双月刊

ISSN 1006-9585

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  • 1  气象—化学双向耦合模式(WRF-NAQPMS)研制及其在京津冀秋季重霾模拟中的应用
    王哲 王自发 李杰 郑海涛 晏平仲 李健军
    2014, 19(2):153-163. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2014.13231
    [摘要](7353) [HTML](5) [PDF 12.48 M](6581)
    摘要:
    为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响,建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块,研制气象-化学双向耦合器,以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS (Nested Air Quality Prediction Modeling System)为基础,建立了NAQPMS和中尺度气象模式WRF (Weather Research and Forecasting Model)的双向耦合模式(WRF-NAQPMS)。利用此模式数值模拟了2013年9月27日至10月1日的北京-天津-河北地区一次秋季严重灰霾过程。结果表明,考虑气溶胶辐射反馈的双向耦合模式模拟的气象要素和细颗粒物(PM2.5)浓度与观测结果更为一致。灰霾期间,气溶胶直接辐射效应显著改变了边界层气象要素,北京-天津-河北地区地面接收的太阳短波辐射减少25%,2 m高度的温度平均下降1 ℃,湍流动能下降20%,10 m高度的风速降低超过0.2 m/s,边界层高度下降25%,使得边界层大气更加静稳,进而造成了重污染地区污染进一步加剧,如石家庄近地面细颗粒物浓度增加可达30%。分析表明灰霾与边界层气象要素之间存在一种正反馈机制,采用该机制的双向耦合模式有利于准确模拟和预报灰霾污染过程。
    2  北京城市化发展对温度、相对湿度和降水的影响
    郑思轶 刘树华
    2008, 13(2):123-134. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.02.02
    [摘要](6820) [HTML](7) [PDF 0.00 Byte](3651)
    摘要:
    利用1961~2000年北京13个台站的气候观测资料及北京统计年鉴资料,分析了过去40年北京城区、郊区的气温、相对湿度和降水等气候因子的年际、季节变化趋势,结合北京城市化进程中人口、基本设施投资额、房屋施工面积和道路面积等城市发展数据的年际变化进行分析。结果表明:在这40年中,北京城区、郊区的年平均温度都呈明显上升趋势,城区比郊区上升幅度快,热岛强度也在不断加强,其中以城区最低温度上升最为明显,并且热岛强度与北京人口等城市发展数据的年际变化有较强的相关性。城区年平均相对湿度总体呈下降趋势,郊区则略有上升;本地年均降水量呈下降趋势,城区下降幅度比郊区明显,并且波动性增强。各气候因子的季节变化趋势总体上与年平均变化趋势一致,个别季节变化趋势受城市化及季节自身因素影响,与年平均变化趋势有所差异。过去40年北京城区、郊区的气候演变趋势及与城市发展数据的关系表明,城市的快速发展和城市化进程的加快已经对北京局地气候变化产生了重要的影响。
    3  中国极端气候变化观测研究回顾与展望
    任国玉 封国林 严中伟
    2010, 15(4):337-353. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2010.04.01
    [摘要](6042) [HTML](7) [PDF 8.47 M](3877)
    摘要:
    国家“十一五”科技支撑计划重点项目“我国主要极端气候事件及重大气象灾害监测、检测和预测”对相关科学问题研究工作做了部署,其中课题二“近百年来我国极端天气气候事件变化特征及其影响(2007BAC29B02)”重点探讨全球变暖背景下中国区域极端气候变化规律。经过近两年多时间的研究,课题组取得了若干可喜的成果。
    4  全球变暖背景下中国近海表层海温变异及其与东亚季风的关系
    蔡榕硕 陈际龙 谭红建
    2011, 16(1):94-104. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.01.09
    [摘要](5835) [HTML](6) [PDF 2.34 M](3801)
    摘要:
