摘要:高温热浪直接影响人体健康和作物生长。研究全球变暖背景下我国高温热浪发生率的趋势是气候变化研究的基本问题之一，可为人们的生产生活等提供重要的科学信息。目前对于高温热浪趋势的研究大都使用最小二乘（Ordinary Least Squares，OLS）方法估计趋势，结合学生t检验判断趋势的统计显著性。本文审视了以往常用方法在研究我国高温热浪发生率的线性趋势时的适用性。首先，以2018年东北局部地区因当年高温日数异常多而形成离群值的例子展开，说明OLS方法估计趋势时对离群值非常敏感，造成虚假趋势。进一步，通过正态分布检验和自相关计算，发现1960~2018年中国至少有91.14%站点、90.06%格点的高温日数和92.18%站点、87.74%格点的热浪次数的序列不服从正态分布，而且多数存在自相关。采用一种不易受离群值影响并考虑自相关的非参数方法，本文对1960～2018年中国站点和格点、4个典型区域以及全国平均的高温日数和热浪次数的线性趋势做出了更为准确的估计。研究发现，高温日数显著增多的站点主要出现在华南和西北地区，热浪次数呈显著增多趋势的站点目前几乎仅限于华南地区和新疆的个别站点；区域平均而言，仅有华南区域和西北区域的高温日数和热浪次数是显著增多的，华北区域和东北区域趋势并不显著；全国平均的高温日数和热浪次数都是显著增多的。本文对高温热浪的趋势及其显著性估计、统计预测的方法选择上有重要参考价值。

摘要:为了研究成都地区城市化对当地气候的影响，利用不同时期的下垫面土地利用类型数据和耦合单层城市冠层模型(UCM)的WRF（Weather Research and Forecasting）模式对成都夏季和冬季城市化效应进行了模拟研究，得到以下主要结论：1）成都地区城市化使夏季城区上空出现增温区域。城区地表气温升高约2.8℃，边界层高度升高约150 m，冬季地表气温平均升高约0.6℃，边界层高度升高约25 m。夏冬两季气温日较差均减小。2）受城市化影响，成都地区夏季和冬季2 m相对湿度减小，感热通量增加，潜热通量减小，且夏季变化程度强于冬季。3）城市化使地表的粗糙度增加，进而使夏季和冬季风速在城区减小，减小约0.1~0.6 m s^-1，但夏季风速减小区域较冬季更大。城市化还使城市上空低层散度减小，辐合作用增强，垂直速度增大，夏季水汽往高层输送明显。4）夏季，城市化作用使日平均和白天时段降水量在城区的迎风区和下风区均增加，夜间降水量在下风区域增加，对迎风区域影响不明显。

摘要:气象预报是影响大气重污染预报精度的关键所在。针对2016年12月16～21日北京市一次重污染过程，开展了中尺度气象模式WRF的参数化方案配置敏感性试验。对微物理过程、长波辐射过程、短波辐射过程、陆面过程、边界层过程、近地面过程以及积云对流参数化过程进行组合优选，共设计51组参数化方案组合，分析不同模拟方案下北京市8个气象站点温度、相对湿度、10 m风速的模拟精度及其敏感性。试验结果表明：温度模拟对长波过程参数化方案最为敏感，集合离散度达2.4～7.4℃，再次是短波过程参数化方案；相对湿度模拟也对长波过程参数化方案最敏感，再次是陆面过程；风速模拟对不同过程参数化方案的敏感性程度差异不大。通过模拟结果与观测的统计对比，优选出模拟误差最小的方案组合为Lin微物理方案、RRTMG长波方案、RRTMG短波方案、Tiedtke积云对流方案、Noah陆面方案、MYNN 3rd边界层方案和MYNN近地面方案，并将其与集合平均、基准方案进行对比。对于集合平均来说，其温度模拟与观测相关系数为0.69，高于基准方案，其模拟偏差与均方根误差比基准方案低25%和11%；集合平均的相对湿度和风速模拟相比基准方案变化较小。与集合平均相比，优选方案能同时改进温度、相对湿度和风速模拟，使温度模拟偏差和均方根误差比基准方案下降35%和17%，使相对湿度模拟偏差和均方根误差下降43%和13%，使风速模拟偏差和均方根误差下降33%和24%。以上结果表明，参数化方案的敏感性试验和优选能显著减小重污染期间气象要素的模拟误差，重污染预报改进需重点关注参数化方案模拟上的不确定性。本研究也发现MYNN3rd边界层方案在这次重污染过程的气象要素模拟上具有良好性能，可为未来重污染预报改进提供参考。

