进最佳。(2)谱逼近对浙江台风大风和强降水精细化预报均有大幅改进,对于8级以上大风ETS评分平均改进率为8.0%,最大改进率达20.8%;对最强日降水的暴雨、大暴雨以上降水TS评分改进幅度达11.8%、26.2%。(3)谱逼近对台风路径西偏和浙西南风雨高估的改进主要与对流层形势场及台风引导气流修正、近地层风力减弱、局地山脉地形降水增幅作用减弱有关。

      • 王金成, 王丹, 杨荣康, 曹晓钟, 郭启云

        优先出版日期:2021-02-24  DOI:

        摘要:为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法。基于我国自主研发的区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统。该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂段和下降段的轨迹方程,以及下降段降落伞的动力学方程,直接嵌入到高分辨率数值天气模式中,实现对往返平飘式探空轨迹的模拟和预报。利用轨迹预测系统开展了往返平飘式探空轨迹预报初步试验,试验结果表明,该系统的轨迹预测结果合理可信,6小时的轨迹预报平均误差小于40km。

      • 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。

      • 鲍媛媛

        优先出版日期:2021-02-24  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20174

        摘要:摘 要 对比强厄尔尼诺次年2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点,并探讨其物理机制,结果表明:(1)2016年梅雨期和1998年两段梅雨期季风环流有诸多相似特征: 副高(西北太平洋副热带高压)偏强偏西, 南亚高压偏强偏东,孟加拉湾到南海西南季风偏弱;此外,华北东部到江淮均有冷槽维持; 副高持续稳定地将西南季风引导至长江中下游形成强西南暖湿气流,并与来自冷槽的北方南下干冷空气辐合,在高层辐散形势配合下形成强降雨。(2)3段梅雨期,青藏高原附近均为高压脊控制,受暖平流及高原热源、梅雨凝结潜热等因素影响,青藏高原到江南、华南一带大气中高层呈大范围强温度正距平;印度尼西亚群岛附近洋面为海温正距平,对流和热源偏强;此两因素是季风环流相似特征形成的重要原因。(3)2016年梅雨期,青藏高原暖脊最强,东部冷槽最浅,海温正距平范围最大最北,因而南亚高压和副高位置最北,梅雨雨带也最北;梅雨结束后,中高纬地区无持续冷空气南下,菲律宾以东洋面、南海及东海海域海温正距平增强,对流活跃,因此,副高显著偏北,不再出现第2段梅雨。(4)1998年7月中旬至8月初,青藏高原上空高压脊较浅,北部呈位势高度负距平,冷空气势力较强,温度偏低,东部冷槽深,西北太平洋海温正距平区域维持不变,故南亚高压和副高异常偏南,从而出现第2段梅雨。

      • 纪忠萍, 源艳芬, 徐艳虹, 韩浦城, 方一川

        优先出版日期:2021-02-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20136

        摘要:为了做好连续回流暴雨的中期与延伸期预报,采用小波分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了2019年广东前汛期降水与大气季节内振荡的关系,分析了4-5月发生在西南部的两次连续回流暴雨的平均环流场及其低频传播特征的差异,并与6月广东北部锋面型连续暴雨进行对比分析。结果表明,4~5月两次以阳江为中心的西南部连续暴雨及前汛期降水均具有准23天振荡,它们分别为有、无明显冷空气影响的连续回流暴雨且对应的大气环流场及低频传播特征具有明显的不同:4月12~14日连续回流暴雨期间,500hPa中高纬度具有稳定的“西阻”和“东阻”,使冷空气不断地从东海入海高压的南部东移南下, 925hPa形成以阳江为中心相对干冷的强东南风与来自南海中南部从中南半岛转向的暖湿偏南风的辐合渐近线;而5月23~26 日连续回流暴雨期间,500hPa华东~东海~黄海为稳定高压坝,广东长时间处于高原槽前西南气流中,地面上处于东海出海变性高压脊西南部及北部湾~西南低槽前,925hPa形成以阳江为中心来自孟加拉湾的强偏南风与珠江口以东东南风的辐合渐近线。来自我国中部(东海以东)低频反气旋南侧(西南侧)逐渐加强南传的低频东北风(东南风)与从140oE附近的西太平洋西传(孟加拉湾东传)到广东并加强的低频北风(南风)汇合在广东西南部,并有(无)与从南海中北部北传的低频气旋北侧低频东风相遇,导致4月12~14日(5月23~26日)有(无)明显冷空气影响的连续回流暴雨发生。而6月广东北部为东亚深槽引导的冷空气与来自孟加拉强盛西南风交汇所产生的锋面型连续暴雨,来自我国中部、孟加拉湾分别逐渐加强向南、向东传播到达广东的低频西南风,与来自中纬度低频反气旋外围的干冷东北风交汇在江南或南海北部,导致广东北部6月9~13日连续暴雨的发生。

      • 王业桂, 张斌, 蔡其发, 兰伟仁, 郭贤鹏, 王广杰, 李娟

        优先出版日期:2021-02-05  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20187

        摘要:本文基于T799L91全球数值天气预报模式及其四维变分同化系统,构建了云海-2掩星探测资料的同化流程,并以2019年7月开展了一个月的云海-2掩星探测资料同化预报试验,对东亚区、北半球和南半球的同化预报结果评估表明:在全球数值天气预报模式中,同化云海-2掩星探测资料能够有效改善预报场的精度,随着预报时效的延长和预报日数的增加,改善幅度逐渐增大;在更长时效的72小时、120小时、168小时预报中,云海-2掩星探测资料与GPS掩星探测资料的同化效果在日数的中前期相当,在日数的中后期,同化云海-2掩星探测资料逐渐优于GPS掩星探测资料;随着预报日数的增加,联合同化云海-2掩星探测资料和GPS掩星资料探测资料的优势逐步显现。

      • 祁莉, 泮琬楠

        优先出版日期:2021-02-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20181

        摘要:东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959-2018年台站及再分析资料,使用S-EOF(season-reliant Empirical Orthogonal Function)方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态,其主要模态表现为前冬暖(冷)、后冬冷(暖),即为前、后冬反相,其方差贡献达到31.1%。这种前后冬反相的特征并非局地现象,在北半球大尺度均存在。环流场上它表现为欧亚遥相关型波列(Eurasian teleconnection, EU)从前冬12月的负位相(正位相)向后冬2月正位相(负位相)的转变,相伴随的是低层西伯利亚高压与阿留申低压的强度在前、后冬转折,高层副热带急流的变化也与之匹配。分析发现,欧亚遥相关型的季内转向可能与北大西洋涛动(North Atlantic oscillation, NAO)在前冬12月与后冬2月的转向有关,后者通过北大西洋热通量作用进而影响下游EU波列的转向。此外,宽窄厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)事件也有一定贡献,当厄尔尼诺(El Ni?o)发生时,经向上更宽(窄)的海温异常利于前冬气温偏高(低)向后冬气温偏低(高)的转向;而当拉尼娜(La Ni?a)事件发生时,情况与厄尔尼诺年相反。

      • 蔡兆鑫, 蔡淼, 李培仁, 李军霞, 孙鸿娉, 杨怡曼, 任刚, 高欣

        优先出版日期:2021-02-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20162

        摘要:2014年8月15日,山西省人工降雨防雹办公室在山西忻州开展了气溶胶和浅积云的飞机观测,本文利用机载云物理资料,详细分析了华北地区气溶胶、CCN和浅积云微物理特性及其相互影响。主要结论有:(1)此次过程的边界层高度约为3600m,不同层结情况下,气溶胶粒子浓度Na、有效直径EDa和CCN数浓度的垂直廓线明显不同,近地面Na可达2500cm-3。(2)CCN的主要来源为积聚模态、爱根模态或者核模态的气溶胶颗粒,0.2%过饱和度下,气溶胶活化率(AR)在各高度层的结果变化不大;0.4%过饱和度下,AR随着高度增加而降低。(3)后向轨迹模式分析表明,2km以下的气溶胶主要来自于当地城市排放,由细颗粒污染物组成;2km以上的气溶胶主要来源于中国西北和蒙古地区的沙漠,由亚微米沙尘组成,溶解度相对较低,可作为潜在的冰核。(4)本文细致分析了两块相邻浅积云(Cu-1和Cu-2)的云物理特性。Cu-1云底高度约4500m,云厚约600m,云体松散,夹卷较多;云中LWC基本保持在0.5 g m-3, Nc平均值为278.3 cm-3 ,EDc整体在15μm以内;Nd最大值为0.002 cm-3,云中几乎无降水粒子;粒子谱宽随着高度增加而增大,主要集中在30μm以内。Cu-2云底高度约3900m,云厚约1200m,云体密实;云中过冷水丰沛, LWC有多个超过1 g m-3的区域,云顶附近出现冰晶,云中粒子从凝结增长状态直接进入到混合相态;积云内部粒子水平分布不均,同一高度Nc相差较大,最大可达1240 cm-3。EDc随着高度增加而增大;粒子谱宽随着高度增加而拓展,最大可达1100μm,谱型由单峰向多峰转变;降水粒子和冰晶图像大多为霰粒子、针状和板状。

