摘要:以2009年11月5～8日北京地区发生的一次特殊天气形势下的重污染天气过程为例,研究分析本次污染特点和大气边界层结构特征以及此天气过程的大气温度和相对湿度结构特点.激光雷达是探测大气边界层及气溶胶的一个高效工具,利用ALS300 激光雷达系统测量信号,应用Fernald 方法反演大气消光系数,根据反演的气溶胶消光系数的最大突变,即最大递减率的高度来确定大气边界层的高度.利用其观测的退偏比分析大气污染物特性.利用微波辐射计数据,确定大气温度和湿度时空特征.研究结果表明:在本次污染天气下,大气具有很强的逆温结构,逆温最大可达近1 K (100 m)^-1,500 m以上的大气相对湿度很低,在这种天气特征下的大气边界层高度在400 m左右,非常稳定.污染结束降雪开始前,大气逆温结构消失,大气湿度大幅度增加,接近饱和.根据lidar(light detection and ranging)退偏比的分析,本次污染天气是一次典型的烟尘类颗粒物的污染,污染具有区域性特点.PM2.5(空气动力学当量直径小于等于 2.5 μm的颗粒物)与AOT(Aerosol Optical Thickness)之间有明显的线性关系,相关系数达到0.72.该lidar系统能够反演出秋季降雪前本次污染天气背景下北京城区上空的大气污染特性和大气边界层高度.

摘要:利用2个关于大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC) 的指数:AMOC指数(15°N～65°N、深度为500 m以下的AMOC的最大值)和AMOC扩展指数(15°N～65°N、深度为2000～2500 m的AMOC的最大值),研究了耦合模式FGOALS-g2(Grid-point Version 2 of Flexible Global Ocean-Atmosphere- Land System Model)中的 AMOC在CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)的3个典型浓度路径(Representation Concentration Pathways,RCP)(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5分别对应于2100年时490、650和1370 ppm的CO₂浓度水平)下的响应问题,发现:在RCP2.6和RCP4.5浓度路径下,2006～2040年时间段内 AMOC指数和AMOC扩展指数都呈现快速下降的趋势,2041～2100年时间段内AMOC指数逐渐恢复,AMOC扩展指数基本维持不变;在RCP8.5浓度路径下,2006～2100年时间段内AMOC指数和AMOC扩展指数都表现出快速下降的趋势.通过分析FGOALS-g2中北大西洋深水的成因发现:3个典型浓度路径下AMOC的长期变化趋势主要受到GIN(Greenland-Iceland-Norwegian)海域的深水形成率的调控,而AMOC的年代际尺度的变化则主要受到Labrador海域深水形成率的控制.同时揭示了:由于北大西洋2000 m深度附近的层结稳定性在RCP2.6和RCP4.5下(相比于1980～2005年)提高了30%～40%,使得由AMOC指数恢复产生的深水无法继续下沉,从而导致AMOC扩展指数没有出现恢复的现象.

摘要:为了研究AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料对GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统的影响,针对从国家气象信息中心实时库检索的业务AMDAR资料,分析了该资料的偏差和标准差等质量特性;利用GRAPES数值预报系统,做了两个月的同化预报循环试验.选取资料和试验的时间是2013年5月、6月,同化窗口6 h,预报时效7 d.结果表明,与背景场该资料的温度要素的平均偏差在0.2℃,标准差在2℃,风的平均偏差在0.2 m/s,标准差在3 m/s,偏差基本符合正态分布;AMDAR资料对同化和预报效果均有改善.

摘要:选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5° 五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况.对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑.因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适.对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近.因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著.最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同.

摘要:利用卫星遥感归一化植被指数(NDVI)时间序列数据和站点气象数据,从农作物生长发育过程的角度,分析了1981～2008年华北平原农田在12个生长发育期(冬小麦8个、夏玉米4个)对降水和温度不同的响应特征.研究区农田植被指数对降水响应的滞后性强于对温度的滞后性,其中对降水最为敏感的是前1和前2个生长发育期,对温度最为敏感的是同期和前1个生长发育期.不同种类作物在不同时期对气候因子响应不同:冬小麦发育中后期、夏玉米发育中期,绝大多数站点植被指数与降水呈正相关;冬小麦生长发育前中期植被指数与温度呈显著甚至极显著正相关.冬小麦出苗期温度、返青期温度和返青期降水分别与不同时期植被指数显著相关,出苗期和返青期为研究区农田长势对气候因子响应的敏感期.