    利用长时间序列HadISST、ERA-40高分辨率的海洋大气再分析资料和经验正交函数(EOF)及回归分析等方法,分析了近50年来中国近海表层海温(SST)、东亚季风的时空变化特征及两者的关系。结果表明:中国近海冬、夏季SST有明显的年际和年代际变化,并均在1980年代中期发生了位相转折,之后呈现显著的上升趋势。其中,冬季的主要升温区位于东海,而夏季则位于黄海,冬季升温明显强于夏季。进一步分析发现,1955~2006年冬季东海的SST上升了1.96 °C,1971~2006年夏季黄海的SST上升了1.10 °C。其次,东亚冬、夏季风低空风场也有显著的年际和年代际变化。东亚冬、夏季风低空风场除有2~4 a的年际振荡周期外,分别自1980年代和1970年代末以来出现明显的年代际减弱趋势。第三,中国近海SST对东亚季风EOF模态时间系数的回归分析表明,中国近海冬季SST与东亚冬季风年代际变异的关系要强于与东亚季风年际变异的关系,且东亚冬季风年代际减弱有利于中国近海特别是东海及附近海域SST的年代际上升,而中国近海夏季SST与东亚夏季风年代际变异则没有明显关系。中国近海SST与东亚季风年际变异的相关区域主要为南海区域,冬季比夏季更为明显,且南海冬、夏季SST与经向南北风和副热带反气旋(高压)的年际变异有明显关系。
    5  中国区域ERA-40、NCEP-2再分析资料与观测资料的初步比较与分析
    赵天保 符淙斌
    2006, 11(1):14-32. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2006.01.02
    [摘要](5792) [HTML](6) [PDF 0.00 Byte](3633)
    摘要:
    再分析资料在气候变化研究中有着广泛的应用,但是再分析资料在不同时空尺度上的可信度能够影响到研究结果.作者就中国区域的月平均地表(2 m)气温和降水两种基本气候变量在空间分布及其变化趋势上对ERA-40和NCEP-2与观测资料之间的差异做了一些比较和分析,对两套再分析资料的可信度进行了初步的检验.结果表明:两套再分析资料基本上都能反映出中国区域的温度场和降水场的时空分布,尽管在中国西部,尤其是青藏高原地区的差异比较较大;再分析资料在东部地区的可信度高于西部,温度场的可信度要高于降水场,ERA-40可信度要高于NCEP-2.
    6  北京大气中SO2浓度变化特征
    吉东生 王跃思 孙扬 马志强
    2009, 14(1):69-76. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.01.08
    [摘要](5749) [HTML](5) [PDF 1.19 M](4117)
    摘要:
    作为酸雨和细粒子的前体物,SO2对空气质量和人体健康乃至气候与环境的影响十分重要,特别是在不利于扩散的气象条件下,SO2可造成城市短时间严重污染事件。作者以2006年北京325 m气象塔15 m观测平台SO2观测数据为基础,结合同步气象资料分析研究发现:1) SO2浓度冬季高、夏季低;全年日均值为(22.5±22.1)×10-9,最大日均值能达到113×10-9。日变化呈现双峰型,峰值出现在北京时间08:00和22:00;并且季节差异明显,冬季浓度为夏季的4.5倍,采暖期为非采暖期的3.2倍。2) 风向、风速与SO2扩散和输送密切相关,高浓度SO2在东北、东、西方向上出现频率分别为25.8%、13.8%和11.8%;而西北、北方向上的风速越大对SO2清除效果越好。3)利用平均晴空指数划分采暖期阴霾天和晴天,发现阴霾天混合层高度与平均风速仅为(376±204) m和1.1 m·s-1,容易造成SO2累积。4) SO2污染过程呈现周期性的局地累积—清除特征,地形、静风和暖低压是造成北京2006年1月一次重污染事件的成因。
    7  新型多普勒测风激光雷达Windcube的风参数观测与验证
    夏俊荣 王普才 闵敏
    2011, 16(6):733-741. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.06.07
    [摘要](5746) [HTML](7) [PDF 5.47 M](5855)
    摘要:
    2007年12月11~14日,中国科学院大气物理研究所与法国Leosphere公司在该研究所位于北京市北三环和北四环之间的325 m气象塔试验场内联合开展了一次测风激光雷达Windcube的外场演示试验。Windcube观测数据随后与325 m气象塔上的风杯风速仪测得的风速资料进行了对比,结果是:由两种手段获得的所有6层匹配高度(63 m、80 m、100 m、120 m、160 m和200 m)上的10 min风速平均值一致性很好,相关系数都达到或超过0.98。使用矢量法对6层高度上的风向资料进行平均,得到风向的10 min平均值,两者的相关系数均达到0.99。与国产测量低层大气风廓线的高精度多普勒激光雷达相比,Windcube的风速测量精度稍优,风向表现相当。验证结果表明,该型多普勒测风激光雷达是一款观测结果可靠、机动性能良好的低层大气风廓线测量仪器。
    8  大气环流模式中动力框架与物理过程的相互响应
    张贺 林朝晖 曾庆存