      • 王澄海, 张晟宁, 李课臣, 张飞民, 杨凯

        优先出版日期:2021-01-27  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20216

        摘要:邻接青藏高原地区的中国西北地区是最大的欧亚干旱区,其降水变化对全球变化的响应和对干旱环境及其青藏高原气候变化都具有特殊的指示意义。基于1961-2018年中国西北地区144个站的逐日降水、逐月气温观测资料,本文分析了西北地区的降水变化特征及趋势。结果表明,近60年以来,西北地区92%的站点的年降水量呈现增加的趋势,只有甘肃东南部不到10%的站点呈下降趋势。季节尺度上,春、夏、秋季中超过75%站点的降水呈现增加的趋势;但最显著的是,几乎所有站点在冬季的降水为增加趋势,秋、冬季降水的增加相对较少,反映了冬季风对西北地区降水影响的特点。另一个特征是,进入21世纪以来,西北地区夏季和年降水量仍然维持准3a周期特征,春、秋季的周期具有阶段性、冬季降水量具有较稳定的近3a周期。因此,自然周期变化对降水增加的贡献并不大。本文的结果也显示,西北地区降水量在过去60年来确实呈现出增加趋势,尤其21世纪以来降水量持续增加,但增加的量是有限的,不足以改变其干旱半干旱的气候特征。

      • 王庆, 樊明月, 李季, 张洪生

        优先出版日期:2021-01-14  DOI:

        摘要:2016年12月19日—2017年1月9日,受静稳天气影响,济南接连出现了10次大雾等级以上天气过程,期间最低能见度不足50 m,持续的大雾天气严重影响了工农业生产和人民生活。本文利用10次冬季雾期间雾滴谱仪、自动站等观测资料,分析了济南不同强度冬季雾的微物理结构特征,分析了其中的微物理过程及强度,探讨了微物理结构、微物理过程对能见度(V)的影响。结果表明,济南冬季雾强度不同,其谱分布具有明显的差异,在雾变浓的过程中,谱型由“单峰”结构逐渐向“多峰”结构发展;数浓度对能见度具有较好的指示意义,液态含水量、离散度等对能见度指示意义不稳定;环境温度与核化、凝结和碰并增长(或蒸发)等微物理过程密切相关;核化、凝结增长是济南冬季雾发展过程中最主要的微物理过程,在整个雾过程中起主导作用;碰并过程主要发生在发展和成熟阶段,在生成和减弱阶段很弱,以未碰并或偶发碰并为主;自转化率计算结果表明,在V≥200 m的雾中,碰并过程很少发生;在100 m≤V<200 m的强浓雾中,以未碰并或间断碰并为主;碰并过程主要出现在V<100 m等级的强浓雾和特强浓雾中;与V<50 m的特强浓雾相比,50 m≤V<100 m的强浓雾中碰并过程发生的概率更大、强度更强;在济南冬季特强浓雾中含有大量的小雾滴,但各微物理量的最大值、最大的起伏变化并未出现在特强浓雾中,而是出现在50 m≤V<100 m强浓雾中,这可能与强浓雾中较强的碰并过程有关,碰撞过程中产生的并合和破碎可能是微物理量起伏变化最大的主要原因;利用雾滴谱资料计算的能见度与实测值在变化趋势上具有较好的一致性,但比实测值大1-2个数量级,这可能主要与雾中大量的气溶胶粒子有关,对于污染大气,基于雾滴谱仪观测资料来估算雾中的大气能见度是不够的,必须同时考虑气溶胶粒子对能见度的影响。

      • 武静雅, 毕永恒, 孙强, 吕达仁

        优先出版日期:2020-12-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20103

        摘要:本文设计了中国科学院大气物理研究所位于同一观测站内的一部单发双收Ka波段双偏振雷达和一部双发双收X波段双偏振雷达高效结合观测的方法,并首次将Ka和X波段双偏振雷达结合应用在降雪过程的观测中,对2019年2月14日锋面气旋系统在北京地区降雪过程中雪带的形成、发展、消亡过程的宏微观结构进行了分析。结果表明,雪带的垂直结构符合以往对层状云垂直分层的物理认识,类似但不同于雨带由凝结增长层、丛集层、淞附层、融化层组成的四层结构,雪带只包含由上层“播种”至下层的冰晶形成的凝结增长层、丛集层和淞附层三层。由于各层水平风速不同,雪带的三层结构并非垂直排列。多个雪带不断生成发展维持降雪,直至冰晶凝结生长层变空,云从冰晶凝结生长层分裂为多层云后各自消散。证明了Ka和X波段双偏振雷达结合的必要性和高效性,丰富了对锋面气旋系统雪带的认识,补充了Ka波段和X波段雷达对降雪的观测研究。

      • 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。

      • 吴丹, 黄泓, 王春明, 马申佳

        优先出版日期:2020-12-23  DOI:

        摘要:本文基于NCEP再分析资料、TRMM卫星降水资料和RSMC最佳路径集(Best-track Dataset)资料,分析了热带气旋(TC)“天兔”变性过程中降水分布和大尺度环流的演变,并结合片段位涡反演进行修改槽脊的数值试验,研究了环流调整对TC变性前非对称降水的影响,结果表明:(1)“天兔”变性前降水集中在路径左侧,伴随着纬向型向经向型调整的背景环流,副高南退的同时减弱西进;(2)TC降水的非对称分布与冷暖锋的相对强弱、水汽输送情况以及高空冷空气下传的落区有直接关系;(3)加强环流调整后,系统斜压性加强,与LOT(降水集中于TC路径左侧)型降水相关的环流指数增大过程随之加强,有利于LOT型降水分布进一步加强。

      • 薛煜, 李靓靓, 朱业, 张红蕾, 刘瑞, 翟国庆

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20102

        摘要:本文针对1323号强台风“菲特”螺旋云带中出现“列车效应”的特征及形成开展了分析研究。研究发现,浙江钱塘江湾南岸持续性降水中具有“列车效应”特征,按照雨带的稳定位置,将其分为两次“列车效应”过程,时间跨度都在3-4小时左右,空间跨度在1-2个经度距离;暴雨区呈现出带状特征,降水效率高,每小时降水超过25mm并向前线性传播;台风螺旋云带中强度在35dBZ以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构;降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致在25°以上的向右偏离。从“列车效应”的形成来看,高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与“列车效应”中对流单体运动方向基本一致,为其呈近线性排列提供依据。沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋,为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件,形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制,对于“列车效应”的形成、发展和维持起了重要作用。

      • 黄海迅, 周筠珺

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20105

        摘要:为探究威宁地区雹暴过程中雹胚粒子的演变特征,本文在对X波段双线偏振雷达数据经过退折叠、滤波、自适应衰减订正后,运用Barnes插值方法对偏振参量进行插值,并结合模糊逻辑算法进行水成物粒子识别,然后对威宁县的两次典型雹暴过程进行了系统的分析,得到以下结论:(1)两次过程中高密度霰的来源均为冰晶聚合物和冻滴,低密度霰粒子的来源均为冰晶粒子;单体雹暴过程中高密度霰粒子对冰雹的产生贡献最大,多单体雹暴过程中低密度霰粒子对冰雹的产生贡献最大。(2)多单体雹暴中,衰减单体的高空辐合以及低空辐散对发展单体的雹胚形成有促进作用。(3)单体雹暴降雹前:低密度霰粒子数量近乎不变;由于冰晶聚合物增多使得消耗过冷水粒子速度加快,导致过冷水粒子减少,而且有部分高密度霰粒子坠落至地面,导致高密度霰粒子数量减少,变化率为-10库/分钟(库为单体的粒子识别结果中水成物粒子的所占的库数);降雹时:高密度霰粒子淞附过冷水粒子增长形成冰雹,导致高密度霰粒子减少,变化率为-12.1库/分钟;而在‘贝吉龙过程’以及冰晶聚合物的淞附作用下,低密度霰粒子迅速增多,变化率为36库/分钟;降雹后:低密度霰粒子坠落,数量快速减少,变化率为-36.6库/分钟;低密度霰粒子在下降过程中淞附过冷水、冰晶聚合物等粒子转化成高密度霰粒子,导致高密度霰粒子总量几乎不变,变化率为2库/分钟。(4)多单体雹暴降雹前与单体雹暴类似,不同的是在消散单体的促进作用下,发展单体的发展速度、雹胚数量、回波强度均高于单体雹暴;降雹时:低密度霰粒子在下落过程中淞附过冷水滴增长形成冰雹,导致数量迅速减少,变化率为-62.6库/分钟;高密度霰粒子数量增加,变化率为16.5库;由成熟到降雹的时间比单体雹暴长15分钟左右;降雹后与单体雹暴类似。(5)通过对威宁地区雹暴机制的分析,分别建立了单体雹暴、多单体雹暴的概念模型。本文针对两种典型雹暴的各个过程中雹胚的演变特征研究得到了初步结果,这对于雹暴预警、预报以及人工消雹具有较高的应用价值。

