摘要:负地闪是闪电危害的主要来源,其对地转移电荷源特征和电荷量不仅对闪电放电机理的研究有重要意义,而且对雷电防护也具有重要的实际应用价值。为了研究具有典型城市下垫面环境的北京地区的闪电活动特征和放电强度,利用北京地区2011年两次雷暴过程的多站GPS (Global Position System)同步闪电地面电场变化定量观测资料,在考虑消除场地和环境因素对电场变化观测资料影响的基础上,基于蒙特卡洛数据处理方法和非线性最小二乘法拟合反演算法,定量研究了负地闪回击中和的电荷源位置和电荷量,并对回击特征与回击转移电荷源之间的关系进行了讨论,得到如下结果:(1)单次回击中和的电荷量为1.1~27.6C,平均为8.6±5.2C,不同序数回击转移电荷量的最小值基本不随回击序数的上升而变化,最大值和均值随回击序数的上升而减小;一次负地闪中和的总电荷量随着回击数的增加而增加。(2)负地闪回击数和回击时间间隔都呈对数正态分布,其中负地闪总数70.4%的多回击负地闪其回击间隔平均为99±95ms,不同序数回击的时间间隔最小值随回击序数的上升基本不变,时间间隔最大值和均值随回击序数的上升而减小。(3)回击转移电荷量的均值随回击间隔的增加呈波动形式的逐渐上升;相邻回击转移电荷源的空间距离均值随回击间隔的增加而增大。

摘要:采用NCEP再分析资料、海温资料以及中国台站降水资料,借助统计方法,讨论了不同爆发型ElNiño和LaNiña事件对中国夏季(5~10月)降水分布的影响。根据定义,ElNiño和LaNiña事件分为两类:一类是在4~6月爆发,称为春季爆发型(分为ELSP1、ELSP2、ELSP3和LASP);一类是在7~10月爆发,称为夏季爆发型(分为ELSU和LASU)。结果显示,ELSP1型当年夏季,中国夏季降水主要呈现负距平分布,其中显著降水偏少区集中在黄河流域,在其次年夏季,降水由南往北呈现"－、＋、－"异常分布,显著降水偏多区主要集中于中原地带。ELSP2型当年夏季和次年夏季,中国夏季降水基本呈现相反变化分布,即当年夏季,全国降水以偏少为主,次年夏季全国降水以偏多为主。ELSP3型当年夏季,以华南降水偏多、其余地区降水偏少为主,在其次年夏季,降水主要以长江流域和华北偏多。ELSU型当年夏季,长江以北降水偏少、西南以及华南沿海降水偏多;次年夏季,降水由南往北呈现"－、＋、－、＋"异常分布。LASP型当年夏季使得全国降水基本一致增多,尤其是长江流域;而在其次年夏季,除了淮河和长江下游地区降水略多异常,全国降水以基本偏少为主。LASU型当年夏季,降水呈现长江以南偏少、以北偏多的主要分布形势,在其次年夏季,除了长江中下游区域降水偏多以外,其余地区降水均偏少。降水的异常分布与Hadley环流和水汽异常分布密切相关。但LASU型所导致的环流变化对中国夏季降水预测指示意义比较弱。

摘要:基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。

摘要:高寒泥炭湿地是重要的大气甲烷(CH₄)排放源。由于高寒湿地非生长季的气候条件极其恶劣,过去的原位观测研究大多集中在生长季,致使迄今仍对季节性冻土区高寒泥炭湿地的非生长季CH₄排放缺乏充分认识。以地处青藏高原东北部的若尔盖地区典型湿地为例,采用静态暗箱-气相色谱人工观测方法,开展了跨越冬、春季和初夏季连续9个月的原位观测研究,试图了解该湿地的非生长季CH₄排放特征及其相对重要性。结果与初步结论如下:(1)整个观测期间上午09:00(北京时间,下同)至11:00时段在6个空间重复位置的CH₄通量平均值介于0.1~1.0mgCm^-2h^-1;(2)非生长季也发生着较强CH₄排放,且温度响应系数Q₁₀(18.1~29.8)远远大于生长季(1.4~2.2),这意味着非生长季的CH₄排放对气候变暖更加敏感;(3)结合其他生长季的观测结果,对观测数据的外推估计,该湿地的CH₄年排放量约为29.4kgCha^-1a^-1,其中非生长季的贡献率高达50%以上;(4)观测期的CH₄通量具有明显季节变化,可解释为温度季节变化、土壤冻结与消融过程、水位(或土壤湿度)季节动态和植物生长节律等共同作用的结果;(5)CH₄排放年通量在湿地三种微地形之间呈现出显著差异,即凸起处相对最弱,凹陷处相对最强(p<0.05),这主要是水位(或土壤湿度)、植物分布等因素的空间差异所致;(6)考虑到三种微地形在整个湿地的面积占比时,凸起处、凹陷处和过渡带对整个湿地CH₄排放年通量的贡献率依次大约为16%、11%和73%。不过,本研究中原位观测的持续时间相对较短,上述结果或结论能否在年度或更长时间尺度上重现,还需要长期连续观测研究加以检验。

