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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21259
摘要:
本文利用中尺度模式WRF V4.0.2（Weather Research and Forecasting Model，Version 4.0.2）对浙江省两次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟，分别选用WSM6和Thompson云微物理方案、YSU和MYJ边界层方案、以及11种对流参数化方案进行试验，探究不同积云对流参数化方案对梅雨锋暴雨的1 km高分辨率预报的影响，结果表明：（1）在对各试验的降水预报评估过程中，使用传统点对点方法和邻域法都能客观表现出各试验的预报水平，而邻域检验法能更客观地评估模式对小范围强降水的预报水平。（2）三类积云对流方案（包括：无积云对流方案、传统积云对流方案和尺度自适应积云对流方案）都能较好地模拟出小雨降水的发生情况，但随着降水强度增强至暴雨、大暴雨量级时，尺度自适应的积云对流方案对降水的预报结果有明显改善。（3）在不同微物理和边界层组合方案下，尺度自适应积云对流方案的模拟结果差异更显著，而传统积云对流方案的模拟结果的效果差异不明显。（4）在1～10 km的“灰色区域”范围内，当网格分辨率逐渐提高到1 km时，尺度自适应积云对流方案较传统积云对流方案对模式的预报结果有明显的改善。本研究的结果在一定程度上可为高精度业务预报工作中对尺度自适应积云对流参数化方案的应用提供参考。
本文利用中尺度模式WRF V4.0.2（Weather Research and Forecasting Model，Version 4.0.2）对浙江省两次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟，分别选用WSM6和Thompson云微物理方案、YSU和MYJ边界层方案、以及11种对流参数化方案进行试验，探究不同积云对流参数化方案对梅雨锋暴雨的1 km高分辨率预报的影响，结果表明：（1）在对各试验的降水预报评估过程中，使用传统点对点方法和邻域法都能客观表现出各试验的预报水平，而邻域检验法能更客观地评估模式对小范围强降水的预报水平。（2）三类积云对流方案（包括：无积云对流方案、传统积云对流方案和尺度自适应积云对流方案）都能较好地模拟出小雨降水的发生情况，但随着降水强度增强至暴雨、大暴雨量级时，尺度自适应的积云对流方案对降水的预报结果有明显改善。（3）在不同微物理和边界层组合方案下，尺度自适应积云对流方案的模拟结果差异更显著，而传统积云对流方案的模拟结果的效果差异不明显。（4）在1～10 km的“灰色区域”范围内，当网格分辨率逐渐提高到1 km时，尺度自适应积云对流方案较传统积云对流方案对模式的预报结果有明显的改善。本研究的结果在一定程度上可为高精度业务预报工作中对尺度自适应积云对流参数化方案的应用提供参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21256
摘要:
基于2007～2016年热带降水观测计划（TRMM）和全球降水观测计划（GPM）的卫星降水资料、最佳路径（IBTrACS）数据集和多平台TC风场资料（MTCSWA），根据西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）的七级风圈半径（R17）变化速率将其分为尺度快速扩张（RE）和尺度快速收缩（RC）事件，主要研究RE和RC事件不同时期中TC外核区的降水云系演变特征及其影响R17变化的物理机制。研究结果表明：（1）RE事件中TC外核区的降水强度明显高于RC事件，说明TC外核区的降水强度对R17扩张具有重要作用；且RE事件前期强降水分布较RC事件更松散，这是区分RE和RC事件的一个前期信号；（2）TC外核区在RE和RC事件中降水的共同特征表现为：层云（对流）降水的强度小（大），面积大（小），主要加热中高层（中低层）大气，层云降水和对流降水的标准化降雨率数值相当；差异为：RE事件中TC外核区前、中、后期的降水面积、降水强度和标准化降雨率都高于RC事件；（3）RE事件中TC外核区不仅惯性稳定度大，且非绝热加热大，因而风场动能大，有利于尺度扩张；动能的增强还有利于低层入流的发展，促进R17的扩张和对流单体的发展。
基于2007～2016年热带降水观测计划（TRMM）和全球降水观测计划（GPM）的卫星降水资料、最佳路径（IBTrACS）数据集和多平台TC风场资料（MTCSWA），根据西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）的七级风圈半径（R17）变化速率将其分为尺度快速扩张（RE）和尺度快速收缩（RC）事件，主要研究RE和RC事件不同时期中TC外核区的降水云系演变特征及其影响R17变化的物理机制。研究结果表明：（1）RE事件中TC外核区的降水强度明显高于RC事件，说明TC外核区的降水强度对R17扩张具有重要作用；且RE事件前期强降水分布较RC事件更松散，这是区分RE和RC事件的一个前期信号；（2）TC外核区在RE和RC事件中降水的共同特征表现为：层云（对流）降水的强度小（大），面积大（小），主要加热中高层（中低层）大气，层云降水和对流降水的标准化降雨率数值相当；差异为：RE事件中TC外核区前、中、后期的降水面积、降水强度和标准化降雨率都高于RC事件；（3）RE事件中TC外核区不仅惯性稳定度大，且非绝热加热大，因而风场动能大，有利于尺度扩张；动能的增强还有利于低层入流的发展，促进R17的扩张和对流单体的发展。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21196
摘要:
基于微雨雷达、Ka波段云雷达、C波段天气雷达和微波辐射计等仪器的观测资料对2019年7月27日中天山地区一次局地对流云降水过程的精细结构及演变过程进行分析，并结合WRF高分辨率数值模式模拟结果研究了热力不稳定结构及风切变层对云发展的影响。结果表明：此次降水过程中天山北坡区域受到地形热力强迫，形成爬坡气流，并与翻越天山山脉的偏南气流在局部形成对流；雷达观测发现，由于天山山区受到高空西风的控制，局地产生的对流云团不足以突破中天山北坡上空的风速较大的西南气流或偏西气流，低层的偏北气流被高层气流夹带而转向形成风切变层。降水发生后，低层对流云团被限制在风切变层以下，云顶平整且高度较低，风切变层对对流云团存在明显的抑制作用。通过分析模拟结果，此次降水过程中风切变层对中天山北坡降水云的发展及热力不稳定变化影响十分重要，高层西南风对相当位温的平流输送使得风切变层上空更倾向于热力不稳定，同时使其下方更倾向于热力稳定从而抑制低层对流而促进高层对流的发展。当低层对流云团强度不足以突破其上空因垂直风切变导致的稳定层结，对流便会被局限于垂直风切变层以下，使得降水强度减弱。
基于微雨雷达、Ka波段云雷达、C波段天气雷达和微波辐射计等仪器的观测资料对2019年7月27日中天山地区一次局地对流云降水过程的精细结构及演变过程进行分析，并结合WRF高分辨率数值模式模拟结果研究了热力不稳定结构及风切变层对云发展的影响。结果表明：此次降水过程中天山北坡区域受到地形热力强迫，形成爬坡气流，并与翻越天山山脉的偏南气流在局部形成对流；雷达观测发现，由于天山山区受到高空西风的控制，局地产生的对流云团不足以突破中天山北坡上空的风速较大的西南气流或偏西气流，低层的偏北气流被高层气流夹带而转向形成风切变层。降水发生后，低层对流云团被限制在风切变层以下，云顶平整且高度较低，风切变层对对流云团存在明显的抑制作用。通过分析模拟结果，此次降水过程中风切变层对中天山北坡降水云的发展及热力不稳定变化影响十分重要，高层西南风对相当位温的平流输送使得风切变层上空更倾向于热力不稳定，同时使其下方更倾向于热力稳定从而抑制低层对流而促进高层对流的发展。当低层对流云团强度不足以突破其上空因垂直风切变导致的稳定层结，对流便会被局限于垂直风切变层以下，使得降水强度减弱。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21199
摘要:
回波强度定标误差、天线水膜衰减和雨区衰减造成的回波强度偏差对云雷达反演微物理和动力参数有非常重要的影响，准确分析这些偏差对提高反演精度至关重要。为了消除云雷达因定标和天线罩等引起的回波强度和功率谱大小的影响，实现高精度和雷达全观测范围的反演，本文提出了基于Ka/Ku双波段云雷达回波强度差约束和回波强度谱密度数据的降水内空气垂直运动速度和雨滴谱反演方法（DWR-SZ），并将该方法应用到2020年6月8日和2021年6月1日华南两次对流性云降水垂直结构观测数据，利用雨滴谱仪数据分析了该方法反演结果的改进程度，分析了上升速度对反演的回波强度和微物理参数的影响。该方法首先融合双波段云雷达反演（DWSZ）和单波段小粒子跟踪方法（ST）方法反演的云内空气垂直速度Vair，形成全观测域的Vair，然后利用DWSZ方法得到微物理参数初估值，并计算衰减影响，最后利用双波段回波强度差（DWR）调整回波强度系统偏差和反演的微物理参数，使DWR-SZ方法正演得到的DWR与雷达观测值差到达极小。结果表明：（1）采用脉冲压缩技术的高雷达灵敏度模式与采用短脉冲的低灵敏度模式相比，DWSZ方法反演的Vair与雷达灵敏度相关性非常小，结果稳定，但这种方法只能应用于含有大粒子的液体降水区（粒子直径大于1.8mm）；小粒子跟踪ST方法通常低估Vair，但在低层的35 dBZ以下降水Vair低估程度不大，且灵敏度提高会极大改进Ka波段雷达反演能力；两种方法融合的Vair比较合理；（2）雨区衰减和距离是造成ST方法低估Vair的主要原因；而固态降水的功率谱非常窄而且陡，灵敏度对固态降水区Vair影响不大；（3）采用DWR作为约束，有效减小了回波强度的系统偏差和天线水膜影响，提高了微物理参数的反演准确率；（4）ST方法反演的Vair高估了粒子数密度，液体含水量（LWC）和衰减系数，低估了粒子大小，但对天线水膜引起的回波强度系统偏差影响不大。
回波强度定标误差、天线水膜衰减和雨区衰减造成的回波强度偏差对云雷达反演微物理和动力参数有非常重要的影响，准确分析这些偏差对提高反演精度至关重要。为了消除云雷达因定标和天线罩等引起的回波强度和功率谱大小的影响，实现高精度和雷达全观测范围的反演，本文提出了基于Ka/Ku双波段云雷达回波强度差约束和回波强度谱密度数据的降水内空气垂直运动速度和雨滴谱反演方法（DWR-SZ），并将该方法应用到2020年6月8日和2021年6月1日华南两次对流性云降水垂直结构观测数据，利用雨滴谱仪数据分析了该方法反演结果的改进程度，分析了上升速度对反演的回波强度和微物理参数的影响。该方法首先融合双波段云雷达反演（DWSZ）和单波段小粒子跟踪方法（ST）方法反演的云内空气垂直速度Vair，形成全观测域的Vair，然后利用DWSZ方法得到微物理参数初估值，并计算衰减影响，最后利用双波段回波强度差（DWR）调整回波强度系统偏差和反演的微物理参数，使DWR-SZ方法正演得到的DWR与雷达观测值差到达极小。结果表明：（1）采用脉冲压缩技术的高雷达灵敏度模式与采用短脉冲的低灵敏度模式相比，DWSZ方法反演的Vair与雷达灵敏度相关性非常小，结果稳定，但这种方法只能应用于含有大粒子的液体降水区（粒子直径大于1.8mm）；小粒子跟踪ST方法通常低估Vair，但在低层的35 dBZ以下降水Vair低估程度不大，且灵敏度提高会极大改进Ka波段雷达反演能力；两种方法融合的Vair比较合理；（2）雨区衰减和距离是造成ST方法低估Vair的主要原因；而固态降水的功率谱非常窄而且陡，灵敏度对固态降水区Vair影响不大；（3）采用DWR作为约束，有效减小了回波强度的系统偏差和天线水膜影响，提高了微物理参数的反演准确率；（4）ST方法反演的Vair高估了粒子数密度，液体含水量（LWC）和衰减系数，低估了粒子大小，但对天线水膜引起的回波强度系统偏差影响不大。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.22004
摘要:
本文研究了考虑地转约束的情况下，正压不稳定的必要条件，并基于能量学和位涡动力学理论，对正压不稳定的必要条件的物理含义进行了诠释。对于满足地转平衡的基本流，瑞利—郭晓岚定理[（Rayleigh，1880 ）、Kuo（1949 ，1973） ]修正为：若地转流可能出现不稳定，其位涡梯度需在某个纬度取极值。Fjørtoft定理（Fjørtoft, 1950 ）相应地成为：若地转流可能出现不稳定，需满足Qy（位涡的经向梯度）与U−U
本文研究了考虑地转约束的情况下，正压不稳定的必要条件，并基于能量学和位涡动力学理论，对正压不稳定的必要条件的物理含义进行了诠释。对于满足地转平衡的基本流，瑞利—郭晓岚定理[（
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21171
摘要:
为了应对新冠疫情，昆山市严格遵守国家防疫规定，自2020年1月24日开始采取了严格的封锁管控措施。以机动车活动为首的人为排放量因而减少，空气质量也因此发生变化。利用昆山市环境监测网络，并结合气象观测系统，综合运用数理统计和空间分析方法，针对疫情防控前期（2020年1月1至20日）和疫情管控期间（2020年1月27日至2月15日）两个阶段，调查人类活动模式变化对昆山市空气质量的影响。结果表明，昆山市污染治理工作取得良好进展，与过去3年同期（1月1日至2月15日）相比，颗粒物（PM2.5和PM10）超标天数减少了4天，但日最大8小时臭氧（O3）浓度（MDA8 O3）升高了14%，表明严重的O3污染已不局限于夏季，而即将成为全年多发性问题。由于疫情期间以交通部门为首的排放量减少，O3的重要前体物二氧化氮（NO2）以及颗粒物浓度均显著下降，疫情管控期间内MDA8 O3的升高（62%）。选取污染个例研究发现，即使在减排的情况下也可能发生严重的污染事件，因而气象条件对空气质量的影响是不可忽视的。本研究进一步了解了昆山市主要污染物在冬季的浓度特征，并探究了人为源及气象要素对污染物的影响，也将为长三角城市尺度的气溶胶的模拟和预测结果提供科学参考。
为了应对新冠疫情，昆山市严格遵守国家防疫规定，自2020年1月24日开始采取了严格的封锁管控措施。以机动车活动为首的人为排放量因而减少，空气质量也因此发生变化。利用昆山市环境监测网络，并结合气象观测系统，综合运用数理统计和空间分析方法，针对疫情防控前期（2020年1月1至20日）和疫情管控期间（2020年1月27日至2月15日）两个阶段，调查人类活动模式变化对昆山市空气质量的影响。结果表明，昆山市污染治理工作取得良好进展，与过去3年同期（1月1日至2月15日）相比，颗粒物（PM2.5和PM10）超标天数减少了4天，但日最大8小时臭氧（O3）浓度（MDA8 O3）升高了14%，表明严重的O3污染已不局限于夏季，而即将成为全年多发性问题。由于疫情期间以交通部门为首的排放量减少，O3的重要前体物二氧化氮（NO2）以及颗粒物浓度均显著下降，疫情管控期间内MDA8 O3的升高（62%）。选取污染个例研究发现，即使在减排的情况下也可能发生严重的污染事件，因而气象条件对空气质量的影响是不可忽视的。本研究进一步了解了昆山市主要污染物在冬季的浓度特征，并探究了人为源及气象要素对污染物的影响，也将为长三角城市尺度的气溶胶的模拟和预测结果提供科学参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21190
摘要:
云滴谱离散度是云雨自动转化过程参数化中不可忽视的重要参数，对地面降水有着重要的影响。本文利用WRF-Chem （Weather Research and Forecast coupled with Chemistry）模式，对发生在2019年1月3～6日长江中下游地区的一次降水过程进行了模拟。在清洁和污染的气溶胶背景下，设定不同的云滴谱离散度的数值（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0），研究云降水微物理的变化。结果表明，该个例降水主要来源于云雨自动转化以及云雨碰并过程。在清洁条件下的地面累计降水量大于在污染条件下的累计降水量，这是因为在清洁条件下云滴数浓度小，有利于云雨自动转化以及云雨碰并过程。虽然云雨自动转化以及云雨碰并过程占主导，但导致地面累计降水量随云滴谱离散度增大而增大的主要原因是：随着云滴谱离散度的增大，冰粒子质量浓度增大，导致融化过程增强，产生更多的雨滴，从而增强地表降水。所得结果将提高我们对云降水对气溶胶和离散度响应过程的理论认识。
云滴谱离散度是云雨自动转化过程参数化中不可忽视的重要参数，对地面降水有着重要的影响。本文利用WRF-Chem （Weather Research and Forecast coupled with Chemistry）模式，对发生在2019年1月3～6日长江中下游地区的一次降水过程进行了模拟。在清洁和污染的气溶胶背景下，设定不同的云滴谱离散度的数值（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0），研究云降水微物理的变化。结果表明，该个例降水主要来源于云雨自动转化以及云雨碰并过程。在清洁条件下的地面累计降水量大于在污染条件下的累计降水量，这是因为在清洁条件下云滴数浓度小，有利于云雨自动转化以及云雨碰并过程。虽然云雨自动转化以及云雨碰并过程占主导，但导致地面累计降水量随云滴谱离散度增大而增大的主要原因是：随着云滴谱离散度的增大，冰粒子质量浓度增大，导致融化过程增强，产生更多的雨滴，从而增强地表降水。所得结果将提高我们对云降水对气溶胶和离散度响应过程的理论认识。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23304
摘要:
厄尔尼诺-南方涛动 (El Niño-Southern Oscillation, ENSO) 通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区，ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常；在热带外，ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面，气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面，热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展，在此基础上，回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化，并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。
厄尔尼诺-南方涛动 (El Niño-Southern Oscillation, ENSO) 通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区，ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常；在热带外，ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面，气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面，热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展，在此基础上，回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化，并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。
2023年第5期
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2023, 47(5): 1295-1308.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.20247
摘要:
本文采用多源卫星融合数据、海洋气象漂流观测仪直接测量数据、Argo浮标的数据以及分析数据集，分析2019年超强台风利奇马过境时海面温度（SST）以及海温垂直剖面的时空变化。结果表明，“利奇马”过境前后，SST最大降温可达5°C以上，并且降温区域集中在台风路径的右侧；“利奇马”过境导致近表层与次表层水体的垂直混合，次表层水体被加热，使混合层深度增加，深层海水温度升高。通过各类数据分析，发现“利奇马”过境后引起的SST降温核心区域的形成滞后于“利奇马”台风中心区域约1～2天。在各类数据的对比分析中，由于海洋气象漂流观测仪的数据是直接测量的，且采样频次高，能够更加细致和准确的捕捉到温度的变化，且可以作为用于卫星数据校正的重要参考。另外，不同海洋区域的降温还与海洋环境有关，台风靠近黑潮，降温主要集中在混合层，台风远离黑潮，降温可以延伸到温跃层。
本文采用多源卫星融合数据、海洋气象漂流观测仪直接测量数据、Argo浮标的数据以及分析数据集，分析2019年超强台风利奇马过境时海面温度（SST）以及海温垂直剖面的时空变化。结果表明，“利奇马”过境前后，SST最大降温可达5°C以上，并且降温区域集中在台风路径的右侧；“利奇马”过境导致近表层与次表层水体的垂直混合，次表层水体被加热，使混合层深度增加，深层海水温度升高。通过各类数据分析，发现“利奇马”过境后引起的SST降温核心区域的形成滞后于“利奇马”台风中心区域约1～2天。在各类数据的对比分析中，由于海洋气象漂流观测仪的数据是直接测量的，且采样频次高，能够更加细致和准确的捕捉到温度的变化，且可以作为用于卫星数据校正的重要参考。另外，不同海洋区域的降温还与海洋环境有关，台风靠近黑潮，降温主要集中在混合层，台风远离黑潮，降温可以延伸到温跃层。
2023, 47(5): 1309-1324.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21108
摘要:
利用1979～2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海表面温度资料、NOAA的向外长波辐射资料以及NCEP/NCAR再分析资料，结合相关分析、信息流以及合成分析方法，分析了夏季热带大西洋海温变化对华南前汛期降水的影响。结果表明：前一年夏季热带大西洋海温升高（降低）在一定程度上导致了华南前汛期降水的减少（增多）。关键区（10°S～5°N，35°W～10°E）海温偏暖增强了Walker环流导致赤道太平洋下沉辐散增强，造成赤道中西部太平洋上空的东风异常，在海气相互作用下促进了随后秋冬季La Niña的发展。海温负异常时形势则大致相反，促进了El Niño的发展。冬季太平洋La Niña（El Niño）发展到最盛期，西太平洋的对流增强（减弱）在其北侧低对流层激发出异常气旋（反气旋）。直到第二年的前汛期，仍存在残余的海温异常形势，这一方面使得西北太平洋异常气旋（反气旋）依然维持，有利于西太平洋副热带高压减弱东退（加强西伸），减少（增多）了南海水汽向华南的输送；另一方面有利于热带地区对流活跃（抑制）从而增强（减弱）了局地Hadley环流，造成华南地区为下沉（上升）运动异常，抑制（增强）了对流。除此之外，赤道东太平洋的海温负（正）异常激发了指向北美洲的类太平洋—北美波列，北大西洋的海温异常在其基础上进一步激发了向下游传播的欧亚波列，使得欧亚中高纬呈现负（正）—正（负）—负（正）的位势高度异常特征，不利于（有利于）冷空气南下影响华南，最终造成前汛期降水负（正）异常。
利用1979～2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海表面温度资料、NOAA的向外长波辐射资料以及NCEP/NCAR再分析资料，结合相关分析、信息流以及合成分析方法，分析了夏季热带大西洋海温变化对华南前汛期降水的影响。结果表明：前一年夏季热带大西洋海温升高（降低）在一定程度上导致了华南前汛期降水的减少（增多）。关键区（10°S～5°N，35°W～10°E）海温偏暖增强了Walker环流导致赤道太平洋下沉辐散增强，造成赤道中西部太平洋上空的东风异常，在海气相互作用下促进了随后秋冬季La Niña的发展。海温负异常时形势则大致相反，促进了El Niño的发展。冬季太平洋La Niña（El Niño）发展到最盛期，西太平洋的对流增强（减弱）在其北侧低对流层激发出异常气旋（反气旋）。直到第二年的前汛期，仍存在残余的海温异常形势，这一方面使得西北太平洋异常气旋（反气旋）依然维持，有利于西太平洋副热带高压减弱东退（加强西伸），减少（增多）了南海水汽向华南的输送；另一方面有利于热带地区对流活跃（抑制）从而增强（减弱）了局地Hadley环流，造成华南地区为下沉（上升）运动异常，抑制（增强）了对流。除此之外，赤道东太平洋的海温负（正）异常激发了指向北美洲的类太平洋—北美波列，北大西洋的海温异常在其基础上进一步激发了向下游传播的欧亚波列，使得欧亚中高纬呈现负（正）—正（负）—负（正）的位势高度异常特征，不利于（有利于）冷空气南下影响华南，最终造成前汛期降水负（正）异常。
2023, 47(5): 1325-1340.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21123
摘要:
本文利用近60年我国气象站的日最高气温、降水资料以及NCEP/NCAR大气多要素等全球格点资料，基于华南区域性持续高温历史过程定义夏季区域性持续高温指数（RPH），分析影响华南夏季区域性持续高温年际异常的大气环流及下垫面海温因子。主要结果表明，在华南夏季持续高温偏重年，华南区域对流层高、中、低层均受反气旋性环流异常控制，在华南上空垂直方向上表现出深厚的大气动力和热力异常，华南夏季持续性高温的年际异常也与欧亚东传波列和热带大范围环流异常密切联系。热带印度洋、热带太平洋以及北大西洋三大洋海温异常共同影响华南区域性持续高温的年际异常，其中热带印度洋、太平洋海温异常主要有利于南海—西太平洋反气旋性环流异常的形成，使副热带高压偏西偏强，北大西洋海温异常则有利于高层欧亚波列的加强，使南亚高压在东亚地区加强东伸。在各区域海温异常共同作用下，华南在对流层高、低层反气旋性环流的控制下，大气产生强烈的下沉运动，一方面大气绝热增温，另一方面使大气晴空少云、地面接收更多的太阳辐射，从而有利于高温偏重。
本文利用近60年我国气象站的日最高气温、降水资料以及NCEP/NCAR大气多要素等全球格点资料，基于华南区域性持续高温历史过程定义夏季区域性持续高温指数（RPH），分析影响华南夏季区域性持续高温年际异常的大气环流及下垫面海温因子。主要结果表明，在华南夏季持续高温偏重年，华南区域对流层高、中、低层均受反气旋性环流异常控制，在华南上空垂直方向上表现出深厚的大气动力和热力异常，华南夏季持续性高温的年际异常也与欧亚东传波列和热带大范围环流异常密切联系。热带印度洋、热带太平洋以及北大西洋三大洋海温异常共同影响华南区域性持续高温的年际异常，其中热带印度洋、太平洋海温异常主要有利于南海—西太平洋反气旋性环流异常的形成，使副热带高压偏西偏强，北大西洋海温异常则有利于高层欧亚波列的加强，使南亚高压在东亚地区加强东伸。在各区域海温异常共同作用下，华南在对流层高、低层反气旋性环流的控制下，大气产生强烈的下沉运动，一方面大气绝热增温，另一方面使大气晴空少云、地面接收更多的太阳辐射，从而有利于高温偏重。
2023, 47(5): 1341-1354.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21125
摘要:
研究表明东亚地区严重的近地层空气污染与高空急流之间存在着一定的联系。本文利NCEP/NCAR逐日风场、垂直速度资料以及Science Data Bank的地面污染物和气象要素数据，运用统计分析法研究了冬季东亚高空急流与近地面空气污染物高浓度区的关系并初步探讨了两者之间的作用机制。结果表明，2013～2018年冬季我国华北平原是颗粒物的高值区，华北平原污染物PM2.5、PM10的平均浓度分别为80.65 μg m−3、118.62 μg m−3，超标天数分别共计459 d、489 d。颗粒物浓度均呈逐年缓慢下降趋势，PM2.5/PM10平均浓度约为0.65，该比值保持多年稳定。该地区的空气污染物浓度与东亚高空温带急流和副热带急流之间的强度反位相变化关系显著，两者可能通过地面温度以及经向风进而产生联系。当冬季高空温带急流强度偏强时，平均状态下副热带急流强度会偏弱，温带急流与副热带急流之间通过次级环流进行质量交换并稳定在这一状态，此时由于华北平原处于减弱的副热带急流右侧，上升气流减弱，地面温度升高，有增强的异常南风出现，有利于华北平原中部的PM10、北部PM2.5的堆积。反之，当冬季高空温带急流强度偏弱时，平均状态下副热带急流强度会偏强，此时上升气流增强，地面温度降低，有减弱的异常北风出现，此时不利于华北平原中部的PM10、北部PM2.5的堆积。
研究表明东亚地区严重的近地层空气污染与高空急流之间存在着一定的联系。本文利NCEP/NCAR逐日风场、垂直速度资料以及Science Data Bank的地面污染物和气象要素数据，运用统计分析法研究了冬季东亚高空急流与近地面空气污染物高浓度区的关系并初步探讨了两者之间的作用机制。结果表明，2013～2018年冬季我国华北平原是颗粒物的高值区，华北平原污染物PM2.5、PM10的平均浓度分别为80.65 μg m−3、118.62 μg m−3，超标天数分别共计459 d、489 d。颗粒物浓度均呈逐年缓慢下降趋势，PM2.5/PM10平均浓度约为0.65，该比值保持多年稳定。该地区的空气污染物浓度与东亚高空温带急流和副热带急流之间的强度反位相变化关系显著，两者可能通过地面温度以及经向风进而产生联系。当冬季高空温带急流强度偏强时，平均状态下副热带急流强度会偏弱，温带急流与副热带急流之间通过次级环流进行质量交换并稳定在这一状态，此时由于华北平原处于减弱的副热带急流右侧，上升气流减弱，地面温度升高，有增强的异常南风出现，有利于华北平原中部的PM10、北部PM2.5的堆积。反之，当冬季高空温带急流强度偏弱时，平均状态下副热带急流强度会偏强，此时上升气流增强，地面温度降低，有减弱的异常北风出现，此时不利于华北平原中部的PM10、北部PM2.5的堆积。
2023, 47(5): 1355-1374.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21143
摘要:
基于1980～2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字记录，结合高精度再分析资料NASA MERRA2，构建了我国低温灾害（低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾）的精细化格点数据，采用线性趋势分析、集合经验模态分解（EEMD）和小波分析等方法研究了我国低温灾害的时空分布特征，初步描绘了我国低温灾害图谱。研究表明：干低温灾害（低温、降温、冰冻）往往不是单一灾种致灾，而湿低温灾害（雨雪、雪灾）多为单一灾种致灾。不同灾种的发生频次具有显著的区域和季节内差异：1月低温的致灾范围最广，发生频次由南向北呈现“高—低—次高”的三极型分布；降温灾害在12月发生频次最多，呈“东高西低”分布；雨雪灾害在1～2月的南方地区发生最多；雪灾发生频次明显多于前四个灾种，多分布在牧区等高敏感地带。就全国而言，干低温和雨雪灾害的发生频次和受灾面积呈现长期上升趋势，而雪灾则在前后冬有相反趋势，其受灾面积的上升趋势主要来自1月，发生频次的减少趋势来自3月；干低温和雨雪灾害的灾情指数年代际变率在2000年之后波动增加，而雪灾则在2000年之前变率较大；大部分低温灾种（除雪灾）发生频次的年际变率在2005年后均有显著增加。单一灾种中，仅降温受灾面积有显著的上升趋势，主要归因于1月。复合灾种中，降温与湿低温的组合呈显著上升趋势。
基于1980～2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字记录，结合高精度再分析资料NASA MERRA2，构建了我国低温灾害（低温、降温、冰冻、雨雪、雪灾）的精细化格点数据，采用线性趋势分析、集合经验模态分解（EEMD）和小波分析等方法研究了我国低温灾害的时空分布特征，初步描绘了我国低温灾害图谱。研究表明：干低温灾害（低温、降温、冰冻）往往不是单一灾种致灾，而湿低温灾害（雨雪、雪灾）多为单一灾种致灾。不同灾种的发生频次具有显著的区域和季节内差异：1月低温的致灾范围最广，发生频次由南向北呈现“高—低—次高”的三极型分布；降温灾害在12月发生频次最多，呈“东高西低”分布；雨雪灾害在1～2月的南方地区发生最多；雪灾发生频次明显多于前四个灾种，多分布在牧区等高敏感地带。就全国而言，干低温和雨雪灾害的发生频次和受灾面积呈现长期上升趋势，而雪灾则在前后冬有相反趋势，其受灾面积的上升趋势主要来自1月，发生频次的减少趋势来自3月；干低温和雨雪灾害的灾情指数年代际变率在2000年之后波动增加，而雪灾则在2000年之前变率较大；大部分低温灾种（除雪灾）发生频次的年际变率在2005年后均有显著增加。单一灾种中，仅降温受灾面积有显著的上升趋势，主要归因于1月。复合灾种中，降温与湿低温的组合呈显著上升趋势。
2023, 47(5): 1375-1387.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21138
摘要:
为进一步提高雾中能见度的预报准确度，本文基于安徽黄山站2008年4～7月、2009年5～8月、2011年5～9月和湖北恩施山顶站2009年1～3月的雾微物理等观测资料，建立了新的雾中能见度诊断方案，并加以检验。首先，对已有的能见度诊断方案进行比较，验证了能见度方案同时包含数浓度和含水量的重要性。其次，在已有的方案中，能见度与微物理量之间函数关系式的系数往往取作常数，但研究发现这些系数与微物理量本身紧密相关。先利用黄山2008年一半的雾观测数据建立了拟合系数与数浓度之间的关系，改进了能见度的诊断方案。然后把黄山2008年另一半、2009、2011年和恩施2009年的数据作为独立数据，对改进后新方案进行验证，结果均表明新方案能更好地计算能见度。
为进一步提高雾中能见度的预报准确度，本文基于安徽黄山站2008年4～7月、2009年5～8月、2011年5～9月和湖北恩施山顶站2009年1～3月的雾微物理等观测资料，建立了新的雾中能见度诊断方案，并加以检验。首先，对已有的能见度诊断方案进行比较，验证了能见度方案同时包含数浓度和含水量的重要性。其次，在已有的方案中，能见度与微物理量之间函数关系式的系数往往取作常数，但研究发现这些系数与微物理量本身紧密相关。先利用黄山2008年一半的雾观测数据建立了拟合系数与数浓度之间的关系，改进了能见度的诊断方案。然后把黄山2008年另一半、2009、2011年和恩施2009年的数据作为独立数据，对改进后新方案进行验证，结果均表明新方案能更好地计算能见度。
2023, 47(5): 1388-1404.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21144
摘要:
亚洲季风降水的季节演变对亚洲农业生产和社会经济有重要的影响。本文通过与观测资料对比，评估了中国科学院大气物理研究所研发的最新版本的气候系统模式FGOALS-g3相对于上一版本FGOALS-g2对亚洲季风降水季节演变的模拟能力，并通过与FGOALS-g3海温驱动的大气模式结果对比，研究海气相互作用对季风降水量年循环模拟的影响。结果表明，FGOALS-g3提高了对南亚和西北太平洋降水量年循环的模拟能力，部分源于大气模式的改进，但对其他区域模拟性能改进不明显。FGOALS-g3对西北太平洋季风爆发、撤退、峰值和持续时间、阿拉伯海东部季风撤退和持续时间以及印度半岛至中国南海季风峰值时间的模拟偏差有所改进，且考虑模式自身海气耦合过程后，可显著改善西北太平洋区域降水量年循环等模拟偏差。与FGOALS-g2相比，在南亚和中南半岛区域，FGOALS-g3模拟的季风爆发更晚，这是由非洲大陆降水量干偏差导致索马里越赤道急流减弱，加剧该区域5月负降水量偏差导致。在西北太平洋，FGOALS-g3显著改善了季风爆发西侧推迟而东侧提前的模拟偏差，原因是太平洋东暖西冷的海温偏差显著减小，局地Hadley环流增强，在该区域产生异常下沉运动，减小了西侧1月降水量湿偏差，使5月相对于1月的降水量增加，而东侧5月降水量与1月降水量的干偏差得以互相抵消。研究表明热带大尺度海温型模拟偏差的改进对提高亚洲季风降水量年循环的模拟能力有重要作用。
亚洲季风降水的季节演变对亚洲农业生产和社会经济有重要的影响。本文通过与观测资料对比，评估了中国科学院大气物理研究所研发的最新版本的气候系统模式FGOALS-g3相对于上一版本FGOALS-g2对亚洲季风降水季节演变的模拟能力，并通过与FGOALS-g3海温驱动的大气模式结果对比，研究海气相互作用对季风降水量年循环模拟的影响。结果表明，FGOALS-g3提高了对南亚和西北太平洋降水量年循环的模拟能力，部分源于大气模式的改进，但对其他区域模拟性能改进不明显。FGOALS-g3对西北太平洋季风爆发、撤退、峰值和持续时间、阿拉伯海东部季风撤退和持续时间以及印度半岛至中国南海季风峰值时间的模拟偏差有所改进，且考虑模式自身海气耦合过程后，可显著改善西北太平洋区域降水量年循环等模拟偏差。与FGOALS-g2相比，在南亚和中南半岛区域，FGOALS-g3模拟的季风爆发更晚，这是由非洲大陆降水量干偏差导致索马里越赤道急流减弱，加剧该区域5月负降水量偏差导致。在西北太平洋，FGOALS-g3显著改善了季风爆发西侧推迟而东侧提前的模拟偏差，原因是太平洋东暖西冷的海温偏差显著减小，局地Hadley环流增强，在该区域产生异常下沉运动，减小了西侧1月降水量湿偏差，使5月相对于1月的降水量增加，而东侧5月降水量与1月降水量的干偏差得以互相抵消。研究表明热带大尺度海温型模拟偏差的改进对提高亚洲季风降水量年循环的模拟能力有重要作用。
2023, 47(5): 1405-1420.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21154
摘要:
本文利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中22个全球气候模式试验数据，通过MR评分（Comprehensive Rating Metrics）方法进行评估，择优选取了GFDL-CM4、EC-Earth3、MIROC6等10个模式，使用这些模式在SSP245和SSP585两种共享社会经济路径（SSPs）下的预估试验数据，对未来30年（2021～2050年）长江流域夏季降水，特别是极端降水事件的时空演变特征，进行了预估。结果显示，两种不同排放情景下，相对于1980～2010年的平均，流域总降水量（PRCPTOT）、降水强度（SDII）均呈现显著增加趋势，特别是在上游高原和中下游平原地区；降水频次（R1mm）上游减少，中下游增加，二者相抵导致了流域降水频次整体变化不明显；强降水量（R95p）增加约9.6％、16.5%（SSP245、SSP585），极端降水量（R99p）增加约10.2％、15.5%，最大5日降水量（RX5day）也为增长趋势；连续无降水日数（CDD）在整个流域呈现增多，特别是上游地区。两种排放情景相比较，高情景（SSP585）下的变化强度要比中低情景（SSP245）大。这些结果意味着，未来30年长江流域降水气候可能变得更为极端，不仅总降水量增加，暴雨、大暴雨易于出现，而且连续无雨日长度也增加，干旱变得更为频繁。特别地，中下游地区要警惕发生极端暴雨、极端洪涝的风险，而上游地区要警惕发生干旱、极端干旱的风险。
本文利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中22个全球气候模式试验数据，通过MR评分（Comprehensive Rating Metrics）方法进行评估，择优选取了GFDL-CM4、EC-Earth3、MIROC6等10个模式，使用这些模式在SSP245和SSP585两种共享社会经济路径（SSPs）下的预估试验数据，对未来30年（2021～2050年）长江流域夏季降水，特别是极端降水事件的时空演变特征，进行了预估。结果显示，两种不同排放情景下，相对于1980～2010年的平均，流域总降水量（PRCPTOT）、降水强度（SDII）均呈现显著增加趋势，特别是在上游高原和中下游平原地区；降水频次（R1mm）上游减少，中下游增加，二者相抵导致了流域降水频次整体变化不明显；强降水量（R95p）增加约9.6％、16.5%（SSP245、SSP585），极端降水量（R99p）增加约10.2％、15.5%，最大5日降水量（RX5day）也为增长趋势；连续无降水日数（CDD）在整个流域呈现增多，特别是上游地区。两种排放情景相比较，高情景（SSP585）下的变化强度要比中低情景（SSP245）大。这些结果意味着，未来30年长江流域降水气候可能变得更为极端，不仅总降水量增加，暴雨、大暴雨易于出现，而且连续无雨日长度也增加，干旱变得更为频繁。特别地，中下游地区要警惕发生极端暴雨、极端洪涝的风险，而上游地区要警惕发生干旱、极端干旱的风险。
2023, 47(5): 1421-1433.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21166
摘要:
2020年岁末至2021年初前后两次强寒潮侵入我国，引起大范围的强烈而持续的降温。本文对于其相应的环流特点及成因进行了分析研究，主要结论是：（1）从环流形势看，两次寒潮的发展过程，都是属于“横槽转竖”的类型。但是，自2020年的12月中旬至第二次寒潮结束，乌拉尔地区始终维持着宽广的高压脊（阻高），并未出现阻塞崩溃或不连续后退的现象。这与多数东亚地区寒潮爆发时的环流特点有差别。（2）乌拉尔阻塞高压及其脊前北风的加强和维持，使其前侧的斜压性大大加强。下游槽底的等高线日益密集，冷平流也不断发展，增强和向南推进。这些都推动了西伯利亚高压的加强和南扩。（3）在两次寒潮过程发生之前，源自0°E附近的低频静止波能量向东传播，有利于乌拉尔高压脊的维持、加强以及其下游低槽发展，为冷空气的向南爆发提供有利条件。
2020年岁末至2021年初前后两次强寒潮侵入我国，引起大范围的强烈而持续的降温。本文对于其相应的环流特点及成因进行了分析研究，主要结论是：（1）从环流形势看，两次寒潮的发展过程，都是属于“横槽转竖”的类型。但是，自2020年的12月中旬至第二次寒潮结束，乌拉尔地区始终维持着宽广的高压脊（阻高），并未出现阻塞崩溃或不连续后退的现象。这与多数东亚地区寒潮爆发时的环流特点有差别。（2）乌拉尔阻塞高压及其脊前北风的加强和维持，使其前侧的斜压性大大加强。下游槽底的等高线日益密集，冷平流也不断发展，增强和向南推进。这些都推动了西伯利亚高压的加强和南扩。（3）在两次寒潮过程发生之前，源自0°E附近的低频静止波能量向东传播，有利于乌拉尔高压脊的维持、加强以及其下游低槽发展，为冷空气的向南爆发提供有利条件。
2023, 47(5): 1434-1450.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21178
摘要:
中尺度涡旋是引发强降水等一系列气象灾害的重要天气系统之一，中尺度涡旋识别是对其进行研究的重要基础。目前，如何客观准确地识别中尺度涡旋并对其进行较全面的评估仍是一项充满挑战的任务。本文从我国中尺度涡旋的基本特征出发，提出了一种基于风场和相对涡度场的涡旋识别标准并发展了适用于高分辨率格点数据的中尺度涡旋客观识别算法。该算法能准确识别出中尺度气旋性环流并定位涡旋中心，较现有常规中尺度涡旋识别方法而言，具有误判率低、定位精度高等特点。本文将该客观识别算法应用于长江流域频发的3类中尺度涡旋（高原涡、西南涡、大别山涡）的识别中，结果表明对于不同时间段、不同分辨率的再分析资料（逐6小时的0.5°×0.5°NCEP CFSR再分析资料、逐小时的0.25°×0.25°ERA5再分析资料），本识别算法对3类中尺度涡旋均有较好的识别效果。本文基于1979～2020年共42年暖季（5～9月）大别山涡的数据集（共计36357时次）对新发展的中尺度涡旋客观识别算法进行了定量评估，结果表明本算法能够长期稳定地识别涡旋，42年的平均命中率为95.5%。此外，本文提出了涡旋连续性判定和三维追踪方案，较现有常规中尺度涡旋追踪方法具有显著优势。
中尺度涡旋是引发强降水等一系列气象灾害的重要天气系统之一，中尺度涡旋识别是对其进行研究的重要基础。目前，如何客观准确地识别中尺度涡旋并对其进行较全面的评估仍是一项充满挑战的任务。本文从我国中尺度涡旋的基本特征出发，提出了一种基于风场和相对涡度场的涡旋识别标准并发展了适用于高分辨率格点数据的中尺度涡旋客观识别算法。该算法能准确识别出中尺度气旋性环流并定位涡旋中心，较现有常规中尺度涡旋识别方法而言，具有误判率低、定位精度高等特点。本文将该客观识别算法应用于长江流域频发的3类中尺度涡旋（高原涡、西南涡、大别山涡）的识别中，结果表明对于不同时间段、不同分辨率的再分析资料（逐6小时的0.5°×0.5°NCEP CFSR再分析资料、逐小时的0.25°×0.25°ERA5再分析资料），本识别算法对3类中尺度涡旋均有较好的识别效果。本文基于1979～2020年共42年暖季（5～9月）大别山涡的数据集（共计36357时次）对新发展的中尺度涡旋客观识别算法进行了定量评估，结果表明本算法能够长期稳定地识别涡旋，42年的平均命中率为95.5%。此外，本文提出了涡旋连续性判定和三维追踪方案，较现有常规中尺度涡旋追踪方法具有显著优势。
2023, 47(5): 1451-1465.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21180