    2011, 16(1):15-30. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.01.02
    [摘要](5711) [HTML](5) [PDF 4.77 M](4007)
    摘要:
    用大气环流模式CAM3.1和IAP AGCM4.0对模式中动力框架与物理过程之间的相互作用及响应关系进行了初步探讨。选用理想的物理过程(Held-Suarez强迫)及完整物理参数化方案,分别对两个模式积分了60 d。试验表明,动力框架与物理过程之间的相互响应在低纬对流层和高纬对流层中上层有着较大的区别。在低纬对流层,动力框架及物理过程产生的温度倾向都有着较大的变率,对总的温度倾向的变率均有较大的贡献,且二者之间为相互补偿的反相关关系;在高纬对流层的中上层,总的温度倾向的变化主要依赖于动力框架的贡献,物理过程造成的倾向变化很缓慢,可近似地看做定常的强迫,且物理过程产生的温度倾向与动力框架产生的温度倾向之间为正位相的响应关系。此外,还对各个物理参数化方案之间的相互作用及响应关系进行了分析。结果表明,在所有过程中,湿过程所引起的温度倾向的变化最为显著,对总的物理过程倾向的贡献也最大;在高纬地区,长波辐射冷却也有较大的变率;短波辐射加热率及垂直扩散加热率的变化相对较小;长波辐射冷却和短波辐射加热之间为近似负反馈的响应关系。
    9  “五运六气”与气象医学
    刘玉芝
    1999, 4(1):98-103. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.1999.01.21
    [摘要](5603) [HTML](3) [PDF 0.00 Byte](2240)
    摘要:
    将1951~1980年郑州地区的气象要素(气温、风速、降雨量)的距平值与“五运六气”学说所推论气象作对比分析,两者结果比较一致。继之,收集了1953~1983年同一地区传染性肝炎、痢疾、伤寒、流行性感冒、猩红热、流行性乙型脑炎(这6种病在1983年以前均无疫苗或无有效预防)的流行资料进行分析,说明“五运六气”学说中的发病率与气候变化有较好的关系。
    10  NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较
    赵天保 艾丽坤 冯锦明
    2004, 9(2):278-294. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2004.02.05
    [摘要](5570) [HTML](6) [PDF 0.00 Byte](5343)
    摘要:
    美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料,并用来检验模拟结果的.作者通过对NCEP的2种再分析资料NCEPI和NCEPⅡ与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值,分析和比较了NCEPⅠ、NCEPⅡ再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及2种再分析资料之间的差异.从结果可以看到,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低,而月降水总量较观测值则偏高;就季节变化而言,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好,冬季较差.同时可以看到,在温度和降水方面NCEPⅡ较NCEPⅠ都有所改进,尤其在中国东部地区,改进较为明显.
    11  比较NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料与观测资料计算得到的感热资料的差异
    周连童
    2009, 14(1):9-20. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.01.02
    [摘要](5482) [HTML](6) [PDF 11.28 M](6919)
    摘要:
    利用1951~2000年我国西北干旱、半干旱区地温、气温和表面风场逐日4个时次(北京时间2、8、14和20时)的台站观测资料,以及NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料,计算并比较了在我国西北地区春夏季感热输送的差异。分析结果表明:NCEP/NCAR和ERA-40的感热输送再分析资料都能显示出我国西北地区是欧亚大陆上的感热中心之一。从年代际时间尺度上,ERA-40再分析资料的感热资料更接近于实际台站观测资料计算得到的感热资料。
    12  LPJ模型对1981~1998年中国区域潜在植被分布和碳通量的模拟
    孙国栋
    2009, 14(4):341-351.