摘要:利用三维全弹性冰雹云模式,对2008年5月24日山东境内一次受高空冷涡影响的大范围冰雹天气过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制和催化防雹机理。结果表明:该过程过冷雨水中心位于最大上升气流中心下方,不存在过冷雨累积区,过冷雨水含量最大值仅为4.9gm^-3,但雹云中过冷雨水含量仍然丰富,对雹胚的形成及增长起着重要作用。雹胚以冻滴为主,冻滴胚来源于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雨滴核化过程。冻滴形成后主要以碰并过冷雨水、云水增长。冻滴胚自动转化过程是冰雹数量、质量的主要来源;冰雹形成后,前期主要靠碰并冻滴、霰和过冷雨水增长,后期主要靠碰并过冷云水增长。催化试验表明,播撒57.5g催化剂足以通过"竞争"减雹50%以上,增加AgI剂量,防雹的同时能够兼顾增雨。催化剂用量为230g时,催化后液态降水有所增加,固态降水量及占总降水量的比例减少显著,特别是冰雹。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水、雨水含量降低。催化后雹胚特别是冻滴胚数量增多,对过冷云水、雨水的竞争增强;其平均尺度、质量的减小,降低了向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水、雨水增长过程被减弱,导致冰雹总质量进一步减少,达到消雹目的。

摘要:依据1990~2013年江苏省能源消费统计资料和1990、1995、2000、2005、2010年的人口空间分布数据,估计江苏省人为热排放量、探讨其时空分布特征并预测其未来变化趋势。研究结果表明,20多年来江苏省的人为热排放量持续增长,从1990年全省平均的0.59W/m²增加到2013年的2.85W/m²。排放的空间分布也不均匀,总体上江苏南部地区的排放通量高于江苏北部。近些年江苏省的人为热排放已成为区域问题,高值区已连接成片,2010年江苏省大部分地区的人为热排放高于2.5W/m²,南部主要城市排放通量大于10W/m²、北部城市也多大于5W/m²。江苏各城市的城区人为热排放通量稳步增长,2002年后增长加速、增量最高可达到2Wm^-2a^-1。在2030年和2050年江苏省的平均人为热排放通量将分别达到5.7W/m²和9.1W/m²,可能对中国东部的气候和大气环境产生重要影响。

摘要:利用Weather Research and Forecasting/Chemistry(WRF/Chem)空气质量模式模拟研究了山东地区2014年2月21~26日期间的中度细颗粒物(PM2.5)污染过程,并从模拟结果评估、分布及演变特征、与气象条件的关系等方面分析了PM2.5的模拟特征。模拟研究结果表明,山东PM2.5积聚期间多为弱的偏南风控制,消散阶段受西北风控制,当北京-天津-河北(京津冀)一带同时存在更为严重的PM2.5污染时,西北冷空气的平流输送使得山东部分地区的PM2.5浓度在完全削弱前又出现了一个高峰值。污染期间山东全省平均PM2.5的模拟浓度为125μgm^-3,伴随着地面3.0m/s的低风速、370m低边界层高度和70%左右的相对湿度,其中PM2.5的模拟值受边界层高度的影响最大。整个污染期间全省平均PM2.5模拟值高于监测值10%左右,但是对于局部站点300μgm^-3及以上的观测峰值,模式模拟结果明显偏低。模拟效果的评估结果是:山东南部最好、然后是山东半岛,山东中部、西北部地区较差。