摘要:
本文利用飞机云物理探测系统观测数据，分析了2017年河北南部一次暖锋影响下的降雪云系微物理特征。受到西南涡暖锋暖湿输送带WCB（Warm Conveyor Belt）的影响，降雪前期云系可分为三层结构，上层为比较稀疏的冰云，冰雪晶单晶为主且粒径较小；中间层云厚与暖输送带厚度相当（0.9 km），其中液态水含量最大可达0.51 g m−3，冰晶非常稀少，云内液态含水量廓线与绝热含水量非常接近；下层云为纯冰云，冰雪晶粒子数浓度比云系上部高两个量级，粒子谱宽显著大于云系上部，冰雪晶粒子形状以柱状、柱状束和霰粒子为主，霰粒子是云系高层的单晶在过冷水丰富的云层中凇附增长下落形成的，并通过Hallett-Mossop繁生机制产生大量柱状冰晶。暖湿输送带中丰富的过冷水对降雪前期冰晶凇附、繁生等微物理过程有极为重要的影响。降雪后期，700 hPa急流轴移出观测区，云系垂直混合较为均匀，此时云中观测到的粒子以片状冰雪晶为主，在云系上部片状聚合体粒径较小，越向下片状聚合体粒径越大，体现了冰雪晶粒子在下落过程中的碰连增长。
本文利用飞机云物理探测系统观测数据，分析了2017年河北南部一次暖锋影响下的降雪云系微物理特征。受到西南涡暖锋暖湿输送带WCB（Warm Conveyor Belt）的影响，降雪前期云系可分为三层结构，上层为比较稀疏的冰云，冰雪晶单晶为主且粒径较小；中间层云厚与暖输送带厚度相当（0.9 km），其中液态水含量最大可达0.51 g m−3，冰晶非常稀少，云内液态含水量廓线与绝热含水量非常接近；下层云为纯冰云，冰雪晶粒子数浓度比云系上部高两个量级，粒子谱宽显著大于云系上部，冰雪晶粒子形状以柱状、柱状束和霰粒子为主，霰粒子是云系高层的单晶在过冷水丰富的云层中凇附增长下落形成的，并通过Hallett-Mossop繁生机制产生大量柱状冰晶。暖湿输送带中丰富的过冷水对降雪前期冰晶凇附、繁生等微物理过程有极为重要的影响。降雪后期，700 hPa急流轴移出观测区，云系垂直混合较为均匀，此时云中观测到的粒子以片状冰雪晶为主，在云系上部片状聚合体粒径较小，越向下片状聚合体粒径越大，体现了冰雪晶粒子在下落过程中的碰连增长。
2023, 47(5): 1466-1480.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21184
摘要:
由于受到东亚副热带夏季风复杂变化的影响，华北夏季降水的年际变化预测一直是我国季节气候预测的难点。本文采用1979～2020年中国站点日降水数据和CRA-40大气再分析资料，通过谐波分解、MV-EOF分析等统计方法，研究了东亚副热带季风季节循环年际变化对华北夏季降水的影响。结果表明：在气候态上，华北降水相关的季节循环在850 hPa风场上主要表现为东南风和西南风主导两种模态，其中，西南风主导的降水在7月初达到峰值，而东南风主导的降水在7月底达到峰值。在年际尺度上，季节循环前两个主模态中的华北降水虽然表现为区域一致性变化特点，但在夏季先后受到西南风和东南风的影响。通过对季节循环华北夏季风雨季的开始时间（P1）、峰值时间（P2）、结束时间（P3）、持续时间（Dur）和振幅（Amp）与夏季（6～8月）降水年际变化分析，我们发现东南风主导的季节循环的P1、P3和Amp与华北夏季降水异常呈显著正相关，而P2和Dur与华北夏季降水异常呈负相关。西南风主导的季节循环的P2、P3和Amp与华北夏季降水异常均呈显著正相关。其中，东南风季节循环的位相（P1、P2、P3）变化与夏季西南风的强度有关，而其幅度（Amp）变化主要取决于东南风的强度。由于东南风主导的夏季降水开始于每年的4～5月份，其建立的早晚为6～8月夏季降水的季节预测提供了一个新的参考指标。
由于受到东亚副热带夏季风复杂变化的影响，华北夏季降水的年际变化预测一直是我国季节气候预测的难点。本文采用1979～2020年中国站点日降水数据和CRA-40大气再分析资料，通过谐波分解、MV-EOF分析等统计方法，研究了东亚副热带季风季节循环年际变化对华北夏季降水的影响。结果表明：在气候态上，华北降水相关的季节循环在850 hPa风场上主要表现为东南风和西南风主导两种模态，其中，西南风主导的降水在7月初达到峰值，而东南风主导的降水在7月底达到峰值。在年际尺度上，季节循环前两个主模态中的华北降水虽然表现为区域一致性变化特点，但在夏季先后受到西南风和东南风的影响。通过对季节循环华北夏季风雨季的开始时间（P1）、峰值时间（P2）、结束时间（P3）、持续时间（Dur）和振幅（Amp）与夏季（6～8月）降水年际变化分析，我们发现东南风主导的季节循环的P1、P3和Amp与华北夏季降水异常呈显著正相关，而P2和Dur与华北夏季降水异常呈负相关。西南风主导的季节循环的P2、P3和Amp与华北夏季降水异常均呈显著正相关。其中，东南风季节循环的位相（P1、P2、P3）变化与夏季西南风的强度有关，而其幅度（Amp）变化主要取决于东南风的强度。由于东南风主导的夏季降水开始于每年的4～5月份，其建立的早晚为6～8月夏季降水的季节预测提供了一个新的参考指标。
2023, 47(5): 1481-1494.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.21202
摘要:
应用1989～2018年6～8月ERA-interim再分析资料，在西南涡之九龙涡新定义的基础上，通过观测、诊断、合成分析，深入研究了川西高原涡源子区域1和子区域2源地型、偏东型、东北型、偏南型九龙涡的水汽输送、热力特征及其变化。结果表明：（1）夏季九龙涡水汽主要来源于印度洋，受多尺度系统协同作用影响，源地型、偏东型、东北型生成区主要为西南水汽输送，偏南型则为西北水汽输送。伴随九龙涡生成，生成区水汽辐合逐渐加强，结束时次，移动型九龙涡在对应的移动方向下游具有异常的水汽通量辐合。（2）九龙涡涡区主要为热量消耗，其中源地型九龙涡热量消耗较大且无充足补给成为其消亡的原因之一，初生时次低层（高层）水汽消耗（增加），但发展后均为消耗；子区域1（子区域2）下垫面、环流影响复杂（简单），视热源、视水汽汇项垂直分布多样（单一），具有多个（一个）极值中心；辐射冷却和小尺度涡旋垂直输送可使视热源项中心高于视水汽汇项中心。（3）九龙涡的视热源、视水汽汇的大值区主要位于低涡东北部，且视水汽汇强于视热源，分别对应低涡强对流区和强夜发性；移动型的视热源和视水汽汇分布及变化一般都强于源地型，其中，子区域1的东北型、偏南型始终保持较强分布，子区域2的移动型和源地型初生时次差异不大，结束时次东北型显著增强。（4）源地型低涡的消亡最先表现为视水汽汇在低涡外围的减弱，而偏东型、东北型则在移动方向扩展、增强，形成视热源、水汽汇大值区，分别预示着九龙涡的减弱消亡和发展移动；偏南型西南侧有一热源大值系统，可能成为其偏南移出的外强迫因素。综上，区域和环境水汽、大气热力条件等异常变化与九龙涡演变密切相关，两者可能是九龙涡生成、消亡、发展、移动的重要原因。
应用1989～2018年6～8月ERA-interim再分析资料，在西南涡之九龙涡新定义的基础上，通过观测、诊断、合成分析，深入研究了川西高原涡源子区域1和子区域2源地型、偏东型、东北型、偏南型九龙涡的水汽输送、热力特征及其变化。结果表明：（1）夏季九龙涡水汽主要来源于印度洋，受多尺度系统协同作用影响，源地型、偏东型、东北型生成区主要为西南水汽输送，偏南型则为西北水汽输送。伴随九龙涡生成，生成区水汽辐合逐渐加强，结束时次，移动型九龙涡在对应的移动方向下游具有异常的水汽通量辐合。（2）九龙涡涡区主要为热量消耗，其中源地型九龙涡热量消耗较大且无充足补给成为其消亡的原因之一，初生时次低层（高层）水汽消耗（增加），但发展后均为消耗；子区域1（子区域2）下垫面、环流影响复杂（简单），视热源、视水汽汇项垂直分布多样（单一），具有多个（一个）极值中心；辐射冷却和小尺度涡旋垂直输送可使视热源项中心高于视水汽汇项中心。（3）九龙涡的视热源、视水汽汇的大值区主要位于低涡东北部，且视水汽汇强于视热源，分别对应低涡强对流区和强夜发性；移动型的视热源和视水汽汇分布及变化一般都强于源地型，其中，子区域1的东北型、偏南型始终保持较强分布，子区域2的移动型和源地型初生时次差异不大，结束时次东北型显著增强。（4）源地型低涡的消亡最先表现为视水汽汇在低涡外围的减弱，而偏东型、东北型则在移动方向扩展、增强，形成视热源、水汽汇大值区，分别预示着九龙涡的减弱消亡和发展移动；偏南型西南侧有一热源大值系统，可能成为其偏南移出的外强迫因素。综上，区域和环境水汽、大气热力条件等异常变化与九龙涡演变密切相关，两者可能是九龙涡生成、消亡、发展、移动的重要原因。
2023, 47(5): 1495-1509.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.21211
摘要:
2020年8月2日和18日（简称8∙2和8∙18过程）中国西天山新源站出现短时强降水，应用自动气象站、GPS/MET水汽探测仪、二维视频雨滴谱仪、风云2G静止卫星等高时空分辨率观测资料，研究降水过程的环流背景和雨滴谱特征。结果表明：（1）两次过程均是在中亚低涡有利的背景下产生短时强降水，8∙2过程降水阶段性强，由低涡前部西风气流中生成的孤立β中尺度对流系统（Mesoscale convective system，MCS）造成，水汽源自低涡本身，水汽输送和辐合相对弱；8∙18过程持续100 min阶段性不明显，由低涡层云中β中尺度MCS造成，水汽不仅来自于低涡而且还有新疆以外充沛水汽输送。（2）两次短时强降水天气雨滴谱特征有明显差异。两次过程雨滴粒子直径（Dm）＜2 mm的粒子频数占比约为97%左右，即降水过程小粒子占绝大多数。8∙2过程Dm＜2 mm 粒子对降水量贡献达66.75%，Dm超过4 mm的大粒子对瞬时强雨强贡献大，对流降水粒子谱分散，既有粒子大、浓度小的雨滴，又有粒子小、浓度高的雨滴；而8∙18过程Dm＜2 mm 粒子对降水量贡献达86.34%，其中Dm为1～2 mm粒子对降水量贡献达71.99%，且无Dm＞4 mm 粒子，对流降水粒子谱相对集中，Dm＞2 mm粒子远少于8∙2过程，水平极化雷达反射率（ZH）、差分反射率因子（ZDR）和差分相移率（KDP）平均值和最大值比8∙2过程均明显偏小。（3）应用2020～2021年夏季探测资料研究对流性降水雨滴谱，对流性降水雨滴谱特征年际差异大，呈雨滴粒子大、浓度低特征，表现出大陆性对流降水性质，ZDR和KDP比季风区对流降水明显偏小，加入偏振量的R (ZH, ZDR)、R (KDP, ZDR)拟合关系明显好于R (ZH)、R (KDP)关系。
2020年8月2日和18日（简称8∙2和8∙18过程）中国西天山新源站出现短时强降水，应用自动气象站、GPS/MET水汽探测仪、二维视频雨滴谱仪、风云2G静止卫星等高时空分辨率观测资料，研究降水过程的环流背景和雨滴谱特征。结果表明：（1）两次过程均是在中亚低涡有利的背景下产生短时强降水，8∙2过程降水阶段性强，由低涡前部西风气流中生成的孤立β中尺度对流系统（Mesoscale convective system，MCS）造成，水汽源自低涡本身，水汽输送和辐合相对弱；8∙18过程持续100 min阶段性不明显，由低涡层云中β中尺度MCS造成，水汽不仅来自于低涡而且还有新疆以外充沛水汽输送。（2）两次短时强降水天气雨滴谱特征有明显差异。两次过程雨滴粒子直径（Dm）＜2 mm的粒子频数占比约为97%左右，即降水过程小粒子占绝大多数。8∙2过程Dm＜2 mm 粒子对降水量贡献达66.75%，Dm超过4 mm的大粒子对瞬时强雨强贡献大，对流降水粒子谱分散，既有粒子大、浓度小的雨滴，又有粒子小、浓度高的雨滴；而8∙18过程Dm＜2 mm 粒子对降水量贡献达86.34%，其中Dm为1～2 mm粒子对降水量贡献达71.99%，且无Dm＞4 mm 粒子，对流降水粒子谱相对集中，Dm＞2 mm粒子远少于8∙2过程，水平极化雷达反射率（ZH）、差分反射率因子（ZDR）和差分相移率（KDP）平均值和最大值比8∙2过程均明显偏小。（3）应用2020～2021年夏季探测资料研究对流性降水雨滴谱，对流性降水雨滴谱特征年际差异大，呈雨滴粒子大、浓度低特征，表现出大陆性对流降水性质，ZDR和KDP比季风区对流降水明显偏小，加入偏振量的R (ZH, ZDR)、R (KDP, ZDR)拟合关系明显好于R (ZH)、R (KDP)关系。
2023, 47(5): 1510-1524.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21216
摘要:
本文基于高分辨率数值模式模拟结果分析了不同强度的环境垂直风切变影响下热带气旋外核区近地面冷池特征。结果表明：外核区对流性和非对流性冷池在不同切变环境中表现出相似的特征。两类冷池均伴随局地位温、相当位温和水汽混合比的降低和近地面高压扰动，冷池厚度通常低于400 m，平均强度4～6 m s−1，均远小于中尺度对流系统冷池，其中非对流性冷池的厚度和强度显著大于对流性冷池，表明外核区不同类型的冷池强度主要取决于冷池厚度。冷池内普遍存在下沉运动，对流性冷池中向下垂直质量输送约为非对流冷池的两倍。下沉运动导致冷池局地高压的主要原因为云下降水粒子的蒸发冷却和雨滴拖曳作用，对流云中的凝结潜热释放则不利于地面高压发展，其中对流性冷池中次云层蒸发冷却和降水拖曳作用较强，导致该类冷池地面增压也较大。不同强度的环境垂直风切变对不同类型冷池特征也有一定影响。弱切变环境中外核区冷池多表现为尺度较小且分布离散的对流性冷池，随切变增强，冷池总数目和对流性冷池数目减少，而尺度较大且多位于层云降水区域的非对流性冷池增多，同时厚度加深、强度增强。环境风切变增大还导致对流性和非对流性冷池造成的局地辐散出流均有所减弱但气旋式流速增强。
本文基于高分辨率数值模式模拟结果分析了不同强度的环境垂直风切变影响下热带气旋外核区近地面冷池特征。结果表明：外核区对流性和非对流性冷池在不同切变环境中表现出相似的特征。两类冷池均伴随局地位温、相当位温和水汽混合比的降低和近地面高压扰动，冷池厚度通常低于400 m，平均强度4～6 m s−1，均远小于中尺度对流系统冷池，其中非对流性冷池的厚度和强度显著大于对流性冷池，表明外核区不同类型的冷池强度主要取决于冷池厚度。冷池内普遍存在下沉运动，对流性冷池中向下垂直质量输送约为非对流冷池的两倍。下沉运动导致冷池局地高压的主要原因为云下降水粒子的蒸发冷却和雨滴拖曳作用，对流云中的凝结潜热释放则不利于地面高压发展，其中对流性冷池中次云层蒸发冷却和降水拖曳作用较强，导致该类冷池地面增压也较大。不同强度的环境垂直风切变对不同类型冷池特征也有一定影响。弱切变环境中外核区冷池多表现为尺度较小且分布离散的对流性冷池，随切变增强，冷池总数目和对流性冷池数目减少，而尺度较大且多位于层云降水区域的非对流性冷池增多，同时厚度加深、强度增强。环境风切变增大还导致对流性和非对流性冷池造成的局地辐散出流均有所减弱但气旋式流速增强。
2023, 47(5): 1525-1540.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.21235
摘要:
本文对飞机积冰概率预报方法进行了优化，该算法主要基于对流可分辨率数值模式输出的温湿层结结构进行计算，可输出高时空分辨率，且符合中国积冰情况的积冰潜势。相较于原始算法，从云层判断、对流云积冰、隶属函数三方面进行了优化。首先，优化后算法采用了更切合中国积冰分布的隶属函数。其次，使用随高度变化而变化的相对湿度阈值来判断云层，可以有效减少低层云和高层云的空报、中层云的漏报。第三，增加对流云中积冰条件的预报，进一步提高积冰潜势算法的预报准确率。通过对近600份国内飞机积冰报告的系统性检验评估，结果表明优化后的潜势预报方法在高阈值与低阈值区间预报效果均优于原始预报方法及传统IC算法。通过2020年3月陕西中南部的三次飞机飞机积冰场外探测个例检验，不仅对积冰条件的有无预报准确，而且在积冰强度方面也符合实际观测结果。
本文对飞机积冰概率预报方法进行了优化，该算法主要基于对流可分辨率数值模式输出的温湿层结结构进行计算，可输出高时空分辨率，且符合中国积冰情况的积冰潜势。相较于原始算法，从云层判断、对流云积冰、隶属函数三方面进行了优化。首先，优化后算法采用了更切合中国积冰分布的隶属函数。其次，使用随高度变化而变化的相对湿度阈值来判断云层，可以有效减少低层云和高层云的空报、中层云的漏报。第三，增加对流云中积冰条件的预报，进一步提高积冰潜势算法的预报准确率。通过对近600份国内飞机积冰报告的系统性检验评估，结果表明优化后的潜势预报方法在高阈值与低阈值区间预报效果均优于原始预报方法及传统IC算法。通过2020年3月陕西中南部的三次飞机飞机积冰场外探测个例检验，不仅对积冰条件的有无预报准确，而且在积冰强度方面也符合实际观测结果。
2023, 47(5): 1541-1556.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21242
摘要:
对流尺度数值预报对初始场的微小扰动非常敏感，且初始扰动的演变具有模式依赖、环流依赖和尺度依赖特征，如何构建合理的初始扰动场是国内外对流尺度集合预报领域尚未解决的难点问题和研究前沿。本文基于中国气象局3 km水平分辨率的GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）对流尺度模式，利用其同化分析系统的背景误差和一个二维随机型，构建大、中、小三个尺度的初始扰动场，并选取中国夏季一次典型的多区域强降水天气个例，开展对流尺度集合预报试验，对比分析了大、中、小尺度初始扰动能量的时空演变和谱分解特征，以期为构建适用于GRAPES对流尺度集合预报的初始扰动场提供依据。研究结果表明，在GRAPES 3 km对流尺度模式中：（1）大、中、小尺度初始扰动总能量的增长过程具有明显差异。大尺度初始扰动总能量随着模式积分呈增长趋势，尤以对流层中高层的持续增长为甚；而中、小尺度初始扰动总能量随着模式积分以日变化为主，表现为下午至傍晚（夜晚至清晨），扰动总能量显著增加（减小），且扰动总能量小尺度分量的日变化占主导，这可能是由于太阳辐射引起地表加热，使得白天的对流活动比夜晚活跃，且对流直接影响了扰动总能量小尺度分量的变化。此外，大、中、小尺度初始扰动总能量增长均以扰动动能增长为主，扰动位能在对流层低层的增长不可忽略。（2）大、中、小尺度初始扰动总能量增长具有环流依赖特征。对北支气流控制的中高纬天气区，在斜压不稳定较强的低槽区，大尺度初始扰动总能量增长突出，而在槽后西北气流区，大、中、小尺度初始扰动总能量均不增长；对南北气流交汇区，仍以大尺度初始扰动总能量增长最为明显；对南海夏季风影响区，大、中、小尺度初始扰动总能量发展均较弱，扰动位能增长与区域降水大值率演变有较好的对应关系。（3）大、中、小尺度初始扰动总能量的谱分析结果显示，不同积分时段扰动总能量的多尺度串级特征有差异。积分前3 h主要为扰动总能量的大尺度分量向小尺度分量降尺度串级，积分6 h后则为中、小尺度分量的升尺度串级。上述研究结果表明，在天气系统复杂、动力不稳定时空分布不均匀的区域（如中国区域）发展对流尺度集合预报时，有必要针对不同的不稳定天气区，构建具有尺度依赖和环流依赖的初始扰动结构。
对流尺度数值预报对初始场的微小扰动非常敏感，且初始扰动的演变具有模式依赖、环流依赖和尺度依赖特征，如何构建合理的初始扰动场是国内外对流尺度集合预报领域尚未解决的难点问题和研究前沿。本文基于中国气象局3 km水平分辨率的GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）对流尺度模式，利用其同化分析系统的背景误差和一个二维随机型，构建大、中、小三个尺度的初始扰动场，并选取中国夏季一次典型的多区域强降水天气个例，开展对流尺度集合预报试验，对比分析了大、中、小尺度初始扰动能量的时空演变和谱分解特征，以期为构建适用于GRAPES对流尺度集合预报的初始扰动场提供依据。研究结果表明，在GRAPES 3 km对流尺度模式中：（1）大、中、小尺度初始扰动总能量的增长过程具有明显差异。大尺度初始扰动总能量随着模式积分呈增长趋势，尤以对流层中高层的持续增长为甚；而中、小尺度初始扰动总能量随着模式积分以日变化为主，表现为下午至傍晚（夜晚至清晨），扰动总能量显著增加（减小），且扰动总能量小尺度分量的日变化占主导，这可能是由于太阳辐射引起地表加热，使得白天的对流活动比夜晚活跃，且对流直接影响了扰动总能量小尺度分量的变化。此外，大、中、小尺度初始扰动总能量增长均以扰动动能增长为主，扰动位能在对流层低层的增长不可忽略。（2）大、中、小尺度初始扰动总能量增长具有环流依赖特征。对北支气流控制的中高纬天气区，在斜压不稳定较强的低槽区，大尺度初始扰动总能量增长突出，而在槽后西北气流区，大、中、小尺度初始扰动总能量均不增长；对南北气流交汇区，仍以大尺度初始扰动总能量增长最为明显；对南海夏季风影响区，大、中、小尺度初始扰动总能量发展均较弱，扰动位能增长与区域降水大值率演变有较好的对应关系。（3）大、中、小尺度初始扰动总能量的谱分析结果显示，不同积分时段扰动总能量的多尺度串级特征有差异。积分前3 h主要为扰动总能量的大尺度分量向小尺度分量降尺度串级，积分6 h后则为中、小尺度分量的升尺度串级。上述研究结果表明，在天气系统复杂、动力不稳定时空分布不均匀的区域（如中国区域）发展对流尺度集合预报时，有必要针对不同的不稳定天气区，构建具有尺度依赖和环流依赖的初始扰动结构。
2023, 47(5): 1557-1575.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21222
摘要:
2020/2021年冬季，东亚地区的强冷空气过程多次爆发，持续强降温及伴随的大风、雨雪天气给人民生产生活造成了严重影响。利用日尺度大气环流格点数据和地面气温站点资料，从次季节变化角度揭示了西伯利亚高压的低频振荡特征及对三次全国型强冷空气过程（2020年12月13～15日、2020年12月29日至2021年1月1日、2021年1月6～8日）的重要影响。研究显示，2020/2021年冬季，西伯利亚高压和中国东部地区气温变化都表现出明显的准双周（10～30 d）和30～60 d低频振荡特征，并且低频特征在冬季前期明显强于冬季后期。但是，三次强冷空气过程中低频振荡的特征各不相同，其中，第一次过程中准双周振荡有显著的正贡献，但30～60 d低频振荡为负贡献；而第二次和第三次过程兼有准双周和30～60 d低频振荡的共同作用，尤其第三次过程处于这两个低频波段的最强时期，这也导致第三次冷空气过程的降温幅度最大、低温影响范围最广，西伯利亚高压也发展最强。10～30 d低频西伯利亚高压的增强超前一候（5天）左右对冷空气爆发和中国东部地区强降温均有显著的负相关关系，其中与冷空气爆发的关系超前1～2天最显著，与中国东部地区低温的关系超前2～3天最为显著。
2020/2021年冬季，东亚地区的强冷空气过程多次爆发，持续强降温及伴随的大风、雨雪天气给人民生产生活造成了严重影响。利用日尺度大气环流格点数据和地面气温站点资料，从次季节变化角度揭示了西伯利亚高压的低频振荡特征及对三次全国型强冷空气过程（2020年12月13～15日、2020年12月29日至2021年1月1日、2021年1月6～8日）的重要影响。研究显示，2020/2021年冬季，西伯利亚高压和中国东部地区气温变化都表现出明显的准双周（10～30 d）和30～60 d低频振荡特征，并且低频特征在冬季前期明显强于冬季后期。但是，三次强冷空气过程中低频振荡的特征各不相同，其中，第一次过程中准双周振荡有显著的正贡献，但30～60 d低频振荡为负贡献；而第二次和第三次过程兼有准双周和30～60 d低频振荡的共同作用，尤其第三次过程处于这两个低频波段的最强时期，这也导致第三次冷空气过程的降温幅度最大、低温影响范围最广，西伯利亚高压也发展最强。10～30 d低频西伯利亚高压的增强超前一候（5天）左右对冷空气爆发和中国东部地区强降温均有显著的负相关关系，其中与冷空气爆发的关系超前1～2天最显著，与中国东部地区低温的关系超前2～3天最为显著。
2023, 47(5): 1576-1592.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21257
摘要:
利用第二次青藏高原科学考察及其他数据，结合5层网格嵌套、高分辨率（最高333 m）的WRF（Weather Research and Forecasting）可分辨云数值模拟，研究了局地山谷风环流在青藏高原东南林芝地区2019年9月17～18日一次地形云和降水形成过程中的作用。结果表明，此次降水过程由西风槽天气过境造成，林芝位于西风槽底部，具有弱不稳定层结，云和降水过程呈现明显的午后、傍晚和凌晨三个阶段的变化特征，并且发现局地山谷风环流在这三个阶段的变化中具有重要作用。午后阶段，由于山区强烈的太阳辐射加热，首先产生明显的上坡风和强上谷风环流，在山坡迎风坡受阻挡抬升，并激发出强的地形波，产生了强对流云和降水；傍晚阶段，由于山脉强烈的长波辐射冷却效应，产生的强下坡风在谷底辐合抬升，促进了山谷上空的弱对流、层状云发展；凌晨阶段，下坡风达到最强，产生了强下谷风环流（山风），下坡风在谷底产生强烈的抬升作用，形成深厚的层状云降水过程。
利用第二次青藏高原科学考察及其他数据，结合5层网格嵌套、高分辨率（最高333 m）的WRF（Weather Research and Forecasting）可分辨云数值模拟，研究了局地山谷风环流在青藏高原东南林芝地区2019年9月17～18日一次地形云和降水形成过程中的作用。结果表明，此次降水过程由西风槽天气过境造成，林芝位于西风槽底部，具有弱不稳定层结，云和降水过程呈现明显的午后、傍晚和凌晨三个阶段的变化特征，并且发现局地山谷风环流在这三个阶段的变化中具有重要作用。午后阶段，由于山区强烈的太阳辐射加热，首先产生明显的上坡风和强上谷风环流，在山坡迎风坡受阻挡抬升，并激发出强的地形波，产生了强对流云和降水；傍晚阶段，由于山脉强烈的长波辐射冷却效应，产生的强下坡风在谷底辐合抬升，促进了山谷上空的弱对流、层状云发展；凌晨阶段，下坡风达到最强，产生了强下谷风环流（山风），下坡风在谷底产生强烈的抬升作用，形成深厚的层状云降水过程。
2023, 47(5): 1593-1610.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22060
摘要:
本文利用多种观测资料和ERA-5再分析资料对2021年7月11～13日（过程1）和2016年7月19～21日（过程2）华北地区两次低涡暴雨过程的降水特征和成因进行了对比分析。结果表明：这两次暴雨过程均发生在南亚高压东伸加强、副热带高压西伸北抬、中纬度西风带低涡系统东移北上发展、下游高压坝稳定维持的环流背景下，但过程1的累计雨量、降雨强度、影响范围、持续时间和极端性均不及过程2。两次过程的低空急流差异明显，过程1以低涡南侧的西南急流为主，过程2不仅西南急流更强，低涡北侧的偏东风急流同样显著，低层偏东风在太行山东麓地形的作用下产生了更明显的强降水。两次过程的低涡强度、结构及路径存在明显差别，过程1的低涡发展较为浅薄，仅在对流层中低层存在明显的正涡度，且在过程后期移动速度较快，一路沿太行山北上并最终在河北北部消散；而过程2的低涡更为深厚，后期在河北西南部稳定少动直至消散。两次过程的阶段性发展特征也存在一定差异，在第一阶段，过程1的低层辐合主要出现在低涡中心附近的山西南部至河南北部，而过程2的辐合主要出现在低涡北侧偏东风急流与地形交界处的河北西部地区；在第二阶段中，两次过程均出现了类似于台风螺旋雨带结构的低涡螺旋型对流雨带，但过程1主要出现在低涡东侧，而过程2主要发生在低涡北侧，这可能是由于水平涡度旋度、差动垂直涡度平流、暖平流以及非绝热加热的分布差异导致的；在第三阶段，过程1的低涡已移至华北北部，低涡中心附近的强辐合配合不稳定层结和地形抬升产生了较强降雨；而过程2的低涡仍然位于河北西部，低涡东北侧的暖切变辐合不及过程1，但对流不稳定层结更深厚，从而产生了更强的垂直上升运动及更强的降雨。上述结论有助于理解两次暴雨过程的时空分布和强度差异及可能成因。
本文利用多种观测资料和ERA-5再分析资料对2021年7月11～13日（过程1）和2016年7月19～21日（过程2）华北地区两次低涡暴雨过程的降水特征和成因进行了对比分析。结果表明：这两次暴雨过程均发生在南亚高压东伸加强、副热带高压西伸北抬、中纬度西风带低涡系统东移北上发展、下游高压坝稳定维持的环流背景下，但过程1的累计雨量、降雨强度、影响范围、持续时间和极端性均不及过程2。两次过程的低空急流差异明显，过程1以低涡南侧的西南急流为主，过程2不仅西南急流更强，低涡北侧的偏东风急流同样显著，低层偏东风在太行山东麓地形的作用下产生了更明显的强降水。两次过程的低涡强度、结构及路径存在明显差别，过程1的低涡发展较为浅薄，仅在对流层中低层存在明显的正涡度，且在过程后期移动速度较快，一路沿太行山北上并最终在河北北部消散；而过程2的低涡更为深厚，后期在河北西南部稳定少动直至消散。两次过程的阶段性发展特征也存在一定差异，在第一阶段，过程1的低层辐合主要出现在低涡中心附近的山西南部至河南北部，而过程2的辐合主要出现在低涡北侧偏东风急流与地形交界处的河北西部地区；在第二阶段中，两次过程均出现了类似于台风螺旋雨带结构的低涡螺旋型对流雨带，但过程1主要出现在低涡东侧，而过程2主要发生在低涡北侧，这可能是由于水平涡度旋度、差动垂直涡度平流、暖平流以及非绝热加热的分布差异导致的；在第三阶段，过程1的低涡已移至华北北部，低涡中心附近的强辐合配合不稳定层结和地形抬升产生了较强降雨；而过程2的低涡仍然位于河北西部，低涡东北侧的暖切变辐合不及过程1，但对流不稳定层结更深厚，从而产生了更强的垂直上升运动及更强的降雨。上述结论有助于理解两次暴雨过程的时空分布和强度差异及可能成因。
2023, 47(5): 1611-1625.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22110
摘要:
利用全国自动气象站降水观测资料和欧洲中期预报中心（ECMWF）的ERA-5再分析资料，分析了2021年7月19～22日河南极端暴雨过程中双低空急流对降水的影响。结果表明，此次降水过程中，天气尺度低空急流（SLLJ）随低涡的发展自西南向东北移动，风向由东南风转为偏南风；边界层急流（BLJ）存在偏东向东南风的偏转，且其强度具有夜间强白天弱的日变化特征。降水过程存在两类耦合方式，第一阶段[19日20时（北京时，下同）至20日18时]为偏东风BLJ（E-BLJ）与东南风SLLJ（SE-SLLJ）的耦合形势，第二阶段（20日18时至22日08时）为东南风BLJ（SE-BLJ）与偏南风SLLJ（S-SLLJ）的耦合形势，降水均发生在BLJ的出口区和SLLJ的入口区。E-BLJ与SE-SLLJ耦合时，E-BLJ出口处的强辐合叠加山脉的动力抬升作用使降水区域对流层低层大气辐合，SLLJ入口区和天气尺度低涡系统使对流层中层大气辐散，为中尺度对流的发展提供了强有力的抬升触发机制。由于E-BLJ的范围较小、强度较弱，因此E-BLJ和SE-SLLJ的耦合作用相对较弱，降水主要受SLLJ的显著影响。SE-BLJ与S-SLLJ耦合时，SE-BLJ出口区的辐合与SLLJ入口区的辐散增强了对流层低层的上升运动，对流层中层的中尺度辐合与高空急流入口区右侧的辐散进一步增强了对流层中高层的上升运动。受双低空急流的共同影响，中尺度对流系统的强度和高度强烈发展，促进了强降水的发生。两种耦合方式下，双低空急流的水汽输送对强降水均具有重要作用，第一阶段SLLJ的水汽输送作用明显，而第二阶段BLJ的作用更加显著。
利用全国自动气象站降水观测资料和欧洲中期预报中心（ECMWF）的ERA-5再分析资料，分析了2021年7月19～22日河南极端暴雨过程中双低空急流对降水的影响。结果表明，此次降水过程中，天气尺度低空急流（SLLJ）随低涡的发展自西南向东北移动，风向由东南风转为偏南风；边界层急流（BLJ）存在偏东向东南风的偏转，且其强度具有夜间强白天弱的日变化特征。降水过程存在两类耦合方式，第一阶段[19日20时（北京时，下同）至20日18时]为偏东风BLJ（E-BLJ）与东南风SLLJ（SE-SLLJ）的耦合形势，第二阶段（20日18时至22日08时）为东南风BLJ（SE-BLJ）与偏南风SLLJ（S-SLLJ）的耦合形势，降水均发生在BLJ的出口区和SLLJ的入口区。E-BLJ与SE-SLLJ耦合时，E-BLJ出口处的强辐合叠加山脉的动力抬升作用使降水区域对流层低层大气辐合，SLLJ入口区和天气尺度低涡系统使对流层中层大气辐散，为中尺度对流的发展提供了强有力的抬升触发机制。由于E-BLJ的范围较小、强度较弱，因此E-BLJ和SE-SLLJ的耦合作用相对较弱，降水主要受SLLJ的显著影响。SE-BLJ与S-SLLJ耦合时，SE-BLJ出口区的辐合与SLLJ入口区的辐散增强了对流层低层的上升运动，对流层中层的中尺度辐合与高空急流入口区右侧的辐散进一步增强了对流层中高层的上升运动。受双低空急流的共同影响，中尺度对流系统的强度和高度强烈发展，促进了强降水的发生。两种耦合方式下，双低空急流的水汽输送对强降水均具有重要作用，第一阶段SLLJ的水汽输送作用明显，而第二阶段BLJ的作用更加显著。
2023, 47(5): 1626-1640.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22116
摘要:
本文利用NCEP/NCAR、ECMWF大气环流资料以及四川盆地101站气象站点资料等，通过线性相关分析、合成分析等统计方法，分析了冬季四川盆地霾天气气候特征及其对应的关键环流系统和对前期青藏高原热力作用的响应。结果表明：冬季四川盆地季霾日数呈弱增加趋势；四川盆地三大城市群为冬季霾多发区。影响冬季四川盆地霾天气的关键环流系统是高低空正压结构的高度场正距平、异常下沉运动以及异常偏弱的西伯利亚高压；影响霾天气的关键环境条件为偏西北风异常控制、稳定大气层结易于建立、边界层高度偏低且相对湿度偏低。前期11月青藏高原关键区热力作用是影响冬季四川盆地霾天气频发的重要外强迫因子。当前期11月高原关键区热源指数偏低时，冬季阿留申低压及西伯利亚高压显著偏弱，自北大西洋到西北太平洋存在一个类似于南支槽波列系统的弓形波列，青藏高原—四川盆地为正位势高度场距平控制，盆地上空为反气旋环流控制，配合异常的下沉气流，从而有利于霾的形成。青藏高原大气热源的异常及其耦合的四川盆地霾日数异常都可能是上游波列，尤其是中纬度北大西洋的扰动传播的结果，并受到青藏高原“背风坡”东侧下沉气流影响，导致霾日数偏多。
本文利用NCEP/NCAR、ECMWF大气环流资料以及四川盆地101站气象站点资料等，通过线性相关分析、合成分析等统计方法，分析了冬季四川盆地霾天气气候特征及其对应的关键环流系统和对前期青藏高原热力作用的响应。结果表明：冬季四川盆地季霾日数呈弱增加趋势；四川盆地三大城市群为冬季霾多发区。影响冬季四川盆地霾天气的关键环流系统是高低空正压结构的高度场正距平、异常下沉运动以及异常偏弱的西伯利亚高压；影响霾天气的关键环境条件为偏西北风异常控制、稳定大气层结易于建立、边界层高度偏低且相对湿度偏低。前期11月青藏高原关键区热力作用是影响冬季四川盆地霾天气频发的重要外强迫因子。当前期11月高原关键区热源指数偏低时，冬季阿留申低压及西伯利亚高压显著偏弱，自北大西洋到西北太平洋存在一个类似于南支槽波列系统的弓形波列，青藏高原—四川盆地为正位势高度场距平控制，盆地上空为反气旋环流控制，配合异常的下沉气流，从而有利于霾的形成。青藏高原大气热源的异常及其耦合的四川盆地霾日数异常都可能是上游波列，尤其是中纬度北大西洋的扰动传播的结果，并受到青藏高原“背风坡”东侧下沉气流影响，导致霾日数偏多。
2023, 47(5): 1641-1653.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.22240
摘要:
大气细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的污染趋势变化受气象条件和污染源排放共同影响。基于国家空气环境监测数据和ERA5再分析资料，本文分析了京津冀地区典型城市（包括北京、天津、保定和石家庄）2015～2021年大气PM2.5和O3与气象因子间的关联性，并结合随机森林算法定量评估减排和气象条件对PM2.5和O3年际趋势变化的贡献。结果表明，除夏季外，日均PM2.5与相对湿度和边界层高度均分别呈良好正和负相关；夏季日均PM2.5与O3和温度均呈良好正相关。分析PM2.5和O3不同污染类型天气中的气象条件变化特征发现，冬季和夏季PM2.5单污染天均主要受不利大气扩散条件作用的影响。在PM2.5和O3双污染天，冬季强大气氧化性和高相对湿度条件是加剧PM2.5污染的重要条件，而夏季高温和强太阳辐射条件是促进PM2.5和O3协同污染的重要气象条件。随机森林趋势分析发现，典型城市PM2.5浓度呈下降趋势（−5.0～−10.8 µg m−3 a−1），减排主导了其趋势变化，相对贡献为84%～95%。O3浓度在2015～2018年呈升高趋势，而在2018年后呈下降趋势（−3.4～−6.4 µg m−3 a−1），其中天津、保定和石家庄排放对趋势变化的相对贡献约为18%～34%，反映出近年减排措施对O3污染治理产生有效作用。
大气细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的污染趋势变化受气象条件和污染源排放共同影响。基于国家空气环境监测数据和ERA5再分析资料，本文分析了京津冀地区典型城市（包括北京、天津、保定和石家庄）2015～2021年大气PM2.5和O3与气象因子间的关联性，并结合随机森林算法定量评估减排和气象条件对PM2.5和O3年际趋势变化的贡献。结果表明，除夏季外，日均PM2.5与相对湿度和边界层高度均分别呈良好正和负相关；夏季日均PM2.5与O3和温度均呈良好正相关。分析PM2.5和O3不同污染类型天气中的气象条件变化特征发现，冬季和夏季PM2.5单污染天均主要受不利大气扩散条件作用的影响。在PM2.5和O3双污染天，冬季强大气氧化性和高相对湿度条件是加剧PM2.5污染的重要条件，而夏季高温和强太阳辐射条件是促进PM2.5和O3协同污染的重要气象条件。随机森林趋势分析发现，典型城市PM2.5浓度呈下降趋势（−5.0～−10.8 µg m−3 a−1），减排主导了其趋势变化，相对贡献为84%～95%。O3浓度在2015～2018年呈升高趋势，而在2018年后呈下降趋势（−3.4～−6.4 µg m−3 a−1），其中天津、保定和石家庄排放对趋势变化的相对贡献约为18%～34%，反映出近年减排措施对O3污染治理产生有效作用。
2023, 47(5): 1654-1664.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21176
摘要:
云与高影响天气有着密切的联系，卫星红外波段提供了大量的云区的观测信息，然而云参数的初始误差以及云对辐射过程的非线性影响造成的观测算子模拟误差偏大，并且误差呈非高斯分布给云区卫星红外资料直接同化带来困难。文章针对有云环境下卫星红外波段亮温资料直接同化的关键技术问题，回顾和总结了近二十年来国内外在同化方法、辐射传输模式、控制变量、背景误差、云检测、观测误差设置、质量控制及偏差订正等方面的研究进展。已有成果表明卫星资料直接同化的趋势是在晴空区同化技术基础上进一步补充云雨的信息，完善相应的技术，从而实现“全天候”的卫星资料直接同化。文章指出云区卫星红外资料直接同化在如何构造与云参数相关的控制变量及其背景误差、如何消除云对观测和观测算子的非线性影响等方面面临挑战。随着观测技术、同化技术、模式技术的共同发展，卫星红外资料必然在数值预报领域发挥更大的作用。
云与高影响天气有着密切的联系，卫星红外波段提供了大量的云区的观测信息，然而云参数的初始误差以及云对辐射过程的非线性影响造成的观测算子模拟误差偏大，并且误差呈非高斯分布给云区卫星红外资料直接同化带来困难。文章针对有云环境下卫星红外波段亮温资料直接同化的关键技术问题，回顾和总结了近二十年来国内外在同化方法、辐射传输模式、控制变量、背景误差、云检测、观测误差设置、质量控制及偏差订正等方面的研究进展。已有成果表明卫星资料直接同化的趋势是在晴空区同化技术基础上进一步补充云雨的信息，完善相应的技术，从而实现“全天候”的卫星资料直接同化。文章指出云区卫星红外资料直接同化在如何构造与云参数相关的控制变量及其背景误差、如何消除云对观测和观测算子的非线性影响等方面面临挑战。随着观测技术、同化技术、模式技术的共同发展，卫星红外资料必然在数值预报领域发挥更大的作用。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.22249
摘要:
雾顶辐射冷却是雾演变过程中的一个重要物理过程，它能驱动“自上而下”的湍流混合，因此YSU（Yonsei University）方案中引入了刻画该过程的模块（ysu_topdown_pblmix）。然而，这种“自上而下”的湍流混合对华北平原雾的影响作用尚不清楚。本文基于葵花-8卫星反演资料、地面自动站观测资料、大气边界层观测塔涡动相关观测，结合大涡模拟结果，分析ysu_topdown_pblmix在华北平原雾模拟中的影响作用。研究发现，虽然ysu_topdown_pblmix整体降低了华北平原雾的雾区模拟评分，但它却明显改进了近地层温度、湿度和雾边界层结构的模拟，这得益于雾顶辐射冷却驱动的“自上而下”的湍流混合。然而，目前ysu_topdown_pblmix中的夹卷作用偏强，导致雾顶之上的暖空气过多卷入雾体内部使得雾过快消散。敏感性试验显示，通过减小ysu_topdown_pblmix中的蒸发增强系数可以降低雾顶湍流夹卷强度，从而改善雾区模拟效果。本文研究工作表明，华北平原雾的数值模拟中有必要引入ysu_topdown_pblmix，但需要进一步改进其中的有关参数。
雾顶辐射冷却是雾演变过程中的一个重要物理过程，它能驱动“自上而下”的湍流混合，因此YSU（Yonsei University）方案中引入了刻画该过程的模块（ysu_topdown_pblmix）。然而，这种“自上而下”的湍流混合对华北平原雾的影响作用尚不清楚。本文基于葵花-8卫星反演资料、地面自动站观测资料、大气边界层观测塔涡动相关观测，结合大涡模拟结果，分析ysu_topdown_pblmix在华北平原雾模拟中的影响作用。研究发现，虽然ysu_topdown_pblmix整体降低了华北平原雾的雾区模拟评分，但它却明显改进了近地层温度、湿度和雾边界层结构的模拟，这得益于雾顶辐射冷却驱动的“自上而下”的湍流混合。然而，目前ysu_topdown_pblmix中的夹卷作用偏强，导致雾顶之上的暖空气过多卷入雾体内部使得雾过快消散。敏感性试验显示，通过减小ysu_topdown_pblmix中的蒸发增强系数可以降低雾顶湍流夹卷强度，从而改善雾区模拟效果。本文研究工作表明，华北平原雾的数值模拟中有必要引入ysu_topdown_pblmix，但需要进一步改进其中的有关参数。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22201
摘要:
本文使用风廓线雷达、跑道自动观测及多普勒天气雷达等观测资料，对2020年5月14日半干旱地区兰州的一次弱天气尺度强迫下的干下击暴流（本文简称“5.14”）过程的发生和演变特征进行了分析；应用中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）对该次过程的形成、移动及辐散出流区上空的水凝物演变特征进行了模拟，探讨了“5.14”过程外流传播的可能机制。结果表明：“5.14”过程的生命期约为30 min，云顶高度在9 km以上。在云体移向后侧3-6 km高度，同时出现突发性干冷空气急流侵入，云体断裂，云顶崩塌，动量下传和中低空1-4 km高度辐散出流急流，是下击暴流外流发生的可能原因。雪晶碰撞过冷云滴使并冻结合并，形成了下沉及外流区域的云中霰粒子均快速增长，模拟的霰粒子混合比在下击暴流暴发时增大了10的5次方倍；下沉区霰粒子加速了云中冷池的形成，是激发强下沉气流的原因之一。随着云体的移动，强下沉气流在地面上产生辐散出流，和相邻的辐散出流间交汇引起气流间的辐合上升运动，在云体移动方向前沿的下沉气流两侧形成两个气流上升区；随着干冷入流急流的深入，在云体移动方向激发出两个垂直环流，垂直环流由一支云内上升气流与一支紧邻的湿下沉气流相伴而成。垂直环流中的湿下沉气流在近地面形成冷池扩散促使了下击暴流的暴发，激发阵风锋。阵风锋向下击暴流辐散中心的外流方向扩散，阵风锋前的暖湿上升气流有利于新生单体合并进原风暴，风暴发展加强，随着阵风锋推进切断了暖湿上升气流导致重冷云顶下沉，云顶的不断上冲和崩溃形成了下击暴流的外流传播过程。阵风锋前的上升气流输送的雨水粒子在0 ℃温度层附近冻结，冻结过程中释放的热量导致外流传播过程中0 ℃温度层不断升高，云中下沉的霰粒子融化层升高，融化后形成的雨水粒子在下落过程中的蒸发层增大，霰粒子融化吸热及雨水在下降过程中蒸发吸热使得近地面冷池不断增强导致地面风速在辐散传播过程中加大，是下击暴流外流传播中地面大风形成的重要原因。另一方面，上升气流通过凝结作用加热大气加强上升运动。下沉气流的发展有助于形成和维持对流特征环流及冷池。下击暴流形成后，在云体移动方向上不断形成的垂直闭合环流是下击暴流辐散中心的移动机制，由于地面冷池外流的辐合抬升作用，移动方向的上升气流区范围不断增大，垂直闭合环流受到上升气流区阻挡无法新生，同时由于云体东移维持下击暴流垂直闭合环流结构中水凝物的循环减弱使垂直闭合环流结构的消散导致下击暴流辐散中心减弱消亡。与以往研究相比较，本次干下击暴流发生时也出现了云体后侧入流急流、雷达回波反射率因子核下降、动量下传、霰粒子含水量大及水凝物融化蒸发过程吸热形成冷池等特征，但此次干下击暴流辐散中心有明显的垂直闭合环流，是下击暴流辐散中心的启动和维持机制，同时下击暴流辐散中心与阵风锋的形成密切相关，而阵风锋过程是造成此次干下击暴流的外流传播形成地面大风的主要原因。