摘要:利用区域数值模式WRF-ARW（V3.9）开展高分辨率数值模拟试验，研究了东北地区大兴安岭和长白山地形对该地区夏季降水的单独和共同影响。结果表明，东北地区两大山脉地形可以显著影响东北及其周边区域的大气环流和降水。大兴安岭和长白山地形的阻挡作用使得夏季偏南气流在两个山脉的迎风坡一侧堆积，引起局地水汽增加并产生上升运动，因此两个山脉的迎风坡一侧降水增加；而在两个山脉的背风坡一侧，局地水汽减少并伴随下沉运动，因此两个山脉的背风坡一侧降水减少。大兴安岭地形的存在使得其东侧到松嫩平原地区夏季降水增加1.09 mm d^-1（相较参照试验增幅为30%），而使其西侧蒙古东部地区夏季降水减少0.69 mm d^-1（相较参照试验减幅为24%）；长白山地形的存在使得长白山南侧到朝鲜半岛地区夏季降水增加1.76 mm d^-1（相较参照试验增幅为26%），而使其北侧三江平原地区夏季降水减少0.81 mm d^-1（相较参照试验减幅为22%）。当大兴安岭与长白山同时存在时，两者的协同作用会减弱蒙古东部、松嫩平原和朝鲜半岛地区夏季降水的响应，而增强三江平原地区夏季降水的响应。该研究结果对于理解东北地区当代气候的形成具有重要的科学意义。

摘要:基于1961～2017年青藏高原腹地雅鲁藏布江河谷地区4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）夏季（6～8月）月平均气温、降水和相对湿度等观测资料，分析了该地区夏季气候年际和年代际演变特征，并探讨了气温、降水和相对湿度在年际和年代际时间尺度上的相互关系以及与总云量和地面水汽压的联系。结果表明：（1）1961～2017年该地区夏季气候出现了暖干化趋势。气温（相对湿度）显著升高（下降），降水趋势变化不明显；本世纪初气温（相对湿度）均发生了显著的突变。（2）该地区夏季气候因子间在年际和年代际时间尺度上存在密切关系：气温与相对湿度和降水均存在明显的负相关，降水与相对湿度为正相关。（3）该地区夏季气候因子间的年际和年代际变化与同期总云量和地面水汽变化有关。1961～2017年总云量持续减少是气温显著升高的主要原因之一，气温的显著升高和降水变化不明显又造成了相对湿度的显著下降。

摘要:为了深入理解边界层内气温、相对湿度对PM2.5垂直分布和近地面污染的影响，本文使用搭载了多参数大气环境探测传感器的无人机对南京2017年12月3～4日和12月23～24日的PM2.5浓度、气温和相对湿度进行垂直观测，结合对气象数据的分析及HYSPLIT4（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory version 4）轨迹计算模式的应用，对这两次PM2.5的垂直分布特征及污染过程的成因进行了分析。结果表明，PM2.5浓度和相对湿度呈明显的正相关关系，在12月23～24日的6次观测中相关系数均值达到0.96。逆温层下部，PM2.5浓度和相对湿度高且垂直差异较小；逆温层以上，PM2.5浓度和相对湿度随高度升高而迅速降低。由于大气扩散条件较差，导致PM2.5在华北平原南部不断累积，之后受到高压系统的影响分别向南和东南转移。这两次PM2.5污染过程都明显受到外部输送的影响，大气逆温对PM2.5和水汽的向上输送有明显的抑制作用，外部输送和局部逆温是导致这两次PM2.5污染的主要原因。