摘要:利用中国站点日降水资料对1981～2011年我国南方地区区域持续性暴雨(PHREs)进行了分类研究.按照区域内至少连续5 d或5 d以上有不小于10个格点[分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]出现大于等于50 mm降水且相邻两日雨带重合率不小于20%的标准,采用客观分析的方法分别挑选出我国江淮区域和华南区域PHREs.江淮区域非台风影响的PHREs 31例,集中发生在6月中旬到7月中旬,平均持续8.29 d,华南非台风影响的PHREs 34例,集中发生在6～7月,平均持续6.24 d,这两类事件的发生频次和强度均呈年代际增长.江淮区域受台风影响的PHREs 4例,集中发生在7月中下旬到8月初.华南受台风系统影响的PHREs 31例,集中发生在7～9月,此类事件的发生频次和系统强度在2000年以后均明显上升.采用场相关的客观分类方法对非台风影响的PHREs进行较为细致的分类,将江淮区域持续性暴雨事件分为A型(主雨带在长江以南)、B型(主雨带在长江以北)和C型(主雨带在长江沿江地区),将华南区域持续性暴雨事件分为E型(主雨带在云贵高原以东)和F型(主雨带位于云贵高原和广西),该分类将为下一步的机制研究提供帮助.

摘要:基于《广州市统计年鉴》2001～2012年数据估算了广州2000～2011年人为热释放的日变化以及年际变化,计算中考虑了人类新陈代谢、工业、交通以及生活排放人为热.计算结果显示:4种排放源中工业12年平均达到了55％,交通达到36％,其次依次为生活排放和新陈代谢排放.总的人为热在这12年时间里大致呈现上升的趋势,从2000年的2.7×10¹⁷ J增加到2011年的4.4×10¹⁷ J,但在2006年后有小幅的下降,这主要是由于工业释放是人为热释放的主要部分,在2006年后工业能源效率有所提高以致能源消耗排放率下降造成的.日变化在10:00(北京时间,下同) 和14:00达到最大,并且12年间随时间的推移日变化呈现出下降的趋势,主要是由于城市化进程的速度远远快于能源消耗、人口和车辆保有量增加的速度.对比WRF模式中城市模块中的人为热释放的日变化系数,这些原始系数在广州使用的误差主要与广州地区和西方国家的生产生活作息时间有关.

摘要:利用取消流域土壤表层饱和导水率K₀、土壤饱和导水率有效衰减系数m和地下水补给速率R为空间均匀假设的幂指数TOPMODEL,对流域水量平衡各分量进行敏感性研究试验,揭示空间非均匀性对幂指数TOPMODEL模拟结果的影响.从特定研究流域所得结果中可得的主要结论有:1)K₀、m和R的空间变化对流域的逐日地表径流和基流以及逐日总径流有影响,针对设定的K₀、m和R的空间变化,其中m的空间变化较明显地增加了逐日地表径流和洪峰流量.2)就设定的K₀、m和R的空间变化而论,对流域多年平均年总径流以及蒸发模拟结果影响不大,但改变了径流在地表径流和基流之间的分配;其中R的空间变化影响最显著,m和K₀的空间变化影响则较小.

摘要:利用静态箱法于2011年结实期和2012年开花期与结实期分别对不同人类活动(自由放牧和刈割)影响下的呼伦贝尔草甸草原及相应的封育草原的CH₄通量和植物土壤系统呼吸作用排放的CO₂通量进行野外定位观测研究.结果表明:呼伦贝尔草甸草原(放牧和刈割及其对应的封育样地)均表现为CH₄的汇,3个观测时期汇强的变化范围为:-23.98±6.40～-95.96±28.57 μgCm^-2 h^-1.呼伦贝尔草甸草原CH₄通量的日变化对温度的响应较为复杂.不同时期呼伦贝尔草甸草原的植物土壤系统呼吸速率的日变化存在差异,水分和温度的共同影响造成2012年结实期日均CO₂排放量低于2011年结实期.放牧对呼伦贝尔草甸草原CH₄吸收通量的日变化模式的影响较小,但在2011年结实期和2012年开花期促进了CH₄日均通量(促进幅度12.05%～93.35%),2012年结实期放牧降低了CH₄日均通量(降低幅度23.32%～30.43%);刈割降低CH₄吸收日均通量11.55%～60.62%.呼伦贝尔草甸草原日均累计碳排放量中CH₄所占比例为0.35%～2.62%,而放牧和刈割行为对呼伦贝尔草甸草原的日均累计碳排放的影响结果在不同物候期以及不同植被群落类型均有不同.