摘要:基于中国气象局国国家气候中心海气耦合模式(CGCM/NCC)预测产品和山西省50站夏季降水资料,利用典型因子回归的方法(CCA),建立了山西省夏季降水的统计降尺度预测模型。该预测模型选取了CGCM/NCC模式夏季500hPa高度场和海平面气压作为预测因子,分别选取了长江中下游地区和热带中东太平洋作为预报关键区。统计降尺度模型对2007~2014年山西省夏季降水的回算较模式原始结果有显著提高,除2008年外,空间距平相似系数(ACC)均通过了0.01的显著性检验,时间相关系数(TCC)在山西省大部分地区都有显著提高,最大可达0.6,降水预测(PS)评分在70分以上。检验结果显示,基于CCA降尺度方法建立的预测模型对山西省夏季降水模态预测的准确率较高且比较稳定,其预测效果远高于CGCM/NCC直接输出降水结果。

摘要:利用高分辨率的海温分析资料模式资料,分析了黑潮暖舌与我国气温的关系,初步探讨了太平洋年代际振荡(PDO)等造成黑潮暖舌变化的可能原因。结果表明,冬季和春季东海黑潮暖舌存在明显的年际和年代际变化。暖舌在1996/1997年发生了一次突变,此前暖舌处在偏冷的状态,之后转为偏暖的状态。我国冬季和春季气温存在一定的年代际变化,1997年之后,冬季除东北和新疆外,气温有所偏高,而春季气温全国表现为一致的显著偏高。冬季和春季气温对黑潮暖舌存在邻(域)响应。冬季东海黑潮暖舌指数与冬季我国东部气温存在正相关,并且这一相关性能够延续到次年春季。冬季黑潮暖舌指数与我国4月海陆热力差异指数也存在显著的正相关。当冬季暖舌偏强(弱)时,4月海陆热力差异指数偏高(低),即东亚地区海陆热力差异偏大(小)。春季黑潮暖舌指数与春季我国中部及南方地区气温也存在正相关,当春季黑潮暖舌偏强(弱)时,上述地区气温将偏高(低)。PDO和黑潮暖舌之间的相互作用存在一个反馈机制。西风的增强,可通过使海洋向大气释放热量增加和向南的埃克曼(Ekman)输送,降低北太平洋中部的SST,而这一地区SST的降低对应着PDO的暖位相。增强的负风应力旋度在北太平洋副热带流涡中强迫出的向南斯维尔德鲁普(Sverdrup)流也偏强,而向北流动的东海黑潮的增强正是补偿了这一向南的海流。黑潮增强后经过两个月将大量热量输送至北太平洋中部,增强了这一地区的SST,而这对应着PDO的冷位相。

摘要:本文分析了近40年的中国近海验潮站资料海表面高度的线性变化趋势,并与卫星高度计资料进行了对比。通过对验潮站资料的分析发现,中国海域无论是近40年(1970~2013年)、还是近20年(1993~2013年)海平面均显著上升。各海区近20年的海平面上升有加速的趋势,且各时段上升速率大于全球平均海平面上升率。但是,受到海平面的年际和年代际变化的影响,近10年海平面上升趋势放缓。同时,本文也分析了不同季节海平面变化的趋势,北部海域秋季最大,冬季最小;南海海域春季最大,秋季最小。通过AVISO资料和验潮站资料的对比可以发现,AVISO资料在描述近20年海平面变化的线性趋势上与验潮站资料接近,较大的差异主要是由验潮站地表发生升降引起的。同时,通过对比也发现了用验潮站资料估算海域平均的海平面高度变化会有一定的误差,在黄海、渤海、东海海域验潮站估计的数值偏高,而在南海海域则偏低。

摘要:利用CN05观测资料和参与IPCC第五次评估报告的45个全球气候系统模式的模拟结果,分析了新一代全球气候模式对中国东北三省(1961~2005年)气温和降水的模拟能力。结果表明:1)绝大多数模式都能较好地模拟出研究区内显著增温的趋势,对气温的年际变化模拟能力则相对有限;2)所有模式均能很好地再现气温气候态的空间分布特征,且多模式集合模拟结果优于绝大多数单个模式,空间相关系数达到了0.96;3)对于降水的模拟结果,模式间差异较大,多模式集合能较好地再现其空间分布规律(空间相关系数为0.86),对降水年际变化及线性变化趋势的模拟能力则较差。总体来说,多模式集合对东北气候的时空变化特征具有一定的模拟能力,且对气温模拟效果优于降水,对空间分布的模拟能力优于时间变化。