本文使用风廓线雷达、跑道自动观测及多普勒天气雷达等观测资料，对2020年5月14日半干旱地区兰州的一次弱天气尺度强迫下的干下击暴流（本文简称“5.14”）过程的发生和演变特征进行了分析；应用中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）对该次过程的形成、移动及辐散出流区上空的水凝物演变特征进行了模拟，探讨了“5.14”过程外流传播的可能机制。结果表明：“5.14”过程的生命期约为30 min，云顶高度在9 km以上。在云体移向后侧3-6 km高度，同时出现突发性干冷空气急流侵入，云体断裂，云顶崩塌，动量下传和中低空1-4 km高度辐散出流急流，是下击暴流外流发生的可能原因。雪晶碰撞过冷云滴使并冻结合并，形成了下沉及外流区域的云中霰粒子均快速增长，模拟的霰粒子混合比在下击暴流暴发时增大了10的5次方倍；下沉区霰粒子加速了云中冷池的形成，是激发强下沉气流的原因之一。随着云体的移动，强下沉气流在地面上产生辐散出流，和相邻的辐散出流间交汇引起气流间的辐合上升运动，在云体移动方向前沿的下沉气流两侧形成两个气流上升区；随着干冷入流急流的深入，在云体移动方向激发出两个垂直环流，垂直环流由一支云内上升气流与一支紧邻的湿下沉气流相伴而成。垂直环流中的湿下沉气流在近地面形成冷池扩散促使了下击暴流的暴发，激发阵风锋。阵风锋向下击暴流辐散中心的外流方向扩散，阵风锋前的暖湿上升气流有利于新生单体合并进原风暴，风暴发展加强，随着阵风锋推进切断了暖湿上升气流导致重冷云顶下沉，云顶的不断上冲和崩溃形成了下击暴流的外流传播过程。阵风锋前的上升气流输送的雨水粒子在0 ℃温度层附近冻结，冻结过程中释放的热量导致外流传播过程中0 ℃温度层不断升高，云中下沉的霰粒子融化层升高，融化后形成的雨水粒子在下落过程中的蒸发层增大，霰粒子融化吸热及雨水在下降过程中蒸发吸热使得近地面冷池不断增强导致地面风速在辐散传播过程中加大，是下击暴流外流传播中地面大风形成的重要原因。另一方面，上升气流通过凝结作用加热大气加强上升运动。下沉气流的发展有助于形成和维持对流特征环流及冷池。下击暴流形成后，在云体移动方向上不断形成的垂直闭合环流是下击暴流辐散中心的移动机制，由于地面冷池外流的辐合抬升作用，移动方向的上升气流区范围不断增大，垂直闭合环流受到上升气流区阻挡无法新生，同时由于云体东移维持下击暴流垂直闭合环流结构中水凝物的循环减弱使垂直闭合环流结构的消散导致下击暴流辐散中心减弱消亡。与以往研究相比较，本次干下击暴流发生时也出现了云体后侧入流急流、雷达回波反射率因子核下降、动量下传、霰粒子含水量大及水凝物融化蒸发过程吸热形成冷池等特征，但此次干下击暴流辐散中心有明显的垂直闭合环流，是下击暴流辐散中心的启动和维持机制，同时下击暴流辐散中心与阵风锋的形成密切相关，而阵风锋过程是造成此次干下击暴流的外流传播形成地面大风的主要原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.23091
摘要:
阜阳市是人口和粮食大市，城镇化进程的加快引起的气候和环境问题急需关注，研究气候变化引起的阜阳长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义。我们利用安徽省阜阳市常规气象观测数据和阜阳探空站2010—2019年间的L波段高分辨率探空观测资料以及ERA5再分析资料，采用总体理查森数方法计算了行星边界层高度（PBLH），对比分析了阜阳地区PBLH的长期变化特征；并分析了多年月平均、季节和年际尺度的PBLH与10 m 风速、近地面气温、相对湿度、大气压等气象影响因子的关系，及观测和ERA5 PBLH差异的原因。结果表明：阜阳08:00和20:00探空观测的PBLH全年均小于500 m，这是由于太阳辐射在这两个时段比较弱，边界层没有充分发展或正在向夜间稳定边界层过渡。20:00的PBLH 高于08:00的，是由于20:00气压低、温度高和相对湿度小共同造成边界层抬升更高，超过风速低造成的降低影响。PBLH有显著的季节变化，夏季>春季>冬季>秋季。ERA5的PBLH与探空观测的季节变化特征大致相同。08:00 ERA5的PBLH比观测总体偏高23 m，这是由于ERA5风速偏高、温度偏高和气压偏低等原因造成; 20:00则是ERA5的PBLH总体偏低99 m，其影响因素比较复杂。ERA5与探空观测的PBLH多年月平均相关系数比较高，在08:00和20:00分别为0.91和0.74, 因此可以用ERA5资料在阜阳站点及东南地区进行PBLH长期趋势研究。观测和ERA5年平均PBLH逐年的波动变化一致，探空PBLH是波动中保持平稳，ERA5则是在波动中略微下降（不具有p<0.05的统计学意义）。月平均尺度上地表气象因子对PBLH有显著影响，气压和风速的影响都比较大，温度和湿度的影响次之。探空观测的月平均PBLH值与地面气压和相对湿度都呈现显著的负相关关系，而与地表温度和风速都呈显著正相关关系。08:00比20:00的相关性都更强一些；年平均PBLH值与地面气象要素的关系并不显著，因此虽然气候变化导致地表温度上升相对湿度增加，但年平均PBLH改变并没有呈现一定趋势。加密观测的结果表明，探空观测和ERA5的PBLH都随时间02:00-20:00由低逐渐升高再降低，白天深厚，夜晚浅薄，反应了PBLH的典型日变化特征。
阜阳市是人口和粮食大市，城镇化进程的加快引起的气候和环境问题急需关注，研究气候变化引起的阜阳长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义。我们利用安徽省阜阳市常规气象观测数据和阜阳探空站2010—2019年间的L波段高分辨率探空观测资料以及ERA5再分析资料，采用总体理查森数方法计算了行星边界层高度（PBLH），对比分析了阜阳地区PBLH的长期变化特征；并分析了多年月平均、季节和年际尺度的PBLH与10 m 风速、近地面气温、相对湿度、大气压等气象影响因子的关系，及观测和ERA5 PBLH差异的原因。结果表明：阜阳08:00和20:00探空观测的PBLH全年均小于500 m，这是由于太阳辐射在这两个时段比较弱，边界层没有充分发展或正在向夜间稳定边界层过渡。20:00的PBLH 高于08:00的，是由于20:00气压低、温度高和相对湿度小共同造成边界层抬升更高，超过风速低造成的降低影响。PBLH有显著的季节变化，夏季>春季>冬季>秋季。ERA5的PBLH与探空观测的季节变化特征大致相同。08:00 ERA5的PBLH比观测总体偏高23 m，这是由于ERA5风速偏高、温度偏高和气压偏低等原因造成; 20:00则是ERA5的PBLH总体偏低99 m，其影响因素比较复杂。ERA5与探空观测的PBLH多年月平均相关系数比较高，在08:00和20:00分别为0.91和0.74, 因此可以用ERA5资料在阜阳站点及东南地区进行PBLH长期趋势研究。观测和ERA5年平均PBLH逐年的波动变化一致，探空PBLH是波动中保持平稳，ERA5则是在波动中略微下降（不具有p<0.05的统计学意义）。月平均尺度上地表气象因子对PBLH有显著影响，气压和风速的影响都比较大，温度和湿度的影响次之。探空观测的月平均PBLH值与地面气压和相对湿度都呈现显著的负相关关系，而与地表温度和风速都呈显著正相关关系。08:00比20:00的相关性都更强一些；年平均PBLH值与地面气象要素的关系并不显著，因此虽然气候变化导致地表温度上升相对湿度增加，但年平均PBLH改变并没有呈现一定趋势。加密观测的结果表明，探空观测和ERA5的PBLH都随时间02:00-20:00由低逐渐升高再降低，白天深厚，夜晚浅薄，反应了PBLH的典型日变化特征。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.22115
摘要:
本文以ECMWF模式插值到站点的逐12 h累积降水预报的订正试验为例，以福建及周边共4个省（市）为研究区域，详细介绍了福建省气象台在实现最优TS评分（Optimal Threat Score，OTS）订正法时引用或首创的三项技术，并与同类技术进行对比。结果表明：1）用3年期准对称滑动窗口取样法采集训练样本计算OTS订正阈值，其效果优于取之前3年的当季样本的取样方法；2）OTS订正阈值F1（即消空阈值）的大小与最高2 m温度密切相关，随着温度升高，消空阈值先变大后减小。相比不分组的方案，基于最高2 m温度预报分组计算消空阈值的方案能同时降低小雨的空报率和漏报率，使ETS评分提高5.0%~8.2%；3）先用反距离加权插值法对模式降水预报进行插值，再应用OTS订正法对降水预报进行订正，其效果优于先用最邻近点插值法对模式降水预报进行插值，再应用OTS订正法对降水预报进行订正。
本文以ECMWF模式插值到站点的逐12 h累积降水预报的订正试验为例，以福建及周边共4个省（市）为研究区域，详细介绍了福建省气象台在实现最优TS评分（Optimal Threat Score，OTS）订正法时引用或首创的三项技术，并与同类技术进行对比。结果表明：1）用3年期准对称滑动窗口取样法采集训练样本计算OTS订正阈值，其效果优于取之前3年的当季样本的取样方法；2）OTS订正阈值F1（即消空阈值）的大小与最高2 m温度密切相关，随着温度升高，消空阈值先变大后减小。相比不分组的方案，基于最高2 m温度预报分组计算消空阈值的方案能同时降低小雨的空报率和漏报率，使ETS评分提高5.0%~8.2%；3）先用反距离加权插值法对模式降水预报进行插值，再应用OTS订正法对降水预报进行订正，其效果优于先用最邻近点插值法对模式降水预报进行插值，再应用OTS订正法对降水预报进行订正。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.23022
摘要:
西南低涡致灾性强，影响广泛，对其降雨机制和气候特征的揭示意义重大。基于格点数据的客观识别算法则是西南低涡研究领域重要的基础内容之一。高空间分辨率格点数据导致的局地扰动以及地形对西南低涡环流完整性的影响是现有西南低涡算法识别准确率不高的主要原因。本文提出了一种主要基于700hPa风场的西南低涡客观识别新方法，该方法可在不对识别数据进行平滑等前处理的情况下克服局地扰动和地形遮挡等不利影响，显著提升涡心识别准确率。经过改进的路径追踪算法可识别新生低涡，避免新老涡心的错误连接从而获得更为客观的低涡路径识别结果。评估结果表明，新方法在西南低涡活动全域的平均识别命中率、漏识率和空识率分别为85.71%、14.29%和11.7%。在受地形影响较小的104°E以东地区识别命中率更是超过90%，漏识率和空识率均低于10%。较好的识别效果和较高的计算效率使得新方法更能满足科研和业务的需求。
西南低涡致灾性强，影响广泛，对其降雨机制和气候特征的揭示意义重大。基于格点数据的客观识别算法则是西南低涡研究领域重要的基础内容之一。高空间分辨率格点数据导致的局地扰动以及地形对西南低涡环流完整性的影响是现有西南低涡算法识别准确率不高的主要原因。本文提出了一种主要基于700hPa风场的西南低涡客观识别新方法，该方法可在不对识别数据进行平滑等前处理的情况下克服局地扰动和地形遮挡等不利影响，显著提升涡心识别准确率。经过改进的路径追踪算法可识别新生低涡，避免新老涡心的错误连接从而获得更为客观的低涡路径识别结果。评估结果表明，新方法在西南低涡活动全域的平均识别命中率、漏识率和空识率分别为85.71%、14.29%和11.7%。在受地形影响较小的104°E以东地区识别命中率更是超过90%，漏识率和空识率均低于10%。较好的识别效果和较高的计算效率使得新方法更能满足科研和业务的需求。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.22125
摘要:
全球变暖背景下，中国东北夏季洪涝干旱灾害发生频繁，对人类和自然系统造成严重影响。但是，目前东北夏季降水预测水平较低，远不能满足防灾、减灾的需求。中国东北汛期降水主要集中在盛夏（7-8月），其年际变率与年代际变率相当。本文聚焦在分析春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的作用。研究发现中国东北盛夏降水年际分量与欧洲中东部春季土壤温度年际分量存在显著负相关关系、与青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量存在显著正相关关系。春季关键区土壤温度异常对应下游地区盛夏土壤温度异常，从而引起东亚盛夏大气环流异常，高空西风急流偏强偏北、西太平洋副热带高压偏强偏北，进而造成中国东北水汽辐合与上升增强，引起中国东北盛夏降水增强。进一步采用欧洲中东部、青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量建立了中国东北盛夏降水年际分量的季节预测模型，1979-2021年留一法交叉检验时间相关系数在GLDAS-Noah、ERA5 和CRA 3套数据中最高可达0.64，2012-2021年的后报试验时间相关系数在3套数据中最高可达0.78，表明春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中起到关键作用。研究成果能够为提高中国东北夏季降水预测提供科学基础，并易于应用到实际预测。
全球变暖背景下，中国东北夏季洪涝干旱灾害发生频繁，对人类和自然系统造成严重影响。但是，目前东北夏季降水预测水平较低，远不能满足防灾、减灾的需求。中国东北汛期降水主要集中在盛夏（7-8月），其年际变率与年代际变率相当。本文聚焦在分析春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的作用。研究发现中国东北盛夏降水年际分量与欧洲中东部春季土壤温度年际分量存在显著负相关关系、与青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量存在显著正相关关系。春季关键区土壤温度异常对应下游地区盛夏土壤温度异常，从而引起东亚盛夏大气环流异常，高空西风急流偏强偏北、西太平洋副热带高压偏强偏北，进而造成中国东北水汽辐合与上升增强，引起中国东北盛夏降水增强。进一步采用欧洲中东部、青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量建立了中国东北盛夏降水年际分量的季节预测模型，1979-2021年留一法交叉检验时间相关系数在GLDAS-Noah、ERA5 和CRA 3套数据中最高可达0.64，2012-2021年的后报试验时间相关系数在3套数据中最高可达0.78，表明春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中起到关键作用。研究成果能够为提高中国东北夏季降水预测提供科学基础，并易于应用到实际预测。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23020
摘要:
分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估，结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法提出了基于降水对象的超级集合（Object-based Superensemble，OBJSUP）模型，采用观测场和预报场中降水对象空间结构的相似度来分配各个成员模式的权重，有别于利用传统“点对点”误差分析来计算权重的超级集合（Gridpoint-based Superensemble，GPSUP）。相比于最优单模式，两种多模式集成预报均有效地提高了中短期降水预报技巧，且OBJSUP模型整体优于GPSUP模型，主要原因在于OBJSUP模型可以较好地改进降水对象的质心位置预报。为进一步检验多模式集成模型对强降水空间结构特征的预报能力，针对2018年夏季广东一次极端强降水事件，多模式集成预报与高分辨率区域模式动力降尺度预报对比表明，多模式集成对强降水的预报不足，但对广东省逐日大雨量级降水和过程累积降水空间分布预报较好。高分辨率区域模式对此个例中粤东地区发生的强降水具有一定的预报能力，但对广东省其他地区降水量预报偏弱。
分别从“点对点”雨量检验和降水空间结构特征检验两方面对多个数值模式东亚夏季中短期逐日降水集合预报进行评估，结果表明不同模式对降水的不同方面存在不一样的预报能力。借助基于对象的诊断评估方法提出了基于降水对象的超级集合（Object-based Superensemble，OBJSUP）模型，采用观测场和预报场中降水对象空间结构的相似度来分配各个成员模式的权重，有别于利用传统“点对点”误差分析来计算权重的超级集合（Gridpoint-based Superensemble，GPSUP）。相比于最优单模式，两种多模式集成预报均有效地提高了中短期降水预报技巧，且OBJSUP模型整体优于GPSUP模型，主要原因在于OBJSUP模型可以较好地改进降水对象的质心位置预报。为进一步检验多模式集成模型对强降水空间结构特征的预报能力，针对2018年夏季广东一次极端强降水事件，多模式集成预报与高分辨率区域模式动力降尺度预报对比表明，多模式集成对强降水的预报不足，但对广东省逐日大雨量级降水和过程累积降水空间分布预报较好。高分辨率区域模式对此个例中粤东地区发生的强降水具有一定的预报能力，但对广东省其他地区降水量预报偏弱。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23026
摘要:
利用WRF模式，借助三维降水诊断方程和降水效率定义，针对2020年6月26日四川冕宁一次突发性暴雨过程开展高分辨率数值模拟诊断研究，从不同强度降水的垂直动力结构、水凝物分布及各种宏微观过程对降水的贡献等角度进行对比分析，进一步揭示复杂地形区强降水过程中与水物质（水汽和各种水凝物）相关的宏微观特征。结果表明，此次冕宁暴雨过程可分为两个阶段：第一阶段（6月26日18～22时），强降水区上升运动强度最大，在水汽辐合达最强的同时，促使较弱降水区的液相水凝物向强降水区辐合，强降水区收集的丰富液相水凝物一部分转化为冰相水凝物供应云系增长（此时>35 dBZ的对流性回波伸展高度最高），另一部分转化为强降水降至地面，造成第一阶段的强降水发生；第二阶段（26日23时～27日01时），强降水区的局地上升运动有所减弱，导致强降水区液相水凝物辐合减弱，但仍保持强烈的水汽辐合，上升运动极值中心有所降低，有助于云、雨滴碰并和水汽凝结等过程发生，垂直方向上出现两个上升运动极值中心，回波强度在垂直方向表现为强—弱—强的结构分布，高层云中的冰相粒子对低层云系具有一定播撒效应，有助于液相水凝物高效转化为强降水。不同降水强度间的降水效率差异显著，变化范围为5%～70%，越大的降水效率对应越强的地面降水。
利用WRF模式，借助三维降水诊断方程和降水效率定义，针对2020年6月26日四川冕宁一次突发性暴雨过程开展高分辨率数值模拟诊断研究，从不同强度降水的垂直动力结构、水凝物分布及各种宏微观过程对降水的贡献等角度进行对比分析，进一步揭示复杂地形区强降水过程中与水物质（水汽和各种水凝物）相关的宏微观特征。结果表明，此次冕宁暴雨过程可分为两个阶段：第一阶段（6月26日18～22时），强降水区上升运动强度最大，在水汽辐合达最强的同时，促使较弱降水区的液相水凝物向强降水区辐合，强降水区收集的丰富液相水凝物一部分转化为冰相水凝物供应云系增长（此时>35 dBZ的对流性回波伸展高度最高），另一部分转化为强降水降至地面，造成第一阶段的强降水发生；第二阶段（26日23时～27日01时），强降水区的局地上升运动有所减弱，导致强降水区液相水凝物辐合减弱，但仍保持强烈的水汽辐合，上升运动极值中心有所降低，有助于云、雨滴碰并和水汽凝结等过程发生，垂直方向上出现两个上升运动极值中心，回波强度在垂直方向表现为强—弱—强的结构分布，高层云中的冰相粒子对低层云系具有一定播撒效应，有助于液相水凝物高效转化为强降水。不同降水强度间的降水效率差异显著，变化范围为5%～70%，越大的降水效率对应越强的地面降水。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23051B
摘要:
冬春季青藏高原东部平均雪深具有明显的年代际变化特征,大约上世纪90年代之前呈现显著增加趋势,之后为显著减少趋势。本文首先利用观测资料分析1960-1989年和1990-2014年两阶段青藏高原东部冬春季雪深与相关气象要素场(包括气温和降水)和大气环流条件等的趋势及其相互联系。其次选用CESM2模式的三套历史输出资料,包括(1)全部外部辐射强迫,(2)温室气体辐射强迫,和(3)人为气溶胶辐射强迫等不同模拟方案,评估辐射强迫和北大西洋涛动(NAO)对两个阶段冬春季青藏高原东部雪深趋势的分别影响。观测分析表明,1990年以后冬季雪深减少趋势主要由地表气温升高和降雪减少共同导致,而春季雪深减少则主要由地表气温升高所致。对比分析观测和模拟雪深及其与大气变量趋势之间的关系,结果表明,全部辐射强迫或者单独的温室气体和气溶胶辐射强迫对1960-1989年间高原东部雪深增加趋势贡献较少,NAO大约解释49%的冬季雪深增加趋势,但对春季增加趋势贡献较少。全部辐射强迫导致青藏高原东部1990-2014年间显著增温,降雪减少,对后期冬春季雪深均持续减少有显著贡献,可以解释后期观测大约29%的冬季和82%的春季站点平均积雪减少趋势。其中温室气体强迫和气溶胶辐射强迫对高原增温均有显著贡献,共同导致冬春季高原东部雪深的减少。NAO指数下降趋势可解释1990-2014年青藏高原东部冬季积雪雪深减少的22%,但对春季雪深减少贡献较小。随着未来人为温室气体增加和气溶胶排放减少,预期高原东部增暖将进一步加剧,冬春季节高原东部雪深将持续减少。
冬春季青藏高原东部平均雪深具有明显的年代际变化特征,大约上世纪90年代之前呈现显著增加趋势,之后为显著减少趋势。本文首先利用观测资料分析1960-1989年和1990-2014年两阶段青藏高原东部冬春季雪深与相关气象要素场(包括气温和降水)和大气环流条件等的趋势及其相互联系。其次选用CESM2模式的三套历史输出资料,包括(1)全部外部辐射强迫,(2)温室气体辐射强迫,和(3)人为气溶胶辐射强迫等不同模拟方案,评估辐射强迫和北大西洋涛动(NAO)对两个阶段冬春季青藏高原东部雪深趋势的分别影响。观测分析表明,1990年以后冬季雪深减少趋势主要由地表气温升高和降雪减少共同导致,而春季雪深减少则主要由地表气温升高所致。对比分析观测和模拟雪深及其与大气变量趋势之间的关系,结果表明,全部辐射强迫或者单独的温室气体和气溶胶辐射强迫对1960-1989年间高原东部雪深增加趋势贡献较少,NAO大约解释49%的冬季雪深增加趋势,但对春季增加趋势贡献较少。全部辐射强迫导致青藏高原东部1990-2014年间显著增温,降雪减少,对后期冬春季雪深均持续减少有显著贡献,可以解释后期观测大约29%的冬季和82%的春季站点平均积雪减少趋势。其中温室气体强迫和气溶胶辐射强迫对高原增温均有显著贡献,共同导致冬春季高原东部雪深的减少。NAO指数下降趋势可解释1990-2014年青藏高原东部冬季积雪雪深减少的22%,但对春季雪深减少贡献较小。随着未来人为温室气体增加和气溶胶排放减少,预期高原东部增暖将进一步加剧,冬春季节高原东部雪深将持续减少。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23063
摘要:
2022年2月19-23日福建地区出现转折性降雪天气，环流背景是中层暖层和低层冷层并存，地面有雨、雨夹雪和纯雪等多种天气现象，预报难度大。基于天气雷达等资料，采用基于粒子谱数据的降水类型分类方法对各站点降纯雪和雨夹雪时段进行划分，结合天气形势和雷达参量垂直特征，重点分析了环境温度演变对转折性降雪的影响以及转折性降雪的垂直演变特征。结果表明：（1）地面气温和地形分布较为均匀时，可根据反射率因子垂直廓线(VPR)和环境温度特征判断雨夹雪和纯雪之间的转换，即纯雪阶段VPR随高度降低单调递增，雨夹雪阶段廓线中层存在融化层亮带特征；分析时应特别关注雷达对低层降水的观测能力，当雷达受观测环境限制，无法反映近地层温度差异造成的降水特征变化时，即使在高空VPR相似的情况下，地面降水类型也可能显著不同；（2）降雪粒子的双偏振雷达参量垂直特征表明，转折性降雪高层和融化层高度以上的粒子增长机制与一般纯雪过程类似，不同点在于受中层暖层和低层冷层影响，粒子经历了复杂的融化和冻结过程。粒子下落到暖层后出现融化层亮带特征，融化层以下则视低层冷层强度和地面气温不同，粒子完全或部分冻结，地面可能出现纯雪或雨夹雪；雷达参量垂直结构特征（例如融化层亮带的强度变化）能实时反映环境温度变化，有助于判断地面降水粒子相态，可一定程度上弥补模式预报不够精准和单点探空垂直观测欠缺的问题。
2022年2月19-23日福建地区出现转折性降雪天气，环流背景是中层暖层和低层冷层并存，地面有雨、雨夹雪和纯雪等多种天气现象，预报难度大。基于天气雷达等资料，采用基于粒子谱数据的降水类型分类方法对各站点降纯雪和雨夹雪时段进行划分，结合天气形势和雷达参量垂直特征，重点分析了环境温度演变对转折性降雪的影响以及转折性降雪的垂直演变特征。结果表明：（1）地面气温和地形分布较为均匀时，可根据反射率因子垂直廓线(VPR)和环境温度特征判断雨夹雪和纯雪之间的转换，即纯雪阶段VPR随高度降低单调递增，雨夹雪阶段廓线中层存在融化层亮带特征；分析时应特别关注雷达对低层降水的观测能力，当雷达受观测环境限制，无法反映近地层温度差异造成的降水特征变化时，即使在高空VPR相似的情况下，地面降水类型也可能显著不同；（2）降雪粒子的双偏振雷达参量垂直特征表明，转折性降雪高层和融化层高度以上的粒子增长机制与一般纯雪过程类似，不同点在于受中层暖层和低层冷层影响，粒子经历了复杂的融化和冻结过程。粒子下落到暖层后出现融化层亮带特征，融化层以下则视低层冷层强度和地面气温不同，粒子完全或部分冻结，地面可能出现纯雪或雨夹雪；雷达参量垂直结构特征（例如融化层亮带的强度变化）能实时反映环境温度变化，有助于判断地面降水粒子相态，可一定程度上弥补模式预报不够精准和单点探空垂直观测欠缺的问题。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.23308
摘要:
泛南海地区是全球海-陆-气相互作用最敏感的区域之一，该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整，进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此，泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是国内外学者关注的焦点。本文利用观测数据（1951-2014年）和CMIP6两种共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）的统计降尺度数据（2015-2100年），分析了泛南海地区年平均和季节平均的日降水的最大值（RX1day）、连续5日降水的最大值（RX5day）、极端强降水天数（R20）和非常湿润天（R95p）的时空变化特征。RX1day、RX5day、R20和R95p常用于表征极端强降水、持续性强降水、极端强降水的频率和极端累计降雨量的特征。1951-2014年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的较大值均分布在东南亚、中国东南部以及青藏高原南坡地区，即这些区域不仅是极端强降水发生的区域，也是持续性强降水以及高频极端降水发生的区域。季节平均的极端降水指数特征表现为：东南亚一年四季都极易发生强降水、持续性强降水和高频极端降水；南亚、青藏高原以及东亚的各个极端降水指数在夏季最大，秋季和春季次之，冬季最小。SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下2015-2100年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的空间分布与历史时期相似，且对整个区域而言，各个指数均呈显著增加的趋势。由各个指数在未来三个时段（2016-2035年，2046-2065年和2080-2099年）相比于1995-2014年的百分比变化可知，南亚和青藏高原是泛南海地区未来强降水、持续性强降水以及高频极端降水变化最显著的区域。由此可知，虽然东南亚是历史时期四个极端降水指数的大值区，但该区域各个极端降水指数在未来三个时段的变化没有其他区域明显。此外，以东南亚为例，本文分析了该区域1979-2019年夏季极端降水的形成机理，发现印度洋冷海温异常、热带北大西洋暖海温异常以及热带太平洋和大西洋海温异常是造成东南亚夏季极端降水呈北湿南干、全区一致偏湿和北干南湿的关键因子。
泛南海地区是全球海-陆-气相互作用最敏感的区域之一，该区域极端降水释放的潜热加热可以调节局地的温度和湿度廓线对大气环流进行调整，进而影响周边地区甚至全球的天气气候。因此，泛南海地区极端降水的时空变化特征及变异机理一直是国内外学者关注的焦点。本文利用观测数据（1951-2014年）和CMIP6两种共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）的统计降尺度数据（2015-2100年），分析了泛南海地区年平均和季节平均的日降水的最大值（RX1day）、连续5日降水的最大值（RX5day）、极端强降水天数（R20）和非常湿润天（R95p）的时空变化特征。RX1day、RX5day、R20和R95p常用于表征极端强降水、持续性强降水、极端强降水的频率和极端累计降雨量的特征。1951-2014年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的较大值均分布在东南亚、中国东南部以及青藏高原南坡地区，即这些区域不仅是极端强降水发生的区域，也是持续性强降水以及高频极端降水发生的区域。季节平均的极端降水指数特征表现为：东南亚一年四季都极易发生强降水、持续性强降水和高频极端降水；南亚、青藏高原以及东亚的各个极端降水指数在夏季最大，秋季和春季次之，冬季最小。SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下2015-2100年泛南海地区年平均和季节平均的四个极端降水指数的空间分布与历史时期相似，且对整个区域而言，各个指数均呈显著增加的趋势。由各个指数在未来三个时段（2016-2035年，2046-2065年和2080-2099年）相比于1995-2014年的百分比变化可知，南亚和青藏高原是泛南海地区未来强降水、持续性强降水以及高频极端降水变化最显著的区域。由此可知，虽然东南亚是历史时期四个极端降水指数的大值区，但该区域各个极端降水指数在未来三个时段的变化没有其他区域明显。此外，以东南亚为例，本文分析了该区域1979-2019年夏季极端降水的形成机理，发现印度洋冷海温异常、热带北大西洋暖海温异常以及热带太平洋和大西洋海温异常是造成东南亚夏季极端降水呈北湿南干、全区一致偏湿和北干南湿的关键因子。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.22216
摘要:
基于MERRA再分析数据集，本文对平流层最后增温事件（stratosphere final warming, 简称：FW）的分类进行了分析，这种分类将平流层和中间层低层进行了统一的考虑。研究发现中间层低层极区存在与平流层极区相似的纬向风场的季节转换，并且在春季，极区温度和纬向风场存在与平流层类似的年际变率，基于此认定中间层低层仍存在FW事件。本文随后确定了FW事件逐年爆发日期，结果表明，FW事件在各个层次的平均爆发日期为4月7日–27日，年际变率在11.3–18.3天，其中，1 hPa FW平均爆发日期最迟，0.1 hPa FW事件的年际变率最小。依据FW爆发日期垂直廓线的演变特征，本文将FW事件分为三类，分别为同时型、顺延型与气候态型。同时型FW事件由强烈的行星波活动所主导，整层爆发日期相差不大，FW的爆发伴随着强烈的极区环流异常符号的反转。顺延型FW事件的爆发过程与同时型具有类似的特征，但其中行星波活动强度更弱，非绝热加热的作用进一步提高。气候态型时，以10 hPa为代表的平流层中层FW事件的爆发由动力因素主导。平流层中层FW爆发后，平流层高层行星波活动受到抑制，FW的爆发则由辐射非绝热加热主导。在中间层低层0.1 hPa，FW事件的爆发有两种可能，一方面，可以由辐射非绝热加热主导；另一方面，在一些平流层FW事件爆发后，0.1 hPa可能会因为平流层FW爆发后的次级行星波活动而造成FW的爆发。
基于MERRA再分析数据集，本文对平流层最后增温事件（stratosphere final warming, 简称：FW）的分类进行了分析，这种分类将平流层和中间层低层进行了统一的考虑。研究发现中间层低层极区存在与平流层极区相似的纬向风场的季节转换，并且在春季，极区温度和纬向风场存在与平流层类似的年际变率，基于此认定中间层低层仍存在FW事件。本文随后确定了FW事件逐年爆发日期，结果表明，FW事件在各个层次的平均爆发日期为4月7日–27日，年际变率在11.3–18.3天，其中，1 hPa FW平均爆发日期最迟，0.1 hPa FW事件的年际变率最小。依据FW爆发日期垂直廓线的演变特征，本文将FW事件分为三类，分别为同时型、顺延型与气候态型。同时型FW事件由强烈的行星波活动所主导，整层爆发日期相差不大，FW的爆发伴随着强烈的极区环流异常符号的反转。顺延型FW事件的爆发过程与同时型具有类似的特征，但其中行星波活动强度更弱，非绝热加热的作用进一步提高。气候态型时，以10 hPa为代表的平流层中层FW事件的爆发由动力因素主导。平流层中层FW爆发后，平流层高层行星波活动受到抑制，FW的爆发则由辐射非绝热加热主导。在中间层低层0.1 hPa，FW事件的爆发有两种可能，一方面，可以由辐射非绝热加热主导；另一方面，在一些平流层FW事件爆发后，0.1 hPa可能会因为平流层FW爆发后的次级行星波活动而造成FW的爆发。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.22197
摘要:
本文以美国国家环境预报中心（NCEP，National Centers for Environmental Prediction）的GFS（Global Forecast System）全球数值天气预报产品作为模式预报初始场，利用区域中尺度预报系统CMA-MESO（China Meteorological Administration Mesoscale Model）（原GRAPES_MESO）5.1版本对2021年9月3-5日发生在四川盆地的一次暴雨过程，采用3种不同分辨率（1km、3km、10km）和2种云微物理参数化（WSM6、Thompson）方案设计5组试验进行数值模拟研究，结果表明：（1）试验模拟雨带与实况基本一致，但强降水时间、降水落区和降水强度与实况存在差异。随着降水阈值的提高，TS 评分下降同时 Bias 变幅增大，空报漏报率也随之增加。（2）同分辨率是否采用积云参数化方案与同分辨率采用不同微物理方案对水汽通量模拟结果差异不大；5组试验在各自模拟的暴雨区均对应强烈的的上升气流，且模拟强度均随分辨率提高而增大。（3）1km分辨率下采用不同云微物理方案模拟液态粒子结果差异不大，但固态粒子明显不同。（4）3km分辨率下加入积云参数化方案后，对于强降水中心的模拟结果存在较大偏差。整体而言，针对此次降水过程的各个试验模拟结果表明，在高分辨率条件下，Thompson方案饱和调整方案效果略好于WSM6方案，1km_thompson方案对雨带刻画也更精准，降水模拟最优。
本文以美国国家环境预报中心（NCEP，National Centers for Environmental Prediction）的GFS（Global Forecast System）全球数值天气预报产品作为模式预报初始场，利用区域中尺度预报系统CMA-MESO（China Meteorological Administration Mesoscale Model）（原GRAPES_MESO）5.1版本对2021年9月3-5日发生在四川盆地的一次暴雨过程，采用3种不同分辨率（1km、3km、10km）和2种云微物理参数化（WSM6、Thompson）方案设计5组试验进行数值模拟研究，结果表明：（1）试验模拟雨带与实况基本一致，但强降水时间、降水落区和降水强度与实况存在差异。随着降水阈值的提高，TS 评分下降同时 Bias 变幅增大，空报漏报率也随之增加。（2）同分辨率是否采用积云参数化方案与同分辨率采用不同微物理方案对水汽通量模拟结果差异不大；5组试验在各自模拟的暴雨区均对应强烈的的上升气流，且模拟强度均随分辨率提高而增大。（3）1km分辨率下采用不同云微物理方案模拟液态粒子结果差异不大，但固态粒子明显不同。（4）3km分辨率下加入积云参数化方案后，对于强降水中心的模拟结果存在较大偏差。整体而言，针对此次降水过程的各个试验模拟结果表明，在高分辨率条件下，Thompson方案饱和调整方案效果略好于WSM6方案，1km_thompson方案对雨带刻画也更精准，降水模拟最优。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.23067
摘要:
数值天气预报效果的改进依赖于模式物理过程的完善、模式初始场的改进以及模式空间分辨率的提高,其中模式分辨率的提高已成为改善模式预报效果一个有效途径。基于全球数值预报模式,利用T1534(13km)和T254(55km)两种不同分辨率模式进行预报,并对中国区域气温、气压、风速和降水预报效果进行分析。结果表明：两种分辨率模式产品针对中国区域气压的模拟中,华北地区的预报效果最好,ERA5再分析资料的相关系数均达0.8以上,且7个子区域的均方根误差随着分辨率增高均显著降低；对气温的模拟中,西南地区的均方根误差较小为2.171,在提高模式分辨率后均方根误差为1.523,减少了30.1%；对风速的模拟中,两种分辨率产品在季风区的相关系数普遍高于非季风区；在地形复杂的地区如西北地区而言,随着模式分辨率的增加,风速均方根误差却小幅度增大,由此可见,模式分辨率的提高不一定能提高风速预报的准确性。针对2019年8月10日山东地区发生强降水天气过程,两种不同分辨率的模式产品均能较好的模拟出降水特征,覆盖了实际降水落区,高分辨率模式预报各种降水等级的偏差评分均低于低分辨率。此次强降水过程在降水当日相对湿度接近于饱和状态,易于凝结,且随着模式分辨率的提高,相对湿度增强,结构更加精细,同时高分辨率模式模拟的低层气旋中心气压较低分辨率模式更低,气旋的强度更大,对流降水过程更强。
数值天气预报效果的改进依赖于模式物理过程的完善、模式初始场的改进以及模式空间分辨率的提高,其中模式分辨率的提高已成为改善模式预报效果一个有效途径。基于全球数值预报模式,利用T1534(13km)和T254(55km)两种不同分辨率模式进行预报,并对中国区域气温、气压、风速和降水预报效果进行分析。结果表明：两种分辨率模式产品针对中国区域气压的模拟中,华北地区的预报效果最好,ERA5再分析资料的相关系数均达0.8以上,且7个子区域的均方根误差随着分辨率增高均显著降低；对气温的模拟中,西南地区的均方根误差较小为2.171,在提高模式分辨率后均方根误差为1.523,减少了30.1%；对风速的模拟中,两种分辨率产品在季风区的相关系数普遍高于非季风区；在地形复杂的地区如西北地区而言,随着模式分辨率的增加,风速均方根误差却小幅度增大,由此可见,模式分辨率的提高不一定能提高风速预报的准确性。针对2019年8月10日山东地区发生强降水天气过程,两种不同分辨率的模式产品均能较好的模拟出降水特征,覆盖了实际降水落区,高分辨率模式预报各种降水等级的偏差评分均低于低分辨率。此次强降水过程在降水当日相对湿度接近于饱和状态,易于凝结,且随着模式分辨率的提高,相对湿度增强,结构更加精细,同时高分辨率模式模拟的低层气旋中心气压较低分辨率模式更低,气旋的强度更大,对流降水过程更强。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2306.23307
摘要:
大气电学主要研究地球大气和近地空间发生的电学过程及其机理和影响，其核心研究内容是雷电物理和雷暴电学。自1980年代以来，中国大气电学研究不断取得新的进展。得益于高时间分辨率雷电探测技术的进步，大气电学研究不仅在雷电物理学和雷暴云电荷结构方面取得了重要成果，也在雷电和雷暴对近地空间的影响、强对流天气的雷电特征、以及雷电资料同化和预警预报等方面取得了重要进展。本文从六个方面对近五年来大气电学的主要研究进展进行回顾，包括高精度雷电探测和定位技术、雷电物理过程和机制、雷暴对中上层大气的影响、雷暴云电荷结构的观测和数值模拟、强对流天气的雷电特征与预报、雷电对气候变化的影响与响应等，最后对大气电学未来发展进行展望。
大气电学主要研究地球大气和近地空间发生的电学过程及其机理和影响，其核心研究内容是雷电物理和雷暴电学。自1980年代以来，中国大气电学研究不断取得新的进展。得益于高时间分辨率雷电探测技术的进步，大气电学研究不仅在雷电物理学和雷暴云电荷结构方面取得了重要成果，也在雷电和雷暴对近地空间的影响、强对流天气的雷电特征、以及雷电资料同化和预警预报等方面取得了重要进展。本文从六个方面对近五年来大气电学的主要研究进展进行回顾，包括高精度雷电探测和定位技术、雷电物理过程和机制、雷暴对中上层大气的影响、雷暴云电荷结构的观测和数值模拟、强对流天气的雷电特征与预报、雷电对气候变化的影响与响应等，最后对大气电学未来发展进行展望。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2307.23311
摘要:
本文综述了近年来有关大西洋多年代际振荡（AMO）及其对东亚气候影响的研究进展，主要包括AMO的形成机制与指数定义、AMO对东亚夏季和冬季气候的影响、AMO与其他大洋的协同作用。目前，关于AMO的形成机制仍有不同意见，传统观点认为AMO是气候系统内部过程尤其是大西洋经向翻转流造成的，但近期有工作指出AMO是气溶胶、火山喷发等外强迫驱动产生或是海洋对大气随机强迫的一种响应。AMO可以通过三种途径调制东亚夏季气候，当AMO处于正位相时，东亚夏季风加强、降水增多、气温升高，反之亦然。同时，AMO正位相有利于东亚冬季风偏强，欧亚大陆中纬度及中国北方偏冷；负位相时则大体相反。鉴于AMO的重要作用，加深理解AMO形成机制及其对东亚气候影响有益于提升东亚气候的年代际预测水平。
本文综述了近年来有关大西洋多年代际振荡（AMO）及其对东亚气候影响的研究进展，主要包括AMO的形成机制与指数定义、AMO对东亚夏季和冬季气候的影响、AMO与其他大洋的协同作用。目前，关于AMO的形成机制仍有不同意见，传统观点认为AMO是气候系统内部过程尤其是大西洋经向翻转流造成的，但近期有工作指出AMO是气溶胶、火山喷发等外强迫驱动产生或是海洋对大气随机强迫的一种响应。AMO可以通过三种途径调制东亚夏季气候，当AMO处于正位相时，东亚夏季风加强、降水增多、气温升高，反之亦然。同时，AMO正位相有利于东亚冬季风偏强，欧亚大陆中纬度及中国北方偏冷；负位相时则大体相反。鉴于AMO的重要作用，加深理解AMO形成机制及其对东亚气候影响有益于提升东亚气候的年代际预测水平。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22120
摘要:
高、低空急流对中国暴雨有重要影响，但是其对中国西部暴雨影响的深入研究缺乏，其耦合过程及其机制的研究更少。本文利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料，借助数值模拟手段，研究高、低空急流耦合效应对中国西部一次特大暴雨过程的影响及其发生机制。结果表明，（1）此次暴雨过程是在中高纬东移冷涡低槽与西太副高西伸北抬的有利背景下产生的，高、低空急流耦合有利于暴雨的发展；（2）高、低空急流耦合主要通过次级环流和动量下传得以实现：高空急流加强高层辐散下沉，同时低空急流加强低层辐合上升，促使高低空急流之间形成次级环流，其下沉气流通过高层高值位涡的向下层传播，形成动量下传，与中层高值位涡区相衔接，高、低空急流耦合通道打通，两者在中层产生耦合。（3）高、低空急流在中层耦合，加强了中层不稳定能量的聚集，促使低空急流加强发展；进而增强了辐合强度，促使上升运动加强，从而增强了降水强度。通过增减高、低空风速的敏感性试验发现，高低层风速的增减能够改变中低层最大位涡的增减阶段，其基本对应了强降水时段，且位涡值越大降水强度越强。（4）高、低空急流轴的位置变化对降水落区预报有很好的指示意义：地面强降水落区位于高空急流出口区的强辐散中心、低空急流的左侧强风速等值线密集区的强辐合中心、以及等熵位涡向下传播到达地面的区域。另外，低空急流的加强发展和向北移动，以及高空急流轴的倾斜，高层辐散区和低层辐合区的移动，也提前预示了强降水落区的移动。
高、低空急流对中国暴雨有重要影响，但是其对中国西部暴雨影响的深入研究缺乏，其耦合过程及其机制的研究更少。本文利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料，借助数值模拟手段，研究高、低空急流耦合效应对中国西部一次特大暴雨过程的影响及其发生机制。结果表明，（1）此次暴雨过程是在中高纬东移冷涡低槽与西太副高西伸北抬的有利背景下产生的，高、低空急流耦合有利于暴雨的发展；（2）高、低空急流耦合主要通过次级环流和动量下传得以实现：高空急流加强高层辐散下沉，同时低空急流加强低层辐合上升，促使高低空急流之间形成次级环流，其下沉气流通过高层高值位涡的向下层传播，形成动量下传，与中层高值位涡区相衔接，高、低空急流耦合通道打通，两者在中层产生耦合。（3）高、低空急流在中层耦合，加强了中层不稳定能量的聚集，促使低空急流加强发展；进而增强了辐合强度，促使上升运动加强，从而增强了降水强度。通过增减高、低空风速的敏感性试验发现，高低层风速的增减能够改变中低层最大位涡的增减阶段，其基本对应了强降水时段，且位涡值越大降水强度越强。（4）高、低空急流轴的位置变化对降水落区预报有很好的指示意义：地面强降水落区位于高空急流出口区的强辐散中心、低空急流的左侧强风速等值线密集区的强辐合中心、以及等熵位涡向下传播到达地面的区域。另外，低空急流的加强发展和向北移动，以及高空急流轴的倾斜，高层辐散区和低层辐合区的移动，也提前预示了强降水落区的移动。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23030