      • 张蕴帅, 黄倩, 马耀明, 王蓉, 田红瑛, 王婵, 李照国

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20111

        摘要:为研究黄河源区边界层湍流特征及其对物质和能量输送的影响,本文首次采用大涡模拟的方法,对比分析了黄河源区两种不同下垫面上(鄂陵湖和湖边草地)对流边界层(CBL)中精细的湍流结构特征。使用资料为2012年夏季黄河源区鄂陵湖流域野外观测实验的GPS探空资料、涡动相关观测资料。分析表明,模拟的黄河源区草地和湖上CBL的平均结构与实测结果吻合较好,但草地和湖上CBL的湍流结构特征差异较明显。模拟结果显示,草地CBL内湍能收支、湍流特征量的时空分布和湍涡结构特征均与陆地上热力驱动CBL的研究结果一致;湖上动力为主的CBL内存在明显的对流卷特征,且夹卷层的湍流强度比草地的强,而草地近地面湍强则更大。通过改变水平分辨率的模拟试验,发现两个不同下垫面上模拟结果对模式分辨率的敏感性不同,湖面CBL的模拟要选择较高的水平分辨率(50 m-100 m),以提高近湖面和夹卷层对湍流动能和湍流通量模拟的精度,也充分模拟出各种尺度的波对湍流通量的累积贡献。考虑到计算时间等影响,模拟草地边界层精细的湍流结构时建议选择网格距为100 m-200 m。

      • 马杰, 尹姗, 金荣花, 李勇, 任宏昌, 梅双丽

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20116

        摘要:2016年6月30日-7月4日出现了当年入汛以来最强降雨过程,然而业务预报却出现了明显误差。为此,本文首先对比和分析了当今预报性能最优越的欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium Range Weather Forecasting ,简称ECMWF)模式和美国环境预报中心/全球预报系统(National Centers for Environmental Prediction / Global Forecast System,简称NCEP)的确定性和集合预报差异及误差原因。结果显示,针对雨带位置,NCEP模式预报较为准确,ECMWF模式存在明显的偏北误差。基于集合预报的进一步分析表明,前者预报偏差小,源于误差在逐日变化中呈现偏北、偏南交替出现所致。而后者偏北误差却呈稳定维持的特征。接着,将集合预报成员划分为了准确组和偏差组,通过二者合成分析揭示出,当雨带位置的预报偏北时,对应降雨较强,反之亦然。最后,讨论了500hPa层西风槽与雨带位置之间的联系。结果表明,当西风槽强度预报偏强时,雨带位置偏北、降雨强度偏强。ECMWF模式的西风槽持续偏强,因而雨带位置稳定偏北。NCEP模式的西风槽偏强、偏弱交替出现,导致了雨带位置的偏北、偏南误差。研究结果对在实际业务中开展误差订正具有很好的参考意义,也有助于提高梅汛期预报准确率。

      • 祁璇, 平凡, 沈新勇

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20128

        摘要:本文运用WRF3.9区域数值模式模拟了2017年7月13日吉林省永吉县暖区暴雨,较好地再现了此次暴雨过程的中尺度对流系统的单体触发、线状对流群触发、组织化发展以及弓状回波等典型阶段的细致过程;在此基础上,分析了造成暖区降水的中尺度对流系统的云微物理特征,探讨了其影响暖区降水的可能机制。结果表明:吉林永吉暖区降水发生在东北冷涡主导的有利的多尺度环境配置下,引发暖区降水的中尺度系统主要是冷云系统,暖区范围大,过冷水分布位置高,冰晶粒子与过冷水并存,并存区的“播种”效应使得其下方生成大量霰。雨水质量收支及热量收支分析表明:暖区降水系统的触发及组织化阶段,雨水的主要来源是云滴碰并增长,主要汇项是冰晶对雨水的收集;而弓状回波阶段,降水的主要源项除了云滴碰并增长之外,霰融化作用也起到关键的作用,降水主要汇项在低层为雨水蒸发,高层为霰对雨滴的收集;暖区降水的主要热源是水汽凝结潜热释放,主要冷却项是雨水和云水的蒸发。弓状回波阶段,其前部的入流与地面冷垫上方的后向入流汇合后将水汽带入高层;“播种”效应使距地面8km高度附近的霰粒子含量显著增多,该高度与水汽凝结释放大量潜热形成的高温区重合,故霰粒子大量融化为雨水,产生强降水过程。

      • 谢家旭, 李国平

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20137

        摘要:利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)开发的新一代ERA5再分析资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水资料以及国家卫星气象中心FY-2G卫星云图资料,对2018年5月21-22日发生在四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨过程中的重力波特征进行天气动力学分析。得到以下结果:此次山地突发性暴雨受到了波长约为150km,周期为5h的重力波活动的影响,是典型的β中尺度天气系统诱发的暴雨事件。此过程中的重力波主要是在地形和切变不稳定的共同作用下触发的。切变不稳定先于重力波的传播出现在下游降水区域,可表征切变不稳定的理查逊数对重力波传播方向及降水落区有很好指示作用。此次暴雨发生前,重力波中的上升支气流输送低层水汽到高空助力对流发展,而下沉支气流使得低层不稳定能量不断累积。随着东北低空急流的发展,在大气低层(700-800hPa)东西风切变的过渡带内形成临界层,临界层不断吸收高空波动能量造成重力波能量下传,触发低层不稳定能量释放,促使对流不断加强,最终引发此次山地突发性暴雨。

      • 林爱兰, Tim LI, 王璐, 李春晖

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20144

        摘要:采用观测分析和数值试验等方法,分析夏季南亚高压与热带季节内振荡(ISO)之间的关系,并对两者之间的相互作用进行量化诊断,探讨其物理过程。主要结果表明:南亚高压ISO与热带ISO活动关系密切,当热带ISO处于印度洋位相(第1、2、3位相),则南亚高压东脊点位置偏西,当ISO处于太平洋位相(第5、6、7位相),则南亚高压东脊点位置偏东。与热带ISO关系最密切的是南亚高压东部附近区域,即东亚-西太平洋地区(110o-140oE,15o-25oN),该关键区也是南亚高压ISO最显著区域。在热带ISO的调制下,关键区对流层大气垂直结构产生斜压性异常变化,导致高层南亚高压东脊点的东伸(西退)对应中低层西太平洋副热带高压西脊点的东退(西伸)。在南亚高压与热带ISO之间关系中,主要是热带ISO对南亚高压的影响,南亚高压东部关键区ISO强度40%来源于热带ISO的贡献,而南亚高压对热带ISO平均强度的影响很弱。热带ISO影响南亚高压的物理过程如下,热带ISO从印度洋向东传播至西太平洋时,强对流产生分支,部分由于东亚-西太平洋的有利夏季风背景转为向北传播,ISO向北传播过程中对流强度进一度加强,这就相当于存在一赤道非对称热源。在热源的作用下,大气产生异常响应,在热源的西北侧,即东亚-西太平洋地区,对流层低层为气旋性环流异常、位势高度负异常,对流层高层为反气旋性环流异常、位势高度正异常,从而导致南亚高压东脊点偏东。而当热带ISO处于印度洋位相时,大气异常响应与上述相反,南亚高压东部位势高度降低,南亚高压东脊点西撤。

      • 李言蹊, 陈海山

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20168

        摘要:利用1979-2019年NCEP-DOE再分析资料,分析了亚洲中纬度冬季极端低温事件发生频次对巴伦支-喀拉海异常增暖的响应及可能机制。研究表明:巴伦支-喀拉海异常增暖通常对应西伯利亚高压异常增强及亚洲中纬度极端低温频发。进一步分析发现,伴随巴伦支-喀拉海异常增暖,新地岛、乌拉尔山附近出现位势高度正异常,在位势高度正异常的东侧、南侧对应显著的冷平流及下沉运动异常,并在近地面出现异常辐散气流,使得西伯利亚高压增强且向东南延伸。热力学方程诊断的结果表明:西伯利亚高压异常南侧东北风导致的异常冷平流、偏东风异常经过地形造成的异常上升运动以及辐射、感热、潜热交换造成的异常非绝热冷却导致亚洲中纬度近地面温度季节循环振幅增大,有利于极端低温频发。