摘要:对2011年7月24～25日发生在华北地区的一次暴雨过程进行了分析,并以NCEP资料为初值场对此次暴雨过程进行了数值模拟,结合实况对模拟结果进行对比分析.分析表明:模式对本次华北暴雨的模拟比较成 功,基本反映出了本次暴雨过程的降水分布特点.利用湿热力平流参数对本次华北地区的降水落区进行了诊断分析.分析指出,湿热力平流参数纬向平均的垂直剖面图上,湿热力平流参数的高值区及大值中心与地面的强降水雨区对应得较好,其梯度大小及向上延伸高度均可以定性地指示降水的强弱;垂直积分的湿热力平流参数与地面6 h强降水落区具有较好的对应关系,而在示踪弱降水区时效果并不是很好,其大值中心并不与强降水中心完全重叠,而是其梯度大值区与降水中心相对应;垂直积分的湿热力平流参数与6 h累积地面降水的空间分布特征和时间演变趋势比较相似,并且其变化趋势能反映降水的发展和消弱.

摘要:利用新疆地区89个台站1961～2005年昼、夜降水观测数据,分析了该地区昼夜降水过程的时空演变特征,目的是认识这个地区在年降水增加背景下昼夜间降水过程的变化特征及趋势.研究结果表明:(1)1961～2005年,多年平均的降水量为夜大于昼,且昼、夜降水量均呈显著增加趋势;夜降水量增长趋势大于昼降水量,昼、夜年降水量增长趋势分别占年总降水增长趋势的49%、51%,这种变化在南、北疆存在明显的区域差异.昼、夜降水量都存在由少到多的显著突变,但两者发生突变时间不同,昼降水量发生突变的时间为1986年,而夜降水量的突变点却发生在1991年.(2)昼降水日数小于夜降水日数,且昼、夜降水日数都呈显著增加趋势,昼降水日数增加趋势大于夜降水日数.昼、夜降水强度都呈显著增大趋势,夜降水强度及其增长趋势均大于昼降水强度.降水量增加的主要原因是由于降水日数的增多,降水强度对降水量影响较小.(3)昼、夜毛毛雨日数都呈显著减少趋势,昼毛毛雨日数及其减少趋势均大于夜毛毛雨日数.而强降水的日数和强度均呈现增加趋势;昼、夜强降水量和各自的总降水量有很好的相关,强降水量对总降水量的影响很大.引起这些昼、夜间降水变化特征差异的原因有待于进一步研究.

摘要:使用分类集合的方法评估了第五次耦合模式比较计划(CMIP5)多个耦合模式对中国东部夏季降水年代际变化的模拟性能.结果表明,在评估的38个模式中,仅有6个模式(第1类模式)可以成功再现1970年代末中国东部夏季降水年代际变化的主要特征,即长江流域降水偏多、而华北和华南偏少.这些模式模拟的成功归因于它们能较好再现1970年代末东亚夏季风的年代际减弱及相关的环流场的变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副热带高压的偏向西南、强度增强等.而对降水年代际变化模拟很差的第2类模式,则模拟出不出东亚夏季风的这种减弱特征.进一步的分析表明,两类CMIP5模式对太平洋年代际振荡(PDO)空间分布特征都有较好的再现能力,但对PDO年代际转变特征的模拟能力则差异较大.第1类模式能很好地模拟出1970年代末热带海洋的增暖和相关的PDO位相由负到正的转换,而第2类模式所模拟的PDO位相转变与观测完全相反,且也不能模拟出热带中东太平洋海洋的年代际增暖及江淮流域夏季的变冷,因此导致该类模式对1970年代末东亚夏季风的减弱和中国东部夏季雨型的年代际转变没有模拟能力.由此也表明,对耦合模式来说,中国夏季降水年代际变化的模拟能力在很大程度上取决于模式对海洋年代际变化信号的模拟.