摘要:
本文客观识别和追踪了2000~2019年东北亚地区持续时间为[6, 24)和[24, 48)小时(“短持续”冷涡)以及≥48小时(传统东北冷涡)的3730次冷涡过程,分析了不同持续时间冷涡时空分布、强度和尺度特征的差异及其影响期间我国东北暖季降水分布。结果表明：(1)持续时间为[6, 24)小时的冷涡发生频次最多(占比约60%),传统东北冷涡频次最少(占比约15%)。(2)冷涡更易出现在暖季5–8月,但不同持续时间冷涡频数峰值月份不同。(3)持续时间为[6, 24)、[24, 48)和≥48小时的冷涡中心活动主要高频区分别出现在识别区域东北角、东北象限和中部；冷涡中心初现时刻位置主要位于45°–55°N之间的识别区域西边界附近,但持续时间为[6, 24)([24, 48))小时的冷涡中心初现时刻位置在识别区域东北象限(中北部)亦存在高频区；冷涡中心在分析区域内的最后出现时刻较多位于40°N以北的分析区域东边界附近。(4)冷涡持续时间越长,强度越强、半径越大；冷季冷涡强度和半径大于暖季。(5)东北暖季,冷涡背景下总降水量和短时强降水量占比均值均超过60%(后者更大),冷涡持续时间越长,上述占比相对越大；不同持续时间冷涡影响期间,总降水量/短时强降水量占比空间分布存在明显差异。“短持续”冷涡相关研究同样需要重视。
本文客观识别和追踪了2000~2019年东北亚地区持续时间为[6, 24)和[24, 48)小时(“短持续”冷涡)以及≥48小时(传统东北冷涡)的3730次冷涡过程,分析了不同持续时间冷涡时空分布、强度和尺度特征的差异及其影响期间我国东北暖季降水分布。结果表明：(1)持续时间为[6, 24)小时的冷涡发生频次最多(占比约60%),传统东北冷涡频次最少(占比约15%)。(2)冷涡更易出现在暖季5–8月,但不同持续时间冷涡频数峰值月份不同。(3)持续时间为[6, 24)、[24, 48)和≥48小时的冷涡中心活动主要高频区分别出现在识别区域东北角、东北象限和中部；冷涡中心初现时刻位置主要位于45°–55°N之间的识别区域西边界附近,但持续时间为[6, 24)([24, 48))小时的冷涡中心初现时刻位置在识别区域东北象限(中北部)亦存在高频区；冷涡中心在分析区域内的最后出现时刻较多位于40°N以北的分析区域东边界附近。(4)冷涡持续时间越长,强度越强、半径越大；冷季冷涡强度和半径大于暖季。(5)东北暖季,冷涡背景下总降水量和短时强降水量占比均值均超过60%(后者更大),冷涡持续时间越长,上述占比相对越大；不同持续时间冷涡影响期间,总降水量/短时强降水量占比空间分布存在明显差异。“短持续”冷涡相关研究同样需要重视。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22173
摘要:
利用2020年夏季（6～8月）CMA-MESO逐日08时（北京时）起报的12～36 h逐时降水预报数据和地面–卫星–雷达三源融合逐时降水产品，着眼于小时尺度降水特征，细致评估了CMA-MESO对四川盆地及周边地区的降水预报性能。结果表明，CMA-MESO较好把握了夏季降水的空间分布特征，即小时平均降水量和降水频率的大值区位于四川盆地西部、北部和东部的高海拔山区，而降水强度大值区主要位于山脉迎风坡一侧，但CMA-MESO预报的降水量和频率大值区位置较观测偏南。CMA-MESO合理描述了研究区域内降水量和频率峰值时间位相自西向东逐步滞后的特征，能够把握区域平均的降水量和频率清晨主峰、傍晚次峰的双峰形态以及降水强度的单峰特征，但预报的降水日变化位相超前于观测。CMA-MESO预报的逐时降水量均大于观测，明显的降水量预报正偏差发生于夜间21～03时和午后至傍晚（14～20时），分别由一般性降水（0.1～10 mm h?1）预报偏差和强降水（≥10 mm h?1）预报偏差主导，其偏差大值区分别位于青藏高原东南缘至四川盆地西部和四川盆地以东、以南地区，模式对热力和动力场的预报偏差结合地形的影响是降水量预报偏差的成因。
利用2020年夏季（6～8月）CMA-MESO逐日08时（北京时）起报的12～36 h逐时降水预报数据和地面–卫星–雷达三源融合逐时降水产品，着眼于小时尺度降水特征，细致评估了CMA-MESO对四川盆地及周边地区的降水预报性能。结果表明，CMA-MESO较好把握了夏季降水的空间分布特征，即小时平均降水量和降水频率的大值区位于四川盆地西部、北部和东部的高海拔山区，而降水强度大值区主要位于山脉迎风坡一侧，但CMA-MESO预报的降水量和频率大值区位置较观测偏南。CMA-MESO合理描述了研究区域内降水量和频率峰值时间位相自西向东逐步滞后的特征，能够把握区域平均的降水量和频率清晨主峰、傍晚次峰的双峰形态以及降水强度的单峰特征，但预报的降水日变化位相超前于观测。CMA-MESO预报的逐时降水量均大于观测，明显的降水量预报正偏差发生于夜间21～03时和午后至傍晚（14～20时），分别由一般性降水（0.1～10 mm h?1）预报偏差和强降水（≥10 mm h?1）预报偏差主导，其偏差大值区分别位于青藏高原东南缘至四川盆地西部和四川盆地以东、以南地区，模式对热力和动力场的预报偏差结合地形的影响是降水量预报偏差的成因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22182
摘要:
云粒子有效半径是云微物理中的重要参数,准确获取云粒子有效半径的分布特征对分析云形成、降水及灾害性天气预报、地气辐射收支等都具有重要意义。利用1998-2012年6-8月(夏季)热带测雨卫星(TRMM)搭载的可见光/红外扫描仪(VIRS)的探测资料,分析了北半球夏季热带和副热带地区云粒子有效半径的空间分布和廓线特征。结果表明云粒子有效半径在空间上分布不均匀,粒子尺度分布在5~30 μm之间,局部尺度可达30 μm以上,并且洋面的云粒子有效半径相比陆面的云粒子有效半径更大；标准差多分布在2~10 μm之间,但局部可达10 μm以上。不同区域的云粒子有效半径垂直廓线分布表明,随着亮温的降低,云粒子有效半径先增后减；对于小的云粒子有效半径,洋面比陆面的云粒子有效半径廓线大,且北半球副热带比南半球副热带的云粒子有效半径廓线大；对于大的云粒子有效半径,各区域间的云粒子有效半径廓线差异较小；云粒子有效半径标准差廓线分析表明,小粒子、适中粒子和大粒子的标准差大值分别位于冰云、混合云和水云区。本研究结果为模式模拟热带和副热带区域云中粒子有效半径分布特征提供了观测依据。
云粒子有效半径是云微物理中的重要参数,准确获取云粒子有效半径的分布特征对分析云形成、降水及灾害性天气预报、地气辐射收支等都具有重要意义。利用1998-2012年6-8月(夏季)热带测雨卫星(TRMM)搭载的可见光/红外扫描仪(VIRS)的探测资料,分析了北半球夏季热带和副热带地区云粒子有效半径的空间分布和廓线特征。结果表明云粒子有效半径在空间上分布不均匀,粒子尺度分布在5~30 μm之间,局部尺度可达30 μm以上,并且洋面的云粒子有效半径相比陆面的云粒子有效半径更大；标准差多分布在2~10 μm之间,但局部可达10 μm以上。不同区域的云粒子有效半径垂直廓线分布表明,随着亮温的降低,云粒子有效半径先增后减；对于小的云粒子有效半径,洋面比陆面的云粒子有效半径廓线大,且北半球副热带比南半球副热带的云粒子有效半径廓线大；对于大的云粒子有效半径,各区域间的云粒子有效半径廓线差异较小；云粒子有效半径标准差廓线分析表明,小粒子、适中粒子和大粒子的标准差大值分别位于冰云、混合云和水云区。本研究结果为模式模拟热带和副热带区域云中粒子有效半径分布特征提供了观测依据。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22205
摘要:
本文基于2015～2018年四川盆地西部边缘出现的典型暴雨个例,以落区为依据进行了统计分类,着重分析了不同空间分布特征暴雨的环境场条件,并从四川盆地夏季大气日变化特征角度来探讨了该区域易出现夜雨频发的原因。研究表明：(1)受四川盆地西部边缘高大陡峭地形影响,盆地西部中低层大气温湿条件好,暖湿东南气流在此遇大地形产生迎风辐合抬升,易发生强降水。当暴雨发生在整个盆西(西部型)时,整个盆地西部的湿度非常大,东南风较强；当暴雨发生在盆地西北部(西北型)时,中低层东南风最强,动力作用最显著；当暴雨发生在盆地西南部(西南型)时,大多伴随有偏北风进入盆地,存在明显的南北风切变辐合。水汽散度通量对四川盆地西部暴雨强度和落区具有较好的指示意义。(2)对流有效位能、相对湿度、假相当位温、中低层风场以及散度这些热力和动力变量的日变化特征,都表明了四川盆地西部降水易发生在夜间。
本文基于2015～2018年四川盆地西部边缘出现的典型暴雨个例,以落区为依据进行了统计分类,着重分析了不同空间分布特征暴雨的环境场条件,并从四川盆地夏季大气日变化特征角度来探讨了该区域易出现夜雨频发的原因。研究表明：(1)受四川盆地西部边缘高大陡峭地形影响,盆地西部中低层大气温湿条件好,暖湿东南气流在此遇大地形产生迎风辐合抬升,易发生强降水。当暴雨发生在整个盆西(西部型)时,整个盆地西部的湿度非常大,东南风较强；当暴雨发生在盆地西北部(西北型)时,中低层东南风最强,动力作用最显著；当暴雨发生在盆地西南部(西南型)时,大多伴随有偏北风进入盆地,存在明显的南北风切变辐合。水汽散度通量对四川盆地西部暴雨强度和落区具有较好的指示意义。(2)对流有效位能、相对湿度、假相当位温、中低层风场以及散度这些热力和动力变量的日变化特征,都表明了四川盆地西部降水易发生在夜间。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22222
摘要:
2021年7月20日郑州市特大暴雨过程给人民的生命财产造成了巨大损失。然而，此次暴雨降水量极端性强，数值预报不确定性极大。为提高CMA数值模式对此类暴雨极端雨强预报不确定性的描述能力，利用中国气象局自主研发的3km水平分辨率的对流尺度数值预报系统（China Meteorological Administration Mesoscale model, CMA-Meso 3km），通过设计集合同化观测扰动方案与云分析雷达反射率滤波阈值调整方案，实现对常规观测资料和雷达反射率的微小扰动，构建对流尺度集合预报初始扰动场，开展集合预报试验，评估对流尺度集合预报的极端雨强预报不确定性特征，并与CMA全球集合预报和区域集合预报进行对比分析。结果表明，1）基于3km水平分辨率的对流尺度集合预报对此次极端降水的预报仍存在一定的落区偏差，但不同集合预报成员的极端雨强值具有较好的发散度，且个别成员预报的极端雨强值接近实况的624.1mm，较好地代表了极端降水的预报不确定性。2）通过对比CMA不同分辨率集合预报的极端雨强值、离散度及累积降水邻域分数技巧评分，发现极端雨强值及离散度与模式水平分辨率密切相关，分辨率越高，极端雨强概率预报技巧越高，表明对流尺度集合预报能够更好描述极端雨强预报的不确定性及其极端性。3）同时扰动常规观测资料及雷达资料的对流尺度集合预报，能够在较短的预报时效内对模式水汽场及环流形势产生影响，促使降水集合预报离散度在较短的预报时效内增长起来，有效提升了极端雨强概率预报能力。总体而言，通过扰动常规观测资料和雷达资料的对流尺度集合预报有助于提高模式极端雨强概率预报技巧。
2021年7月20日郑州市特大暴雨过程给人民的生命财产造成了巨大损失。然而，此次暴雨降水量极端性强，数值预报不确定性极大。为提高CMA数值模式对此类暴雨极端雨强预报不确定性的描述能力，利用中国气象局自主研发的3km水平分辨率的对流尺度数值预报系统（China Meteorological Administration Mesoscale model, CMA-Meso 3km），通过设计集合同化观测扰动方案与云分析雷达反射率滤波阈值调整方案，实现对常规观测资料和雷达反射率的微小扰动，构建对流尺度集合预报初始扰动场，开展集合预报试验，评估对流尺度集合预报的极端雨强预报不确定性特征，并与CMA全球集合预报和区域集合预报进行对比分析。结果表明，1）基于3km水平分辨率的对流尺度集合预报对此次极端降水的预报仍存在一定的落区偏差，但不同集合预报成员的极端雨强值具有较好的发散度，且个别成员预报的极端雨强值接近实况的624.1mm，较好地代表了极端降水的预报不确定性。2）通过对比CMA不同分辨率集合预报的极端雨强值、离散度及累积降水邻域分数技巧评分，发现极端雨强值及离散度与模式水平分辨率密切相关，分辨率越高，极端雨强概率预报技巧越高，表明对流尺度集合预报能够更好描述极端雨强预报的不确定性及其极端性。3）同时扰动常规观测资料及雷达资料的对流尺度集合预报，能够在较短的预报时效内对模式水汽场及环流形势产生影响，促使降水集合预报离散度在较短的预报时效内增长起来，有效提升了极端雨强概率预报能力。总体而言，通过扰动常规观测资料和雷达资料的对流尺度集合预报有助于提高模式极端雨强概率预报技巧。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22235
摘要:
随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRF v4.3中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案：不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案结果。试验结果表明：原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限；新型尺度适应重力波拖曳方案在3km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果；由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响；对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。
随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRF v4.3中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案：不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案结果。试验结果表明：原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限；新型尺度适应重力波拖曳方案在3km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果；由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响；对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.23002
摘要:
基于CN05.1观测格点数据和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）模式模拟数据，本文全面评估了CMIP6模式对自校准帕尔默干旱指数（scPDSI）的模拟能力，并选取7个性能相对较好的模式的集合平均结果，在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5三种温室气体排放情景下预估21世纪中国地区scPDSI、径流和土壤湿度的变化特征，在此基础上分析CMIP6未来预估的不确定性。结果表明：CMIP6对中国地区自校准帕尔默干旱指数的模拟能力仍有待提高，多模式集合平均的模拟性能优于大多数单个模式，但在时间趋势、振幅等方面仍有不足；scPDSI的时间趋势在低、中排放情景下略微升高，趋势值分别为0.03/10a和0.01/10a，在高排放情景下则呈下降趋势（-0.05/10a）。土壤湿度随时间呈降低趋势，SSP5-8.5情景下地表土壤湿度和整层土壤湿度降低趋势分别为-0.30%/10a和-0.26%/10a，而地表径流和径流总量则随时间增加，趋势值分别为1.76%/10a和3.13%/10a。在空间分布上，21世纪末，中国地区年平均scPDSI普遍随排放情景升高而降低，土壤湿度变化大致呈“北高南低”分布，在青藏高原地区降低最为明显，且表层土壤湿度变化幅度更大。径流在大部分地区均呈升高趋势，且升高幅度与区域随排放情景增大，只有西北和青藏高原部分地区呈降低趋势。21世纪各变量变化的概率密度曲线大多随排放情景升高而变宽，其未来变化极端性将增强，变化更为剧烈。
基于CN05.1观测格点数据和第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）模式模拟数据，本文全面评估了CMIP6模式对自校准帕尔默干旱指数（scPDSI）的模拟能力，并选取7个性能相对较好的模式的集合平均结果，在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5三种温室气体排放情景下预估21世纪中国地区scPDSI、径流和土壤湿度的变化特征，在此基础上分析CMIP6未来预估的不确定性。结果表明：CMIP6对中国地区自校准帕尔默干旱指数的模拟能力仍有待提高，多模式集合平均的模拟性能优于大多数单个模式，但在时间趋势、振幅等方面仍有不足；scPDSI的时间趋势在低、中排放情景下略微升高，趋势值分别为0.03/10a和0.01/10a，在高排放情景下则呈下降趋势（-0.05/10a）。土壤湿度随时间呈降低趋势，SSP5-8.5情景下地表土壤湿度和整层土壤湿度降低趋势分别为-0.30%/10a和-0.26%/10a，而地表径流和径流总量则随时间增加，趋势值分别为1.76%/10a和3.13%/10a。在空间分布上，21世纪末，中国地区年平均scPDSI普遍随排放情景升高而降低，土壤湿度变化大致呈“北高南低”分布，在青藏高原地区降低最为明显，且表层土壤湿度变化幅度更大。径流在大部分地区均呈升高趋势，且升高幅度与区域随排放情景增大，只有西北和青藏高原部分地区呈降低趋势。21世纪各变量变化的概率密度曲线大多随排放情景升高而变宽，其未来变化极端性将增强，变化更为剧烈。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22098
摘要:
基于四川省全省158个站点逐日气象观测数据以及2018~2020年道路气象灾害资料，对温度类、湿度类和降水类因子及它们的日变化复合特征共计14个因子采用相关性分析，研究了平原和山区地形下道路结冰模式的区别。结果表明，平均相对湿度与结冰的相关系数在两种地形分别为0.451和-0.451，山区和平原地形下的结冰模式差异主要体现在满足结冰所需水汽条件的因子的不同上。另外基于主成分降维、逐步回归和Lasso原理筛选特征，构建Logistic结冰预测模型，以五折交叉验证减小偶然误差，并使用准确率、ROC曲线和AUC值等标准对得到的模型进行评估。两种地形下三种模型表现排名一致，Lasso-Logistic模型效果最佳，平均准确率为86.98%，SR-Logistic次之，平均准确率为84.05%，PCA-Logistic最低，平均准确率为84.09%。在典型个例检验中，Lasso-Logistic在平原和山地预测准确率分别为86.15%和83.70%，在三种模型中最高。同时，引入气象因子随时间变化的复合特征能够提高模型的预测准确率，其中Lasso-Logistic、PCA-Logistic和SR-Logistic较它们仅包含日均值的模型的准确率提升了3.68%、3.00%和3.00%。研究结果证明，Lasso-Logistic结冰预测模型能有效对两种地形下的道路结冰事件进行预测，普适性较强，能够为道路结冰灾害的预警提供参考。
基于四川省全省158个站点逐日气象观测数据以及2018~2020年道路气象灾害资料，对温度类、湿度类和降水类因子及它们的日变化复合特征共计14个因子采用相关性分析，研究了平原和山区地形下道路结冰模式的区别。结果表明，平均相对湿度与结冰的相关系数在两种地形分别为0.451和-0.451，山区和平原地形下的结冰模式差异主要体现在满足结冰所需水汽条件的因子的不同上。另外基于主成分降维、逐步回归和Lasso原理筛选特征，构建Logistic结冰预测模型，以五折交叉验证减小偶然误差，并使用准确率、ROC曲线和AUC值等标准对得到的模型进行评估。两种地形下三种模型表现排名一致，Lasso-Logistic模型效果最佳，平均准确率为86.98%，SR-Logistic次之，平均准确率为84.05%，PCA-Logistic最低，平均准确率为84.09%。在典型个例检验中，Lasso-Logistic在平原和山地预测准确率分别为86.15%和83.70%，在三种模型中最高。同时，引入气象因子随时间变化的复合特征能够提高模型的预测准确率，其中Lasso-Logistic、PCA-Logistic和SR-Logistic较它们仅包含日均值的模型的准确率提升了3.68%、3.00%和3.00%。研究结果证明，Lasso-Logistic结冰预测模型能有效对两种地形下的道路结冰事件进行预测，普适性较强，能够为道路结冰灾害的预警提供参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22242
摘要:
本文采用WRF模式对发生在南疆复杂地形条件下的一次极端暴雨过程进行了高分辨率数值模拟，采用水汽敏感性试验，研究了水汽对南疆干旱区极端暴雨的影响，初步揭示了水汽影响南疆暴雨的动热力机理。进一步研究了广义湿位涡和对流涡度矢量对干旱区暴雨的表征能力。结论如下：水汽变化显著影响降水的极端性（降水强度）。当水汽增强时，降水强度的变化要明显高于水汽本身的变化强度，降水的极端性明显增强，特别是当低层水汽增强时，对降水的极端性增强影响最为显著。这是由于：改变水汽后，降水大气的CAPE变化显著，CAPE越强，对流触发后能够获得更强的发展，产生的垂直运动更强，从而能够进一步抽吸低层水汽，形成正反馈机制，导致极端降水发生。敏感性试验显示：水汽增加时，上升运动明显增强，低层东风急流强度明显增强，加强降水区水汽辐合，导致输送到中层的水汽增加，中层凝结潜热释放增多，进一步增强上升运动，降水强度增强；水汽减小时上升运动明显减弱，低层东风急流强度明显减弱，降水区水汽辐合减弱，这导致输送到中层的水汽减少，中层凝结潜热释放减少，进一步上升运动减小，降水强度减弱。广义湿位涡和对流涡度矢量的空间分布和时间演变与模拟降水有着良好对应，特别是水汽改变后，相应地，广义湿位涡和对流涡度矢量出现相似的变化特征，表明包含丰富动热力信息的物理因子能够抓住干旱区极端降水的典型特征，未来可能将其应用于干旱区降水的预警预报中。
本文采用WRF模式对发生在南疆复杂地形条件下的一次极端暴雨过程进行了高分辨率数值模拟，采用水汽敏感性试验，研究了水汽对南疆干旱区极端暴雨的影响，初步揭示了水汽影响南疆暴雨的动热力机理。进一步研究了广义湿位涡和对流涡度矢量对干旱区暴雨的表征能力。结论如下：水汽变化显著影响降水的极端性（降水强度）。当水汽增强时，降水强度的变化要明显高于水汽本身的变化强度，降水的极端性明显增强，特别是当低层水汽增强时，对降水的极端性增强影响最为显著。这是由于：改变水汽后，降水大气的CAPE变化显著，CAPE越强，对流触发后能够获得更强的发展，产生的垂直运动更强，从而能够进一步抽吸低层水汽，形成正反馈机制，导致极端降水发生。敏感性试验显示：水汽增加时，上升运动明显增强，低层东风急流强度明显增强，加强降水区水汽辐合，导致输送到中层的水汽增加，中层凝结潜热释放增多，进一步增强上升运动，降水强度增强；水汽减小时上升运动明显减弱，低层东风急流强度明显减弱，降水区水汽辐合减弱，这导致输送到中层的水汽减少，中层凝结潜热释放减少，进一步上升运动减小，降水强度减弱。广义湿位涡和对流涡度矢量的空间分布和时间演变与模拟降水有着良好对应，特别是水汽改变后，相应地，广义湿位涡和对流涡度矢量出现相似的变化特征，表明包含丰富动热力信息的物理因子能够抓住干旱区极端降水的典型特征，未来可能将其应用于干旱区降水的预警预报中。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22224
摘要:
对于新型观测系统的建立，准确客观地评估其性能对系统的完善和发展具有重要的意义。我国新一代往返平漂式探空系统（Round-trip Drifting Sounding System, RDSS）创新性地突破了传统探空观测模式，通过一次释放实现“上升-平漂-下降”三段式观测，拓展了现有探空观测的能力和范围。本文利用基于伴随模式的观测敏感性方法（Forecast Sensitivity to Observations, FSO），研究了长江中下游目标区数值预报质量对新型探空观测资料的敏感性。结果表明：试验时段内同化常规观测资料均能够不同程度地减小预报误差，提高预报质量，其中风场和温度观测的贡献最为显著。新型探空试验资料对长江中下游目标区预报具有显著正贡献，71.4%时次的预报误差有了进一步的减小。其中经向风和湿度观测对预报质量的改善最为明显。新型探空风场观测对预报误差的贡献具有明显的空间差异，预报误差减小的大值区主要分布在试验站本站及其附近区域；整层新型探空风场和温度、湿度观测对预报质量的正贡献比较显著，仅对流层中低层的纬向风观测对预报质量呈现弱的负贡献。
对于新型观测系统的建立，准确客观地评估其性能对系统的完善和发展具有重要的意义。我国新一代往返平漂式探空系统（Round-trip Drifting Sounding System, RDSS）创新性地突破了传统探空观测模式，通过一次释放实现“上升-平漂-下降”三段式观测，拓展了现有探空观测的能力和范围。本文利用基于伴随模式的观测敏感性方法（Forecast Sensitivity to Observations, FSO），研究了长江中下游目标区数值预报质量对新型探空观测资料的敏感性。结果表明：试验时段内同化常规观测资料均能够不同程度地减小预报误差，提高预报质量，其中风场和温度观测的贡献最为显著。新型探空试验资料对长江中下游目标区预报具有显著正贡献，71.4%时次的预报误差有了进一步的减小。其中经向风和湿度观测对预报质量的改善最为明显。新型探空风场观测对预报误差的贡献具有明显的空间差异，预报误差减小的大值区主要分布在试验站本站及其附近区域；整层新型探空风场和温度、湿度观测对预报质量的正贡献比较显著，仅对流层中低层的纬向风观测对预报质量呈现弱的负贡献。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22245
摘要:
本文基于1961-2017年中国逐日最高温度资料(CN05.1),通过经验正交函数分解(EOF)揭示了中国夏季极端高温日数（EHTD）年际变化的主导模态，探究了导致各模态形成的关键影响因子和相关物理机制。结果表明：第一模态表现为横贯中国的纬向型分布，该模态主要与北极涛动（AO）有关。AO正位相时从北欧向南传播的罗斯贝波列加强横贯中国的纬向高压异常。第二模态表现为经向偶极子型分布，该模态主要受从北大西洋向东亚地区传播的极地-欧亚型遥相关波列（POL）和赤道西太暖池区上升支加强局地哈德来环流的共同影响，使得华南地区（中国北方）受高压（低压）的控制。前两个模态的极端高温日数增加均与局地高压异常造成的降水减少引起的入射太阳短波辐射增加有关。第三模态的分布集中在青藏高原，主要受从地中海向下游传播的纬向波列的影响。与该波列对应的环流异常一方面会造成水汽辐散、上升运动减弱，从而使得云量减少、向下的云-短波辐射增加，另一方面会造成大气增温、从而使得晴空向下的长波辐射增加，二者共同为极端高温日数增加提供有利条件。本研究结果将有助于加深对中国夏季极端高温变化特征的认识，并为未来开展极端高温的季节预测提供理论参考。
本文基于1961-2017年中国逐日最高温度资料(CN05.1),通过经验正交函数分解(EOF)揭示了中国夏季极端高温日数（EHTD）年际变化的主导模态，探究了导致各模态形成的关键影响因子和相关物理机制。结果表明：第一模态表现为横贯中国的纬向型分布，该模态主要与北极涛动（AO）有关。AO正位相时从北欧向南传播的罗斯贝波列加强横贯中国的纬向高压异常。第二模态表现为经向偶极子型分布，该模态主要受从北大西洋向东亚地区传播的极地-欧亚型遥相关波列（POL）和赤道西太暖池区上升支加强局地哈德来环流的共同影响，使得华南地区（中国北方）受高压（低压）的控制。前两个模态的极端高温日数增加均与局地高压异常造成的降水减少引起的入射太阳短波辐射增加有关。第三模态的分布集中在青藏高原，主要受从地中海向下游传播的纬向波列的影响。与该波列对应的环流异常一方面会造成水汽辐散、上升运动减弱，从而使得云量减少、向下的云-短波辐射增加，另一方面会造成大气增温、从而使得晴空向下的长波辐射增加，二者共同为极端高温日数增加提供有利条件。本研究结果将有助于加深对中国夏季极端高温变化特征的认识，并为未来开展极端高温的季节预测提供理论参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22168
摘要:
降水类型分类对了解区域降水微物理特征、多源降水融合误差模型的构建以及雷达定量测量降水估计等都很重要。本文基于2015-2016年南京信息工程大学C波段双偏振雷达数据和南京地区滴谱仪观测资料，提出一种适用于南京地区的雷达降水类型分类方法，并对降水类型分类结果进行对比验证。首先，基于滴谱仪降雨率时序数据、地基雷达反射率因子平面位置显示（PPI）和地基雷达反射率因子时间高度显示（THI）数据，筛选出共36次典型层状和对流降水过程。随后，统计3个滴谱仪站点典型层状（对流）降水的雨滴谱（DSD）参数：归一化截距参数（NW）和体积中值直径（D0），拟合得到适用于南京地区的log10(NW)-D0降水类型分类线。将基于滴谱数据统计拟合的分类线应用于基于变分法反演的地基雷达DSD参数，进行地基雷达降水类型分类。根据典型层状（对流）过程降水类型分离指数的时间高度分布，并对比DPR降水分类产品，对分类效果进行验证。最后将分类结果应用于雷达分类定量降水估计，进一步说明降水分类的应用效果。结果表明，南京地区3个滴谱仪站点的拟合分类线非常一致，3个站点的典型层状（对流）过程均能够很好地分离在分类线两侧；与DPR降水分类产品进行对比分析后，发现南京地区分类线的分类效果相对于其他典型降水分类方法，对层状和对流降水的识别率整体最高，分别为84.56％和72.64％；基于降水分类的雷达定量降水估计的测雨精度均优于未分类的测雨公式，且分类R(Kdp)在四种分类测雨公式中整体性能最优（CC=0.7648，MAE=3.0952 mm/h，RMSE=5.4297 mm/h），分类R(Zh)在层状云降水反演中性能最优，分类R(Kdp)则在对流云降水反演中性能最优，而分类R(Zh,Zdr)对原有总体测雨公式降水精度的提升最为明显。
降水类型分类对了解区域降水微物理特征、多源降水融合误差模型的构建以及雷达定量测量降水估计等都很重要。本文基于2015-2016年南京信息工程大学C波段双偏振雷达数据和南京地区滴谱仪观测资料，提出一种适用于南京地区的雷达降水类型分类方法，并对降水类型分类结果进行对比验证。首先，基于滴谱仪降雨率时序数据、地基雷达反射率因子平面位置显示（PPI）和地基雷达反射率因子时间高度显示（THI）数据，筛选出共36次典型层状和对流降水过程。随后，统计3个滴谱仪站点典型层状（对流）降水的雨滴谱（DSD）参数：归一化截距参数（NW）和体积中值直径（D0），拟合得到适用于南京地区的log10(NW)-D0降水类型分类线。将基于滴谱数据统计拟合的分类线应用于基于变分法反演的地基雷达DSD参数，进行地基雷达降水类型分类。根据典型层状（对流）过程降水类型分离指数的时间高度分布，并对比DPR降水分类产品，对分类效果进行验证。最后将分类结果应用于雷达分类定量降水估计，进一步说明降水分类的应用效果。结果表明，南京地区3个滴谱仪站点的拟合分类线非常一致，3个站点的典型层状（对流）过程均能够很好地分离在分类线两侧；与DPR降水分类产品进行对比分析后，发现南京地区分类线的分类效果相对于其他典型降水分类方法，对层状和对流降水的识别率整体最高，分别为84.56％和72.64％；基于降水分类的雷达定量降水估计的测雨精度均优于未分类的测雨公式，且分类R(Kdp)在四种分类测雨公式中整体性能最优（CC=0.7648，MAE=3.0952 mm/h，RMSE=5.4297 mm/h），分类R(Zh)在层状云降水反演中性能最优，分类R(Kdp)则在对流云降水反演中性能最优，而分类R(Zh,Zdr)对原有总体测雨公式降水精度的提升最为明显。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22215
摘要:
为了进一步认识上升气流对雷暴云内复杂电荷结构特征的影响，利用加入起放电参数化方案的WRF模式对DC3试验中2012年6月6日一次出现反极性电荷结构的强雷暴过程进行模拟。结果表明，起电区对应强回波区，主要发生在上升气流区中心云水含量大于0.2g/kg的冰水混合区，非感应起电机制主导着雷暴云内的起电过程。上升气流区外围区域存在可观的电荷，主要是由气流将起电区域的荷电粒子向后水平输送形成的。同类粒子带电极性在较大范围内变化少，但由于各类粒子的含量和荷电量不同，导致净电荷密度分布呈现较复杂的结构。达到一定强度的上升气流可以破坏电荷区的连续性，导致对流区出现高密度的、正负极性交错分布的、范围更小的电荷区。层云区由于没有上升气流，荷电粒子主要源自上升气流区的水平输送，所以其电荷区分布较连续且范围较大，但电荷密度相对弱。处于不同生命期的单体由于上升气流强度和倾斜程度不同，单体间的水成物粒子分布特征会存在一定差异，使得反转温度和起电率出现较大不同，因此单体合并时上升气流区之间的电荷区更破碎，电荷结构更复杂。
为了进一步认识上升气流对雷暴云内复杂电荷结构特征的影响，利用加入起放电参数化方案的WRF模式对DC3试验中2012年6月6日一次出现反极性电荷结构的强雷暴过程进行模拟。结果表明，起电区对应强回波区，主要发生在上升气流区中心云水含量大于0.2g/kg的冰水混合区，非感应起电机制主导着雷暴云内的起电过程。上升气流区外围区域存在可观的电荷，主要是由气流将起电区域的荷电粒子向后水平输送形成的。同类粒子带电极性在较大范围内变化少，但由于各类粒子的含量和荷电量不同，导致净电荷密度分布呈现较复杂的结构。达到一定强度的上升气流可以破坏电荷区的连续性，导致对流区出现高密度的、正负极性交错分布的、范围更小的电荷区。层云区由于没有上升气流，荷电粒子主要源自上升气流区的水平输送，所以其电荷区分布较连续且范围较大，但电荷密度相对弱。处于不同生命期的单体由于上升气流强度和倾斜程度不同，单体间的水成物粒子分布特征会存在一定差异，使得反转温度和起电率出现较大不同，因此单体合并时上升气流区之间的电荷区更破碎，电荷结构更复杂。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22088
摘要:
利用2019～2021年翔安区气象局观测的雾滴谱资料，分析了闽南沿海雾的微物理参数及滴谱特征，研究了能见度与粒子数浓度、液态水含量、相对湿度等的关系。在此基础上对能见度进行分级参数化拟合与检验评估。结果表明闽南沿海雾的平均粒子数浓度为47.5 cm-3，平均液态水含量为0.0763 g·m-3。当能见度下降时，粒子数浓度、液态水含量快速上升，平均直径、有效直径等物理量缓慢上升。能见度低于100 m时，平均粒子数浓度达到115.42 cm-3，液态水含量达到0.228 g·m-3。粒子数浓度和液态水含量谱线均呈现双峰结构特征分布，其中粒子数浓度主峰值为4～6 μm，次峰值为22～26 μm。液态水含量与粒子数浓度相反，主峰位于24～26 μm，次峰为4～6 μm，表明雾的粒子数浓度主要受小粒子控制，但液态水含量以20～30 μm段的粒子贡献最为显著。与沿海地区相比，闽南沿海雾的平均粒子数浓度小于华南沿海，高于华东沿海；平均液态水含量高于华南沿海，低于华东沿海。与内陆城市区域或县郊相比，同等状态下沿海的粒子数浓度明显更低，但液态水含量更大。采用四种参数化方案对能见度进行了分段以及不分段拟合。评估检验结果表明，采用粒子数浓度和液态水含量的乘积作为因子的分段拟合效果最优，尤其是对于1 km以下的能见度拟合效果更优。
利用2019～2021年翔安区气象局观测的雾滴谱资料，分析了闽南沿海雾的微物理参数及滴谱特征，研究了能见度与粒子数浓度、液态水含量、相对湿度等的关系。在此基础上对能见度进行分级参数化拟合与检验评估。结果表明闽南沿海雾的平均粒子数浓度为47.5 cm-3，平均液态水含量为0.0763 g·m-3。当能见度下降时，粒子数浓度、液态水含量快速上升，平均直径、有效直径等物理量缓慢上升。能见度低于100 m时，平均粒子数浓度达到115.42 cm-3，液态水含量达到0.228 g·m-3。粒子数浓度和液态水含量谱线均呈现双峰结构特征分布，其中粒子数浓度主峰值为4～6 μm，次峰值为22～26 μm。液态水含量与粒子数浓度相反，主峰位于24～26 μm，次峰为4～6 μm，表明雾的粒子数浓度主要受小粒子控制，但液态水含量以20～30 μm段的粒子贡献最为显著。与沿海地区相比，闽南沿海雾的平均粒子数浓度小于华南沿海，高于华东沿海；平均液态水含量高于华南沿海，低于华东沿海。与内陆城市区域或县郊相比，同等状态下沿海的粒子数浓度明显更低，但液态水含量更大。采用四种参数化方案对能见度进行了分段以及不分段拟合。评估检验结果表明，采用粒子数浓度和液态水含量的乘积作为因子的分段拟合效果最优，尤其是对于1 km以下的能见度拟合效果更优。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22172
摘要:
本文首先基于1979-2019年ERA5逐日再分析数据集,采用自组织映射(SOM)神经网络方法对冬季北半球对流层极涡进行客观分型,分析了极涡天气型的时间变化特征,揭示了冬季北半球极涡天气型长期变化的成因。结果表明：(1)根据极涡中心位置,极涡可分为绕极型、偶极型、偏欧亚型和偏北美型,其中绕极型和偶极型为主导环流型。绕极型和偶极型的出现频次分别呈现显著减少和增多的趋势,并具有明显的年际和年代际变化；(2)绕极型的长期减少和偶极型的长期增加主要是由于北极地区快速升温导致北半球中高纬度区域间的经向温度梯度不断减小,大气斜压性减弱,进而引起绕极西风环流减弱,使得北半球极涡的强度减弱,极涡极易分裂。随后基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中一个海气耦合模式(CESM2)的工业革命前参照试验(piControl)和CO2浓度每年增加1%的强迫试验(1pctCO2)数据集,采用上述同样的方法进一步探讨了极涡绕极型和偶极型的长期变化与全球增暖的关系,发现无论在piControl还是在1pctCO2试验中绕极型和偶极型极涡仍为主导环流型,但在piControl试验中绕极型和偶极型的出现频次无显著变化趋势,而在1pctCO2试验中绕极型和偶极型则分别表现为显著减少和增多的趋势,进一步验证了观测中这两类极涡天气型的长期变化与全球增暖密切有关。
本文首先基于1979-2019年ERA5逐日再分析数据集,采用自组织映射(SOM)神经网络方法对冬季北半球对流层极涡进行客观分型,分析了极涡天气型的时间变化特征,揭示了冬季北半球极涡天气型长期变化的成因。结果表明：(1)根据极涡中心位置,极涡可分为绕极型、偶极型、偏欧亚型和偏北美型,其中绕极型和偶极型为主导环流型。绕极型和偶极型的出现频次分别呈现显著减少和增多的趋势,并具有明显的年际和年代际变化；(2)绕极型的长期减少和偶极型的长期增加主要是由于北极地区快速升温导致北半球中高纬度区域间的经向温度梯度不断减小,大气斜压性减弱,进而引起绕极西风环流减弱,使得北半球极涡的强度减弱,极涡极易分裂。随后基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中一个海气耦合模式(CESM2)的工业革命前参照试验(piControl)和CO2浓度每年增加1%的强迫试验(1pctCO2)数据集,采用上述同样的方法进一步探讨了极涡绕极型和偶极型的长期变化与全球增暖的关系,发现无论在piControl还是在1pctCO2试验中绕极型和偶极型极涡仍为主导环流型,但在piControl试验中绕极型和偶极型的出现频次无显著变化趋势,而在1pctCO2试验中绕极型和偶极型则分别表现为显著减少和增多的趋势,进一步验证了观测中这两类极涡天气型的长期变化与全球增暖密切有关。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22227
摘要:
本项工作以中国气象局发布的我国60个重点城市早期降水观测记录（1950年前）以及我国2419个国家级气象观测台站逐日和逐月降水观测数据（1950年后）为数据源，应用Penalized Maximal F test（PMF）和Penalized Maximal T test（PMT）方法检测历史降水中的非均一断点，Quantile Match（QM）方法开展偏差订正，消除了数据衔接、观测站迁址、设备更换等引起的降水历史数据系统偏差，研制完成一套时间长度达到百年（1900-2022年）的中国均一化降水日值和月值数据集。数据集收录了共计2446条中国降水序列，其中起始时间早于1945、1930年、1915年的序列数量分别为321条、126条60条。通过非均一性检验，在107个观测站的降水数据中发现了113个非均一断点，它们不仅会导致降水数据均值偏离区域降水事实，也会引起降水数据方差突变，干扰降水变率的研判。均一化校正能够较好地消除这些非气候变化引起的偏差，不再出现显著偏离局地降水均值和方差的情况。最终建立起一套能够客观地描述我国过去百年降水气候变化事实、为气候变化研究提供支撑的中国百年降水数据产品。基于均一化后的降水数据评估中国降水百年变化趋势，结果表明在过去近120年间中国的降水并未呈现显著的变化趋势，1900-2022年中国降水距平百分率的变化速率为0.35±0.21 %/10a。
本项工作以中国气象局发布的我国60个重点城市早期降水观测记录（1950年前）以及我国2419个国家级气象观测台站逐日和逐月降水观测数据（1950年后）为数据源，应用Penalized Maximal F test（PMF）和Penalized Maximal T test（PMT）方法检测历史降水中的非均一断点，Quantile Match（QM）方法开展偏差订正，消除了数据衔接、观测站迁址、设备更换等引起的降水历史数据系统偏差，研制完成一套时间长度达到百年（1900-2022年）的中国均一化降水日值和月值数据集。数据集收录了共计2446条中国降水序列，其中起始时间早于1945、1930年、1915年的序列数量分别为321条、126条60条。通过非均一性检验，在107个观测站的降水数据中发现了113个非均一断点，它们不仅会导致降水数据均值偏离区域降水事实，也会引起降水数据方差突变，干扰降水变率的研判。均一化校正能够较好地消除这些非气候变化引起的偏差，不再出现显著偏离局地降水均值和方差的情况。最终建立起一套能够客观地描述我国过去百年降水气候变化事实、为气候变化研究提供支撑的中国百年降水数据产品。基于均一化后的降水数据评估中国降水百年变化趋势，结果表明在过去近120年间中国的降水并未呈现显著的变化趋势，1900-2022年中国降水距平百分率的变化速率为0.35±0.21 %/10a。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22130
摘要:
为提高华南季风区高频尺度极端降水发展规律的认识，基于2013-2021年区域自动气象站逐5分钟降水观测资料，分析广东汛期5分钟极端强降水的时空分布和降水事件持续性特征，并与小时尺度极端降水进行对比。结果表明，5分钟极端降水阈值（E5min）呈显著的经向差异并在珠三角地区形成高值中心，总体受到地形山脉的固有影响小，而1小时极端降水阈值(E1h)自沿海向陆地减小，高值区主要位于偏南风的地形迎风坡。前汛期E5min自西南向东北减小，后汛期分布相对均匀。与小时极端降水的日变化特征不同，前汛期各地E5min均有双峰结构（主峰在下午，次峰在早晨），后汛期仅毗邻珠江口的3个区具有双峰分布，其余地区为单峰型。基于固定站点极端降水事件持续时间呈现显著的地域差异，阳江以东的南部沿海、龙门暴雨中心附近平均持续时间最长，阳江以西沿海地区和珠江三角洲核心城市群地区次之，西北部和东北部最短。进一步归纳具有时空关联的极端降水事件发现，白天极端事件较夜间的频数更高、移速更快、范围更广，而夜间事件的持续时间更长。对比而言，内陆地区降水系统的移速较沿海地区快，尤以云浮-肇庆一带最快，导致该区5分钟降水效率高，但小时阈值较低。珠三角中南部沿海地区极端降水事件的持续时间最长（夜间可达2.30-3.77小时），可能与该地区受城市群、海陆效应等综合影响有关。