      • 蒋子瑶, 徐海明, 马静

        优先出版日期:2020-12-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20180

        摘要:本文利用中国气象台站观测降水、英国Hadley中心海温和NCEP/NCAR再分析数据集等资料,研究了2016年秋季中国南方降水异常偏多的环流特征及其海温影响。结果表明,2016年秋季东亚副热带西风急流偏强,我国南方地区位于急流入口区的右侧,有利于产生上升运动;同时西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、位置偏北偏西,对应副高西南侧的东南风将热带太平洋的暖湿气流向我国南方输送,有利于降水偏多。另外,2016年秋季登陆我国的台风异常偏多,频繁活动的台风给我国南方带来了大量降水,也是导致我国南方降水异常偏多的原因之一。进一步研究表明,2016年秋季南方降水异常偏多主要与同期赤道西太平洋和东南太平洋海温异常偏高有关,上述海区的海温异常通过激发向下游传播的遥相关波列或通过Gill响应对东亚环流产生影响,进而有利于中国南方降水增多。通过CAM5.3(Community Atmosphere Model Version 5.3)一系列的敏感性试验,验证了上述的结果。

      • 邢雯雯, 孙绩华

        优先出版日期:2020-12-17  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20112

        摘要:本文利用中尺度模式WRF模拟了2016年干季和湿季高黎贡山南段(腾冲-保山地区)山谷风环流,分析不同边界层参数化方案在高黎贡山复杂下垫面的适用性。研究结果表明YSU方案对温度模拟的效果最好;ACM2模拟的风速平均绝对误差最小;MYNN3方案模拟的风向绝对误差最小,YSU和MYJ方案模拟的风向日变化趋势与观测更加一致。高黎贡山南段地区上午9:00时出现谷风环流,夜间19:00时转为山风环流。白天多为偏南风,夜间为偏北风和偏西风。白天山顶气流辐合而山谷气流辐散,夜间相反。白天风速大于夜间。干季西风风力较弱,有利于低层局地环流的发展;而湿季受较强的偏东背景风影响时,局地环流的发展受到抑制,边界层高度也就低于干季。干季西风遇到高黎贡山,在西坡下沉并形成涡旋,西侧湍流混合充分,边界层高度高;湿季偏东风使高黎贡山西侧谷风减弱,腾冲与保山的边界层高度相差不大。

      • 刘俏华, 姚秀萍, 陈明诚

        优先出版日期:2020-12-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20169

        摘要:本文利用1980-2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射(OLR)月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原(以下简称高原)地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系。结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西部,高原东部对流活动显著强于西部;近40年高原OLR总体呈较平稳的增强趋势,存在显著的6年与2-3年的周期特征,对流活动总体呈缓慢减弱趋势,但不同区域不同季节对流活动的变化趋势存在差异,其中夏季高原对流活动呈增强趋势,其他季节则以减弱趋势为主。各季节在高原三江源地区附近对流活动均呈减弱趋势,在高原南部喜马拉雅山脉北侧地区,对流活动则呈一致的增强趋势。夏季高原地表潜热通量普遍强于地表感热通量,且二者分布型近似相反。高原对流活动演变与地表感热、潜热通量均有关,且与地表感热通量的关系更为密切,二者之间普遍存在负相关关系,且在高原西部最为显著;地表潜热通量与高原东西部对流活动间相关呈东西向偶极型分布,在高原西部二者之间存在正相关关系,在高原东部则表现为负相关。

      • 陈淑琴, 李英, 范悦敏, 徐哲永, 李帆

        优先出版日期:2020-11-30  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20126

        摘要:热带气旋远距离暴雨(TRP)往往成为高影响天气,是业务预报难点。本文用地面、探空观测资料、雷达遥感资料以及NCEP一日四次0.5°×0.5°再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆广东期间在长三角地区引起的远距离暴雨过程进行分析。结果表明:1)这是一次发生在副热带高压控制范围内的热带气旋远距离暴雨,低层受台风倒槽影响。2)这次过程第一阶段暴雨主要是在强的对流不稳定条件下,由对流层低层“山竹”倒槽中的辐合线触发对流产生,同时对流层高层“山竹”的极向流出汇入加大了中纬度西风风速,在长三角地区上空产生辐散,有利于上升运动的维持。第二阶段,对流不稳定条件有所减弱,但前一阶段强回波产生的偏北外出气流与东南风形成辐合线,辐合线上还有中у尺度的涡旋产生,又促进了对流发展。850hPa台风倒槽北端形成一个低涡,500hPa副高边缘发展出一个短波槽,暴雨的动力条件更为有利。3)长三角的3个强降水中心分别在长江口、杭州湾北岸的嘉兴沿海及宁波沿海,都是在水陆边界附近。4)远距离暴雨区的涡度收支诊断发现:暴雨的初始扰动主要由近地层水平辐合辐散项提供,850hPa的水平辐合辐散项和扭曲项共同作用形成和加强低涡,并通过垂直运动上传使中层700-500hPa附近涡度增长,进而发展出500hPa短波槽。850hPa涡度来自于台风倒槽和副高边缘的偏南急流。5)在这次远距离暴雨过程中,台风“山竹”与海上西太平洋副热带高压(副高)之间形成偏南低空急流,向长三角输送水汽,与典型TRP事件相似。不同之处在于:典型TRP中暴雨的初始扰动一般由西风槽提供,而这次过程主要由低空台风倒槽和偏南急流提供,涡度上传形成高空短波槽,是不同于典型TRP事件的一个物理过程。

      • 危国飞, 刘会军, 潘宁, 冷典颂, 吴启树

        优先出版日期:2020-11-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.19237

        摘要:以台风路径数值预报的短时效预报偏差和目标时效(指所需订正的时效)的纬度预报为预报因子,采用多元线性回归方法建立了台风路径预报的偏差预估方程,继而对台风路径预报进行实时订正。本文以12 h为短时效,通过对欧洲中期天气预报中心确定性预报模式(ECMWF-IFS)和集合预报模式(ECMWF-EPS)的台风路径预报的应用,得到以下结论:2018年试报结果表明,24、36、48、60、72、84 h订正后的ECMWF-IFS台风路径预报的平均距离误差分别比订正前减小了7.3、9.3、8.9、6.5、6.9、2.6 km,总体来说较强台风(指12 h的台风强度实况≥32.7 m/s)路径预报的订正效果更好。尝试了先对ECMWF-EPS各成员的台风路径预报进行订正,再进行集成预报,并对比了以下5种方式得到的台风路径预报:“订正后的确定性预报”、“所有集合预报成员集合平均”、“优选集合预报成员集合平均”、“所有集合预报成员先订正再集合平均”和“优选集合预报成员先订正再集合平均”,2018年试报结果表明,对于平均距离误差,24 h和36 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”最小,48 h和60 h“所有集合预报成员先订正再集合平均”最小,72 h和84 h“优选集合预报成员集合平均”最小,如果在业务中有针对性地进行应用,有望获得一个在各预报时效表现都较优异的台风路径客观综合预报结果。24、36、48、60 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”的平均距离误差分别比“所有集合预报成员集合平均”减小了13.3、11.7、10.0、7.6 km,比中央气象台官方预报(对应的时效为12、24、36、48 h)减小了0.7、2.0、3.9、2.4 km。

      • 庄照荣, 李兴良

        优先出版日期:2020-11-10  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20107

        摘要:文中分别从时域和频域空间比较高斯函数(gauss)?二阶自回归函数(soar)以及尺度叠加高斯函数(supergauss)的时域空间和不同尺度分布特点,同时在区域GRAPES-3DVar中比较三种类型的相关函数对分析的影响,研究表明高斯相关函数造成分析中小尺度信息的不足,同时造成风场观测负相关信息较大;soar相关函数能增加分析的中小尺度信息,但分析增量非各向同性,当采用supergauss相关函数时,不仅缓解单一高斯函数中不恰当的分析风场较大负偏差,并可增加分析增量中小尺度功率谱,同时在递归滤波实施中可获得各向同性的分析增量结构?