摘要:为了提高雷达定量降水估测的精度，建立一套高精度的双偏振雷达定量降水估测方法，并对其在业务应用中的表现进行评估。本文利用雨滴谱仪数据使用非球形粒子的散射模型（T-Matrix模型）进行不同偏振量的模拟计算，根据计算结果对实测雨滴谱数据（DSD）进行分类拟合，实现对CSU-HIDRO（Colorado State University-Hydrometeor Identification Rainfall Optimization）优化降水估测算法的改进。为了评估改进后CSU-HIDRO优化算法（简称CSU-HIDRO_I）的应用效果，本文选取2016～2017年两年汛期发生于中国华南地区的6次大范围强降水过程为评估对象，分别采用单偏振雷达定量降水估测的R(Z_H)关系法（WSR-88D Precipitation Processing System，简称PPS法）和CSU-HIDRO_I法进行小时降水量估测。按照不同降水率大小以及距离雷达20～60 km和60~100 km范围分别对两种降水估测方法进行评估，并将雷达估测的小时降水量同地面雨量计小时降水量资料进行对比，结果表明：（1）CSU-HIDRO_I法在应用评估过程中取得了较好的评估效果，其估测精度及稳定性均较好。（2）PPS法对小雨（降水率R<2.5 mm/h）存在一定的高估，对大雨及暴雨（R>8 mm/h）存在明显低估，而CSU-HIDRO_I法能够有效的降低强降水的低估情况，同时提高了小雨的估测精度。与PPS法相比，CSU-HIDRO_I法对小雨、中雨、大雨及暴雨的估测偏差分别降低了38%、24%、17%、15%。（3）PPS法在降水估测中对离雷达的距离更为敏感，相同降水率下不同距离处的相对误差波动较大，CSU-HIDRO_I法对距离敏感性较弱，相同降水率强度下，相对误差随距离的变化波动较小。

摘要:利用常规观测资料、济南多普勒雷达资料、FY-2G资料和加密自动站等资料分析了2016年6月14日一次在华北冷涡背景下发生的超级单体风暴生成及分裂过程，对超级单体分裂过程的雷达回波特征和环境条件进行了详细的分析。结果表明，超级单体风暴发生在地面中尺度辐合线附近，中层短波槽前，高空有中空急流的环境下，触发的对流云团向偏东方向移动中，在不稳定层结和较强的垂直风切变作用下，对流风暴发生分裂且右移性对流风暴发展加强。风暴分裂后环境风左侧的风暴单体并没有受到明显抑制，中尺度辐合线附近的露点锋生抵消了反气旋性风暴的受抑制程度，使反气旋性风暴能有所加强并持续更长的时间。环境风右侧的风暴单体发展加强，且持续时间长达2 h。风暴分裂是在单体发展的初期开始，分裂先从中高层开始，然后向下延伸，分裂后相对于环境风方向，左侧单体为反气旋性左移风暴，右侧为气旋性右移风暴。气旋性右移风暴强烈发展为具有低层的入流缺口、中高层的弱回波区及风暴顶的强辐散，与经典超级单体风暴回波特征类似。分裂后右移风暴伴有深厚持久的中气旋，其起源于中层4～5 km，然后向上和向下发展，最强旋转出现在高层，旋转速度达29 m/s，这与典型超级单体内中气旋都是中层旋转最强有所不同。

摘要:基于黄河源区8个站点的年平均气温序列，利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）方法，揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征，探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度，分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数，尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO）间的关系。结果表明：（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势，20世纪80年代后期开始转暖，尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年，黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化，其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著，准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大，而进入21世纪后年际振荡振幅减弱，65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前，以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位，1998年气候显著变暖以后，65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍，与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著，但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著，不同于PDO指数，气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高，这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖，黄河源区只是受影响区域的一部分，20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应，气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高，可见，AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡，这种影响主要表现在年代际时间尺度上。