为提高华南季风区高频尺度极端降水发展规律的认识，基于2013-2021年区域自动气象站逐5分钟降水观测资料，分析广东汛期5分钟极端强降水的时空分布和降水事件持续性特征，并与小时尺度极端降水进行对比。结果表明，5分钟极端降水阈值（E5min）呈显著的经向差异并在珠三角地区形成高值中心，总体受到地形山脉的固有影响小，而1小时极端降水阈值(E1h)自沿海向陆地减小，高值区主要位于偏南风的地形迎风坡。前汛期E5min自西南向东北减小，后汛期分布相对均匀。与小时极端降水的日变化特征不同，前汛期各地E5min均有双峰结构（主峰在下午，次峰在早晨），后汛期仅毗邻珠江口的3个区具有双峰分布，其余地区为单峰型。基于固定站点极端降水事件持续时间呈现显著的地域差异，阳江以东的南部沿海、龙门暴雨中心附近平均持续时间最长，阳江以西沿海地区和珠江三角洲核心城市群地区次之，西北部和东北部最短。进一步归纳具有时空关联的极端降水事件发现，白天极端事件较夜间的频数更高、移速更快、范围更广，而夜间事件的持续时间更长。对比而言，内陆地区降水系统的移速较沿海地区快，尤以云浮-肇庆一带最快，导致该区5分钟降水效率高，但小时阈值较低。珠三角中南部沿海地区极端降水事件的持续时间最长（夜间可达2.30-3.77小时），可能与该地区受城市群、海陆效应等综合影响有关。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22186
摘要:
摘要 基于2010-2019年ERA5单层再分析资料，结合淮南森林观测站2016年5月1日至2017年4月30日的大气边界层塔（PBL塔）观测资料，驱动陆面模式CLM4.5，模拟了淮南山地森林下垫面上的陆面过程；并比较分析了不同驱动场对其影响；同时也设计了土壤质地对土壤湿度影响的三个模拟实验。结果表明，CLM4.5对淮南森林陆气交换过程表现了较好的模拟性能，PBL塔观测资料驱动的总体模拟效果优于ERA5再分析资料的。在辐射模拟方面，CLM4.5利用ERA5资料和PBL塔观测资料，都很好地模拟了辐射分量，特别是PBL塔观测资料驱动的全年模拟结果与观测相关系数达0.97以上，均方根误差在25.056 W m-2以下。ERA5再分析资料强迫模拟的相关系数略低，但也达到了0.92，均方根误差在29.939 W m-2以下；在土壤温度模拟方面，相关系数都达到0.98以上；土壤湿度模拟的相关系数都在0.86以上，但系统性偏高；对感热通量的模拟全年平均的相关系数分别为0.72和0.78。实测的三层土壤质地加上深层给定的土壤质地的数据对土壤湿度的模拟结果与观测最为接近，土壤质地的准确描述可以大幅提高土壤湿度的模拟。本研究发现ERA5再分析单层资料在淮南森林站精度较好，可以应用于该山地森林区域陆气交换过程的模拟研究。
摘要 基于2010-2019年ERA5单层再分析资料，结合淮南森林观测站2016年5月1日至2017年4月30日的大气边界层塔（PBL塔）观测资料，驱动陆面模式CLM4.5，模拟了淮南山地森林下垫面上的陆面过程；并比较分析了不同驱动场对其影响；同时也设计了土壤质地对土壤湿度影响的三个模拟实验。结果表明，CLM4.5对淮南森林陆气交换过程表现了较好的模拟性能，PBL塔观测资料驱动的总体模拟效果优于ERA5再分析资料的。在辐射模拟方面，CLM4.5利用ERA5资料和PBL塔观测资料，都很好地模拟了辐射分量，特别是PBL塔观测资料驱动的全年模拟结果与观测相关系数达0.97以上，均方根误差在25.056 W m-2以下。ERA5再分析资料强迫模拟的相关系数略低，但也达到了0.92，均方根误差在29.939 W m-2以下；在土壤温度模拟方面，相关系数都达到0.98以上；土壤湿度模拟的相关系数都在0.86以上，但系统性偏高；对感热通量的模拟全年平均的相关系数分别为0.72和0.78。实测的三层土壤质地加上深层给定的土壤质地的数据对土壤湿度的模拟结果与观测最为接近，土壤质地的准确描述可以大幅提高土壤湿度的模拟。本研究发现ERA5再分析单层资料在淮南森林站精度较好，可以应用于该山地森林区域陆气交换过程的模拟研究。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.23015
摘要:
东北冷涡常导致东北地区夏季低温冷害,给“东北粮仓”带来“哑巴灾”。本文利用欧洲中心第五代再分析资料，分析了1979–2021年初夏（5–6月）东北冷涡低温影响的关键环流配置及其形成和维持机理。结果表明：贝加尔湖地区和鄂霍茨克海地区的脊以及东北冷涡共同组成了典型的倒“Ω”环流，有利于高纬度地区冷空气和高位涡侵入东北地区；同时，鄂霍茨克海地区高压南侧的偏东风将冷空气输入东北地区，这两股冷空气共同造成东北地区异常偏冷。自东欧平原至贝加尔湖“- + -”Rossby波列是东北冷涡的前兆信号，非绝热加热和摩擦作用促进了这一Rossby波列初期的发展。随后，Rossby波的作用起着主要贡献，它使高位涡不断向南入侵和堆积，并在东亚急流的正压变形作用下，形成深厚的东北冷涡。随着Rossby波能量向下游频散以及非绝热加热和摩擦的耗散作用，东北冷涡急剧减弱。而当贝加尔湖北侧地区为准定常脊的维持时，它切断了东北地区与高纬度的冷空气和高位涡的联系，Rossby波能难以使东北冷涡发展，因而对东北地区无明显低温影响。
东北冷涡常导致东北地区夏季低温冷害,给“东北粮仓”带来“哑巴灾”。本文利用欧洲中心第五代再分析资料，分析了1979–2021年初夏（5–6月）东北冷涡低温影响的关键环流配置及其形成和维持机理。结果表明：贝加尔湖地区和鄂霍茨克海地区的脊以及东北冷涡共同组成了典型的倒“Ω”环流，有利于高纬度地区冷空气和高位涡侵入东北地区；同时，鄂霍茨克海地区高压南侧的偏东风将冷空气输入东北地区，这两股冷空气共同造成东北地区异常偏冷。自东欧平原至贝加尔湖“- + -”Rossby波列是东北冷涡的前兆信号，非绝热加热和摩擦作用促进了这一Rossby波列初期的发展。随后，Rossby波的作用起着主要贡献，它使高位涡不断向南入侵和堆积，并在东亚急流的正压变形作用下，形成深厚的东北冷涡。随着Rossby波能量向下游频散以及非绝热加热和摩擦的耗散作用，东北冷涡急剧减弱。而当贝加尔湖北侧地区为准定常脊的维持时，它切断了东北地区与高纬度的冷空气和高位涡的联系，Rossby波能难以使东北冷涡发展，因而对东北地区无明显低温影响。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21040
摘要:
利用WRF-Chem模式分析了2010年8月12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层对流层物质交换(STE)及其影响机制。结果表明,深对流系统中的强上升气流可以直接将近地面含高浓度CO和低浓度O3的空气输送至低平流层,使低平流层CO浓度升高、O3浓度降低。同时,此次深对流活动激发了较强的湍流混合过程,在深对流活动结束后的3-4小时内,湍流混合作用导致UTLS区域持续发生STE过程,将对流层的冰晶、CO和O3输送至低平流层,受凝结脱水作用的影响,进入低平流层的水汽显著减少。
利用WRF-Chem模式分析了2010年8月12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层对流层物质交换(STE)及其影响机制。结果表明,深对流系统中的强上升气流可以直接将近地面含高浓度CO和低浓度O3的空气输送至低平流层,使低平流层CO浓度升高、O3浓度降低。同时,此次深对流活动激发了较强的湍流混合过程,在深对流活动结束后的3-4小时内,湍流混合作用导致UTLS区域持续发生STE过程,将对流层的冰晶、CO和O3输送至低平流层,受凝结脱水作用的影响,进入低平流层的水汽显著减少。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22075
摘要:
本研究利用基于统一卫星观测和识别方法产生的ADT-HURSAT气旋数据集，对北印度洋热带气旋在1978-2017共40年的整体特征及年代际变化进行了统计分析。研究发现，春季和秋季是北印度洋热带气旋的高发季节，孟加拉湾气旋数量达到峰值的时间在两个高发季节中均比阿拉伯海提前约一个月。北印度洋气旋的生成区域主要分布于阿拉伯海东部海域和孟加拉湾中部偏西海域。CS（Cyclone Storm）等级气旋更多生成于在北印度洋偏北海域，ESCS（Extremely Severe Cyclone Storm）等级及以上的强气旋全部在5°N-15°N纬度范围内生成。对于年代际变化，北印度洋热带气旋在秋季的生成数量平均每十年增加5个，生成区域在后二十年呈现向西北方向移动的特点，其中阿拉伯海热带气旋生成位置分别向西移动1.3?和3.2?（p<0.01），较孟加拉湾气旋变化更加显著，平均增强速率也超过孟加拉湾约约20%。特别是，相比于前10年（1998–2007），阿拉伯海近10年（2008-2017年）热带气旋数量减少，气旋达到的最大强度提高至120kt，孟加拉湾气旋数量自1998年以来较为稳定，气旋最大强度却持续降低，这与使用其他数据集的研究结果不同，表明数据集质量对气旋特征变化的重要性。进一步分析发现，北印度洋潜热通量的年代际差异是控制北印度洋热带气旋生成位置年代际变化的主要因素。
本研究利用基于统一卫星观测和识别方法产生的ADT-HURSAT气旋数据集，对北印度洋热带气旋在1978-2017共40年的整体特征及年代际变化进行了统计分析。研究发现，春季和秋季是北印度洋热带气旋的高发季节，孟加拉湾气旋数量达到峰值的时间在两个高发季节中均比阿拉伯海提前约一个月。北印度洋气旋的生成区域主要分布于阿拉伯海东部海域和孟加拉湾中部偏西海域。CS（Cyclone Storm）等级气旋更多生成于在北印度洋偏北海域，ESCS（Extremely Severe Cyclone Storm）等级及以上的强气旋全部在5°N-15°N纬度范围内生成。对于年代际变化，北印度洋热带气旋在秋季的生成数量平均每十年增加5个，生成区域在后二十年呈现向西北方向移动的特点，其中阿拉伯海热带气旋生成位置分别向西移动1.3?和3.2?（p<0.01），较孟加拉湾气旋变化更加显著，平均增强速率也超过孟加拉湾约约20%。特别是，相比于前10年（1998–2007），阿拉伯海近10年（2008-2017年）热带气旋数量减少，气旋达到的最大强度提高至120kt，孟加拉湾气旋数量自1998年以来较为稳定，气旋最大强度却持续降低，这与使用其他数据集的研究结果不同，表明数据集质量对气旋特征变化的重要性。进一步分析发现，北印度洋潜热通量的年代际差异是控制北印度洋热带气旋生成位置年代际变化的主要因素。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22139
摘要:
本文利用1961～2020 年水平分辨率为0.25°×0.25°的CN05.1日平均气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析数据和NOAA逐日海表温度资料，对东北地区入春日期变化特征及前期信号场进行了分析，结果表明：（1）东北地区入春呈由南向北推进的特征，大部地区集中在第26和27候。东北地区入春日期近60年来呈显著提前的特征。（2）入春偏早典型年份，3月份东北地区地表温度和降水均呈现正距平特征，入春偏晚典型年份则相反；500-hPa环流场上，入春偏早典型年份，西西伯利亚平原、贝加尔湖和勘察加半岛存在一个低压槽、高压脊和低压槽的Ω形态环流配置，而入春偏晚典型年份，乌拉尔山地区存在一个高压脊，其东侧为一个强的斜槽，槽底位于东北地区上空，该环流配置从第22候持续到第26候。（3）入春偏早典型年份，前冬北太平洋最明显的关键区海温信号为赤道中东太平洋呈现类La Ni?a的模态，北大西洋格陵兰岛以南的海域和西太平洋菲律宾以东的海域为明显的海温正距平，入春偏晚典型年份则位相相反，通过相关分析发现，前冬北大西洋和西北太平洋关键区海温均对东北地区入春日期有较好的指示性。
本文利用1961～2020 年水平分辨率为0.25°×0.25°的CN05.1日平均气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析数据和NOAA逐日海表温度资料，对东北地区入春日期变化特征及前期信号场进行了分析，结果表明：（1）东北地区入春呈由南向北推进的特征，大部地区集中在第26和27候。东北地区入春日期近60年来呈显著提前的特征。（2）入春偏早典型年份，3月份东北地区地表温度和降水均呈现正距平特征，入春偏晚典型年份则相反；500-hPa环流场上，入春偏早典型年份，西西伯利亚平原、贝加尔湖和勘察加半岛存在一个低压槽、高压脊和低压槽的Ω形态环流配置，而入春偏晚典型年份，乌拉尔山地区存在一个高压脊，其东侧为一个强的斜槽，槽底位于东北地区上空，该环流配置从第22候持续到第26候。（3）入春偏早典型年份，前冬北太平洋最明显的关键区海温信号为赤道中东太平洋呈现类La Ni?a的模态，北大西洋格陵兰岛以南的海域和西太平洋菲律宾以东的海域为明显的海温正距平，入春偏晚典型年份则位相相反，通过相关分析发现，前冬北大西洋和西北太平洋关键区海温均对东北地区入春日期有较好的指示性。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22175
摘要:
为深入认识数值天气模式强降水精细化预报性能，本文以短时强降水多发的浙江省2019年5到10月降水为例，采用分数技巧评分（Fractions Skill Score，简称FSS）邻域检验方法，评估了6个业务模式短时降水预报性能，重点探讨了各模式短时暴雨预报能力及天气背景的影响?结果表明：（1）基于站点降水的累加气候概率，确定了短时小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨的预报技巧评分阈值各为0.583、0.522、0.506、0.502和0.500，改进并实现了FSS方法对长时间序列各等级降水预报技巧尺度的综合评估。（2）只有上海中尺度区域数值预报业务系统（CMA-SH9）和浙江中尺度区域数值预报业务系统（CMA-ZJ3和CMA-ZJ9）的暴雨预报平均评分达到预报技巧，相应技巧尺度为159、159和183 km；这3个产品共有约6成预报达到技巧评分，其技巧尺度累积频率从3km至183km可增幅近50%，这种尺度选择性评价可为不同尺度下产品应用提供参考?（3）不同天气背景下各模式预报性能差异明显?台风类、梅雨类和弱天气尺度强迫类短时暴雨预报的最优模式分别是欧洲中期天气预报中心全球预报模式、CMA-SH9和CMA-ZJ3，各技巧尺度为27、99和135km，模式产品使用中需分类区别对待。
为深入认识数值天气模式强降水精细化预报性能，本文以短时强降水多发的浙江省2019年5到10月降水为例，采用分数技巧评分（Fractions Skill Score，简称FSS）邻域检验方法，评估了6个业务模式短时降水预报性能，重点探讨了各模式短时暴雨预报能力及天气背景的影响?结果表明：（1）基于站点降水的累加气候概率，确定了短时小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨的预报技巧评分阈值各为0.583、0.522、0.506、0.502和0.500，改进并实现了FSS方法对长时间序列各等级降水预报技巧尺度的综合评估。（2）只有上海中尺度区域数值预报业务系统（CMA-SH9）和浙江中尺度区域数值预报业务系统（CMA-ZJ3和CMA-ZJ9）的暴雨预报平均评分达到预报技巧，相应技巧尺度为159、159和183 km；这3个产品共有约6成预报达到技巧评分，其技巧尺度累积频率从3km至183km可增幅近50%，这种尺度选择性评价可为不同尺度下产品应用提供参考?（3）不同天气背景下各模式预报性能差异明显?台风类、梅雨类和弱天气尺度强迫类短时暴雨预报的最优模式分别是欧洲中期天气预报中心全球预报模式、CMA-SH9和CMA-ZJ3，各技巧尺度为27、99和135km，模式产品使用中需分类区别对待。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22178
摘要:
利用2005~2020年北京地区观测得到的辐射资料，揭示近十多年来北京地区紫外辐射变化规律，并对影响紫外辐射长期变化的主要因子进行分析。结果表明，紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈现出单峰的变化规律，在正午时出现一天中的极大值，而早晚则是低值时段，极大值和极小值分别出现在中午12点（16.26 W/m2）和晚上8点（5.64 W/m2）。紫外辐射从春季开始逐渐增强，到夏季出现一年中的极大值，随后开始下降，直到冬季出现一年中的极小值，月均极大值和极小值分别出现在6月（12.17 W/m2）和12月（5.4 W/m2）。紫外辐射年均值为9.74 W/m2。紫外辐射与晴空指数呈现正相关，与气溶胶光学厚度（AOD）和PM2.5呈现负相关。
利用2005~2020年北京地区观测得到的辐射资料，揭示近十多年来北京地区紫外辐射变化规律，并对影响紫外辐射长期变化的主要因子进行分析。结果表明，紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈现出单峰的变化规律，在正午时出现一天中的极大值，而早晚则是低值时段，极大值和极小值分别出现在中午12点（16.26 W/m2）和晚上8点（5.64 W/m2）。紫外辐射从春季开始逐渐增强，到夏季出现一年中的极大值，随后开始下降，直到冬季出现一年中的极小值，月均极大值和极小值分别出现在6月（12.17 W/m2）和12月（5.4 W/m2）。紫外辐射年均值为9.74 W/m2。紫外辐射与晴空指数呈现正相关，与气溶胶光学厚度（AOD）和PM2.5呈现负相关。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22188
摘要:
中国的雨季的变化主要受到东亚夏季风环流的影响，表现出显著的年循环特征。本文基于 1961?2020 年中国台站观测的逐日降水和大气再分析资料，采用谐波分析、相关和回归统计方法，分析了过去 60 年的东亚夏季风和中国雨季的建立、撤退和持续时间等年循环参数趋势变化特征。结果显示，自 1961 年以来，东亚夏季风每十年的建立时间提前了 3.54 天，撤退时间滞后了 1.64 天，持续时间增加了 5.18 天。1999 年前后 22 年我国雨季也存在趋势变化，且在空间上存在显著差异。最近 22 年（1999?2020 年），我国雨季提前主要集中在东北东部、青藏高原东部、西北北部地区，提前时间达 5 天以上，部分地区超过了 20 天。雨季滞后主要集中在青藏高原东北，长江以北和西部地区，时间超过了 10 天。雨季持续时间增加主要集中在青藏高原东北部、我国长江以北、东北东南部地区，时间超过 15 天以上，部分地区超过 25 天。研究发现，4 月份环贝加尔湖地表气温增加及其伴随的局地反气旋性环流的异常，是东亚夏季风和我国雨季建立时间提前的关键，而 10 月份的西北太平洋海温增暖及其伴随的西北太平洋副热带反气旋的异常是导致东亚夏季风撤退和中国北方雨季变长的关键因子。当上述趋势叠加拉尼娜事件时，东亚夏季风和我国雨季的变化更加明显。
中国的雨季的变化主要受到东亚夏季风环流的影响，表现出显著的年循环特征。本文基于 1961?2020 年中国台站观测的逐日降水和大气再分析资料，采用谐波分析、相关和回归统计方法，分析了过去 60 年的东亚夏季风和中国雨季的建立、撤退和持续时间等年循环参数趋势变化特征。结果显示，自 1961 年以来，东亚夏季风每十年的建立时间提前了 3.54 天，撤退时间滞后了 1.64 天，持续时间增加了 5.18 天。1999 年前后 22 年我国雨季也存在趋势变化，且在空间上存在显著差异。最近 22 年（1999?2020 年），我国雨季提前主要集中在东北东部、青藏高原东部、西北北部地区，提前时间达 5 天以上，部分地区超过了 20 天。雨季滞后主要集中在青藏高原东北，长江以北和西部地区，时间超过了 10 天。雨季持续时间增加主要集中在青藏高原东北部、我国长江以北、东北东南部地区，时间超过 15 天以上，部分地区超过 25 天。研究发现，4 月份环贝加尔湖地表气温增加及其伴随的局地反气旋性环流的异常，是东亚夏季风和我国雨季建立时间提前的关键，而 10 月份的西北太平洋海温增暖及其伴随的西北太平洋副热带反气旋的异常是导致东亚夏季风撤退和中国北方雨季变长的关键因子。当上述趋势叠加拉尼娜事件时，东亚夏季风和我国雨季的变化更加明显。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22243
摘要:
本文利用HadISST和ERSSTv5海温、CMAP降水和ERA5再分析资料，研究了北太平洋春季海表温度与海洋性大陆秋季降水年际变化之间的关系及年代际变化特征。研究表明：1）北太平洋维多利亚模态（VM）是北太平洋春季海表温度EOF第二模态，其与秋季海洋性大陆的降水存在显著的负相关关系。2）春季的VM为正（负）位相时，通常伴随太平洋经向模态的正（负）位相和西北太平洋的冷（暖）海表温度异常，海温梯度会导致赤道太平洋的西风（东风）异常，影响东传的赤道Kelvin波，在赤道中东太平洋形成暖（冷）海温异常，再通过Bjerknes正反馈，西风异常和赤道中东太平洋的海温异常维持到秋季，出现较成熟的厄尔尼诺（拉尼娜）事件，再通过沃克环流，导致海洋性大陆出现异常下沉（上升）运动和低层辐散、高层辐合（低层辐合、高层辐散）的环流形势，产生降水负（正）异常。3）春季的VM和秋季的海洋性大陆降水年际变化的关系在2003年发生了年代际转变，1979~2002年春季VM与秋季降水在年际变化上有显著的负相关，而2004~2020年相关关系转变为不显著。造成这个年代际转变的原因是北太平洋涛动（NPO）在2004~2020年改变，导致VM南部海温关键区受NPO的影响减弱，从而振幅减弱，使得VM的南部和北部海温关键区的经向梯度减弱，VM强度减弱，最终导致相关系数降低。
本文利用HadISST和ERSSTv5海温、CMAP降水和ERA5再分析资料，研究了北太平洋春季海表温度与海洋性大陆秋季降水年际变化之间的关系及年代际变化特征。研究表明：1）北太平洋维多利亚模态（VM）是北太平洋春季海表温度EOF第二模态，其与秋季海洋性大陆的降水存在显著的负相关关系。2）春季的VM为正（负）位相时，通常伴随太平洋经向模态的正（负）位相和西北太平洋的冷（暖）海表温度异常，海温梯度会导致赤道太平洋的西风（东风）异常，影响东传的赤道Kelvin波，在赤道中东太平洋形成暖（冷）海温异常，再通过Bjerknes正反馈，西风异常和赤道中东太平洋的海温异常维持到秋季，出现较成熟的厄尔尼诺（拉尼娜）事件，再通过沃克环流，导致海洋性大陆出现异常下沉（上升）运动和低层辐散、高层辐合（低层辐合、高层辐散）的环流形势，产生降水负（正）异常。3）春季的VM和秋季的海洋性大陆降水年际变化的关系在2003年发生了年代际转变，1979~2002年春季VM与秋季降水在年际变化上有显著的负相关，而2004~2020年相关关系转变为不显著。造成这个年代际转变的原因是北太平洋涛动（NPO）在2004~2020年改变，导致VM南部海温关键区受NPO的影响减弱，从而振幅减弱，使得VM的南部和北部海温关键区的经向梯度减弱，VM强度减弱，最终导致相关系数降低。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22002
摘要:
受登陆北上台风“利奇马”等影响，2019年8月9～12日山东省出现连续暴雨，其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration, CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FengYun-2G, FY-2G)0.1o×0.1o逐h云顶亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction, NCEP)1o×1o逐6 h再分析等资料，主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程，诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明，(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北，当天08时850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中，累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20时850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅，纬向运动方程诊断结果表明，东风平流是东风增加最主要原因，地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20时章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流，10日08时～11日08时青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明，最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项，最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20时～13日08时“利奇马”本体环流一直在影响山东，暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在，而降雨的峰值是出现在10日夜间，说明10日20时前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。
受登陆北上台风“利奇马”等影响，2019年8月9～12日山东省出现连续暴雨，其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration, CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FengYun-2G, FY-2G)0.1o×0.1o逐h云顶亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction, NCEP)1o×1o逐6 h再分析等资料，主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程，诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明，(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北，当天08时850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中，累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20时850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅，纬向运动方程诊断结果表明，东风平流是东风增加最主要原因，地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20时章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流，10日08时～11日08时青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明，最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项，最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20时～13日08时“利奇马”本体环流一直在影响山东，暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在，而降雨的峰值是出现在10日夜间，说明10日20时前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22108
摘要:
基于多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料与地面自动站观测资料，利用WRF（The Weather Research and Forecasting）模式、雷达径向风质控及GSI循环同化对2021年4月30日江苏南通的一次雷暴大风过程进行数值模拟研究，对比分析不同试验方案模拟的雷达反射率、风场与热动力的时空演变和结构特征。结果表明：逐30min循环同化的Exp3方案较未同化和非临近循环同化方案模拟效果有较好提升，表明循环同化和增加频次有效改善了初始场；UNRAVEL退模糊算法质控有效的消除速度模糊，退模糊处理雷达资料后循环同化方案（Exp4）对此次雷暴大风的雷达反射率和地面风场模拟结果有显著调整，其相应特征和演变趋势与观测基本一致，表明UNRAVEL退模糊质控后循环同化更好的改善了初始场；从热动力场结果来看，Exp4方案动热力结构改善较明显，上层辐散下层辐合，存在“冷-暖-冷”的热动力结构，伴随着强烈上升运动、北高南低的气压分布和强垂直风切变，有助于下沉气流将中高层的水平动量向近地面底层传递，从而激发此次雷暴大风。
基于多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料与地面自动站观测资料，利用WRF（The Weather Research and Forecasting）模式、雷达径向风质控及GSI循环同化对2021年4月30日江苏南通的一次雷暴大风过程进行数值模拟研究，对比分析不同试验方案模拟的雷达反射率、风场与热动力的时空演变和结构特征。结果表明：逐30min循环同化的Exp3方案较未同化和非临近循环同化方案模拟效果有较好提升，表明循环同化和增加频次有效改善了初始场；UNRAVEL退模糊算法质控有效的消除速度模糊，退模糊处理雷达资料后循环同化方案（Exp4）对此次雷暴大风的雷达反射率和地面风场模拟结果有显著调整，其相应特征和演变趋势与观测基本一致，表明UNRAVEL退模糊质控后循环同化更好的改善了初始场；从热动力场结果来看，Exp4方案动热力结构改善较明显，上层辐散下层辐合，存在“冷-暖-冷”的热动力结构，伴随着强烈上升运动、北高南低的气压分布和强垂直风切变，有助于下沉气流将中高层的水平动量向近地面底层传递，从而激发此次雷暴大风。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22122
摘要:
为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响，本文以2021年18号台风“圆规”为例，基于WRF模式，采用了多物理过程参数化方法（MP）、随机变化参数扰动方法（SPP）和物理倾向随机扰动（SPPT）三种不同的方法，设计了EXP1（MP）、EXP2（SSP＋SPPT）和EXP3（MP＋SSP＋SPPT）三组敏感性试验进行了比较研究。结果表明：三组区域集合预报试验都能较好地模拟台风路径和台风增强的过程，其中EXP3试验效果最好，EXP3试验的路径偏差值为三组集合预报试验最小的，其平均值为52.8km，而CTRL、EXP1和EXP2的平均值分别为61.8、54.4和65.7km；三组集合预报试验的扰动能量值基本都大于控制试验CTRL，且EXP3的扰动能量发展最快，扰动能量值基本为最大的；三组集合预报试验的Brier评分相较于控制试验CTRL有所改善，且EXP3的Brier评分值为三组集合预报试验改善最大的，EXP1和EXP2相对于CTRL试验的改善率为45%和48.76%，而EXP3能达到70%，EXP2与EXP1的预报效果相当，EXP3相较于EXP1和EXP2预报效果有所改善，其相对于EXP1和EXP2的改善率达到57.5%和40%。
为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响，本文以2021年18号台风“圆规”为例，基于WRF模式，采用了多物理过程参数化方法（MP）、随机变化参数扰动方法（SPP）和物理倾向随机扰动（SPPT）三种不同的方法，设计了EXP1（MP）、EXP2（SSP＋SPPT）和EXP3（MP＋SSP＋SPPT）三组敏感性试验进行了比较研究。结果表明：三组区域集合预报试验都能较好地模拟台风路径和台风增强的过程，其中EXP3试验效果最好，EXP3试验的路径偏差值为三组集合预报试验最小的，其平均值为52.8km，而CTRL、EXP1和EXP2的平均值分别为61.8、54.4和65.7km；三组集合预报试验的扰动能量值基本都大于控制试验CTRL，且EXP3的扰动能量发展最快，扰动能量值基本为最大的；三组集合预报试验的Brier评分相较于控制试验CTRL有所改善，且EXP3的Brier评分值为三组集合预报试验改善最大的，EXP1和EXP2相对于CTRL试验的改善率为45%和48.76%，而EXP3能达到70%，EXP2与EXP1的预报效果相当，EXP3相较于EXP1和EXP2预报效果有所改善，其相对于EXP1和EXP2的改善率达到57.5%和40%。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22132
摘要:
短波雷达在观测云内粒子微物理属性方面具有优势,是探测全球水循环重要环节——云的强有力探测工具。本文简要回顾了短波云雷达探测的理论基础,从雷达探测基本原理出发,借助小粒子电磁波散射理论和方法,建立了一套多波长雷达观测正演(前向)模型(Radar Simulation Package, RSP),并利用RSP对当前主流的三种典型波长的短波雷达(X波段-9.5GHz-3cm、Ka波段-35GHz-8mm、W波段-94GHz-3mm)的遥感探测能力开展了模拟分析。通过与瑞利法计算结果相比较,证实RSP法的计算精度可靠准确。基于RSP法模拟结果,建立了液水含量(LWC)与雷达反射率因子(Ze)、有效粒子半径(re)与Ze之间幂指数形式的反演关系；建立了利用不同云层高度处两波长的反射率因子差值,反演云层平均LWC的反演关系等。本文工作对如何利用雷达探测参数提取液态云滴的微物理参数方法进行了探讨,一方面对多波长雷达探测云特征获得更准确的理论认识,另一方面为云微物理参数的反演提供理论依据和分析手段。
短波雷达在观测云内粒子微物理属性方面具有优势,是探测全球水循环重要环节——云的强有力探测工具。本文简要回顾了短波云雷达探测的理论基础,从雷达探测基本原理出发,借助小粒子电磁波散射理论和方法,建立了一套多波长雷达观测正演(前向)模型(Radar Simulation Package, RSP),并利用RSP对当前主流的三种典型波长的短波雷达(X波段-9.5GHz-3cm、Ka波段-35GHz-8mm、W波段-94GHz-3mm)的遥感探测能力开展了模拟分析。通过与瑞利法计算结果相比较,证实RSP法的计算精度可靠准确。基于RSP法模拟结果,建立了液水含量(LWC)与雷达反射率因子(Ze)、有效粒子半径(re)与Ze之间幂指数形式的反演关系；建立了利用不同云层高度处两波长的反射率因子差值,反演云层平均LWC的反演关系等。本文工作对如何利用雷达探测参数提取液态云滴的微物理参数方法进行了探讨,一方面对多波长雷达探测云特征获得更准确的理论认识,另一方面为云微物理参数的反演提供理论依据和分析手段。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22136
摘要:
利用 0.25°×0.25°逐小时ERA5再分析数据、中国气象局地面观测资料、卫星遥感监测资料以及WRF模式对2021年3月27—28日移入黄海的温带气旋引发大范围的海雾过程进行了观测分析和数值模拟，结果表明：（1）本次海雾发生时气海温差介于0.5~2℃，海雾成熟阶段出现了气温低于海温的现象。（2）入海气旋形成的湿空气辐合为海雾的发生和维持提供了水汽条件，低空急流带来的西南暖湿气流促进了逆温层的建立并输送水汽。（3）气旋入海以后，黄海海域出现了“双逆温”的现象，低层的逆温来自于低空急流的暖平流输送，高层的逆温是由气旋后部的干冷空气下沉增温造成。（4）在气旋和低空急流的共同作用下，近海面边界层大气湍流动能增加，这也促进了海雾在垂直方向发展。
利用 0.25°×0.25°逐小时ERA5再分析数据、中国气象局地面观测资料、卫星遥感监测资料以及WRF模式对2021年3月27—28日移入黄海的温带气旋引发大范围的海雾过程进行了观测分析和数值模拟，结果表明：（1）本次海雾发生时气海温差介于0.5~2℃，海雾成熟阶段出现了气温低于海温的现象。（2）入海气旋形成的湿空气辐合为海雾的发生和维持提供了水汽条件，低空急流带来的西南暖湿气流促进了逆温层的建立并输送水汽。（3）气旋入海以后，黄海海域出现了“双逆温”的现象，低层的逆温来自于低空急流的暖平流输送，高层的逆温是由气旋后部的干冷空气下沉增温造成。（4）在气旋和低空急流的共同作用下，近海面边界层大气湍流动能增加，这也促进了海雾在垂直方向发展。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22213
摘要:
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对2021年6月25日一次发生在北京地区的冰雹天气进行高分辨率数值模拟研究。从雷达反射率和降水来看，数值模拟基本再现了冰雹风暴的宏观特征。在此基础上分析了冰雹风暴不同发展阶段的中尺度热力、动力和微物理特征。最后通过输出微物理过程的中间转化项，着重分析雹粒子和雨滴的质量收支和潜热收支情况，给出冰雹形成的云微物理概念模型图。研究结果表明：本次冰雹过程可分为多单体回波、线状对流和飑线三个阶段。此次冰雹天气主要以雪粒子为雹胚在对流层中高层与雨水和云水发生撞冻作用形成雹粒子，雹粒子生成后不断地撞冻雨水和云水增长，冰晶直接撞冻雨水形成雹的转化率很低。气流在风暴的前部低层流入，多单体阶段的两股弱上升气流不断地合并，而线状对流和飑线阶段低层入流减弱，中高层较干冷气流的流入明显。气流在飑线阶段强烈上升，在高层向前流出。水汽被上升气流抬升以及与中高层流入的干冷空气相遇的过程中凝结为云水和凝华为冰相粒子，释放大量潜热，导致云内浮力增强，促进云内气流强烈上升，将更多的水汽抬升凝结为云水或凝华为冰相粒子，同时促进了雹粒子的生成和累积。雪和雹粒子的融化吸收大量潜热，导致融化层升高，因此在飑线阶段形成大量过冷雨水与雪粒子发生撞冻作用形成更多的雹粒子。大雹粒子降落产生的更强的水物质拖曳力将促进低层下沉气流增强。下沉运动导致低层雨水蒸发冷却，在近地面形成冷池，与高层的潜热加热配合增强对流，从而正反馈于经向环流。环流导致的垂直上升气流促进低层的水汽抬升至融化层以上凝结形成过冷水和凝华为雪粒子，而垂直下沉气流促进雪和雹降落至融化层以下形成雨水以及雨水在融化层以下蒸发，进而正反馈于云内热力环境。如此反复，产生降雹和强降水。
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对2021年6月25日一次发生在北京地区的冰雹天气进行高分辨率数值模拟研究。从雷达反射率和降水来看，数值模拟基本再现了冰雹风暴的宏观特征。在此基础上分析了冰雹风暴不同发展阶段的中尺度热力、动力和微物理特征。最后通过输出微物理过程的中间转化项，着重分析雹粒子和雨滴的质量收支和潜热收支情况，给出冰雹形成的云微物理概念模型图。研究结果表明：本次冰雹过程可分为多单体回波、线状对流和飑线三个阶段。此次冰雹天气主要以雪粒子为雹胚在对流层中高层与雨水和云水发生撞冻作用形成雹粒子，雹粒子生成后不断地撞冻雨水和云水增长，冰晶直接撞冻雨水形成雹的转化率很低。气流在风暴的前部低层流入，多单体阶段的两股弱上升气流不断地合并，而线状对流和飑线阶段低层入流减弱，中高层较干冷气流的流入明显。气流在飑线阶段强烈上升，在高层向前流出。水汽被上升气流抬升以及与中高层流入的干冷空气相遇的过程中凝结为云水和凝华为冰相粒子，释放大量潜热，导致云内浮力增强，促进云内气流强烈上升，将更多的水汽抬升凝结为云水或凝华为冰相粒子，同时促进了雹粒子的生成和累积。雪和雹粒子的融化吸收大量潜热，导致融化层升高，因此在飑线阶段形成大量过冷雨水与雪粒子发生撞冻作用形成更多的雹粒子。大雹粒子降落产生的更强的水物质拖曳力将促进低层下沉气流增强。下沉运动导致低层雨水蒸发冷却，在近地面形成冷池，与高层的潜热加热配合增强对流，从而正反馈于经向环流。环流导致的垂直上升气流促进低层的水汽抬升至融化层以上凝结形成过冷水和凝华为雪粒子，而垂直下沉气流促进雪和雹降落至融化层以下形成雨水以及雨水在融化层以下蒸发，进而正反馈于云内热力环境。如此反复，产生降雹和强降水。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22246
摘要:
本文采用数值模式WRF4.2对2020年09号变性台风“美莎克”进行了数值模拟,再现了“美莎克”北上过程中逐渐与高纬度冷槽结合变性并产生暴雨的过程。通过对台风眼壁区及雨带区热力学、动力学及云微物理特征的分析,得到了冷槽对降水强度的空间分布及时间变化特征的影响及机制。研究的结果表明：(1)干冷空气由中层入侵台风眼壁区,使对流的高度降低,其造成的上干下湿的不稳定结构维持了中低层的对流强度。在雨带区,冷空气从低层入侵从而抬升暖空气以及垂直涡度输送作用使得高层的上升运动更强。系统逐渐演变为向前倾斜的对流结构。(2)本次降水的主要云微物理过程为：由水蒸气凝华的雪花在下落过程中收集了云水,并融化为雨水,雨水又收集了大量的云水导致增长。还有部分雨水源自霰粒子融化和雨水收集霰粒子,霰粒子主要来自云雪收集云水的过程。(3)雪的融化以及雨水收集云水是雨水的两个最大来源,冷槽通过影响了台风的热动力结构,影响到了云水和云雪的空间分布,最终影响到降水的空间分布：在眼壁区云水更聚集于内核,在雨带区沿出流的方向上云雪更超前于云水。而雨水主要分布在云雪和云水的大值相重合的区域。在量值特征方面,低层干冷空气的入侵使得雨带区云雪的凝华和雨水蒸发效率更高,云水凝结效率低,导致了雨带区的水凝物中的云雪占的比重更大,云水及雨水的占比更少。(4)冷槽主要是通过影响到台风垂直速度的变化,直接影响到云雪的凝华和云水的凝结效率,继而影响到云雪收集云水、云雪收集云水增加至霰、雪融化为雨水、雨水收集云水、霰融化为雨水等过程的效率,最终导致了降水量的变化。
本文采用数值模式WRF4.2对2020年09号变性台风“美莎克”进行了数值模拟,再现了“美莎克”北上过程中逐渐与高纬度冷槽结合变性并产生暴雨的过程。通过对台风眼壁区及雨带区热力学、动力学及云微物理特征的分析,得到了冷槽对降水强度的空间分布及时间变化特征的影响及机制。研究的结果表明：(1)干冷空气由中层入侵台风眼壁区,使对流的高度降低,其造成的上干下湿的不稳定结构维持了中低层的对流强度。在雨带区,冷空气从低层入侵从而抬升暖空气以及垂直涡度输送作用使得高层的上升运动更强。系统逐渐演变为向前倾斜的对流结构。(2)本次降水的主要云微物理过程为：由水蒸气凝华的雪花在下落过程中收集了云水,并融化为雨水,雨水又收集了大量的云水导致增长。还有部分雨水源自霰粒子融化和雨水收集霰粒子,霰粒子主要来自云雪收集云水的过程。(3)雪的融化以及雨水收集云水是雨水的两个最大来源,冷槽通过影响了台风的热动力结构,影响到了云水和云雪的空间分布,最终影响到降水的空间分布：在眼壁区云水更聚集于内核,在雨带区沿出流的方向上云雪更超前于云水。而雨水主要分布在云雪和云水的大值相重合的区域。在量值特征方面,低层干冷空气的入侵使得雨带区云雪的凝华和雨水蒸发效率更高,云水凝结效率低,导致了雨带区的水凝物中的云雪占的比重更大,云水及雨水的占比更少。(4)冷槽主要是通过影响到台风垂直速度的变化,直接影响到云雪的凝华和云水的凝结效率,继而影响到云雪收集云水、云雪收集云水增加至霰、雪融化为雨水、雨水收集云水、霰融化为雨水等过程的效率,最终导致了降水量的变化。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22027
摘要:
利用耦合了碘化银催化过程的WRF模式，对2014年8月16日南京青奥会开幕式当天实施的人工催化作业开展数值模拟，评估催化效果并通过敏感性数值试验调查低空环境干层对催化效果的影响。结果表明，催化作业产生了减雨效果，低空干区的存在是影响催化效果的关键。当低空存在深厚的相对湿度很小的干层时，催化导致减雨效果；当增加低层的相对湿度即弱化低空干层，催化减雨效果减弱甚至出现增雨效果。催化增强了雪的形成过程但减弱了雪的增长过程尤其是凝华增长，导致雪粒子浓度增加但粒径减小，融化产生更多的小雨滴增强了蒸发过程，最终导致地面降水减少。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22022
摘要:
利用实况资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008-2012年夏季东南移出高原且影响云南的高原低涡切变过程进行统计和对比分析。结果表明：高原低涡切变影响云南产生强降水主要分为后部冷空气较强型、高原低涡切变补充型以及东南移减弱型，影响云南产生强降水最多的是低涡切变东南移减弱型。强降水的主要区域是滇中及其以北地区，是高原低涡切变影响云南的典型区，这些区域的降雨主要发生在夜间。后部冷空气较强型的影响范围最大，能造成全省性强降水过程，但发生频率低。低涡切变东南移减弱型和高原低涡切变不断补充型，在滇缅之间均有高压(脊)维持。降水范围、水汽输送与副热带高压的位置、低涡切变经向度和发生时间有关。影响云南的高原低涡切变过程有明显的水汽净收入；主要是南北向的水汽收入，东西向的水汽收入远小于南北向。通过拉格朗日轨迹模式HYSPLIT对水汽路径的模拟表明，孟加拉湾是云南重要的水汽源地。当高原低涡切变影响云南中北部时，有来自高原的水汽输送，高原的水汽一部分是来自阿拉伯海，一部分来自孟加拉湾。气流在到达降水区域之前受下垫面影响，经历了多次的降水和蒸发过程.