      • 吴志军, 陈洁, 陈景川, 顾文君, 唐明金, 丁德平, 银燕, 胡敏

        优先出版日期:2020-11-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20121

        摘要:大气冰核参与初始冰晶的异质形成过程,影响冰云的微物理过程和辐射性质。阐明大气冰核浓度、来源、性质及活化成冰的微观机制,是深入认识气溶胶与云相互作用的关键。本文梳理了近年来国内外在冰核测量技术、冰核活化机制、外场观测及其参数化方案等几个方面取得的进展,明晰了冰核研究存在的挑战。此外,本文也指出了我国加强大气冰核研究的必要性和迫切性。

      • 蔡其发, 王业桂, 张斌, 李娟, 兰伟仁, 王广杰

        优先出版日期:2020-10-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20139

        摘要:针对中国自主的云海-2掩星资料,基于WRF模式和GSI三维变分同化系统,以2019年5月整月首次开展了区域同化预报试验,试验结果表明:同化云海-2掩星资料后,风场、温度场的改善主要体现在预报的中后期,而湿度场的改善则贯穿于整个预报时间段,风场、温度场和湿度场的改善程度随着预报时间延长趋于一致;风场和温度场的改善主要体现在模式中层,而水汽混合比的改善则主要体现在模式的中低层;同化云海-2掩星资料能够合理的调整模式的位势高度场、湿度场、温度场和风场,进而改善降水预报结果。

      • 吴蓓蕾, 姜大膀, 王晓欣

        优先出版日期:2020-10-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20110

        摘要:在全球变暖背景下,中国区域生长季发生了改变,但以往研究时段偏短、数据分辨率低且空间覆盖相对有限。本文利用0.25o×0.25o高水平分辨率日平均气温资料CN05.1,研究了1961~2018年中国生长季开始日、结束日和长度的气候态特征、变化趋势及其与季节平均温度的关系。结果表明,1961~2018年中国平均生长季开始日和结束日分别为3月31日和10月29日,长度为212天。空间上,开始日由东南向西北逐渐推迟,结束日呈反向变化,长度由东南向西北缩短。整体而言,1961~2018年中国平均生长季开始日提前、结束日推迟、长度延长,其速率分别为–1.3天/10年、0.9天/10年、2.2天/10年,其中开始日提前对长度延长的影响更大。此外,中国平均生长季开始日提前和长度增加主要源于春季升温,而结束日推迟则与秋季变暖有关。

      • 陈锋, 董美莹, 冀春晓

        优先出版日期:2020-09-23  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.19240

        摘要:本文基于实况融合降水和雷达反射率因子,采用模糊逻辑法提出了一个新的对流云/层状云判别方法,进而改进了GSI同化系统中的云分析方案(简称CUST方案)。以2019年6月19日影响浙江的一次梅雨过程为例,利用WRF模式与GSI同化系统开展了逐小时循环同化试验,分析了CUST方案对降水的模拟改进作用和可能影响过程,并与其他方案进行了对比,探讨了CUST方案的应用效果。结果表明:(1)新提出的CUST方案可较为准确地划分对流云和层状云,以此作为判别因子改进GSI同化系统中的云分析方案切实可行。(2) CUST方案在对流区域采用对流云分析方案,在非对流区域采用层云分析方案,减小了单纯对流云方案在非对流区域的空报现象、以及单纯层云方案在强对流区域的漏报现象,有效提升了短时降水的模拟能力。(3) CUST方案对模式起报初期(6小时甚至3小时内)的改进效果较为明显,且对小雨量级的改进幅度要大于大雨量级。(4)与基于地表感热和潜热通量确定的对流尺度速度作为对流判据的混合云分析方案(简称CSW方案)相比,CUST方案基于实况资料划分的对流云/层状云更为合理,模拟的降水结果占优,说明CUST方案方法有较好的应用前景。

      • 杨洪卿, 范可, 田宝强, 华维

        优先出版日期:2020-09-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20106

        摘要:作为东亚冬季风的关键系统,西伯利亚高压的变化对欧亚大陆冬季天气及气候异常产生重要影响。本文系统地评估了美国国家环境预测中心第二代气候预测系统(NCEP-CFSv2,National Center for Environment Prediction-Climate Forecast System, version 2)对冬半年(11~2月)及逐月西伯利亚高压强度的预测效能。结果表明,NCEP-CFSv2模式仅对11月西伯利亚高压强度的预测效能较好,研究其成因发现11月西伯利亚高压强度主要受该地区热力、动力过程以及西伯利亚地区积雪状况的影响。在热力过程方面,NCEP-CFSv2模式可以较好地再现11月西伯利亚高压强度及其相联的该地区表层土壤温度、对外长波辐射等热力因素;在动力过程方面,模式能较好地再现11月西伯利亚高压强度及其相联的该地区对流层低层辐散环流、中高层下沉运动;同时,模式也能较好地再现11月西伯利亚高压强度与该地区积雪覆盖率之间的相互作用。因此,与11月西伯利亚高压相联的热力、动力过程和该地区积雪状况可能是11月西伯利亚高压强度的可预测来源,且NCEP-CFSv2模式能较好地再现这些可预测来源。

      • 卢萍, 李跃清

        优先出版日期:2020-09-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20161

        摘要:本文通过对伴随副高东退而东移一次典型西南涡天气过程(“20150721”)进行数值模拟,采用数值敏感性对比试验探讨了增大副高强度对这次东移西南涡的影响,得到以下结论:1)副高强度增大以后,可长时间的稳定维持,能对西南涡中尺度天气系统整个发展演变过程造成持续影响。西南涡路径和强度的变化直接改变了降水的落区和强度。2)副高强度增大率先改变了环流场,使入侵的北风偏弱,西南引导气流偏强,最终导致西南涡发展偏弱移速偏快。3)环流场的改变直接影响到水汽输送、辐合辐散,从而进一步影响西南涡的发展演变过程。4)副高强度增大以后,西南涡移速过快,导致了低涡中心与低层热力中心偏离,使得动力和热力中心不完全匹配,由此削弱西南涡发展强度。

      • 吴嘉蕙, 任荣彩

        优先出版日期:2020-09-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20125

        摘要:利用1959–2017年ERA40/ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心的逐日站点资料,针对发生在冬季(NDJFM)的全国性持续低温事件(EPECEs),分析了热带外环流的变化特征,以及平流层—对流层相互作用。结果表明,全国性EPECEs可划分为冷空气在乌拉尔山–西伯利亚关键区堆积和冷空气爆发以及消亡三个阶段,分别与对流层中层乌拉尔山–西伯利亚一带大型斜脊的建立、发展和崩溃以及平流层极涡强度的恢复、维持和再次减弱相对应,其中伴随着显著的平流层—对流层相互作用。首先,以大西洋地区异常扰动为主的热带外对流层形成2波型行星波异常,并上传影响平流层;随后在平流层2波调整为1波型的过程中,出现了行星波的异常下传以及平流层极涡强度的恢复,在对流层形成的1波型的高度正异常中心位于东欧地区,有利于乌拉尔山高度脊的建立以及源于北冰洋的冷空气在高压脊前形成堆积;随后由于平流层极涡强度维持,对流层行星波上传持续受到抑制,并主要在欧洲一带出现显著的异常向下反射,对应对流层1波型高度正异常中心逐步东移至中西伯利亚地区,从而有助于乌拉尔山脊向下游发展成一个横跨西伯利亚地区的大型斜脊,冷空气堆积区也东移到中西伯利亚地区。进入冷空气爆发阶段,随着斜脊前的大型横槽与上游移来的短波槽形成阶梯槽形势,横槽很快转竖引导低层冷空气向我国大范围爆发;同时大型斜脊的维持也使行星波再次出现1波型异常上传,影响平流层极涡再次减弱。最后,随着冷空气爆发,大型槽脊迅速崩溃,对流层波动减弱,低层气团的经向输送也随之减弱,EPECEs消亡。

      • 庞轶舒, 周斌, 祝从文, 秦宁生, 杨严

        优先出版日期:2020-09-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20120

        摘要:本文改进了现有的多模态时间稳定性判别标准,提出一种筛选稳定高相关预测信号的思路,对西南夏季降水多模态的时间稳定性,时空特征,可预测模态关键信号等进行了分析研究,在此基础上构建了多因子降维预测模型。结果表明,前9个模态在预测时效为3年和近10年内稳定,累计方差贡献率占70%,是西南夏季降水的主要模态。结合稳定高相关概念和最优子集方法得到主模态PC系数的最优预测信号和预测方程。经过回报检验,各方程对PC系数有较好的拟合效果,复相关系数均通过了99.99%的显著性检验,同号率均大于69%。在此基础上构建的多因子降维预测模型对西南夏季降水的空间分布,正负趋势和异常级有较好的回报效果,ACC平均分为0.58,PS平均分为84,TCC在除零星站点外的整个区域通过90%的显著性检验,且大部分区域通过99.9%的显著性检验。经过13年的预报检验,该模型的PS平均分为72。其中2017~2019年的PS均分为77,优于发布预测评分。