    [摘要](5399) [HTML](6) [PDF 6.96 M](2816)
    摘要:
    利用一个基于过程的动态植被模型LPJ DGVM(LundPotsdamJena Dynamic Global Vegetation Model),模拟了中国区域潜在植被分布,考察了1981~1998年中国区域净初级生产〖JP〗力(NPP)、异养呼吸(Rh)和净生态系统生产力(NEP)的年际变化。模拟结果表明,在LPJ模型提供的植被功能类型(PFT)划分的条件下,中国区域除了分布裸土外,主要分布了6种潜在植被功能类型,即热带常绿阔叶林带、温带常绿阔叶林带、温带夏绿阔叶林带、北方常绿针叶林带、北方夏绿针叶林带和温带草本植物。在所考察的时间段内,中国区域总NPP从2.91 Gt · a-1(C)(1982年)变化到3.37 Gt · a-1(C)(1990年),平均每年增加0.025 Gt(C),其平均增长率为096%。中国区域总Rh从2.59 Gt · a-1(C)(1986年)变化到3.19 Gt · a-1(C)(1998年),具有105% 的平均年增长率,即平均每年增加0.025 Gt(C),并且中国区域温带草本植物相比其他植被功能类型,其NPP和Rh线性增加的趋势最为显著。研究结果还表明,LPJ模型在引入火灾机制后,中国区域总NEP的变化范围更加合理,即每年总NEP在-0.06 Gt · a-1(C)(1998年)和0.34 Gt · a-1(C)(1992年)之间变化,其平均值为0.12 Gt · a-1(C)。该结果表明,在所考察的时间段内,中国区域的陆地生态系统是碳汇。上述结果与其他研究结果基本一致,因而此模型模拟中国区域潜在植被分布和碳循环是有效的。
    13  我国近59年日照时数变化特征及其与温度、风速、降水的关系
    虞海燕 刘树华 赵娜 于永涛 于丽萍 曹海维
    2011, 16(3):389-398. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.03.14
    [摘要](5329) [HTML](8) [PDF 4.44 M](3480)
    摘要:
    利用全国194个气象站1951~2009年日照、温度、风速和降水资料,将全国按照气候区域划分为11个气候区,采用线性趋势及Morlet小波函数分析法,对全国及各区域近59 年来日照时数的季节变化和年际变化时间序列进行了分析,同时还对与日照时数变化密切相关的温度、风速、降水等气象要素进行了年际变化特征比较。结果表明:全国年日照时数呈显著减少的趋势,平均每10年减少36.9 h,各区域变化与全国一致,只是日照时数减小程度不同;1981年是全国日照时数由较强期到偏弱期的转折年;全国年日照时数在1990年代中期前有7~10 a左右的明显周期振荡;全国四季日照时数沿海地区减少速度要快于内陆,南方快于北方。全国年日照时数与温度呈负相关关系,相关系数为-0.52;与风速呈正相关关系,相关系数为0.76;与降水呈负相关关系,相关系数为-0.27;前两者均通过了99.9%的信度检验,后者通过了95%的信度检验。
    14  一次引发华南大暴雨的南海季风槽异常特征及其原因分析
    杨辉 李崇银 潘静
    2011, 16(1):1-14. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.01.01
    [摘要](5284) [HTML](5) [PDF 16.66 M](2517)
    摘要:
    2007年8月10日第7号台风“帕布”在广东沿海消失后,尾随而上的南海季风槽给华南沿海和台湾岛带来持续多日的暴雨和大暴雨。由于南海季风槽是华南最主要的降水系统,因此研究了8月第3候引发华南大暴雨的南海季风槽的异常特征及其可能的原因。首先分析了季风槽的气候平均时空特征。研究表明低层辐合、高层辐散位于季风槽的南侧,表现了季风槽独立的空间结构特征。南海季风槽强度8月中旬最强。对2007年季风槽的分析表明,该年8月第3候的南海季风槽强度偏强,低层正涡度、辐合以及高层辐散偏强。同时印度季风槽也偏强。南亚高压中心位于青藏高原上空并加强是整个亚洲季风槽增强的主要原因。青藏高原上空增温引起高空东风急流和低空西南季风的加强,增加了华南沿海高空辐散和低空辐合, 对于南海季风槽的加强和维持起着重要的作用。此外,西太平洋副热带高压位于日本上空并且强度偏强,西风带长波槽偏强并向我国西南深入也有利于南海季风槽加强。南海季风槽具有30~60天季节内振荡特征,30~60天大气季节内振荡对南海季风槽向北迁移及加强有重要影响。
    15  动态植被模型模拟的植被季节变化及其评估
    俞淼 陈海山 孙照渤
    2011, 16(1):47-59. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2011.01.05
    [摘要](5278) [HTML](5) [PDF 3.90 M](3504)
    摘要:
    利用MODIS卫星观测资料,对一个考虑了生态系统碳氮循环过程的动态植被模型ICM的模拟性能进行了评估。重点对反映植被动力学的关键参数——叶面积指数(LAI)的模拟结果与观测进行了对比分析,评估了ICM对LAI季节变化特征的模拟能力。结果表明,ICM基本能够模拟出植被的季节变化特征。总体而言,模拟值在低纬度和高纬度地区大于观测值,中纬度地区小于观测值;模拟的植被生长常落后于观测,造成了模拟偏小值的出现与植被的生长季节相对应;模拟没有表现出热带常绿阔叶林和农作物LAI季节变化的双峰结构;模式对草地的模拟总体上优于林地。结果可为进一步改进动态植被模式的参数化方案和优化模型参数提供一定参考。