利用实况资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008-2012年夏季东南移出高原且影响云南的高原低涡切变过程进行统计和对比分析。结果表明：高原低涡切变影响云南产生强降水主要分为后部冷空气较强型、高原低涡切变补充型以及东南移减弱型，影响云南产生强降水最多的是低涡切变东南移减弱型。强降水的主要区域是滇中及其以北地区，是高原低涡切变影响云南的典型区，这些区域的降雨主要发生在夜间。后部冷空气较强型的影响范围最大，能造成全省性强降水过程，但发生频率低。低涡切变东南移减弱型和高原低涡切变不断补充型，在滇缅之间均有高压(脊)维持。降水范围、水汽输送与副热带高压的位置、低涡切变经向度和发生时间有关。影响云南的高原低涡切变过程有明显的水汽净收入；主要是南北向的水汽收入，东西向的水汽收入远小于南北向。通过拉格朗日轨迹模式HYSPLIT对水汽路径的模拟表明，孟加拉湾是云南重要的水汽源地。当高原低涡切变影响云南中北部时，有来自高原的水汽输送，高原的水汽一部分是来自阿拉伯海，一部分来自孟加拉湾。气流在到达降水区域之前受下垫面影响，经历了多次的降水和蒸发过程.
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22043
摘要:
本文利用北京、天津两部CINRAD/SA雷达观测，对2021年6月30日影响北京地区的一次强对流风暴过程中的A、B两个对流单体的人工影响天气作业雷达回波演变特性进行了分析。通过对统计区域内多种物理参数和不同高层不同反射率强度档的格点数在单体发展各阶段及作业前后的变化分析。得到不同强度单体在不同作业情况的演变特性的认识。结果表明：单体B为普通对流云团（生命期为3小时），在发展初期进行大剂量作业后（24分钟内有效作业火箭74发，高炮58发）可以看到有较好的抑制单体发展的特征：作业后一小时内，单体各高度层平均反射率、风暴体高度、垂直累积液态水等参数都呈下降趋势。较强回波（30-60dBZ档区）格点数总体减少，较弱回波（20-30dBZ档区）格点数快速增加，对流结构整体减弱。而单体A为超级单体（生命期为5.5小时），初生阶段由于作业剂量不足（30分钟内有效作业火箭15发），未见明显抑制效果。临近成熟阶段进行了连续大剂量作业（80分钟内有效作业火箭105发，高炮182发）。虽也能观测到类似B回波的一些特征：高层平均反射率、云顶高度、强回波厚度、垂直累积液态水等参数下降，较大反射率强度档区（50-70dBZ档区）格点数减少，低层较小反射率强度档区（30-50dBZ档区）格点数增多，并维持约30分钟的效果。但整体针对超级单体A的作业抑制效果不明显。
本文利用北京、天津两部CINRAD/SA雷达观测，对2021年6月30日影响北京地区的一次强对流风暴过程中的A、B两个对流单体的人工影响天气作业雷达回波演变特性进行了分析。通过对统计区域内多种物理参数和不同高层不同反射率强度档的格点数在单体发展各阶段及作业前后的变化分析。得到不同强度单体在不同作业情况的演变特性的认识。结果表明：单体B为普通对流云团（生命期为3小时），在发展初期进行大剂量作业后（24分钟内有效作业火箭74发，高炮58发）可以看到有较好的抑制单体发展的特征：作业后一小时内，单体各高度层平均反射率、风暴体高度、垂直累积液态水等参数都呈下降趋势。较强回波（30-60dBZ档区）格点数总体减少，较弱回波（20-30dBZ档区）格点数快速增加，对流结构整体减弱。而单体A为超级单体（生命期为5.5小时），初生阶段由于作业剂量不足（30分钟内有效作业火箭15发），未见明显抑制效果。临近成熟阶段进行了连续大剂量作业（80分钟内有效作业火箭105发，高炮182发）。虽也能观测到类似B回波的一些特征：高层平均反射率、云顶高度、强回波厚度、垂直累积液态水等参数下降，较大反射率强度档区（50-70dBZ档区）格点数减少，低层较小反射率强度档区（30-50dBZ档区）格点数增多，并维持约30分钟的效果。但整体针对超级单体A的作业抑制效果不明显。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22097
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利用基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式，结合地基GPS-MET观测资料，对2019年6月24-26日中昆仑山北坡一次持续性暴雨天气大尺度水汽输送、辐合特征及水汽源地进行分析，阐明了干旱区强降水期间大尺度环流异常与水汽持续接力输送间的关系。结果表明：（1）降水前副热带高压位置异常偏西，副高外围偏南气流造成高原增湿明显。强降水期间，副高继续向西北伸展，低纬度水汽沿印度夏季风环流向北输送，经青藏高原接力输送至暴雨区，与塔什干低涡前偏南气流共同构成了中昆仑山北坡持续性强降水的水汽输送通道，水汽持续接力输送造成暴雨区PWV出现两次急剧增湿过程，测站PWV峰值达到气候平均值近2倍。（2）300hPa温度异常对于本次中昆仑山北坡持续性大暴雨天气水汽输送具有重要的作用。降水前和降水期间，300hPa暖异常中心激发200hPa反气旋式环流异常和经向风正异常中心，同时，在暖异常中心南侧（印度半岛北部）和西侧，激发500hPa反气旋式环流异常中心和气旋式环流异常中心，反气旋式环流后部经向风正异常中心将低纬度地区暖湿气流向北输送，与气旋式环流东部偏南气流在暴雨区汇合，为持续性暴雨的发生提供充沛的水汽供应。
利用基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式，结合地基GPS-MET观测资料，对2019年6月24-26日中昆仑山北坡一次持续性暴雨天气大尺度水汽输送、辐合特征及水汽源地进行分析，阐明了干旱区强降水期间大尺度环流异常与水汽持续接力输送间的关系。结果表明：（1）降水前副热带高压位置异常偏西，副高外围偏南气流造成高原增湿明显。强降水期间，副高继续向西北伸展，低纬度水汽沿印度夏季风环流向北输送，经青藏高原接力输送至暴雨区，与塔什干低涡前偏南气流共同构成了中昆仑山北坡持续性强降水的水汽输送通道，水汽持续接力输送造成暴雨区PWV出现两次急剧增湿过程，测站PWV峰值达到气候平均值近2倍。（2）300hPa温度异常对于本次中昆仑山北坡持续性大暴雨天气水汽输送具有重要的作用。降水前和降水期间，300hPa暖异常中心激发200hPa反气旋式环流异常和经向风正异常中心，同时，在暖异常中心南侧（印度半岛北部）和西侧，激发500hPa反气旋式环流异常中心和气旋式环流异常中心，反气旋式环流后部经向风正异常中心将低纬度地区暖湿气流向北输送，与气旋式环流东部偏南气流在暴雨区汇合，为持续性暴雨的发生提供充沛的水汽供应。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22104
摘要:
随着智能网格预报业务的不断深入发展，为了不断提高网格预报产品的时空精度和准度，同时让网格和站点预报产品保持一致性，通过研究提出一种既考虑了静态真实地形又考虑了大气动态垂直变率的快速插值方法（Fast Refinement Interpolation, 简称FRI），并选择2022年1月1日到2022年3月31日的ECMWF和CMA-GFS、CMA-MESO三个模式的3-36h预报产品作为试验数据，开展了个例天气过程试验、FRI参数选取试验和长期插值检验对比，从长期插值检验和个例试验来看，FRI方法相对双线性插值方法具有明显优势，空间上，FRI方法能提高近地面2m气温的空间插值精度，插值结果更加符合地形变化情况，时间上，FRI方法较双线性插值方法的2m气温插值结果准确率明显提高，特别是在具有复杂下垫面的中西部地区。方法中的修正参数还能被作为检验模式三维预报场垂直变率的一种指标。FRI方法插值快速高效，具有明确的物理解释意义，它的提出为更精准的预报近地面气象要素提供了重要理论支撑。
随着智能网格预报业务的不断深入发展，为了不断提高网格预报产品的时空精度和准度，同时让网格和站点预报产品保持一致性，通过研究提出一种既考虑了静态真实地形又考虑了大气动态垂直变率的快速插值方法（Fast Refinement Interpolation, 简称FRI），并选择2022年1月1日到2022年3月31日的ECMWF和CMA-GFS、CMA-MESO三个模式的3-36h预报产品作为试验数据，开展了个例天气过程试验、FRI参数选取试验和长期插值检验对比，从长期插值检验和个例试验来看，FRI方法相对双线性插值方法具有明显优势，空间上，FRI方法能提高近地面2m气温的空间插值精度，插值结果更加符合地形变化情况，时间上，FRI方法较双线性插值方法的2m气温插值结果准确率明显提高，特别是在具有复杂下垫面的中西部地区。方法中的修正参数还能被作为检验模式三维预报场垂直变率的一种指标。FRI方法插值快速高效，具有明确的物理解释意义，它的提出为更精准的预报近地面气象要素提供了重要理论支撑。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22144
摘要:
本文运用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）1980–2020年ERA5再分析数据集，从等湿静力能（MSE）大气质量环流的角度研究了2020年夏季超长梅雨期间各等MSE层大气质量和质量通量的特征及其与降水的关系。结果表明，在2020年超长梅雨过程中，从热带到中纬度梅雨区大气普遍向更高的等湿静力能层抬升。345–350KJ/335–340KJ等MSE层的质量异常增多/减少最为显著且与区域降水呈显著的同期正/负相关，因此335–350KJ是2020年梅雨季的关键MSE变化范围。来自热带印度洋和热带西太平洋的高能空气向梅雨区汇聚是此次梅雨降水异常的重要原因，而局地静力不稳定性并无显著偏强异常。梅雨区345–350KJ/340–345KJ等MSE层大气质量日变化由绝热质量通量异常主导，进一步发现这两层的绝热质量通量异常超前降水1–2天时两者的正/负相关性最好。在梅雨季的不同阶段，强降水前期等MSE绝热质量通量异常特征及其经纬向分量的相对重要性有所不同。在梅雨季初期，强降水前一天梅雨区345–350KJ等MSE层质量收支异常偏多，主要由经向质量通量异常贡献；在梅雨季末期，强降水前两天梅雨区340–345KJ层质量收支异常偏少，主要由纬向质量通量异常贡献。上述等MSE质量环流异常信号可以作为出入梅时间及其梅雨强度的前兆信号之一。
本文运用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）1980–2020年ERA5再分析数据集，从等湿静力能（MSE）大气质量环流的角度研究了2020年夏季超长梅雨期间各等MSE层大气质量和质量通量的特征及其与降水的关系。结果表明，在2020年超长梅雨过程中，从热带到中纬度梅雨区大气普遍向更高的等湿静力能层抬升。345–350KJ/335–340KJ等MSE层的质量异常增多/减少最为显著且与区域降水呈显著的同期正/负相关，因此335–350KJ是2020年梅雨季的关键MSE变化范围。来自热带印度洋和热带西太平洋的高能空气向梅雨区汇聚是此次梅雨降水异常的重要原因，而局地静力不稳定性并无显著偏强异常。梅雨区345–350KJ/340–345KJ等MSE层大气质量日变化由绝热质量通量异常主导，进一步发现这两层的绝热质量通量异常超前降水1–2天时两者的正/负相关性最好。在梅雨季的不同阶段，强降水前期等MSE绝热质量通量异常特征及其经纬向分量的相对重要性有所不同。在梅雨季初期，强降水前一天梅雨区345–350KJ等MSE层质量收支异常偏多，主要由经向质量通量异常贡献；在梅雨季末期，强降水前两天梅雨区340–345KJ层质量收支异常偏少，主要由纬向质量通量异常贡献。上述等MSE质量环流异常信号可以作为出入梅时间及其梅雨强度的前兆信号之一。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22176A
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本文运用WRF 4.2 (Weather Research and Forecasting) 中尺度数值模式模拟了2022年2月12至13日北京地区的一次强降雪过程，模式较好地再现了此次强降雪的时空演变特征。在此基础上，对比分析北部山区和南部平原地区动力、热力以及云微物理过程差异，探讨了复杂地形影响降雪的可能机制。结果表明：本次降水过程以固态降水为主，同时存在着显著的条件对称不稳定特征。模拟结果表明山区的降水要强于平原地区。山区和平原地区的动力和热力因子的对比分析表明，地形的存在使山区低层的散度、涡度以及垂直速度明显强于平原地区，位温扰动也更强，山区上空云体发展更为旺盛，且山区上空为水汽的汇区，水汽的相变过程更为活跃。山区和平原地区水凝物粒子虽然都以冰晶和雪两类粒子为主，但山区上空的冰晶和雪含量更多。降雪云内主要的水凝物转换过程为：冰晶的核化、冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪收集冰晶增长、雪的凝华增长以及发生在近地层附近的冰晶和雪晶的升华过程。近地层水汽条件的差异使平原地区近地面附近冰晶和雪的升华过程更强。1.5 km高度以下近地层附近存在由云滴活化产生的过冷云水，过冷云水的存在一定程度促进了冰晶和雪的凝华增长，以及雪的凇附过程。
本文运用WRF 4.2 (Weather Research and Forecasting) 中尺度数值模式模拟了2022年2月12至13日北京地区的一次强降雪过程，模式较好地再现了此次强降雪的时空演变特征。在此基础上，对比分析北部山区和南部平原地区动力、热力以及云微物理过程差异，探讨了复杂地形影响降雪的可能机制。结果表明：本次降水过程以固态降水为主，同时存在着显著的条件对称不稳定特征。模拟结果表明山区的降水要强于平原地区。山区和平原地区的动力和热力因子的对比分析表明，地形的存在使山区低层的散度、涡度以及垂直速度明显强于平原地区，位温扰动也更强，山区上空云体发展更为旺盛，且山区上空为水汽的汇区，水汽的相变过程更为活跃。山区和平原地区水凝物粒子虽然都以冰晶和雪两类粒子为主，但山区上空的冰晶和雪含量更多。降雪云内主要的水凝物转换过程为：冰晶的核化、冰晶的凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪收集冰晶增长、雪的凝华增长以及发生在近地层附近的冰晶和雪晶的升华过程。近地层水汽条件的差异使平原地区近地面附近冰晶和雪的升华过程更强。1.5 km高度以下近地层附近存在由云滴活化产生的过冷云水，过冷云水的存在一定程度促进了冰晶和雪的凝华增长，以及雪的凇附过程。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2303.22203
摘要:
欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子，深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因，对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应，而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再分析资料，通过统计诊断探讨了欧亚大陆不同区域春季融雪的季节内变化及其与之相关的大气环流特征和地表能量演变过程。结果表明，欧亚大陆春季融雪异常具有明显的季节内变化特征，其主导周期为10-30天，且季节内变化的信号主要出现在斯堪的纳维亚半岛、东欧平原和西西伯利亚三个区域。进一步分析表明，斯堪的纳维亚半岛地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型负位相（SCA-）有关，东欧平原融雪季节内变化可能和欧亚遥相关型负位相（EU-）有关，西西伯利亚地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型正位相（SCA+）有关。不同区域导致融雪异常的原因存在明显差异，长波辐射增加可能是斯堪的纳维亚半岛区域开始发生融雪异常的主要原因；而在东欧平原和西西伯利亚区域，感热通量异常可能是开始发生融雪异常的主要原因。
欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子，深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因，对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应，而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再分析资料，通过统计诊断探讨了欧亚大陆不同区域春季融雪的季节内变化及其与之相关的大气环流特征和地表能量演变过程。结果表明，欧亚大陆春季融雪异常具有明显的季节内变化特征，其主导周期为10-30天，且季节内变化的信号主要出现在斯堪的纳维亚半岛、东欧平原和西西伯利亚三个区域。进一步分析表明，斯堪的纳维亚半岛地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型负位相（SCA-）有关，东欧平原融雪季节内变化可能和欧亚遥相关型负位相（EU-）有关，西西伯利亚地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型正位相（SCA+）有关。不同区域导致融雪异常的原因存在明显差异，长波辐射增加可能是斯堪的纳维亚半岛区域开始发生融雪异常的主要原因；而在东欧平原和西西伯利亚区域，感热通量异常可能是开始发生融雪异常的主要原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22204
摘要:
单一的海面风场资料存在观测点稀少、分布不均匀或难以覆盖全球等问题，利用多源风场资料进行融合，实现快速标准网格化，一方面可有效覆盖海面，另一方面可提升风场业务化精度。本文收集了四种海面风场资料：浮标、船舶报、ASCAT散射计反演风场以及国产中法海洋卫星散射计（CSCAT）反演风场资料，首先对比验证CSCAT散射计风场资料质量，再利用时空加权插值法和最优插值法，以CSCAT散射计资料为核心，辅以其它风场资料进行日平均全球风场融合与3小时区域风场融合，最后对融合风场进行了质量检验。试验结果表明：CSCAT散射计风场资料在数据准确度及数据稳定性上略逊于ASCAT散射计；两种资料融合后的全球风场可以满足一定的业务化精度需求；最优插值法更适合应用于太平洋海域，时空加权插值法更适合应用于印度洋海域，在大西洋海域两种方法融合效果相近；时空加权与最优插值结合方法下的3小时区域融合风场质量较全球日平均风场更高。本融合方法实现简便，运算快捷，融合数据可靠，特别是在观测极端稀疏区域，可为需求部门快速获取高分辨率海面标准网格化风场提供一定参考。
单一的海面风场资料存在观测点稀少、分布不均匀或难以覆盖全球等问题，利用多源风场资料进行融合，实现快速标准网格化，一方面可有效覆盖海面，另一方面可提升风场业务化精度。本文收集了四种海面风场资料：浮标、船舶报、ASCAT散射计反演风场以及国产中法海洋卫星散射计（CSCAT）反演风场资料，首先对比验证CSCAT散射计风场资料质量，再利用时空加权插值法和最优插值法，以CSCAT散射计资料为核心，辅以其它风场资料进行日平均全球风场融合与3小时区域风场融合，最后对融合风场进行了质量检验。试验结果表明：CSCAT散射计风场资料在数据准确度及数据稳定性上略逊于ASCAT散射计；两种资料融合后的全球风场可以满足一定的业务化精度需求；最优插值法更适合应用于太平洋海域，时空加权插值法更适合应用于印度洋海域，在大西洋海域两种方法融合效果相近；时空加权与最优插值结合方法下的3小时区域融合风场质量较全球日平均风场更高。本融合方法实现简便，运算快捷，融合数据可靠，特别是在观测极端稀疏区域，可为需求部门快速获取高分辨率海面标准网格化风场提供一定参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22049
摘要:
为评价星载激光测风雷达产品资料同化对台风预报的影响，以2020年台风“黑格比”和2019年台风“利奇马”为例，选用Aeolus卫星的水平径向风速产品，开展星载激光测风雷达资料同化及其对台风预报影响研究。首先基于ERA5再分析资料对Aeolus产品进行统计检验和偏差订正，并统计各高度层观测背景差的均方差作为观测误差用于同化试验。然后通过WRFDA（Weather Research and Forecast Model Data Assimilation）模式同化Aeolus产品并利用WRF（Weather Research and Forecast Model）模式开展预报试验。试验结果表明，Aeolus产品精度较高，统计所得各层观测误差在3-5 m/s范围且随高度的升高而增大，订正后资料满足三维变分同化无偏假设；在台风“黑格比”和“利奇马”期间同化该产品能使模式具备更加合理的环流形势，能够有效提高对台风“黑格比”和“利奇马”路径及强度的预报效果。
为评价星载激光测风雷达产品资料同化对台风预报的影响，以2020年台风“黑格比”和2019年台风“利奇马”为例，选用Aeolus卫星的水平径向风速产品，开展星载激光测风雷达资料同化及其对台风预报影响研究。首先基于ERA5再分析资料对Aeolus产品进行统计检验和偏差订正，并统计各高度层观测背景差的均方差作为观测误差用于同化试验。然后通过WRFDA（Weather Research and Forecast Model Data Assimilation）模式同化Aeolus产品并利用WRF（Weather Research and Forecast Model）模式开展预报试验。试验结果表明，Aeolus产品精度较高，统计所得各层观测误差在3-5 m/s范围且随高度的升高而增大，订正后资料满足三维变分同化无偏假设；在台风“黑格比”和“利奇马”期间同化该产品能使模式具备更加合理的环流形势，能够有效提高对台风“黑格比”和“利奇马”路径及强度的预报效果。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22064
摘要:
硫酸盐气溶胶（SO42-）和黑碳气溶胶（BC）可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支，进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风作为东亚夏季风的子系统之一，与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人已开展了SO42-和BC对东亚副热带季风的系列研究，但SO42-和BC对南海夏季风影响机制的研究较少。本研究利用CESM（The Community Earth System Model）模式CAM5.1模块模拟研究了SO42-和BC对南海-华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压（西太副高）断裂以及南海夏季风爆发的影响，重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟实验结果表明，热力上SO42-和BC对温度层结的影响均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强，引发了中南半岛上空的下沉气流异常，抑制了中南半岛对流，分别使得春末夏初时副高带断裂时间推迟了2候和1候。同时，动力上SO42-（BC）又通过推迟（提前）春季经向海陆温差逆转时间，影响了季风环流。综合而言，SO42-一致的动力和热力效应使得SCSSM爆发推迟了1候。而BC对SCSSM爆发基本无影响，可能是由于BC相反的动力和热力效应。
硫酸盐气溶胶（SO42-）和黑碳气溶胶（BC）可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支，进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风作为东亚夏季风的子系统之一，与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人已开展了SO42-和BC对东亚副热带季风的系列研究，但SO42-和BC对南海夏季风影响机制的研究较少。本研究利用CESM（The Community Earth System Model）模式CAM5.1模块模拟研究了SO42-和BC对南海-华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压（西太副高）断裂以及南海夏季风爆发的影响，重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟实验结果表明，热力上SO42-和BC对温度层结的影响均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强，引发了中南半岛上空的下沉气流异常，抑制了中南半岛对流，分别使得春末夏初时副高带断裂时间推迟了2候和1候。同时，动力上SO42-（BC）又通过推迟（提前）春季经向海陆温差逆转时间，影响了季风环流。综合而言，SO42-一致的动力和热力效应使得SCSSM爆发推迟了1候。而BC对SCSSM爆发基本无影响，可能是由于BC相反的动力和热力效应。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22099
摘要:
成功预测热带大气季节内振荡（MJO）能够有效改进延伸期预报。但是目前对MJO的数值模拟仍具有一定的难度，其中一个主要挑战就是能否合理地模拟出MJO的传播速度。本文研究了CMIP6模式对MJO传播速度的模拟，并揭示了影响模式中MJO传播速度的因子。结果表明大部分CMIP6模式能够模拟出MJO在印度-太平洋暖池区域的传播特征，但对MJO平均传播速度的模拟存在显著的模式间差异。MJO的Kelvin波响应和Rossby波响应强度是影响模式中MJO传播速度的主要环流因子，强的Kelvin波响应有利于MJO加速东传，但强的Rossby波响应不利于MJO向东传播。模式间背景场海表温度（SST）的差异是导致Kelvin波响应差异的主要原因。MJO东传更快的模式在赤道太平洋中部和西北太平洋具有更高的SST。赤道太平洋中部偏暖主要以两种方式影响MJO的东传速度：第一，通过增加暖池的水平尺度，从而扩展MJO水平尺度，进而加强Kelvin波响应使得MJO东传加快；第二，通过增强该区域的水汽含量，减弱西太纬向水汽梯度，导致纬向水汽平流增强，从而加速MJO东传。与前人研究不同，本研究发现西北太平洋增暖有助于加速模式中MJO的向东传播。西北太平洋增暖导致海温分布关于赤道更加对称，能够通过增强海洋性大陆北侧的水汽，使得背景场水汽分布关于赤道更加对称，从而有利于Kelvin波响应的发展。本研究的结论不仅能够提高我们对MJO传播动力机制的理解，也表明提高模式对背景场的模拟有助于改进对MJO传播特征的模拟。
成功预测热带大气季节内振荡（MJO）能够有效改进延伸期预报。但是目前对MJO的数值模拟仍具有一定的难度，其中一个主要挑战就是能否合理地模拟出MJO的传播速度。本文研究了CMIP6模式对MJO传播速度的模拟，并揭示了影响模式中MJO传播速度的因子。结果表明大部分CMIP6模式能够模拟出MJO在印度-太平洋暖池区域的传播特征，但对MJO平均传播速度的模拟存在显著的模式间差异。MJO的Kelvin波响应和Rossby波响应强度是影响模式中MJO传播速度的主要环流因子，强的Kelvin波响应有利于MJO加速东传，但强的Rossby波响应不利于MJO向东传播。模式间背景场海表温度（SST）的差异是导致Kelvin波响应差异的主要原因。MJO东传更快的模式在赤道太平洋中部和西北太平洋具有更高的SST。赤道太平洋中部偏暖主要以两种方式影响MJO的东传速度：第一，通过增加暖池的水平尺度，从而扩展MJO水平尺度，进而加强Kelvin波响应使得MJO东传加快；第二，通过增强该区域的水汽含量，减弱西太纬向水汽梯度，导致纬向水汽平流增强，从而加速MJO东传。与前人研究不同，本研究发现西北太平洋增暖有助于加速模式中MJO的向东传播。西北太平洋增暖导致海温分布关于赤道更加对称，能够通过增强海洋性大陆北侧的水汽，使得背景场水汽分布关于赤道更加对称，从而有利于Kelvin波响应的发展。本研究的结论不仅能够提高我们对MJO传播动力机制的理解，也表明提高模式对背景场的模拟有助于改进对MJO传播特征的模拟。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22202
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本文针对2021年6月2-3日发生在东北地区的冷涡暴雨过程,首先利用传统欧拉方法,初步分析了此次初夏东北冷涡暴雨过程的水汽输送与辐合特征,进而利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART和水汽来源与源区定量贡献分析方法,揭示出此次暴雨过程的水汽源地和源区定量贡献。结果表明：此次初夏冷涡暴雨过程期间,副热带高压偏南,东北地区主要受东北冷涡和其下游日本海弱高压脊影响,但对流层低层,副高主体与日本海弱高压脊之间存在气旋性切变流场,促成一支低空急流沿我国沿海地区北上,有利于东北地区南侧水汽向北输送,与东北冷涡后部干冷空气在辽宁和吉林省交汇,触发强降水。拉格朗日轨迹追踪显示,60%以上的目标气块来自降水区西侧和西北侧的欧亚大陆地区,这些气块初始位置高度较高,途径我国东海、黄海一带时,高度显著降低,并汇入偏南暖湿气流,进而流入目标降水区；还有部分气块来自贝加尔湖及其以东地区以及我国南海和中南部大陆地区,气块初始位置及行进过程中高度均较低。水汽源区对目标降水区的水汽定量贡献显示,区域D(东海-黄海至西北太平洋地区)贡献最大(贡献率37.04%),区域C(中国大陆中东部)紧随其后(贡献率30.05%),显著的水汽摄取和较低的沿途损失,使得上述两区域水汽贡献显著,而降水区局地摄取水汽的贡献排在第三位；此外,贝加尔湖及其以东地区(区域B)和欧亚大陆中西部地区(区域A)亦有一定贡献(尽管区域A水汽摄取总量亦较大,但绝大部分水汽在远距离输送过程中损耗),而区域E(印度半岛至中国南海地区)水汽贡献最小,可见,初夏东北冷涡暴雨过程的水汽较难从低纬度地区获得供给。相对于传统的欧拉方法,拉格朗日方法可以更清晰地给出暴雨过程主要的水汽源地及其贡献。
本文针对2021年6月2-3日发生在东北地区的冷涡暴雨过程,首先利用传统欧拉方法,初步分析了此次初夏东北冷涡暴雨过程的水汽输送与辐合特征,进而利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART和水汽来源与源区定量贡献分析方法,揭示出此次暴雨过程的水汽源地和源区定量贡献。结果表明：此次初夏冷涡暴雨过程期间,副热带高压偏南,东北地区主要受东北冷涡和其下游日本海弱高压脊影响,但对流层低层,副高主体与日本海弱高压脊之间存在气旋性切变流场,促成一支低空急流沿我国沿海地区北上,有利于东北地区南侧水汽向北输送,与东北冷涡后部干冷空气在辽宁和吉林省交汇,触发强降水。拉格朗日轨迹追踪显示,60%以上的目标气块来自降水区西侧和西北侧的欧亚大陆地区,这些气块初始位置高度较高,途径我国东海、黄海一带时,高度显著降低,并汇入偏南暖湿气流,进而流入目标降水区；还有部分气块来自贝加尔湖及其以东地区以及我国南海和中南部大陆地区,气块初始位置及行进过程中高度均较低。水汽源区对目标降水区的水汽定量贡献显示,区域D(东海-黄海至西北太平洋地区)贡献最大(贡献率37.04%),区域C(中国大陆中东部)紧随其后(贡献率30.05%),显著的水汽摄取和较低的沿途损失,使得上述两区域水汽贡献显著,而降水区局地摄取水汽的贡献排在第三位；此外,贝加尔湖及其以东地区(区域B)和欧亚大陆中西部地区(区域A)亦有一定贡献(尽管区域A水汽摄取总量亦较大,但绝大部分水汽在远距离输送过程中损耗),而区域E(印度半岛至中国南海地区)水汽贡献最小,可见,初夏东北冷涡暴雨过程的水汽较难从低纬度地区获得供给。相对于传统的欧拉方法,拉格朗日方法可以更清晰地给出暴雨过程主要的水汽源地及其贡献。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22207
摘要:
本文针对2021年6月2-3日发生在辽宁和吉林两省的东北冷涡暴雨过程，利用多源观测和再分析数据，首先开展综合观测分析，进而利用WRF模式对此次暴雨过程的主降水时段开展高分辨率数值模拟，并结合三维降水诊断方程，开展宏、微观物理过程和暴雨形成机理模拟诊断研究。结果表明，此次暴雨过程降水范围广、局地雨强大、对流性突出；暴雨过程期间，东亚大气环流相对稳定，东北冷涡缓慢东移，携带冷空气南下，与偏南暖湿气流汇合，触发涡旋云系发展；两省位于高空急流核出口区左前方和偏南低空急流前侧，低层辐合-高层辐散的动力结构有助于强降水系统发展。伴随水汽辐合加强，云物理过程旺盛发展，水凝物含量显著升高，其中霰粒子通过融化成雨滴等云物理过程，对强降水起到重要贡献。云滴通过水汽凝结过程迅速增长，但同时由于云微物理转化过程而被大量消耗，用于云系发展和降水发生。降水强度受水汽收支和云收支过程共同影响，强降水前期，伴随强盛水汽输送和辐合，区域上空水汽含量显著增加，降水系统发展；强降水后期，伴随冷涡云系逐步东移，区域内辐合减弱，局地大气内水汽明显消耗，以继续支撑较强降水。伴随水汽局地辐合，水凝物旺盛发展（尤其是冰相水凝物）。过程初期，液相水凝物动力辐合与微物理转化过程共同支撑降水云系快速发展；降水峰值时段，上述两过程仍然活跃，但由于强降水显著消耗，水凝物含量局地变化不明显。整个暴雨过程期间，液相水凝物持续辐合，而冰相水凝物于初期短暂辐合之后，逐渐减弱为弱辐散，这一演变特征与局地热、动力结构及其演变有关。
本文针对2021年6月2-3日发生在辽宁和吉林两省的东北冷涡暴雨过程，利用多源观测和再分析数据，首先开展综合观测分析，进而利用WRF模式对此次暴雨过程的主降水时段开展高分辨率数值模拟，并结合三维降水诊断方程，开展宏、微观物理过程和暴雨形成机理模拟诊断研究。结果表明，此次暴雨过程降水范围广、局地雨强大、对流性突出；暴雨过程期间，东亚大气环流相对稳定，东北冷涡缓慢东移，携带冷空气南下，与偏南暖湿气流汇合，触发涡旋云系发展；两省位于高空急流核出口区左前方和偏南低空急流前侧，低层辐合-高层辐散的动力结构有助于强降水系统发展。伴随水汽辐合加强，云物理过程旺盛发展，水凝物含量显著升高，其中霰粒子通过融化成雨滴等云物理过程，对强降水起到重要贡献。云滴通过水汽凝结过程迅速增长，但同时由于云微物理转化过程而被大量消耗，用于云系发展和降水发生。降水强度受水汽收支和云收支过程共同影响，强降水前期，伴随强盛水汽输送和辐合，区域上空水汽含量显著增加，降水系统发展；强降水后期，伴随冷涡云系逐步东移，区域内辐合减弱，局地大气内水汽明显消耗，以继续支撑较强降水。伴随水汽局地辐合，水凝物旺盛发展（尤其是冰相水凝物）。过程初期，液相水凝物动力辐合与微物理转化过程共同支撑降水云系快速发展；降水峰值时段，上述两过程仍然活跃，但由于强降水显著消耗，水凝物含量局地变化不明显。整个暴雨过程期间，液相水凝物持续辐合，而冰相水凝物于初期短暂辐合之后，逐渐减弱为弱辐散，这一演变特征与局地热、动力结构及其演变有关。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22078
摘要:
大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关，强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为“口袋电荷”的分布模式。为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的一般规律，本研究将闪电放电参数化方案植入到双层均匀口袋电荷模型中开展了大量随机模拟试验。模拟过程中固定了电荷区的总尺度，通过改变电荷对数进行探讨，着重讨论各电荷背景下闪电起始和放电行为的异同。模拟结果表明（1）随着电荷对数的增加，闪电启动需要的电荷浓度和电荷总量均增加。（2）小电荷区的水平垂直尺度比是影响闪电起始行为的关键因子，除此之外各电荷背景下闪电起始位置和启动概率在水平、垂直方向上的差异还与多对电荷的空间配置关系和逃逸击穿阈值有关。（3）闪电的水平、垂直范围和面积均与小电荷区的尺度息息相关，小电荷区的几何特征限制了闪电的空间特征。（4）电荷区的分布也显著影响着闪电的发展形态，各电荷背景下闪电初始先导角度的分布范围和集中区域有所差异。相较于电荷区倾向于为扁平椭圆形的情况，当电荷区垂直与水平尺度相等时，初始先导角度变化范围明显增大，水平发展的个例明显增多。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22181
摘要:
随着风电利用的发展,越来越多的风电场建立在复杂地形的山区,为了更好地进行风能评估和风电预报,就需要了解复杂地形对风速廓线的影响。本文基于薄翼理论和湍流边界层扰动的线性化理论,采用两层模型对坡度较小的山地在其二维横截面上的风廓线进行了预测,该模型能够较为准确地预报地形、压力、稳定度对风速增速的影响,但对于三维地形或其他因素产生的风速的复杂变化,需要进一步将其扩展至三维,并结合数值模拟进行研究。
随着风电利用的发展,越来越多的风电场建立在复杂地形的山区,为了更好地进行风能评估和风电预报,就需要了解复杂地形对风速廓线的影响。本文基于薄翼理论和湍流边界层扰动的线性化理论,采用两层模型对坡度较小的山地在其二维横截面上的风廓线进行了预测,该模型能够较为准确地预报地形、压力、稳定度对风速增速的影响,但对于三维地形或其他因素产生的风速的复杂变化,需要进一步将其扩展至三维,并结合数值模拟进行研究。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2301.22071
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气溶胶-云相互作用过程对于评估高层大气云和气溶胶的寿命以及气候效应至关重要,也是当前大气科学研究的重要问题。目前关于气溶胶-云相互作用的研究主要以卫星反演和模式模拟为主,外场观测由于布置难度大、实验时间长、耗费人力物力等原因开展得较少,因此当前针对外场实验获得的气溶胶-云观测资料十分重要。本研究以长三角高山站点的云雾为背景,利用雾滴谱仪、地用逆流虚拟撞击器、混合凝聚核粒子计数器、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪等仪器,研究了大明山顶(海拔1483米)7月份多云雾期间云滴和气溶胶的特性,探讨了气溶胶对云形成和发展的影响以及云对气溶胶颗粒物的清除作用。云形成初期对气溶胶颗粒物的清除率约为20%~50%。研究显示大气水汽过饱和度越高且颗粒物粒径越大,清除率越高,这表明粒径较大的气溶胶颗粒物容易活化为云凝结核。对比同一云雾事件中气溶胶数浓度差异较大的三个不同阶段,我们发现较低的气溶胶数浓度有利于形成液态水含量高的浓云,此时云团由数量相对较少而粒径大的云滴组成,而大气颗粒物数量增多会使云雾变薄,此时的云团由大量细小的云滴组成。本研究进一步分析了8 μm以上云滴的云凝结核数量分布特征,发现大云滴的云凝结核几乎都是100 nm以上的颗粒物,并且随着气溶胶数浓度升高,8 μm以上大云滴的数量减少,云凝结核的平均直径变大。这些结果显示气溶胶数浓度升高会促使云滴的数量增多而等效直径变小,在水汽有限的自然环境中,气溶胶数浓度越高,颗粒物的临界活化直径越大。总之,我们发现大气气溶胶的数浓度-粒径分布特性影响着云滴的数量和粒径,相反云的形成和发展对气溶胶颗粒物也有较强的清除作用。
气溶胶-云相互作用过程对于评估高层大气云和气溶胶的寿命以及气候效应至关重要,也是当前大气科学研究的重要问题。目前关于气溶胶-云相互作用的研究主要以卫星反演和模式模拟为主,外场观测由于布置难度大、实验时间长、耗费人力物力等原因开展得较少,因此当前针对外场实验获得的气溶胶-云观测资料十分重要。本研究以长三角高山站点的云雾为背景,利用雾滴谱仪、地用逆流虚拟撞击器、混合凝聚核粒子计数器、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪等仪器,研究了大明山顶(海拔1483米)7月份多云雾期间云滴和气溶胶的特性,探讨了气溶胶对云形成和发展的影响以及云对气溶胶颗粒物的清除作用。云形成初期对气溶胶颗粒物的清除率约为20%~50%。研究显示大气水汽过饱和度越高且颗粒物粒径越大,清除率越高,这表明粒径较大的气溶胶颗粒物容易活化为云凝结核。对比同一云雾事件中气溶胶数浓度差异较大的三个不同阶段,我们发现较低的气溶胶数浓度有利于形成液态水含量高的浓云,此时云团由数量相对较少而粒径大的云滴组成,而大气颗粒物数量增多会使云雾变薄,此时的云团由大量细小的云滴组成。本研究进一步分析了8 μm以上云滴的云凝结核数量分布特征,发现大云滴的云凝结核几乎都是100 nm以上的颗粒物,并且随着气溶胶数浓度升高,8 μm以上大云滴的数量减少,云凝结核的平均直径变大。这些结果显示气溶胶数浓度升高会促使云滴的数量增多而等效直径变小,在水汽有限的自然环境中,气溶胶数浓度越高,颗粒物的临界活化直径越大。总之,我们发现大气气溶胶的数浓度-粒径分布特性影响着云滴的数量和粒径,相反云的形成和发展对气溶胶颗粒物也有较强的清除作用。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22085
摘要:
随着风云三号系列卫星的成功发射，越来越多的卫星微波直接观测资料应用于数值天气预报的资料同化系统。并且由于卫星微波全天候同化技术可以充分利用晴天及云雨区微波观测资料，在增加同化使用的观测数据的基础上，有效提高数值天气预报准确率，该技术在卫星资料同化领域也颇受瞩目。本研究选取2018年7月的台风“玛莉亚”，利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其同化系统WRFDA（WRF Data Assimilation）中三维变分方法，探讨风云三号C星微波湿度计观测资料的全天候同化技术在区域模式中的适用性，以及其在不同模式驱动场中的预报表现。通过对比仅同化晴空区域卫星资料的试验和全天候同化的试验结果发现，全天候条件下更多的云雨区域观测资料被有效利用，能够更好地模拟出台风“玛莉亚”核心区域的暖心和对称风速结构，有效改善湿度场的预报，对台风路径的预报误差平均降低了大约34~62%，且这种正面影响均能在不同模式驱动场中得到体现。