      • 王政琪, 高学杰, 童尧, 韩振宇, 徐影

        优先出版日期:2020-09-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.20108

        摘要:本文基于一套在5个全球气候模式RCP4.5和RCP8.5排放路径气候变化模拟结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚区域25 km水平分辨率的集合预估,在模式检验基础上,分析了中、高两种温室气体典型排放路径(RCP4.5和RCP8.5)下,21世纪不同时期新疆地区的未来气候变化。结果表明,区域模式的模拟集合(MME_R)总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水分布特征。MME_R预估21世纪未来新疆平均气温和降水将不断升高或增加,RCP8.5下的变化大于RCP4.5。在21世纪末期RCP8.5下,区域年平均气温和降水将分别增加4.9oC和28%(102 mm),夏季(6~8月)的升温幅度略高于冬季(12~2月),降水则以冬季增加为主。极端温度同样将不断升高,其中TNn(年日最低气温的最小值)的增幅总体高于TXx(年日最高气温的最大值),未来新疆地区的极端冷事件将减少,高温、热浪事件将增加。由极端降水指标RX1day(一日最大降水量)反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数(CDD)总体以减少为主。积雪变化存在一定区域差异,具体表现为除塔里木盆地外的普遍减少。对总径流量和表层土壤湿度的预估分析表明,二者在新疆地区均以增加为主,但水文干旱在北疆会加重。MME_R各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出很好的一致性。最后,综合考虑MME_R对各要素的预估发现,总体而言新疆未来气候更趋向于“暖湿化”,但这不会改变这一地区干旱、半干旱的本质,而且水文干旱频率在一些地区会增加,未来新疆的水资源状况仍不容乐观。

      • 王慧美, 刘舸, PENG Jingbei, JI Liren

        优先出版日期:2020-09-08  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19235

        摘要:中国江南地区是高温热浪灾害的高影响区。以往的一些研究发现了不同海域海温异常在年际或年代际尺度上的变化对中国南方夏季平均温度异常的影响效应。但是,关于这些关键海域海温季节内尺度变化对江南地区高温事件发生和维持影响的研究尚不多见。为此,本文利用中国站点观测、NCEP/NCAR再分析以及NOAA海温等资料,首先以2016年江南地区夏季2次高温事件为例,重点探讨了热带大西洋海温季节内变化的可能贡献。在此基础上,基于1981~2016年多高温事件合成结果,进一步分析了热带大西洋海温季节内变化影响江南高温事件的可能链接过程。研究发现,热带西大西洋暖海温异常在季节内尺度上的发展与维持有利于在欧亚大陆激发出较为稳定的Rossby波列结构,使东亚及其沿海地区为深厚的高压系统控制,进而引发江南地区持续性高温事件。这种热带大西洋暖海温的阶段性增强与维持及其相应的稳定Rossby波列结构超前于持续性高温事件:在热带大西洋海温显著升高1个月之内,江南地区可能出现持续性高温事件。在季节内尺度上,热带大西洋显著暖海温异常出现明显的阶段性增强之后10天左右,北印度洋海温也出现了阶段性增强。这暗示热带大西洋热力异常除通过直接激发欧亚大陆Rossby波列之外,还有可能通过影响热带印度洋海温的阶段性异常,进而对江南地区高温事件的发生和维持产生一定影响。另外,在厄尔尼诺衰减并向拉尼娜转变阶段,热带中东太平洋冷海温异常和北印度洋暖海温异常在季节内的协同阶段性变化可能也对持续性高温事件有贡献。上述关键区海温的季节内变化对中国江南地区高温事件具有一定的前期指示意义,但它们的具体影响过程,特别是在季节内尺度上的协同影响效应和物理过程,尚需未来进一步研究。

      • 徐道生, 陈德辉, 吴凯昕

        优先出版日期:2020-09-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19236

        摘要:非跳点网格在模式动力-物理过程的耦合方面具有独特的优势,但是由于二阶精度差分方案下非跳点网格频散误差较大而很少被使用于数值天气预报模式。随着近年来数值模式计算精度的不断提高,非跳点网格在频散关系方面的计算误差是否会发生变化还有待研究。本文在高阶精度差分格式下通过浅水波方程对跳点网格和非跳点网格的频散关系进行理论分析和数值试验,主要得到以下结论:(1)在低波数区跳点网格的频散关系基本不随计算精度的提高而变化,但是非跳点网格下的频散关系则随着计算精度的提高而更加接近真实解。在四阶精度下,非跳点网格的频散关系已经非常接近跳点网格。(2)差分精度提高以后,在高波数区非跳点网格仍然存在频率极大值,而且极值中心随着计算精度的提高而逐渐向更高波数区移动。跳点网格在计算精度提高以后高波数区的频率仍然随波数单调增加,且更接近真实解。(3)在高阶精度非跳点网格模拟试验的基础上,结合高阶扩散项对高频短波进行滤除,可以得到与二阶精度跳点网格相接近的模拟结果。总之,在高阶精度有限差分方案下利用非跳点网格构造模式动力框架是一种比较可行的做法。

      • 梁涵洲, 吴其冈, 任雪娟, 姚永红, 刘师佐

        优先出版日期:2020-09-02  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20141

        摘要:厄尔尼诺(El Ni?o)事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o事件对南亚季风区与青藏高原夏季 (6-9月) 季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为拉尼娜 (La Ni?a) 型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋(NWPAC),阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7-9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6-8月热带太平洋El Ni?o型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC 西伸控制南亚季风区, 阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:(1) El Ni?o显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因; (2) El Ni?o衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。

      • 邹荣士, 何文英, 王普才, 茆佳佳, 陈洪滨, 李军, 南卫东, 常越

        优先出版日期:2020-09-01  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20134

        摘要:提供高时间分辨率大气温度湿度廓线的地基微波辐射计近年来广泛使用,多通道观测亮温的数据质量是大气廓线产品合理性的基本保障。一般定期液氮绝对定标可以更好维护亮温数据质量,但实际操作颇为不易。辐射传输模式作为一种辅助工具,可以检验和认识地基微波辐射计观测亮温的数据质量。本文针对三个辐射传输模式:MonoRTM、ARTS和MWRT,结合北京探空观测资料、北京观象台和河北香河站同类型的德国RPG地基微波辐射计观测资料,分析比较了三个模式的模拟与观测亮温差异,评估不同辐射传输模式对地基微波辐射计观测的模拟能力。地基微波辐射计14个通道观测亮温与模式模拟的差异统计比较发现:三个模式的模拟结果与地基微波辐射计大部分通道的观测亮温都很接近,与观测结果具有很好一致性(如相关系数高达0.99),而对温度通道ch8(51.26 GHz)和ch9(52.28 GHz),三个模式模拟与观测相关系数明显较低(<0.80),并且存在显著的绝对偏差(4~5K),表明模式在这两个通道的模拟能力有待提高。三个模式中,MonoRTM模式在温度通道ch8、ch9和ch10(53.86 GHz)存在明显的系统性偏差,尤其是ch8高达5 K;ARTS模式对水汽通道ch1(22.24 GHz)的模拟能力相对较弱;MWRT模拟与观测亮温在多个通道上相对更为接近和稳定,尤其系统性偏差最小。此外,探空廓线与地基观测站的空间位置不一致,对地基微波辐射计水汽通道的模拟结果影响较为显著,而对水汽不敏感的温度通道影响甚微。两地观测亮温与模式模拟的比对,初步表明北京观象台地基微波辐射水汽通道的观测质量有待改进。

      • 凌思宁, 陈卫, 陆日宇, 高枞亭

        优先出版日期:2020-08-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20117

        摘要:长白山地处吉林省东南部,作为国家级重点生态功能区,其降水变化特征对该地森林生态系统和水资源结构变化有重要影响。本文基于1979–2016年吉林省47个台站逐月降水资料,探究了长白山天池站夏季降水的气候特征及其相关的环流异常,并与吉林省降水进行对比。分析结果表明天池夏季降水量以及年际变率高出吉林省其它站点一倍左右。此外,天池降水年际变化对应的环流异常与吉林省降水一致,即6月东北亚气旋式异常和东亚高空急流的增强,以及7、8月西太副高增强和东亚高空西风急流偏北,均可引起吉林省和天池降水偏多。另一方面,天池降水变异还表现出其独特的环流异常,与吉林省降水对应的环流异常显著不同或者甚至近乎相反,究其原因为长白山地形所致。本文的结果说明山地的气候和大气环流的关系复杂、多变。