    16  基于小波分解和最小二乘支持向量机的大气臭氧含量时间序列预测
    朱佳 王振会 金天力 郝晓静
    2010, 15(3):295-302. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2010.03.09
    [摘要](5230) [HTML](6) [PDF 805.28 K](3726)
    摘要:
    基于小波分解(WT)和最小二乘支持向量机(LSSVM)理论,建立了将二者相结合的大气臭氧含量时间序列预测模型。采用香河等4个观测站的月平均臭氧总量观测样本,经小波分解为不同频段的子序列,将这些子序列分别进行LSSVM预测,最后经小波重构得到月平均臭氧总量时间序列预测结果。实验表明该方法能有效预测大气臭氧含量,与支持向量机(SVM)以及人工神经网络(ANN)的预测结果相比,该方法具有较高的预测精度。
    17  中国年极端降水事件的时空分布特征
    杨金虎 江志红 王鹏祥 陈彦山
    2008, 13(1):75-83. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.01.10
    [摘要](5225) [HTML](5) [PDF 0.00 Byte](3449)
    摘要:
    基于中国1955~2004年314个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,进而对中国年极端降水事件的时空特征进行了探讨分析。结果表明:江淮北部、湖南、四川西南部及西藏和新疆西部地区与中国其他区域呈反向变化特征,是中国年极端降水事件的主要空间异常模态;中国年极端降水事件的时间变化存在明显的区域性差异,东北、西北东部、华北表现为减少趋势,其中东北和华北发生了突变,而西北西部、长江中下游、华南及青藏高原表现为增加趋势,其中西北西部、长江中下游发生了突变;中国各分区年极端降水事件的周期振荡不完全一致;中国年极端降水事件与年降水量之间存在较好的相关性,从季节来看,夏季极端降水事件与年降水量的相关性最好。
    18  空间差值检验方法在地面气象资料质量控制中的应用
    尹嫦姣 江志红 吴息 鞠晓慧
    2010, 15(3):229-236. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2010.03.02
    [摘要](5207) [HTML](7) [PDF 1000.88 K](3122)
    摘要:
    将差值稳定性原理引入气象资料质量控制中,形成了一种新的资料空间一致性检验方法——空间差值检验法,并利用2007年代表我国7个行政区的7个基本观测站的逐日平均气压、最高气压、最低气压、平均气温、最高气温、最低气温、平均水汽压、平均地表温度、最高地表温度和最低地表温度共10个要素的观测资料,检验该方法在气象资料质量检验中的适用性。结果表明空间差值检验方法能有效的检验出可疑数据,并且可以给出具有明确统计意义的误判率。通过对添加的随机人为误差的检验,可以证明该方法相对于目前广泛使用的空间回归法具有更好的检验效果,但是与一般空间检验方法相同,该方法的检验效果与观测站间待检要素的相关程度有关。
    19  年代际气候变化研究
    李崇银 朱锦红 孙照渤
    2002, 7(2):209-219. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2002.02.08
    [摘要](5162) [HTML](5) [PDF 0.00 Byte](3534)
    摘要:
    概括的介绍了中国科学家近几年在年代际气候变化方面的研究进展,包括中国气候的年代际变化特征,北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)与中国年代际气候变化的关系,北太平洋海面温度(SST)年代际模及其影响,大气环流系统的年代际变化以及气候突变问题.
    20  蒙特卡罗不确定性分析在O3模拟中的初步应用
    唐晓 王自发 朱江 吴其重 GBAGUIDI Alex
    2010, 15(5):541-550. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2010.05.02
    [摘要](5125) [HTML](6) [PDF 1.87 M](3958)
    摘要:
    利用蒙特卡罗不确定性分析方法,分析了嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS/IAP)中154个模式输入变量不确定性对臭氧模拟的影响,量化了模式在北京奥运会期间臭氧模拟的不确定性,并确定出了主要不确定性因子。结果表明:(1)在奥运会期间(2008年8月8日~2008年8月24日),北京城区臭氧模拟的平均不确定性为19 ppb,不确定性存在明显的日变化特征,白天不确定性大,夜间不确定性小。(2)在白天,北京城区近地层臭氧模拟最重要的不确定性来源是局地前体物排放,其次是NO2光解系数、风向、北京周边前体物排放和垂直扩散系数。另外,地面约150 m以上,对臭氧模拟影响最大的不确定性因子是风向和北京周边前体物排放;夜间,北京城区近地层臭氧模拟的最大不确定性来源是局地NOx排放和垂直扩散系数。