随着风云三号系列卫星的成功发射，越来越多的卫星微波直接观测资料应用于数值天气预报的资料同化系统。并且由于卫星微波全天候同化技术可以充分利用晴天及云雨区微波观测资料，在增加同化使用的观测数据的基础上，有效提高数值天气预报准确率，该技术在卫星资料同化领域也颇受瞩目。本研究选取2018年7月的台风“玛莉亚”，利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其同化系统WRFDA（WRF Data Assimilation）中三维变分方法，探讨风云三号C星微波湿度计观测资料的全天候同化技术在区域模式中的适用性，以及其在不同模式驱动场中的预报表现。通过对比仅同化晴空区域卫星资料的试验和全天候同化的试验结果发现，全天候条件下更多的云雨区域观测资料被有效利用，能够更好地模拟出台风“玛莉亚”核心区域的暖心和对称风速结构，有效改善湿度场的预报，对台风路径的预报误差平均降低了大约34~62%，且这种正面影响均能在不同模式驱动场中得到体现。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22126
摘要:
本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现：1）与往年相比，2020年夏季风雨带在我国华南和长江中下游地区长时间维持，使得该地区季风降水具有明显的极端性特征；2）同时，我国东部大气中高层位势高度出现负异常，伴随着水汽辐合和低层大气不稳定，均有利于2020年夏季强降水的维持；3）2020年夏季MJO活跃于1、2位相，其振幅在10~30天具有显著的周期。MJO在非洲和印度洋产生显著的Rossby波源，该波源激发的波列沿急流传播，造成了我国东部位势高度负异常的维持，同时也有利于我国东部夏季降水的维持；4）通过敏感性试验进一步验证，MJO的在10~30天的信号有利于在我国东部500 hPa上空形成负的位势高度异常，有利于该区域降水增加。
本文利用美国NOAA的CMORPH降水和NCEP的CFSv2再分析资料、欧洲中心ERA-5再分析数据、Wheeler和Hendon的MJO指数等资料和敏感性数值试验分析了MJO对2020年夏季中国东部持续性降水的影响机制。通过相关、回归、波源分析等方法发现：1）与往年相比，2020年夏季风雨带在我国华南和长江中下游地区长时间维持，使得该地区季风降水具有明显的极端性特征；2）同时，我国东部大气中高层位势高度出现负异常，伴随着水汽辐合和低层大气不稳定，均有利于2020年夏季强降水的维持；3）2020年夏季MJO活跃于1、2位相，其振幅在10~30天具有显著的周期。MJO在非洲和印度洋产生显著的Rossby波源，该波源激发的波列沿急流传播，造成了我国东部位势高度负异常的维持，同时也有利于我国东部夏季降水的维持；4）通过敏感性试验进一步验证，MJO的在10~30天的信号有利于在我国东部500 hPa上空形成负的位势高度异常，有利于该区域降水增加。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22166
摘要:
全新世发生了一系列的亚洲季风突变事件，其中9.2 ka BP事件较少受到关注，其存在与否以及成因机制仍然存在争议。本研究基于通用地球系统模式（Community Earth System Model, CESM），开展了全新世以来的瞬变积分气候模拟试验（Nanjing Normal University-12ka, NNU-12ka），对比了重建资料和国际上已完成的过去21 ka以来的瞬变积分模拟试验（Transient Climate Evolution over the last 21,000 years, TraCE-21ka），探究了9.2 ka亚洲弱季风事件的时空特征及其成因。结果表明：NNU-12ka太阳活动敏感性试验模拟出了9.6-9.4 ka前后的亚洲弱季风事件，此时总太阳辐射减少了0.38 W m-2，亚洲季风区夏季平均降水减少了0.17 mm day-1。而基于TraCE-21ka的全强迫试验结果表明，冰川融水和冰盖变化对该时期亚洲季风变化没有显著影响。NNU-12ka太阳活动试验中亚洲热带季风区夏季降水减少尤为明显，在我国东北地区降水略有增加。热带季风减弱的原因是由于太阳辐射的骤降导致亚洲海陆热力梯度减弱，加强亚洲陆地的海平面气压，引起热带季风区的异常下沉运动，抑制水汽向亚洲季风区输送，进而通过动力作用减弱季风。
全新世发生了一系列的亚洲季风突变事件，其中9.2 ka BP事件较少受到关注，其存在与否以及成因机制仍然存在争议。本研究基于通用地球系统模式（Community Earth System Model, CESM），开展了全新世以来的瞬变积分气候模拟试验（Nanjing Normal University-12ka, NNU-12ka），对比了重建资料和国际上已完成的过去21 ka以来的瞬变积分模拟试验（Transient Climate Evolution over the last 21,000 years, TraCE-21ka），探究了9.2 ka亚洲弱季风事件的时空特征及其成因。结果表明：NNU-12ka太阳活动敏感性试验模拟出了9.6-9.4 ka前后的亚洲弱季风事件，此时总太阳辐射减少了0.38 W m-2，亚洲季风区夏季平均降水减少了0.17 mm day-1。而基于TraCE-21ka的全强迫试验结果表明，冰川融水和冰盖变化对该时期亚洲季风变化没有显著影响。NNU-12ka太阳活动试验中亚洲热带季风区夏季降水减少尤为明显，在我国东北地区降水略有增加。热带季风减弱的原因是由于太阳辐射的骤降导致亚洲海陆热力梯度减弱，加强亚洲陆地的海平面气压，引起热带季风区的异常下沉运动，抑制水汽向亚洲季风区输送，进而通过动力作用减弱季风。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22128
摘要:
海表面温度作为海洋中一个最重要的变量，对全球气候、海洋生态等有很大的影响，因此十分有必要对海表面温度（SST）预报。深度学习具备高效的数据处理能力，但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。本文基于最优插值海表面温度（OISST）的日平均SST数据，利用Long Short-term Memory（LSTM）网络构建了未来10天赤道太平洋（10°S-10°N，120.0°E-280°E）SST的逐日预报模型。LSTM预报模型利用1982-2010年的观测数据进行训练，2011-2020年的观测数据作为初值进行预报和评估。结果表明：赤道太平洋东部地区预报均方根误差（RMSE）大于中、西部，预报第1天东部RMSE为0.6℃左右，中、西部均小于0.3℃。在不同的年际变化位相，拉尼娜时期RMSE最大，正常年份次之，厄尔尼诺时期最小，拉尼娜时期比厄尔尼诺时期的RMSE在一些区域超过20%。预报偏差整体表现为东正西负。相关预报技巧上，中部最好，可预报天数基本为10天以上，赤道冷舌附近可预报天数为4-7天，赤道西边部分地区可预报天数为3天。预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区，相比较而言各区域10、11月份表现最差。总的来说，基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征，在不同案例中预报表现良好。同时该预报模型依靠数据驱动，能迅速且较好预报未来10天以内的日平均SST的短期变化。
海表面温度作为海洋中一个最重要的变量，对全球气候、海洋生态等有很大的影响，因此十分有必要对海表面温度（SST）预报。深度学习具备高效的数据处理能力，但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。本文基于最优插值海表面温度（OISST）的日平均SST数据，利用Long Short-term Memory（LSTM）网络构建了未来10天赤道太平洋（10°S-10°N，120.0°E-280°E）SST的逐日预报模型。LSTM预报模型利用1982-2010年的观测数据进行训练，2011-2020年的观测数据作为初值进行预报和评估。结果表明：赤道太平洋东部地区预报均方根误差（RMSE）大于中、西部，预报第1天东部RMSE为0.6℃左右，中、西部均小于0.3℃。在不同的年际变化位相，拉尼娜时期RMSE最大，正常年份次之，厄尔尼诺时期最小，拉尼娜时期比厄尔尼诺时期的RMSE在一些区域超过20%。预报偏差整体表现为东正西负。相关预报技巧上，中部最好，可预报天数基本为10天以上，赤道冷舌附近可预报天数为4-7天，赤道西边部分地区可预报天数为3天。预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区，相比较而言各区域10、11月份表现最差。总的来说，基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征，在不同案例中预报表现良好。同时该预报模型依靠数据驱动，能迅速且较好预报未来10天以内的日平均SST的短期变化。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22211
摘要:
基于国家空气质量监测网和ERA5（欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析数据集）气象数据，本文分析了2022年夏季历史极端高温条件下我国臭氧（O3）污染的变化及主要的气象驱动因素。从空间分布上，2022年夏季全国O3浓度呈现明显的反弹，6月的华北地区、7~8月的南方地区较为明显；从长期趋势上，华北2022年6月O3浓度为2015年以来同期第二高，导致区域内平均超标21天；长三角和四川盆地2022年7、8月的O3浓度均是2015年来同期最高。从前体物变化来看，卫星数据显示2022年NOx排放相对于2019~2021年无明显的变化，同时南方地区HCHO柱浓度的显著升高与温度变化十分一致，表明2022年极端高温事件是导致O3浓度异常偏高的主要驱动因素。具体来说，2022年O3异常与温度异常的空间相关系数在6~8月份分别达0.71、0.64和0.49，且重点城市O3的温度敏感性也比较高；从环流系统来看，O3异常升高与副高控制下的高温、低湿的静稳天气有较强的时空一致性。特别地，2022年极端高温事件下O3对温度响应与过去相比有所不同，观测上逐日O3与温度的高正相关关系在达到某个阈值后会消失，但2022年华北和长三角在较高的温度下依然存在正相关关系。本研究强调了极端高温事件对O3污染的影响的重要作用，对我国复合污染协同治理提出了更严峻的挑战。
基于国家空气质量监测网和ERA5（欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析数据集）气象数据，本文分析了2022年夏季历史极端高温条件下我国臭氧（O3）污染的变化及主要的气象驱动因素。从空间分布上，2022年夏季全国O3浓度呈现明显的反弹，6月的华北地区、7~8月的南方地区较为明显；从长期趋势上，华北2022年6月O3浓度为2015年以来同期第二高，导致区域内平均超标21天；长三角和四川盆地2022年7、8月的O3浓度均是2015年来同期最高。从前体物变化来看，卫星数据显示2022年NOx排放相对于2019~2021年无明显的变化，同时南方地区HCHO柱浓度的显著升高与温度变化十分一致，表明2022年极端高温事件是导致O3浓度异常偏高的主要驱动因素。具体来说，2022年O3异常与温度异常的空间相关系数在6~8月份分别达0.71、0.64和0.49，且重点城市O3的温度敏感性也比较高；从环流系统来看，O3异常升高与副高控制下的高温、低湿的静稳天气有较强的时空一致性。特别地，2022年极端高温事件下O3对温度响应与过去相比有所不同，观测上逐日O3与温度的高正相关关系在达到某个阈值后会消失，但2022年华北和长三角在较高的温度下依然存在正相关关系。本研究强调了极端高温事件对O3污染的影响的重要作用，对我国复合污染协同治理提出了更严峻的挑战。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22133
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为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响，本文使用耦合了分档云微物理方案（SBM）的Weather Research and Forecast Forecasting model (WRF)高分辨率天气模式（WRF-SBM），模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程，并分别讨论了处于不同高度的沙尘层对云动力、微物理和降水形成过程中的作用。结果表明：沙尘层处于对流层中低层时，沙尘气溶胶作为CCN对云微物理过程的影响比其处于中高层时更明显，沙尘气溶胶使得CCN增加，云滴数浓度增加，云滴有效半径减小，降水延迟；而沙尘层处于对流层中高层时，沙尘气溶胶作为IN对云微物理过程影响更明显，沙尘气溶胶使得IN浓度增加，冰晶数量增加，雪、霰、雹的凇附增长率增加，参与融化过程的冰相粒子增多，降雨率增大。本文仅讨论了发生在新疆的这次对流天气过程对处于不同高度的沙尘气溶胶层的可能响应，要全面认识沙尘气溶胶对不同类型云降水过程的影响，需要进行更多的、有观测资料约束的模拟研究。
为研究沙尘气溶胶层对云和降水的影响，本文使用耦合了分档云微物理方案（SBM）的Weather Research and Forecast Forecasting model (WRF)高分辨率天气模式（WRF-SBM），模拟了2016年7月8日发生在新疆阿克苏地区的一次强对流天气过程，并分别讨论了处于不同高度的沙尘层对云动力、微物理和降水形成过程中的作用。结果表明：沙尘层处于对流层中低层时，沙尘气溶胶作为CCN对云微物理过程的影响比其处于中高层时更明显，沙尘气溶胶使得CCN增加，云滴数浓度增加，云滴有效半径减小，降水延迟；而沙尘层处于对流层中高层时，沙尘气溶胶作为IN对云微物理过程影响更明显，沙尘气溶胶使得IN浓度增加，冰晶数量增加，雪、霰、雹的凇附增长率增加，参与融化过程的冰相粒子增多，降雨率增大。本文仅讨论了发生在新疆的这次对流天气过程对处于不同高度的沙尘气溶胶层的可能响应，要全面认识沙尘气溶胶对不同类型云降水过程的影响，需要进行更多的、有观测资料约束的模拟研究。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22032
摘要:
利用1951~2019年国家气候中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料，分析了冬季新疆北部持续性极端低温事件（PECE）频次的时空分布特征，并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的相互作用过程。分析表明：年代际尺度上，北疆PECE在20世纪60年代发生频次最多，此后逐渐减少，表明北疆区域发生该事件的概率在降低。空间分布上，无论是极端低温频次还是冷空气强度，极值中心皆在额尔齐斯河流域一线。北疆PECE发展过程中，平、对流层环流皆发生了阶段性的调整。首先在新地岛有弱脊生成，对流层行星1波异常上传，此后平流层I区极涡开始了由强到弱的转变（欧亚弱极涡型）。随后平流层极涡强度有所恢复并维持，对流层行星波上传受到抑制，在欧亚出现异常向下反射，对流层极涡开始表现出强度减弱，面积增大且持续南压态势，冷空气持续向南输送，来自北冰洋的冷空气在乌拉尔山高压脊前堆积，有利于大型斜脊加强并维持，地面冷空气在中西伯利亚地区形成堆积态势，随后对流层大型横槽斜脊引导冷空气南下，地面西伯利亚高压发展强盛向南爆发，3日后冷空气影响北疆地区。
利用1951~2019年国家气候中心逐日站点数据和NCEP/NCAR再分析资料，分析了冬季新疆北部持续性极端低温事件（PECE）频次的时空分布特征，并探讨了平流层与对流层在事件发生发展过程中的相互作用过程。分析表明：年代际尺度上，北疆PECE在20世纪60年代发生频次最多，此后逐渐减少，表明北疆区域发生该事件的概率在降低。空间分布上，无论是极端低温频次还是冷空气强度，极值中心皆在额尔齐斯河流域一线。北疆PECE发展过程中，平、对流层环流皆发生了阶段性的调整。首先在新地岛有弱脊生成，对流层行星1波异常上传，此后平流层I区极涡开始了由强到弱的转变（欧亚弱极涡型）。随后平流层极涡强度有所恢复并维持，对流层行星波上传受到抑制，在欧亚出现异常向下反射，对流层极涡开始表现出强度减弱，面积增大且持续南压态势，冷空气持续向南输送，来自北冰洋的冷空气在乌拉尔山高压脊前堆积，有利于大型斜脊加强并维持，地面冷空气在中西伯利亚地区形成堆积态势，随后对流层大型横槽斜脊引导冷空气南下，地面西伯利亚高压发展强盛向南爆发，3日后冷空气影响北疆地区。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22079
摘要:
南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立，对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55, 欧洲中期数值预报中心 ERA5, 中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特征和年际变率。结果表明，在四套再分析资料中，南海夏季风爆发期间大气环流和降水场突变的气候特征基本一致，但 CRA-40的高空暖中心和降水均明显强于JRA-55、ERA5和NCEP1。同时，本文分别采用850hPa纬向西风（U850）盛行、对流层中上部平均经向温度梯度（MTG）反转和南海地区对流（OLR）建立来定义南海夏季风爆发时间。基于不同的定义指标，四套再分析资料所确定的南海夏季风爆发时间在大多数年份一致，表现为高、低空环流的调整伴随着南海季风对流的建立，环流和降水场完全耦合，且U850定义对资料的敏感度高于MTG定义。但在个别年份，三种指标所确定的南海夏季风爆发时间差异明显，这时高、低空环流和降水场的耦合关系不明确。当U850、MTG和OLR所定义南海夏季风爆发时间的年际变率一致时， 4~5月海温异常场呈现典型的ENSO型分布特征，说明这些年份南海夏季风爆发可能受热带海-气相互作用影响，其中5月孟加拉湾的海温异常可能是ENSO影响南海夏季风爆发时间的关键。而当三种定义方式所得南海夏季风爆发时间的年际变率不一致时，最明显的海温异常信号出现在北太平洋加州沿岸，说明中纬度海-气相互作用对南海夏季风爆发时间也存在潜在调制作用。
南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立，对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义。本文对比了日本气象厅JRA-55, 欧洲中期数值预报中心 ERA5, 中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特征和年际变率。结果表明，在四套再分析资料中，南海夏季风爆发期间大气环流和降水场突变的气候特征基本一致，但 CRA-40的高空暖中心和降水均明显强于JRA-55、ERA5和NCEP1。同时，本文分别采用850hPa纬向西风（U850）盛行、对流层中上部平均经向温度梯度（MTG）反转和南海地区对流（OLR）建立来定义南海夏季风爆发时间。基于不同的定义指标，四套再分析资料所确定的南海夏季风爆发时间在大多数年份一致，表现为高、低空环流的调整伴随着南海季风对流的建立，环流和降水场完全耦合，且U850定义对资料的敏感度高于MTG定义。但在个别年份，三种指标所确定的南海夏季风爆发时间差异明显，这时高、低空环流和降水场的耦合关系不明确。当U850、MTG和OLR所定义南海夏季风爆发时间的年际变率一致时， 4~5月海温异常场呈现典型的ENSO型分布特征，说明这些年份南海夏季风爆发可能受热带海-气相互作用影响，其中5月孟加拉湾的海温异常可能是ENSO影响南海夏季风爆发时间的关键。而当三种定义方式所得南海夏季风爆发时间的年际变率不一致时，最明显的海温异常信号出现在北太平洋加州沿岸，说明中纬度海-气相互作用对南海夏季风爆发时间也存在潜在调制作用。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22179
摘要:
基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料，本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法，分析了1980-2020 年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶污染（气溶胶光学厚度，AOD）的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明，在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势，20世纪80、90年代处于低值，21世纪初AOD持续升高，2010后开始下降。空间表现为全区一致的变化特征，高值区主要位于两湖盆地中部，以洞庭湖为中心呈南北纵向分布。进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明，在东亚经向风南北反相模的影响下，偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因。在年代际尺度上，当西伯利亚高压的强度、面积增大，东亚大槽西移，西太副高脊线南移时，东亚经向风南北反相模趋于正相位（即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风），两湖盆地位于气旋性环流异常的底部，在偏北风异常的作用下，西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强。且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间，气压梯度小，风速偏弱，使得两湖盆地气溶胶输入大于输出，促进21世纪初AOD年代际升高。
基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料，本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法，分析了1980-2020 年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶污染（气溶胶光学厚度，AOD）的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响。结果表明，在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势，20世纪80、90年代处于低值，21世纪初AOD持续升高，2010后开始下降。空间表现为全区一致的变化特征，高值区主要位于两湖盆地中部，以洞庭湖为中心呈南北纵向分布。进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明，在东亚经向风南北反相模的影响下，偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因。在年代际尺度上，当西伯利亚高压的强度、面积增大，东亚大槽西移，西太副高脊线南移时，东亚经向风南北反相模趋于正相位（即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风），两湖盆地位于气旋性环流异常的底部，在偏北风异常的作用下，西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强。且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间，气压梯度小，风速偏弱，使得两湖盆地气溶胶输入大于输出，促进21世纪初AOD年代际升高。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22183
摘要:
中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多，目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012-2016年L波段高分辨率探空资料，采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分析，以探讨中国夏季边界层高度的区域性特征和主要影响因子。结果表明，中国区域100个站点08、14、20时的边界层高度均可划分为东北、东南、西北和西南4个区域。在此基础上，分析了三个不同时次不同区域边界层高度的主要影响因子，并探究这些因子影响不同热力状态下边界层发展的可能机理。结果表明：稳定边界层早（08时）、晚（20时）的发展主要受风速湍流动力作用的影响，而中午14时的发展与间歇性湍流作用密切相关。中性和对流边界层的发展在早上也主要受风速的驱动，而在中午则主要受较高地表温度和较大地表净辐射通量所引起的湍流热力作用驱动。此外，东北地区的云量和比湿、东南地区的潜热通量、西北地区的感热通量和比湿、西南地区的感热通量和土壤湿度也会通过对热力湍流的直接或间接影响，从而影响该区域中性和对流边界层的发展。晚上，由于东西时差的影响，在东部地区，风速开始成为中性和对流边界层高度的主要影响因子，而西部地区边界层高度的主要影响因子仍为热力因子。值得注意的是，北部地区的叶面积指数可以通过植被蒸腾作用改变比湿，从而影响边界层的发展；东北地区地表气压的变化可以通过影响气流的上升和下沉运动从而影响边界层的发展。
中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多，目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012-2016年L波段高分辨率探空资料，采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分析，以探讨中国夏季边界层高度的区域性特征和主要影响因子。结果表明，中国区域100个站点08、14、20时的边界层高度均可划分为东北、东南、西北和西南4个区域。在此基础上，分析了三个不同时次不同区域边界层高度的主要影响因子，并探究这些因子影响不同热力状态下边界层发展的可能机理。结果表明：稳定边界层早（08时）、晚（20时）的发展主要受风速湍流动力作用的影响，而中午14时的发展与间歇性湍流作用密切相关。中性和对流边界层的发展在早上也主要受风速的驱动，而在中午则主要受较高地表温度和较大地表净辐射通量所引起的湍流热力作用驱动。此外，东北地区的云量和比湿、东南地区的潜热通量、西北地区的感热通量和比湿、西南地区的感热通量和土壤湿度也会通过对热力湍流的直接或间接影响，从而影响该区域中性和对流边界层的发展。晚上，由于东西时差的影响，在东部地区，风速开始成为中性和对流边界层高度的主要影响因子，而西部地区边界层高度的主要影响因子仍为热力因子。值得注意的是，北部地区的叶面积指数可以通过植被蒸腾作用改变比湿，从而影响边界层的发展；东北地区地表气压的变化可以通过影响气流的上升和下沉运动从而影响边界层的发展。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22003
摘要:
天气雷达在观测过程中，通常会受到非气象因子的干扰，产生非气象回波，从而严重影响雷达定量降水估计的精度和短临降水预报的性能。本文使用陕西省西安、延安等7部C波段多普勒天气雷达的体扫观测，构建了基于贝叶斯分类器和回波物理特征的质量控制方法：首先人工提取每部雷达的降水回波、地物回波和晴空回波的反射率因子，并基于提取的不同类型雷达回波，分析了陕西省7部雷达不同类型雷达回波的反射率因子、反射率因子水平纹理、反射率因子沿径向的变化梯度、回波顶高、反射率垂直梯度的变化特征，统计得到不同类型雷达回波对应特征量的概率密度分布函数；然后基于统计的概率密度分布函数建立贝叶斯分类器，对雷达回波进行初步识别；最后结合雷达回波物理特征设计了太阳尖峰识别方法、孤立点去除方法和回波空洞填补方法，进一步识别雷达回波。利用2019年7-9月陕西省7部雷达的体扫观测数据，系统地分析了雷达质量控制方法的性能，使用HSS评分（Heidke skill score）评估了质量控制结果的准确率，并同目前陕西省业务运行的雷达数据质量控制结果进行了对比分析。结果表明，研发的基于贝叶斯分类器和回波物理特征的雷达质量控制方法能够较好地识别降水回波和非降水回波，识别效果优于业务使用结果，HSS评分较业务运行结果提高40%。天气雷达在观测过程中，通常会受到非气象因子的干扰，产生非气象回波，从而严重影响雷达定量降水估计的精度和短临降水预报的性能。本文使用陕西省西安、延安等7部C波段多普勒天气雷达的体扫观测，构建了基于贝叶斯分类器和回波物理特征的质量控制方法：首先人工提取每部雷达的降水回波、地物回波和晴空回波的反射率因子，并基于提取的不同类型雷达回波，分析了陕西省7部雷达不同类型雷达回波的反射率因子、反射率因子水平纹理、反射率因子沿径向的变化梯度、回波顶高、反射率垂直梯度的变化特征，统计得到不同类型雷达回波对应特征量的概率密度分布函数；然后基于统计的概率密度分布函数建立贝叶斯分类器，对雷达回波进行初步识别；最后结合雷达回波物理特征设计了太阳尖峰识别方法、孤立点去除方法和回波空洞填补方法，进一步识别雷达回波。利用2019年7-9月陕西省7部雷达的体扫观测数据，系统地分析了雷达质量控制方法的性能，使用HSS评分（Heidke skill score）评估了质量控制结果的准确率，并同目前陕西省业务运行的雷达数据质量控制结果进行了对比分析。结果表明，研发的基于贝叶斯分类器和回波物理特征的雷达质量控制方法能够较好地识别降水回波和非降水回波，识别效果优于业务使用结果，HSS评分较业务运行结果提高40%。
天气雷达在观测过程中，通常会受到非气象因子的干扰，产生非气象回波，从而严重影响雷达定量降水估计的精度和短临降水预报的性能。本文使用陕西省西安、延安等7部C波段多普勒天气雷达的体扫观测，构建了基于贝叶斯分类器和回波物理特征的质量控制方法：首先人工提取每部雷达的降水回波、地物回波和晴空回波的反射率因子，并基于提取的不同类型雷达回波，分析了陕西省7部雷达不同类型雷达回波的反射率因子、反射率因子水平纹理、反射率因子沿径向的变化梯度、回波顶高、反射率垂直梯度的变化特征，统计得到不同类型雷达回波对应特征量的概率密度分布函数；然后基于统计的概率密度分布函数建立贝叶斯分类器，对雷达回波进行初步识别；最后结合雷达回波物理特征设计了太阳尖峰识别方法、孤立点去除方法和回波空洞填补方法，进一步识别雷达回波。利用2019年7-9月陕西省7部雷达的体扫观测数据，系统地分析了雷达质量控制方法的性能，使用HSS评分（Heidke skill score）评估了质量控制结果的准确率，并同目前陕西省业务运行的雷达数据质量控制结果进行了对比分析。结果表明，研发的基于贝叶斯分类器和回波物理特征的雷达质量控制方法能够较好地识别降水回波和非降水回波，识别效果优于业务使用结果，HSS评分较业务运行结果提高40%。天气雷达在观测过程中，通常会受到非气象因子的干扰，产生非气象回波，从而严重影响雷达定量降水估计的精度和短临降水预报的性能。本文使用陕西省西安、延安等7部C波段多普勒天气雷达的体扫观测，构建了基于贝叶斯分类器和回波物理特征的质量控制方法：首先人工提取每部雷达的降水回波、地物回波和晴空回波的反射率因子，并基于提取的不同类型雷达回波，分析了陕西省7部雷达不同类型雷达回波的反射率因子、反射率因子水平纹理、反射率因子沿径向的变化梯度、回波顶高、反射率垂直梯度的变化特征，统计得到不同类型雷达回波对应特征量的概率密度分布函数；然后基于统计的概率密度分布函数建立贝叶斯分类器，对雷达回波进行初步识别；最后结合雷达回波物理特征设计了太阳尖峰识别方法、孤立点去除方法和回波空洞填补方法，进一步识别雷达回波。利用2019年7-9月陕西省7部雷达的体扫观测数据，系统地分析了雷达质量控制方法的性能，使用HSS评分（Heidke skill score）评估了质量控制结果的准确率，并同目前陕西省业务运行的雷达数据质量控制结果进行了对比分析。结果表明，研发的基于贝叶斯分类器和回波物理特征的雷达质量控制方法能够较好地识别降水回波和非降水回波，识别效果优于业务使用结果，HSS评分较业务运行结果提高40%。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22106
摘要:
本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及NCEP/NCAR的再分析资料,运用经验正交函数分解和相关分析等多种统计方法,研究了1951—2020年秋季(9—11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响。结果表明：秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5%。研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温异常偏高,反之,我国大部分地区初冬气温异常偏低。进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬。当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温的加热(冷却)能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出从北大西洋到东亚地区的遥相关波列,在我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温异常偏高(偏低)。利用NCAR CAM5.3模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化。
本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及NCEP/NCAR的再分析资料,运用经验正交函数分解和相关分析等多种统计方法,研究了1951—2020年秋季(9—11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响。结果表明：秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5%。研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温异常偏高,反之,我国大部分地区初冬气温异常偏低。进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬。当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温的加热(冷却)能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出从北大西洋到东亚地区的遥相关波列,在我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温异常偏高(偏低)。利用NCAR CAM5.3模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.21044A
摘要:
2018年12月10日，河南省人工影响天气中心探测到本省飞机增雨有史以来的最强积冰，积冰出现高度为3600m（-7.9～-12.9℃），机头及机翼最厚积冰达到16.2cm。利用机载DMT云物理探测资料，结合FY-4A卫星反演云参数和雷达等综合观测，对本次过程的云宏、微观结构特征进行了细致分析。结果表明，此次过程强积冰区域位于700hpa切变线东侧附近，西南急流持续输送水汽，且大气有深厚逆温层存在，有利于水汽和液水的堆积。产生积冰的云系云顶高度约4000～5000m，云顶温度-15～-20℃，云光学厚度大于30。FY-4A云顶相态与观测结果较为一致，对过冷水区和飞机积冰具有一定指示意义。强积冰区域液水含量丰沛，最大液态含水量可达0.818g m-3，大量球型过冷液滴和半径超过50μm的过冷大滴存在是导致积冰的重要原因。由于强积冰区域缺少尺度超过毫米量级的冰晶粒子，其S波段天气雷达回波值较弱，甚至明显低于非积冰区域；因此在使用天气雷达监测时，单靠回波强度来判断积冰强度存在一定的局限性。
2018年12月10日，河南省人工影响天气中心探测到本省飞机增雨有史以来的最强积冰，积冰出现高度为3600m（-7.9～-12.9℃），机头及机翼最厚积冰达到16.2cm。利用机载DMT云物理探测资料，结合FY-4A卫星反演云参数和雷达等综合观测，对本次过程的云宏、微观结构特征进行了细致分析。结果表明，此次过程强积冰区域位于700hpa切变线东侧附近，西南急流持续输送水汽，且大气有深厚逆温层存在，有利于水汽和液水的堆积。产生积冰的云系云顶高度约4000～5000m，云顶温度-15～-20℃，云光学厚度大于30。FY-4A云顶相态与观测结果较为一致，对过冷水区和飞机积冰具有一定指示意义。强积冰区域液水含量丰沛，最大液态含水量可达0.818g m-3，大量球型过冷液滴和半径超过50μm的过冷大滴存在是导致积冰的重要原因。由于强积冰区域缺少尺度超过毫米量级的冰晶粒子，其S波段天气雷达回波值较弱，甚至明显低于非积冰区域；因此在使用天气雷达监测时，单靠回波强度来判断积冰强度存在一定的局限性。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22069
摘要:
本文选取了对我国2021年冬季寒潮事件可能有重要影响的2021年1月北半球平流层爆发性增温（SSW）事件为例，利用观测资料、再分析资料和预报模式，探讨了2021年1月的SSW事件的特征和机制并对其进行了预报研究。此次SSW事件（后简称为 “事件”）发生期间，北极平流层温度几天内上升近30℃，绕极西风环流减弱甚至在此次事件中出现了三次逆转为东风环流的现象。事件发生前期，太平洋海温和巴伦支-喀拉海（BK）海冰的出现异常的降低和减少现象；使用Eliassen-Palm (E-P通量)研究发现，这导致更多的对流层异常行星波活动上传到平流层；海温和海冰所导致的行星波活动的异常增多可能是导致此次SSW事件的主要因素。除此之外还发现，事件期间平流层位势高度正异常下传到对流层，与2021年1月中旬亚欧大陆出现的极端低温事件，存在显著的联系。最后，本文使用基于WACCM6模式和DART同化工具建立的平流层预报模型对此次事件进行了回报研究。该模型成功的预报了2021年1月发生的这次SSW事件，预报的温度大小和纬向风强度基本和观测结果一致。对回报试验的进一步研究发现，同化平流层温度、臭氧和水汽，减少预报初始场中平流层环流和温度误差，对准确预报这次SSW事件有重要的作用。初始场中没有同化平流层温度、臭氧和水汽的预报试验结果，与观测结果之间存在很大差异，甚至结果完全相反。
本文选取了对我国2021年冬季寒潮事件可能有重要影响的2021年1月北半球平流层爆发性增温（SSW）事件为例，利用观测资料、再分析资料和预报模式，探讨了2021年1月的SSW事件的特征和机制并对其进行了预报研究。此次SSW事件（后简称为 “事件”）发生期间，北极平流层温度几天内上升近30℃，绕极西风环流减弱甚至在此次事件中出现了三次逆转为东风环流的现象。事件发生前期，太平洋海温和巴伦支-喀拉海（BK）海冰的出现异常的降低和减少现象；使用Eliassen-Palm (E-P通量)研究发现，这导致更多的对流层异常行星波活动上传到平流层；海温和海冰所导致的行星波活动的异常增多可能是导致此次SSW事件的主要因素。除此之外还发现，事件期间平流层位势高度正异常下传到对流层，与2021年1月中旬亚欧大陆出现的极端低温事件，存在显著的联系。最后，本文使用基于WACCM6模式和DART同化工具建立的平流层预报模型对此次事件进行了回报研究。该模型成功的预报了2021年1月发生的这次SSW事件，预报的温度大小和纬向风强度基本和观测结果一致。对回报试验的进一步研究发现，同化平流层温度、臭氧和水汽，减少预报初始场中平流层环流和温度误差，对准确预报这次SSW事件有重要的作用。初始场中没有同化平流层温度、臭氧和水汽的预报试验结果，与观测结果之间存在很大差异，甚至结果完全相反。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22105
摘要:
本研究应用2001-2020年ERA5再分析的气象场及卫星反演的降水和云量资料，研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征。研究结果表明：（1）云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈影响，有着明显的逐月变化。6月受来自孟加拉湾东部的西南气流水汽输送影响，云南季风雨季爆发，大气总热源（特别是潜热）和云量较4-5月明显增强，而地表感热和大气辐射冷却作用减小；（2）基于Wang and LinHo（2002）方法计算的2001-2020年期间云南夏季风雨季的平均爆发时间约为第31候，区域大气总热源（潜热）和云量均与降水呈现出高度的时间相关性，而且云南区域大气热源和云量随夏季风雨季的时间变化呈现出与相邻的南亚热带季风区相似的单峰年变化特征；（3）云南夏季风雨季爆发时间存在明显的年际变化，雨季爆发偏早（晚）年的合成结果表明：在偏早年雨季爆发时，来自孟加拉湾东南部的低层西南气流可直达云南区域，该区域上空为辐散气流，有利于区域上升运动，云南区域大气总热源（潜热）和云量明显强于偏晚年；偏晚年同时段的孟加拉湾南支槽偏弱，西太平洋副高位置明显偏西，不利于云南区域上升运动和降水。在雨季盛期，偏早和偏晚年的区域降水率接近，偏晚年的区域大气总热源（潜热）和高云量值略高于偏早年。