      • 王婧卓, 陈法敬, 陈静, 刘雪晴, 李红祺, 邓国, 李晓莉, 王远哲

        优先出版日期:2020-08-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20146

        摘要:2019年,数值预报中心开发了以GRAPES全球模式为驱动场,集合变换卡尔曼滤波为初值扰动方法,随机物理过程倾向项为模式扰动方法的10km水平分辨率GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式,并投入业务运行。基于该模式,作者开展了2019年7-9月夏季降水不确定性的集合预报实时试验,并从统计检验和个例分析角度,与GRAPES-REPS V2.0和ECMWF全球集合预报模式进行对比,由此对GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式的降水预报能力给予客观评价,并分析了引起中尺度强降水预报不确定性的物理机制,研究结论可为诊断集合预报模式及改进集合预报方法提供依据。结果表明:(1)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统的降水ETS评分在所有预报时效和量级内均优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式,降水成员具有明显等同性,且概率预报技巧FSS评分较高,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式降水预报效果全面优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式。(2)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报的集合平均降水BIAS评分及小雨和暴雨ETS评分均明显优于ECMWF全球集合预报系统,降水概率预报与ECMWF降水概率具有一定可比性。(3)个例分析结果表明,不同集合预报模式通过刻画中尺度特征物理量不确定性来捕捉降水预报不确定性,初始时刻,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式和ECMWF全球集合预报模式环流形势分布较为相似,随预报时效演变,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式对中尺度动力、热力场捕捉更为准确,相应地对降水落区与量级预报较好,概率预报技巧较优。(4)与ECMWF全球集合预报模式相比,GRAPES区域集合预报模式集合成员能很好地预报降水发生、发展、消亡整个过程,故GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统对中国汛期降水具有较强的预报能力。

      • 黄敏松, 雷恒池

        优先出版日期:2020-08-21  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.19255

        摘要:由层状云和镶嵌在层状云中的对流单体组成的积层混合云系是一种重要的降水系统,为研究云粒子破碎对积层混合云系中对流较强区域和层云区域中的云微物理参量测量影响的差异,本文提出了一个时变阈值的破碎粒子识别方法,并利用该方法研究了破碎云粒子在层云区域与对流区域对云微物理参量测量影响的异同。经研究发现破碎粒子对粒子谱影响在小粒径端(500μm以下)和大粒径(1000μm以上)两端都存在,其中在层云区,破碎粒子在小粒径端的主要影响位于300μm以下,而在对流云区,主要影响的小粒径段位于500μm以下。就整体平均而言,破碎粒子对对流云区粒子谱的影响要比对层云区的影响高出20%以上。在粒子数浓度测量上,破碎粒子对整个层云区粒子数浓度影响的平均值是4.56倍,对整个对流云区粒子数浓度影响的平均值是8.47。与层云区相比,破碎云粒子对对流云区的粒子数浓度影响更大,其影响程度就平均而言接近2倍的关系。在冰水含量测量上,破碎粒子对整个层云区冰水含量测量影响的平均值是1.34倍,对整个对流云区冰水含量测量影响的平均值是1.74倍。与层云区相比,破碎云粒子对对流云区的冰水含量测量影响大约增加了30%。

      • 赵家臻, 王爱慧, 王会军

        优先出版日期:2020-08-14  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20149

        摘要:本文首先利用中国气象局国家气象信息中心提供的中国732个站点观测的土壤体积含水量,评估了CLM4.5 (Community Land Model version 4.5) 在CFSR近地面大气数据驱动下模拟的逐月土壤湿度(记为CLM4.5-CFSR),然后基于CLM4.5-CFSR比较了Pearson相关法和自相关法计算得到的1980-2009年中国地区土壤湿度记忆性的区域及季节分布特征,量化了土壤湿度的记忆能力,研究了降水频率、降水强度和近地表气温分别对土壤湿度记忆性的影响。结果表明:CLM4.5-CFSR能较好地反映出大部分地区月时间尺度上土壤湿度的变化特征。两种方法描述的土壤湿度记忆性的空间分布特征相似,但季节特征不同。不同深度土壤湿度的记忆时长相差不大,在0.85-2.2个月不等,其中内蒙古东北部较大,新疆西南部较小。春季,较湿的土壤记忆性也较强。当降水频率较低时,其对蒸发速率较大的地区土壤湿度的记忆性影响很小,当降水强度较大时,它会迅速补充土壤散失的水分,破坏初始时刻土壤的干湿状态,引起其记忆性减弱。近地表气温变化主要通过影响土壤的蒸发过程减弱土壤湿度的记忆性。未来可利用气候模式开展数值敏感性试验对本文得到的结论进行机理研究,为进一步提高季节和季节内尺度的降水预报提供依据。

      • 杨秋明

        优先出版日期:2020-08-04  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19208

        摘要:用1979/1980~2017/2018年冬季逐日长江下游气温资料研究长江下游冬季低温日数与温度低频振荡的联系。结果表明,冬季长江下游逐日气温主要有15~25, 25~40 和50~70 d 的周期振荡,其中长江下游气温的25~40 d 振荡强度年际变化和12~2月低温日数之间有显著的正相关。基于2001~2018年逐日长江下游气温实时25~40 d低频分量和东亚地区850hPa 低频温度主成分,建立了长江下游冬季温度低频分量的延伸期预测的时变扩展复数自回归模型(ECAR)。其中,采用基于T-EOF延拓的实时奇异谱(SSA)滤波,较好地抑制经典SSA滤波的边界效应,得到稳定的实时低频振荡信号。对2001/2002~2017/2018年12~2月长江下游温度低频分量进行独立的实时延伸期预报试验的结果表明, 这种数据驱动的简化的复数预测模型对25~40 d时间尺度的长江下游冬季低频温度分量的预测时效可达26 d左右, 预报能力显著优于经典自回归模型(AR), 能为提前3~4周预报长江下游地区冬季持续低温过程提供有价值的预测背景信息。

      • 杨涵洧, 龚志强, 王晓娟, 封国林

        优先出版日期:2020-08-03  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19247

        摘要:本研究利用逐日降水资料对中国东部夏季极端降水进行检测,并对转变前后的特征进行对比分析,进而从海、陆对增温的响应不同导致的环流调整给出成因分析。结果表明,(1)中国东部夏季极端降水在1990年前后出现显著的年代际转变,极端降水由偏少转为偏多。转折后与转折前相比,中国东部夏季极端降水落区南移,南方偶极子分布型加强,南方极端降水增加、北方极端降水减少,其中华南和华东地区,极端降水量和降水日数增加,对夏季降水的贡献率增大;华北地区,极端降水量和降水日数减少,对夏季降水的贡献率减小。(2)西太平洋暖池区异常升温造成的海陆温差减小是中国东部夏季极端降水1990年前后转变的重要驱动因素之一。它造成1990年之后低纬度季风强度减弱、西太平洋副热带高压增强并南移、南海副高增强,而中高纬度气旋性环流异常被破坏、东亚大槽增强,进而导致华北经向水汽输送减弱,下沉运动显著加强,极端降水量和降水日数减少。于此同时,华南和华东地区则水汽输送加强,上升运动显著,有利于降水偏多,并伴随极端降水量和降水日数有所增加。

      • 雷蕾, 孙继松, 陈明轩, 秦睿, 荆浩

        优先出版日期:2020-07-31  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19198

        摘要:2015年8月7日华北西北部的一次断线状对流系统向东南方向移动并与平原地区多单体雷暴合并、组织,最终形成强飑线的过程,造成北京地区出现较大范围的风雹和局地短时强降水天气。基于多源资料的研究结果表明:(1)飑线形成有三个阶段:上游线状对流发展移动、平原多个单体雷暴的新生和合并、线状对流并入本地多单体后组织成飑线。第二阶段中,城区边缘地面热力分布不均,配合局地风场辐合,触发了雷暴,出现对流冷池后,热力不均的范围扩大,温度梯度区向南发展,造成新生对流向南传播。(2)飑线的组织化过程,呈现出两支强入流为典型特征的动力学结构:一支入流位于飑线后侧中层(4500-5000m),另一支为冷池前侧低层、垂直于飑线的强入流,这两支入流分别构成飑线前侧和后侧两个独立的顺时针垂直环流圈。后侧入流和前侧入流的同时加强,造成飑线前侧垂直环流不断强化,与之对应的垂直风切变也同步增强,这一动力学过程形成了有利于飑线组织化的中尺度垂直切变环境,同时也是驱动飑线快速向前移动和发展的重要因素。当后侧中层入流消失,前侧垂直环流也逐渐减弱,预示着飑线从成熟开始减弱消亡。(3)从热力学结构看,下山的线状对流与平原地区多单体雷暴的冷池合并,形成了扰动温度低于-8℃、厚度加深到1.5km的强冷池,其前沿的β中尺度锋面附近的辐合上升运动加强,进一步促进了平原地区的飑线发展加强,并出现阵风锋。

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

        优先出版日期:2020-07-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19225

        摘要:六盘山是西北重要的水源涵养林基地,干旱少雨制约了该地区农业和经济发展。作为该地区人工增雨技术研究的基础,本文利用WRF模式对2018年08月21日发生在宁夏南部六盘山区的一次降水天气过程进行了数值模拟。根据模拟结果结合实测资料,分析了造成此次强降水过程的有利环流形势场,重点讨论了山区降水云系的微物理结构以及降水形成机制。结果表明:降水是在高空槽配合低涡的动力场作用下形成的,受六盘山地形的阻挡作用,低层低涡系统移速落后于高空槽;垂直方向上云系呈现“催化-供给”的分层结构,但在云系不同部位,各层水凝物配置不同,导致冷暖云过程对降水的贡献差异;六盘山东部迎风坡降水强于西坡。霰粒子融化和云水碰并是地面降水的主要来源;碰冻过冷雨水是霰增长的主要过程。迎风坡云水层深厚,含水量高,一方面促进过冷层中霰粒子的碰冻增长过程,一方面为雨滴碰并增长提供充沛的云水条件,即同时增强了冷暖云降水过程。地形对云的发展和降水的形成有明显影响,当降低地形高度后,云水量减少,暖云过程减弱,同时也影响了霰粒子的增长过程。

      • 石茹琳, 银燕, 陈倩, 王旭, 况祥, 张昕, 王智敏

        优先出版日期:2020-07-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19214

        摘要:利用带有分档微物理方案的中尺度模式(WRF-SBM)模拟了一次新疆夏季的冰雹天气过程,并通过敏感性试验研究了气溶胶浓度变化对雹云微物理特征、降水过程及冰雹形成机制的影响。结果表明:初始气溶胶浓度越大,对流云发展越旺盛;雹云发展阶段,云中液水含量随气溶胶浓度增加而增多,冰水含量在中度污染时最多。冰雹的含量随气溶胶浓度的增加呈现先增加后减小的趋势,相较而言中度污染条件下,云滴尺度适当,过冷云水含量相对充足,更有利于液相水成物向冰粒子的转化,也更有利于冰雹的生长;冰雹最初几乎全部由冰晶碰冻过冷水生成,随后该过程迅速减弱,液滴冻结过程短暂地成为主要来源,但冰雹一旦形成,自身就会迅速收集过冷水开始生长,成为冰雹生长的主导过程;重度污染条件导致各种成雹过程推迟发生;气溶胶浓度增大导致地面液相累积降水增加,冰相累积降水先增加减少,并且气溶胶浓度适当增大可使降雹量及冰相降水中冰雹的比重增加,过量则会减小。在此基础上,本文提出最适合冰雹生长的“最优气溶胶浓度”,同时也是人工防雹工作中应重点关注的浓度。

      • 刘卫国, 陶玥, 周毓荃

        优先出版日期:2020-07-28  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19209

        摘要:层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟的前期霰的增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100km以上,总体呈现减雨-增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6ⅹ107kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度的增加是降水增加的主要原因。因为作业目标云系催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。

      • 孙树鹏, 封国林, 郑志海, 谢均, 赵俊虎

        优先出版日期:2020-07-09  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.19167

        摘要:梅雨降水具有显著的阶段变化特征,研究持续强降水期间的关键环流稳定分量,对于分析和预测梅雨降水具有重要意义。利用NCEP-DOE1979~2016年逐日再分析资料,对2016年梅雨持续强降水期间位势高度场、风场和相对湿度场进行分析,提取环流系统的关键稳定分量,并对其空间结构、演变特征及更长时间尺度的背景形势进行分析,为梅雨区阶段性强降水的延伸期预报提供依据和参考。研究发现:(1)在位势高度场稳定分量中存在的“三极子”分布形势,是维持2016年梅雨持续强降水的关键系统。“三极子”分别对应着乌拉尔山阻塞高压、鄂霍茨克海阻塞高压以及偏东偏强的南亚高压和偏西偏强的副热带高压。这种配置结构有利于冷暖空气在梅雨区交汇形成持续性强降水。(2)在中高纬度两个正“极子”之间,是相对深厚的负距平区,有利于建立强冷空气的向南输送通道,同时相对湿度场稳定分量表明北支气流的水汽输送和汇聚作用对梅雨区持续降水起到非常重要的作用。(3)中低纬度的正距平区域呈纬向带状分布,且主要存在于对流层中高层,但在梅雨区东西两侧各有一个正距平下沉支,它们共同加强了梅雨区南侧暖湿气流的汇聚输送作用。(4)通过对稳定分量的演变分析发现,“三极子”系统的建立和演化与梅雨区降水强弱的阶段变化密切相关。(5)更长时间尺度(60天)环流稳定分量为持续强降水时段的“三极子”关键稳定分量提供了重要的环流背景。

      • 曲姝霖, 苏涛, 韩子轩, 赵俊虎, 封国林

        优先出版日期:2020-06-18  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19231

        摘要:本文根据国家气象信息中心提供的1979~2017 年2374站气象观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,利用现代统计学、物理量诊断和水汽收支方程分解等方法,探讨了华南夏季降水1993-2002年年代际增多以及2003-2013年年代际减少的水汽输送特征及其与东亚夏季风环流和关键区海表温度异常的关系,并从水汽收支平衡的角度分析华南夏季降水出现两次年代际转折的成因。研究结果表明:1993-2002年华南夏季降水增多主要受南亚高压东移和西太平洋副热带高压(简称西太副高)西伸的影响,来自菲律宾及西太副高西南侧水汽输送加强,使得华南地区低层出现强的水汽辐合; 2003-2013华南夏季降水减少主要受南亚高压异常偏西和西太副高偏东的影响,来自菲律宾及西太平副高西南侧水汽输送减弱,使得华南地区低层出现水汽辐散。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及与台风等天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。

      • 吴志鹏, 李跃清, 李晓岚, 胡小明, 周国兵, 邓承之

        优先出版日期:2020-06-11  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19171

        摘要:利用WRFv4.0五种边界层参数化方案(YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH),对2016年所有典型的并在川渝盆地东部造成灾害性暴雨的西南涡过程进行数值模拟,检验分析了它们对各量级降水的预报能力,并采用加密的L波段秒级探空资料对比分析了模拟与实况边界层结构的差异,结合各方案对湍流运动的算法特点探讨了其差异的原因,最后对ACM2方案进行了湍流强度调整,尝试改善川渝盆地边界层与低涡降水预报。结果表明:ACM2和YSU方案Threat Score(TS)表现较好,相对其它方案ACM2空报较少,这种可以根据周围环境的稳定性切换局地或非局地算法的方案似乎更适合盆地降水模拟,然而所有边界层方案都对西南涡降水空报较普遍,尤以大量级降水明显。精细的探空资料进一步显示,所有边界层方案都对白天边界层高度模拟偏高,湍流混合强度偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案,其边界层温湿结构更加符合实际观测,此时边界层下部温度更低、湿度更高,降低了大量级降水的空报,使盆地降水模拟有一定改善。不同边界层参数化方案对西南涡预报的差别主要体现在不同的低涡位置与降水强度,但归根结底都源于方案的局地或非局地特性,以及方案的混合强度这两方面原因,因此,根据不同下垫面环境与气候状况选择方案的特性和混合强度是对边界层结构准确模拟的关键。

      • 杨洁帆, 胡向峰, 雷恒池, 段英, 吕峰, 赵利伟

        优先出版日期:2020-05-14  DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19202

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

      • 马双梅, 祝从文, 刘伯奇

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

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

      • 王叶红, 张伟, 赵玉春

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

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

      • 张洁, 董敏, 吴统文, 辛晓歌

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

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

      • 黄昕, 周玉淑, 冉令坤, Kalim Ullah

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

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

      • 晏红明, 字俣丞

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

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

      • 吕欣宇, 陈光华, 王科, 李兴良

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

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

      • 戴秋丹, 郭振海, 孙菽芬, 肖霞

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

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

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      • 符淙斌, 王强

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

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

      • 黄荣辉, 刘永, 王林, 王磊

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

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

      • 韩振宇, 周天军

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

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

      • 张美根, 胡非, 邹捍,

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

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

      • 黄荣辉, 陈际龙, 刘永

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

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

      • 胡非, 洪钟祥, 雷孝恩

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

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

      • 江志红, 陈威霖, 宋洁,

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

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

      • 曾庆存, 周广庆, 浦一芬,

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

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

      • 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.

      • 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。

      • 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.

      • 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。

      • 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。

      • 于雷, 郜永祺, 王会军,

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

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

      • 邓伟涛, 孙照渤, 曾刚,

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

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