本研究应用2001-2020年ERA5再分析的气象场及卫星反演的降水和云量资料，研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征。研究结果表明：（1）云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈影响，有着明显的逐月变化。6月受来自孟加拉湾东部的西南气流水汽输送影响，云南季风雨季爆发，大气总热源（特别是潜热）和云量较4-5月明显增强，而地表感热和大气辐射冷却作用减小；（2）基于Wang and LinHo（2002）方法计算的2001-2020年期间云南夏季风雨季的平均爆发时间约为第31候，区域大气总热源（潜热）和云量均与降水呈现出高度的时间相关性，而且云南区域大气热源和云量随夏季风雨季的时间变化呈现出与相邻的南亚热带季风区相似的单峰年变化特征；（3）云南夏季风雨季爆发时间存在明显的年际变化，雨季爆发偏早（晚）年的合成结果表明：在偏早年雨季爆发时，来自孟加拉湾东南部的低层西南气流可直达云南区域，该区域上空为辐散气流，有利于区域上升运动，云南区域大气总热源（潜热）和云量明显强于偏晚年；偏晚年同时段的孟加拉湾南支槽偏弱，西太平洋副高位置明显偏西，不利于云南区域上升运动和降水。在雨季盛期，偏早和偏晚年的区域降水率接近，偏晚年的区域大气总热源（潜热）和高云量值略高于偏早年。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22142
摘要:
海河流域6月和7-8月的降水有显著的年代际变化差异，尤其在2002年之后，海河流域6月和7-8月的年代际变化特征相反，因此有必要分别建立预测模型。本文基于年际增量的思想，寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测因子，以突出年际变化异常的影响信号。前冬欧亚中高纬度关键区域海平面气压指数、6月热带中东太平洋海温Nino3指数以及表征ENSO演变速度的Nino3指数在6月与1月之差的年际增量作为三个关键预测因子，建立回归方程。进一步利用多模式的2022年6月Nino3指数的预报结果代入预测模型，对海河流域2022年盛夏降水进行预报试验。相对各动力气候模式3月起报的盛夏降水预测异常，基于年际增量的回归模型对海河流域盛夏降水拟合和回报的准确率更高，尤其是降水显著偏多年份，预测技巧更突出。进一步对预报偏差较大的年份复盘归因发现，前冬海平面气压指数对冬季风和夏季风转换关系的描述可能受到后期春夏热带太平洋和印度洋海温异常演变的干扰。当前冬海平面指数预示的后期海温演变与实际海温演变信号差异较大时，需关注动力模式对临近热带海温尤其是热带西印度洋海表温度距平的预报以及海温变化对海河流域盛夏降水的可能影响。
海河流域6月和7-8月的降水有显著的年代际变化差异，尤其在2002年之后，海河流域6月和7-8月的年代际变化特征相反，因此有必要分别建立预测模型。本文基于年际增量的思想，寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测因子，以突出年际变化异常的影响信号。前冬欧亚中高纬度关键区域海平面气压指数、6月热带中东太平洋海温Nino3指数以及表征ENSO演变速度的Nino3指数在6月与1月之差的年际增量作为三个关键预测因子，建立回归方程。进一步利用多模式的2022年6月Nino3指数的预报结果代入预测模型，对海河流域2022年盛夏降水进行预报试验。相对各动力气候模式3月起报的盛夏降水预测异常，基于年际增量的回归模型对海河流域盛夏降水拟合和回报的准确率更高，尤其是降水显著偏多年份，预测技巧更突出。进一步对预报偏差较大的年份复盘归因发现，前冬海平面气压指数对冬季风和夏季风转换关系的描述可能受到后期春夏热带太平洋和印度洋海温异常演变的干扰。当前冬海平面指数预示的后期海温演变与实际海温演变信号差异较大时，需关注动力模式对临近热带海温尤其是热带西印度洋海表温度距平的预报以及海温变化对海河流域盛夏降水的可能影响。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22177
摘要:
目前人工増雨催化数值模拟研究较少考虑环境场误差对模拟效果的影响,结论往往具有很大的不确定性。有鉴于此,本文将初始场扰动集合预报技术与包含催化模块的柱状云模式进行单向耦合(One Way Coupling),利用中尺度模式所提供包含环境场扰动误差的多组热力、微物理量廓线实时驱动柱状云模式,对2022年1月23日浙江省积层混合云降水过程进行多成员、单/多格点AgI催化数值试验,尝试从概率的角度探讨最佳播撒方案以及对应的增雨潜力。从单站(杭州站)的模拟效果来看,23日1500UTC时在3.6km高度(-5.2℃)处使用AgI(催化剂量为1.2×10-7 ~1.2×10-4g/kg)播撒时所有集合成员均能够取得正増雨效果,其中采用1.2×10-5g/kg剂量时増雨率最大,所有成员的均值为4.67%,99%分位数为7.77%。在单点模拟中,初始场扰动对于过量播撒是否导致减雨的判断有很大影响,例如,播撒剂量增加至1.2×10-2g/kg后,超过50%的集合成员表现为减雨效果,但仍然有部分成员表现为増雨。针对这次过程,多格点催化试验表明增雨效果发生概率最优的区域位于浙西北和浙北北部区域,尤其在嘉兴东北部和临安附近,从概率预报的角度来说也往往对应着相对较高的平均过冷水含量和较低的冰晶数浓度均值。
目前人工増雨催化数值模拟研究较少考虑环境场误差对模拟效果的影响,结论往往具有很大的不确定性。有鉴于此,本文将初始场扰动集合预报技术与包含催化模块的柱状云模式进行单向耦合(One Way Coupling),利用中尺度模式所提供包含环境场扰动误差的多组热力、微物理量廓线实时驱动柱状云模式,对2022年1月23日浙江省积层混合云降水过程进行多成员、单/多格点AgI催化数值试验,尝试从概率的角度探讨最佳播撒方案以及对应的增雨潜力。从单站(杭州站)的模拟效果来看,23日1500UTC时在3.6km高度(-5.2℃)处使用AgI(催化剂量为1.2×10-7 ~1.2×10-4g/kg)播撒时所有集合成员均能够取得正増雨效果,其中采用1.2×10-5g/kg剂量时増雨率最大,所有成员的均值为4.67%,99%分位数为7.77%。在单点模拟中,初始场扰动对于过量播撒是否导致减雨的判断有很大影响,例如,播撒剂量增加至1.2×10-2g/kg后,超过50%的集合成员表现为减雨效果,但仍然有部分成员表现为増雨。针对这次过程,多格点催化试验表明增雨效果发生概率最优的区域位于浙西北和浙北北部区域,尤其在嘉兴东北部和临安附近,从概率预报的角度来说也往往对应着相对较高的平均过冷水含量和较低的冰晶数浓度均值。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21183
摘要:
本文利用1981—2020年南疆台站降水资料和欧洲中心ERA5再分析资料，统计分析了塔里木东风低空急流与南疆降水的关系，通过合成分析，从动热力条件、水汽输送和超地转特性等方面对比分析了塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程（即“空急流”过程）中的差异。结果表明：（1）塔里木东风低空急流对南疆暴雨有重要作用，随着降水等级的增强和强降水范围的增大，塔里木东风低空急流的出现比例迅速增多，南疆一半以上的大雨和暴雨日中都伴有塔里木东风低空急流，塔里木东风低空急流在南疆大范围暴雨过程中的出现率高达85.0%。（2）塔里木东风低空急流在南疆暴雨中向西部推进的更远，东风层更厚，并在南疆西部与偏西气流形成一个持久的东西风辐合带；在“空急流”过程中，塔里木盆地中部出现一支较强的偏北气流，切断了塔里木东风低空急流的西伸，使其主要维持在南疆东部，其东风层厚度也较南疆暴雨中略低。（3）与我国季风区“空急流”不同，塔里木东风低空急流的“空急流”具有较大的不稳定性，与南疆暴雨过程中的塔里木东风急流一样都具有超地转特性。（4）与塔里木东风低空急流相联系的偏东水汽输送路径是南疆暴雨过程的主要水汽输送通道，而偏西路径则是“空急流”过程的主要水汽输送通道。（5）水汽和动力条件不匹配是造成塔里木东风低空急流出现“空急流”的主要原因。
本文利用1981—2020年南疆台站降水资料和欧洲中心ERA5再分析资料，统计分析了塔里木东风低空急流与南疆降水的关系，通过合成分析，从动热力条件、水汽输送和超地转特性等方面对比分析了塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程（即“空急流”过程）中的差异。结果表明：（1）塔里木东风低空急流对南疆暴雨有重要作用，随着降水等级的增强和强降水范围的增大，塔里木东风低空急流的出现比例迅速增多，南疆一半以上的大雨和暴雨日中都伴有塔里木东风低空急流，塔里木东风低空急流在南疆大范围暴雨过程中的出现率高达85.0%。（2）塔里木东风低空急流在南疆暴雨中向西部推进的更远，东风层更厚，并在南疆西部与偏西气流形成一个持久的东西风辐合带；在“空急流”过程中，塔里木盆地中部出现一支较强的偏北气流，切断了塔里木东风低空急流的西伸，使其主要维持在南疆东部，其东风层厚度也较南疆暴雨中略低。（3）与我国季风区“空急流”不同，塔里木东风低空急流的“空急流”具有较大的不稳定性，与南疆暴雨过程中的塔里木东风急流一样都具有超地转特性。（4）与塔里木东风低空急流相联系的偏东水汽输送路径是南疆暴雨过程的主要水汽输送通道，而偏西路径则是“空急流”过程的主要水汽输送通道。（5）水汽和动力条件不匹配是造成塔里木东风低空急流出现“空急流”的主要原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22100
摘要:
少雨高温的伏旱期对长江中下游地区农业、水利和人体健康等具有重要影响，但目前缺乏对该地区伏旱期的历史划分，对其长期变化规律也缺乏充分认识。本文利用1885年以来已划定的长江中下游沿江五站（上海、南京、芜湖、九江和汉口）梅雨期和夏季日气温、降水资料，对出梅后的少雨高温时段分别确定了少雨和高温的定量标准，划定出1885-2020年长江中下游伏旱期；并用统一气温标准结合伏旱期长度，综合确定了近136年伏旱期强度指数。这136年里伏旱期的年平均长度为21.6天（包含有16个无伏旱年及10个入秋伏旱年），呈现出3-6年、36年和84年周期。1951年以来，1959-1978年是伏旱期长度的主要峰期，1980-1987年是伏旱期长度的谷期，之后缓慢增加；1980s之后虽然>30d的长伏旱期有减少趋势，但是15-30d且高强度的伏旱期频现；1995年之后秋伏旱明显增多，夏季延迟。136年里最长且强的伏旱期依次出现于1934、1967、1978和2013年；最早的伏旱期出现在6月中旬，最晚在9月中下旬。近40年来，伏旱期高温（≥35.0℃）日数大幅提高，伏旱期高温发生率从1980s的30%左右上升到近年的50%以上，对人体健康构成威胁。长（强）伏旱期的副热带环流特征为西太平洋副热带高压稳定控制长江中下游区，而短（弱）伏旱期西太平洋副热带高压多偏东或偏南，秋伏旱与副高稳定西伸有关。伏旱期内高温日数的演变受到双重人类活动的制约：它不仅与人类活动导致的全球海陆升温有关，但也因地而异，即受到局地生态环境演变和城市热岛效应增减的人为作用影响。印太季风区陆海温差对长江中下游伏旱期长度年代际变化有重要调制作用。
少雨高温的伏旱期对长江中下游地区农业、水利和人体健康等具有重要影响，但目前缺乏对该地区伏旱期的历史划分，对其长期变化规律也缺乏充分认识。本文利用1885年以来已划定的长江中下游沿江五站（上海、南京、芜湖、九江和汉口）梅雨期和夏季日气温、降水资料，对出梅后的少雨高温时段分别确定了少雨和高温的定量标准，划定出1885-2020年长江中下游伏旱期；并用统一气温标准结合伏旱期长度，综合确定了近136年伏旱期强度指数。这136年里伏旱期的年平均长度为21.6天（包含有16个无伏旱年及10个入秋伏旱年），呈现出3-6年、36年和84年周期。1951年以来，1959-1978年是伏旱期长度的主要峰期，1980-1987年是伏旱期长度的谷期，之后缓慢增加；1980s之后虽然>30d的长伏旱期有减少趋势，但是15-30d且高强度的伏旱期频现；1995年之后秋伏旱明显增多，夏季延迟。136年里最长且强的伏旱期依次出现于1934、1967、1978和2013年；最早的伏旱期出现在6月中旬，最晚在9月中下旬。近40年来，伏旱期高温（≥35.0℃）日数大幅提高，伏旱期高温发生率从1980s的30%左右上升到近年的50%以上，对人体健康构成威胁。长（强）伏旱期的副热带环流特征为西太平洋副热带高压稳定控制长江中下游区，而短（弱）伏旱期西太平洋副热带高压多偏东或偏南，秋伏旱与副高稳定西伸有关。伏旱期内高温日数的演变受到双重人类活动的制约：它不仅与人类活动导致的全球海陆升温有关，但也因地而异，即受到局地生态环境演变和城市热岛效应增减的人为作用影响。印太季风区陆海温差对长江中下游伏旱期长度年代际变化有重要调制作用。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22118
摘要:
由于观测资料的限制，以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991-2021年中国2464个台站逐小时降水资料，分析了全国1小时、3小时降水频率特征，采用百分位法分别统计1小时和3小时极端降水阈值，探究了中国短时极端降水气候特征。分析结果表明四川、贵州、湖南、江西、福建和浙江等省的部分台站1小时降水频率较大，可达12%，西北地区1小时降水频率普遍偏低，大部分台站低于3%。1991-2021年期间，1小时、3小时极端降水频率呈减少趋势。共有64.7%的站3小时极端降水频率线性趋势与1小时极端降水频率线性趋势同位相。我国降水极值和极端降水阈值空间特征明显，1小时降水极端降水阈值基本呈东南大、西北小的空间特征，广东、广西、海南阈值相比我国其他地区偏大。海南、广东、广西和江苏省1小时降水历史平均极值超过80mm/h，其中海南省平均极值最高，达102.7mm/h。
由于观测资料的限制，以往对于日尺度以下的短时极端降水特征和短时极端降水阈值的研究较少。本文基于中国气象局最新研制的1991-2021年中国2464个台站逐小时降水资料，分析了全国1小时、3小时降水频率特征，采用百分位法分别统计1小时和3小时极端降水阈值，探究了中国短时极端降水气候特征。分析结果表明四川、贵州、湖南、江西、福建和浙江等省的部分台站1小时降水频率较大，可达12%，西北地区1小时降水频率普遍偏低，大部分台站低于3%。1991-2021年期间，1小时、3小时极端降水频率呈减少趋势。共有64.7%的站3小时极端降水频率线性趋势与1小时极端降水频率线性趋势同位相。我国降水极值和极端降水阈值空间特征明显，1小时降水极端降水阈值基本呈东南大、西北小的空间特征，广东、广西、海南阈值相比我国其他地区偏大。海南、广东、广西和江苏省1小时降水历史平均极值超过80mm/h，其中海南省平均极值最高，达102.7mm/h。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22180
摘要:
为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在东海县利用无人机开展了边界层和污染物综合观测试验。研究发现：雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5-1℃/hm。雾天低空有风切变, 风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。 从污染物垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO2浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天 O3和NO2的垂直变化呈现明显的负相关,NO2呈负梯度变化。 PM1.0、PM2.5和PM10在雾天要比晴天高出一倍以上, CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。 TVOC、NO2 、PM1.0、PM2.5和PM10会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。 颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。PM2.5浓度的降低会使得气溶胶光学厚度减少,促进光解反应,使得PM2.5与O3垂直变化呈负相关。 日出后,太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空 O3 向下的混合导致O3增加以及PM2.5排放增多使得二者的垂直变化较为一致。
为深入研究辐射雾边界层气象要素和污染物浓度的垂直分布特征,2020年冬季在东海县利用无人机开展了边界层和污染物综合观测试验。研究发现：雾天逆温层厚度要比晴天厚几十米至数百米不等,强度要大0.5-1℃/hm。雾天低空有风切变, 风向在垂直方向上变化较小,而晴天低层风速变化较小,风向在低空随高度呈顺时针旋转。相较于双层逆温结构,有着深厚单层逆温结构的辐射雾的强度更强。在同一次辐射雾过程中,雾的强度不会随着风向的变化而变化,较低的风速更有利于强浓雾的形成。 从污染物垂直分布来看,逆温层内相同高度处的TVOC在晴天要比雾天高,在辐射雾形成前和生成阶段,SO2浓度随高度递减速率远高于晴天同期。晴天和雾天 O3和NO2的垂直变化呈现明显的负相关,NO2呈负梯度变化。 PM1.0、PM2.5和PM10在雾天要比晴天高出一倍以上, CO在辐射雾过程中相对稳定,垂直变化较小。 TVOC、NO2 、PM1.0、PM2.5和PM10会受到辐射雾过程中强逆温的影响而在逆温层内累积。 颗粒物污染物的累积变化率比气体下降更显著,且大粒径颗粒物累积变化率的下降幅度要超过小粒径颗粒物。PM2.5浓度的降低会使得气溶胶光学厚度减少,促进光解反应,使得PM2.5与O3垂直变化呈负相关。 日出后,太阳辐射增强,不稳定边界层的发展伴随着高空 O3 向下的混合导致O3增加以及PM2.5排放增多使得二者的垂直变化较为一致。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22056
摘要:
基于华南地区176个国家级自动气象站资料以及1981～2020年ECMWF ERA5 再分析资料，采用区域性极端事件的客观识别方法（objective identification technique for regional extreme events, OITREE)、合成分析等方法，本文研究了华南地区区域性极端降水事件的时空分布特征，并分析了事件偏多年及偏少年的环流特征。主要结论如下：区域性极端降水事件的频次在年际尺度上的周期变化较为明显，并具有较明显的月变化特征，高发时段为5～6月；在极端强度及影响范围上，华南地区大部分区域性极端降水事件强度约130 mm/d，较少事件强度超出320 mm/d，且区域性极端降水事件的影响范围呈显著上升趋势（~310 km2/yr）；在事件的综合强度上，综合指数Z呈现显著的上升趋势（0.05/10 yr），表明事件强度呈现显著增加的趋势；在大湾区及广东北部，区域性极端降水事件的累积降水及其对总降水的贡献呈显著上升趋势，而在广西南部地区，两者呈下降趋势；在华南地区区域性极端降水事件偏多年和偏少年，环流特征存在明显的差异。
基于华南地区176个国家级自动气象站资料以及1981～2020年ECMWF ERA5 再分析资料，采用区域性极端事件的客观识别方法（objective identification technique for regional extreme events, OITREE)、合成分析等方法，本文研究了华南地区区域性极端降水事件的时空分布特征，并分析了事件偏多年及偏少年的环流特征。主要结论如下：区域性极端降水事件的频次在年际尺度上的周期变化较为明显，并具有较明显的月变化特征，高发时段为5～6月；在极端强度及影响范围上，华南地区大部分区域性极端降水事件强度约130 mm/d，较少事件强度超出320 mm/d，且区域性极端降水事件的影响范围呈显著上升趋势（~310 km2/yr）；在事件的综合强度上，综合指数Z呈现显著的上升趋势（0.05/10 yr），表明事件强度呈现显著增加的趋势；在大湾区及广东北部，区域性极端降水事件的累积降水及其对总降水的贡献呈显著上升趋势，而在广西南部地区，两者呈下降趋势；在华南地区区域性极端降水事件偏多年和偏少年，环流特征存在明显的差异。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22066
摘要:
夏季南亚高压的“双模态”分布对应着其中心位置在10～20天准双周时间尺度上的东?西振荡,对青藏高原及周边上对流层的水汽分布和传输有显著影响。本文利用夏季7～8月逐日的ERAI再分析资料,通过基于南亚高压东西振荡指数的位相合成分析发现,当南亚高压呈青藏高原模态时,青藏高原(伊朗高原)地区上对流层水汽含量异常偏高(低),伊朗高原模态时则相反；伴随南亚高压中心位置由青藏高原向西移至伊朗高原上空,上对流层水汽含量正异常中心亦自青藏高原东侧向西逐渐传播到伊朗高原以西地区。进一步诊断表明,除了在青藏高原北侧和南侧水汽经向绝热输送异常有抵消作用外,两高原地区上对流层水汽倾向异常主要由水汽纬向绝热输送异常及其辐合辐散异常所贡献,而青藏高原地区对流活动引起的垂直非绝热输送异常在上对流层则主要与剩余项(水汽的凝结和蒸发)相抵消。因此,青藏高原(伊朗高原)上对流层为水汽含量正异常时对应着青藏高原上空的对流活动异常偏弱(强)。而南亚高压中心位置和上对流层水汽含量正异常中心自青藏高原向伊朗高原移动的过程,对应着青藏高原地区的对流活动异常和垂直向上的水汽非绝热输送异常不断增强,同时上对流层水汽凝结异常也不断增强。此外,南亚高压向西移动过程中,上对流层水汽绝热辐合(辐散)异常主要发生在其西(东)侧,这是造成水汽含量异常中心纬向传播的主要原因。
夏季南亚高压的“双模态”分布对应着其中心位置在10～20天准双周时间尺度上的东?西振荡,对青藏高原及周边上对流层的水汽分布和传输有显著影响。本文利用夏季7～8月逐日的ERAI再分析资料,通过基于南亚高压东西振荡指数的位相合成分析发现,当南亚高压呈青藏高原模态时,青藏高原(伊朗高原)地区上对流层水汽含量异常偏高(低),伊朗高原模态时则相反；伴随南亚高压中心位置由青藏高原向西移至伊朗高原上空,上对流层水汽含量正异常中心亦自青藏高原东侧向西逐渐传播到伊朗高原以西地区。进一步诊断表明,除了在青藏高原北侧和南侧水汽经向绝热输送异常有抵消作用外,两高原地区上对流层水汽倾向异常主要由水汽纬向绝热输送异常及其辐合辐散异常所贡献,而青藏高原地区对流活动引起的垂直非绝热输送异常在上对流层则主要与剩余项(水汽的凝结和蒸发)相抵消。因此,青藏高原(伊朗高原)上对流层为水汽含量正异常时对应着青藏高原上空的对流活动异常偏弱(强)。而南亚高压中心位置和上对流层水汽含量正异常中心自青藏高原向伊朗高原移动的过程,对应着青藏高原地区的对流活动异常和垂直向上的水汽非绝热输送异常不断增强,同时上对流层水汽凝结异常也不断增强。此外,南亚高压向西移动过程中,上对流层水汽绝热辐合(辐散)异常主要发生在其西(东)侧,这是造成水汽含量异常中心纬向传播的主要原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22093
摘要:
风云四号A星(FY-4A)上搭载的地球同步干涉式红外探测仪(GIIRS)是首个静止轨道的红外高光谱探测仪,它可以提供连续的三维大气水汽的观测,通过追踪水汽的移动可以反演得到不同高度的大气水平风场。本研究利用台风玛丽亚(2018年)期间FY- 4A加密观测(15分钟间隔)的GIIRS数据开展晴空和部分云区的三维水平风场算法研究,重点研究如何联合同一卫星平台的多光谱成像仪(AGRI)改进GIIRS部分云区的三维风场反演结果。利用ERA5独立测试集、CRA40再分析和空投探空数据开展对晴空和云区的三维风场反演结果的检验,结果表明：(1)GIIRS亮温信息反演得到对流层水平风场,在晴空区统计均方根误差小于1.5m/s,方向绝对差基本在15°左右,在部分晴空区,统计均方根误差为1.5~1.7m/s,方向绝对差基本在20°左右。与传统光流法相比,基于GIIRS亮温的直接反演表现出更好的优势,其统计均方根误差和方向绝对差明显小于光流法；(2)按云量和云顶高度分类后,表现出云量越多、云顶高度越高则RMSE越大。在部分云覆盖区,进一步在模型输入中加入云量和云高信息后,RMSE有所减小,表明更高空间分辨率的AGRI产品可以改进GIIRS部分云覆盖区的风场反演精度；(3)基于GIIRS亮温信息反演的风廓线与CRA40再分析、空投探测风廓线有较好的一致性,表明利用红外高光谱亮温反演风场的合理性和可行性。
风云四号A星(FY-4A)上搭载的地球同步干涉式红外探测仪(GIIRS)是首个静止轨道的红外高光谱探测仪,它可以提供连续的三维大气水汽的观测,通过追踪水汽的移动可以反演得到不同高度的大气水平风场。本研究利用台风玛丽亚(2018年)期间FY- 4A加密观测(15分钟间隔)的GIIRS数据开展晴空和部分云区的三维水平风场算法研究,重点研究如何联合同一卫星平台的多光谱成像仪(AGRI)改进GIIRS部分云区的三维风场反演结果。利用ERA5独立测试集、CRA40再分析和空投探空数据开展对晴空和云区的三维风场反演结果的检验,结果表明：(1)GIIRS亮温信息反演得到对流层水平风场,在晴空区统计均方根误差小于1.5m/s,方向绝对差基本在15°左右,在部分晴空区,统计均方根误差为1.5~1.7m/s,方向绝对差基本在20°左右。与传统光流法相比,基于GIIRS亮温的直接反演表现出更好的优势,其统计均方根误差和方向绝对差明显小于光流法；(2)按云量和云顶高度分类后,表现出云量越多、云顶高度越高则RMSE越大。在部分云覆盖区,进一步在模型输入中加入云量和云高信息后,RMSE有所减小,表明更高空间分辨率的AGRI产品可以改进GIIRS部分云覆盖区的风场反演精度；(3)基于GIIRS亮温信息反演的风廓线与CRA40再分析、空投探测风廓线有较好的一致性,表明利用红外高光谱亮温反演风场的合理性和可行性。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22048
摘要:
干旱半干旱区是我国的生态环境比较脆弱的地区。伴随着气候变化和人类活动的加剧，近几十年该区域植被正发生着显著的变化，然而，至今还缺乏对植被变化原因的足够认识。本文基于GLASS (Global Land Surface Satellite)叶面积指数(LAI)、CRU(Climate Research Unit)气温和降水数据，采用相关系数法及残差分析法研究了1982～2017年中国干旱半干旱区植被的时空变化特征，并分析了气温、降水及人类活动对LAI变化的相对贡献。结果发现：1)干旱半干旱区植被显著改善，仅局部地区有所退化，且植被改善在夏季最为明显；2)研究区绝大部分地区植被与气温和降水均呈正相关关系，气温对植被的影响主要表现在趋势变化上，而降水的影响则主要表现在年际变化上；3)春、夏季气温和夏季降水对干旱半干旱地区植被生长的同期影响显著，而在新疆北部和内蒙中部地区，植被对气候因子有季节尺度的滞后响应；4)植被变化受到人类活动和气候变化的共同作用，不同地区植被变化的主导因子不同。在植被改善地区，气候因子的贡献率约为59%，人类活动的贡献率约为41%；而植被退化地区，气候因子的贡献率约为-51%，人类活动贡献率约为-49%。总的来说，近几十年来我国北方干旱半干旱区植被已发生了显著变化，该变化是气温、降水和人类活动多因素综合影响的结果。
干旱半干旱区是我国的生态环境比较脆弱的地区。伴随着气候变化和人类活动的加剧，近几十年该区域植被正发生着显著的变化，然而，至今还缺乏对植被变化原因的足够认识。本文基于GLASS (Global Land Surface Satellite)叶面积指数(LAI)、CRU(Climate Research Unit)气温和降水数据，采用相关系数法及残差分析法研究了1982～2017年中国干旱半干旱区植被的时空变化特征，并分析了气温、降水及人类活动对LAI变化的相对贡献。结果发现：1)干旱半干旱区植被显著改善，仅局部地区有所退化，且植被改善在夏季最为明显；2)研究区绝大部分地区植被与气温和降水均呈正相关关系，气温对植被的影响主要表现在趋势变化上，而降水的影响则主要表现在年际变化上；3)春、夏季气温和夏季降水对干旱半干旱地区植被生长的同期影响显著，而在新疆北部和内蒙中部地区，植被对气候因子有季节尺度的滞后响应；4)植被变化受到人类活动和气候变化的共同作用，不同地区植被变化的主导因子不同。在植被改善地区，气候因子的贡献率约为59%，人类活动的贡献率约为41%；而植被退化地区，气候因子的贡献率约为-51%，人类活动贡献率约为-49%。总的来说，近几十年来我国北方干旱半干旱区植被已发生了显著变化，该变化是气温、降水和人类活动多因素综合影响的结果。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22052
摘要:
本文利用1979–2020年ERA5逐日再分析数据，分析了在平流层北半球环状模（NAM）正负事件中，阻塞高压（简称阻高）发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明，北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生，其中格陵兰阻高（GB）和北太平洋阻高（NPB）更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段，乌拉尔山阻高（UB）多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段，而大西洋–欧洲阻高（AEB）则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段。尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数，但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用，特别是在正NAM事件中，GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖–南冷型变为北冷–南暖型，同时导致北美大陆则从整体偏冷或北冷–南暖型变为北暖–南冷型；此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB，不仅可导致欧亚大陆的北冷–南暖型反转为北暖–南冷型，亦可使北美大陆由北暖–南冷型转为南暖–北冷型。相比之下，AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导，即阻高的调制作用并不显著。在NAM影响以及各阻高的协同作用下，从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段，整个中纬度地区欧亚大陆偏冷/北美偏暖；从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反；两大陆地区的温度异常多呈中–高纬南北反位相变化特征。本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验，证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论。
本文利用1979–2020年ERA5逐日再分析数据，分析了在平流层北半球环状模（NAM）正负事件中，阻塞高压（简称阻高）发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明，北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生，其中格陵兰阻高（GB）和北太平洋阻高（NPB）更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段，乌拉尔山阻高（UB）多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段，而大西洋–欧洲阻高（AEB）则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段。尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数，但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用，特别是在正NAM事件中，GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖–南冷型变为北冷–南暖型，同时导致北美大陆则从整体偏冷或北冷–南暖型变为北暖–南冷型；此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB，不仅可导致欧亚大陆的北冷–南暖型反转为北暖–南冷型，亦可使北美大陆由北暖–南冷型转为南暖–北冷型。相比之下，AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导，即阻高的调制作用并不显著。在NAM影响以及各阻高的协同作用下，从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段，整个中纬度地区欧亚大陆偏冷/北美偏暖；从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反；两大陆地区的温度异常多呈中–高纬南北反位相变化特征。本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验，证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22119
摘要:
利用ERA5的500hPa逐小时再分析资料（0.25°×0.25°），以高原低涡的天气学特征为依据，设计研究基于高时空分辨率网格资料的高原低涡客观识别算法，并对1990~2019年暖季的青藏高原低涡进行识别，建立高原低涡数据库。该算法通过客观标准提取低涡特征点、并采取DBSCAN算法进行特征点聚类分析，以相邻时次之间低涡的重合状况、临近程度和既往生命时长为依据对低涡进行追踪匹配，得到合理的低涡路径，将孤立的低涡连接成动态发展的低涡过程。利用《青藏高原低涡切变线年鉴》，针对2017年暖季（5~9月）低涡对比分析与本文的客观识别方法的异同，结果表明：客观识别低涡的月分布特征以及移出高原低涡的占比与《年鉴》相似，典型的长生命低涡能被正确识别，可见客观识别算法及其数据库具备一定的可靠性和实用性。但客观识别的低涡总数量多于《青藏高原低涡切变线年鉴》，并且源地为“西部型”的低涡也较多。究其原因，更精细的网格尺度能将低涡在更早的生命时期提取出来，可能会将《年鉴》中的“东部型”低涡进一步追溯到更靠西的位置。此外由于青藏高原西北部观测站点严重匮乏，导致生成于高原西北部的低涡在《年鉴》中未能体现出来，也是低涡数量存在差异的重要原因。
利用ERA5的500hPa逐小时再分析资料（0.25°×0.25°），以高原低涡的天气学特征为依据，设计研究基于高时空分辨率网格资料的高原低涡客观识别算法，并对1990~2019年暖季的青藏高原低涡进行识别，建立高原低涡数据库。该算法通过客观标准提取低涡特征点、并采取DBSCAN算法进行特征点聚类分析，以相邻时次之间低涡的重合状况、临近程度和既往生命时长为依据对低涡进行追踪匹配，得到合理的低涡路径，将孤立的低涡连接成动态发展的低涡过程。利用《青藏高原低涡切变线年鉴》，针对2017年暖季（5~9月）低涡对比分析与本文的客观识别方法的异同，结果表明：客观识别低涡的月分布特征以及移出高原低涡的占比与《年鉴》相似，典型的长生命低涡能被正确识别，可见客观识别算法及其数据库具备一定的可靠性和实用性。但客观识别的低涡总数量多于《青藏高原低涡切变线年鉴》，并且源地为“西部型”的低涡也较多。究其原因，更精细的网格尺度能将低涡在更早的生命时期提取出来，可能会将《年鉴》中的“东部型”低涡进一步追溯到更靠西的位置。此外由于青藏高原西北部观测站点严重匮乏，导致生成于高原西北部的低涡在《年鉴》中未能体现出来，也是低涡数量存在差异的重要原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22062
摘要:
基于GRAPES区域集合预报系统,针对初始扰动对预报误差描述能力依然不足的问题,在动力降尺度构造集合初始扰动的基础上,本文利用集合卡尔曼变换(ETKF)方法更新集合扰动以捕获更多中小尺度扰动信息,提出并发展了一种融合资料同化分析增量特征信息的新的分析约束扰动方法——余弦分析约束扰动,对ETKF更新后集合初始扰动的不合理信息进行适应性自主调整,使得不同空间尺度的初始扰动物理结构和振幅尽可能与相应的预报误差结构和振幅相一致。试验结果表明,随天气形式的持续演变,强降水区域分析约束调整的集合初始扰动的中小尺度信息明显更为丰富,且温度扰动显示出更明显的优势；在模式积分初期,余弦分析约束扰动方案的集合离散度和扰动能量在空间分布与演变特征等方面均表现出更为合理的发展趋势,初始扰动质量及预报性能由此得到了有效改善。
基于GRAPES区域集合预报系统,针对初始扰动对预报误差描述能力依然不足的问题,在动力降尺度构造集合初始扰动的基础上,本文利用集合卡尔曼变换(ETKF)方法更新集合扰动以捕获更多中小尺度扰动信息,提出并发展了一种融合资料同化分析增量特征信息的新的分析约束扰动方法——余弦分析约束扰动,对ETKF更新后集合初始扰动的不合理信息进行适应性自主调整,使得不同空间尺度的初始扰动物理结构和振幅尽可能与相应的预报误差结构和振幅相一致。试验结果表明,随天气形式的持续演变,强降水区域分析约束调整的集合初始扰动的中小尺度信息明显更为丰富,且温度扰动显示出更明显的优势；在模式积分初期,余弦分析约束扰动方案的集合离散度和扰动能量在空间分布与演变特征等方面均表现出更为合理的发展趋势,初始扰动质量及预报性能由此得到了有效改善。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.21258
摘要:
中国各区植被覆盖和气候特征多样，植被覆盖变化和气候变化及植被对气候因子的响应存在明显的区域差异，研究不同气候区植被变化及其与气候变化的关系可以为各区针对性地应对气候变化、制定植物保护和生态环境修复政策提供科学依据。本文首先基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）的土地覆盖数据，根据植被带的分布确定了划分中国干湿区的指标，其次利用归一化植被指数（NDVI）分析不同干湿区域NDVI的时空变化特征，最后探讨了NDVI变化与温度、降水的关系。结果表明：（1）中国区域200 mm、500 mm和800 mm年降水量等值线分别与荒漠/草地、草地/农田、农田（草地）/森林植被带的分界线吻合，气候过渡带对应着植被过渡带，这些等值线作为划分干湿气候区的指标比较合理。（2）中国年平均NDVI从东南向西北递减，从小到大依次为干旱区（0.11）、半干旱区（0.35）、半湿润区（0.57）、湿润区（0.68）。1982~2015年中国大部分区域NDVI呈显著的增加趋势，区域平均的NDVI在干旱区、半干旱区分别以0.002/10a、0.008/10a的趋势显著增加，在半湿润区和湿润区也呈现增加趋势，但不显著。（3）四个干湿区的年平均温度和NDVI均呈显著正相关，仅干旱区、半干旱区年降水和NDVI呈显著正相关，半湿润区和湿润区的年降水与NDVI呈微弱负相关。温度对四个干湿区NDVI时间变化的解释率相差不大，均在30%左右；降水对NDVI时间变化的解释率低于温度，降水对干旱区（18%）和半干旱区（20%）NDVI时间变化的解释率较大，降水主要影响着北方地区植被的生长。（4）月平均NDVI随着温度和降水的增加都有显著的增加趋势，半湿润区的NDVI随温度升高增长的速率（0.026/℃）最快，半干旱区的NDVI对降水最敏感，随降水增多增加的速率为0.027/mm。
中国各区植被覆盖和气候特征多样，植被覆盖变化和气候变化及植被对气候因子的响应存在明显的区域差异，研究不同气候区植被变化及其与气候变化的关系可以为各区针对性地应对气候变化、制定植物保护和生态环境修复政策提供科学依据。本文首先基于中分辨率成像光谱仪（MODIS）的土地覆盖数据，根据植被带的分布确定了划分中国干湿区的指标，其次利用归一化植被指数（NDVI）分析不同干湿区域NDVI的时空变化特征，最后探讨了NDVI变化与温度、降水的关系。结果表明：（1）中国区域200 mm、500 mm和800 mm年降水量等值线分别与荒漠/草地、草地/农田、农田（草地）/森林植被带的分界线吻合，气候过渡带对应着植被过渡带，这些等值线作为划分干湿气候区的指标比较合理。（2）中国年平均NDVI从东南向西北递减，从小到大依次为干旱区（0.11）、半干旱区（0.35）、半湿润区（0.57）、湿润区（0.68）。1982~2015年中国大部分区域NDVI呈显著的增加趋势，区域平均的NDVI在干旱区、半干旱区分别以0.002/10a、0.008/10a的趋势显著增加，在半湿润区和湿润区也呈现增加趋势，但不显著。（3）四个干湿区的年平均温度和NDVI均呈显著正相关，仅干旱区、半干旱区年降水和NDVI呈显著正相关，半湿润区和湿润区的年降水与NDVI呈微弱负相关。温度对四个干湿区NDVI时间变化的解释率相差不大，均在30%左右；降水对NDVI时间变化的解释率低于温度，降水对干旱区（18%）和半干旱区（20%）NDVI时间变化的解释率较大，降水主要影响着北方地区植被的生长。（4）月平均NDVI随着温度和降水的增加都有显著的增加趋势，半湿润区的NDVI随温度升高增长的速率（0.026/℃）最快，半干旱区的NDVI对降水最敏感，随降水增多增加的速率为0.027/mm。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22076
摘要:
本文基于观测、再分析资料和中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室最新版本气候系统模式FGOALS-g3，探究了海气相互作用在东亚夏季风及其对前冬El Ni?o响应模拟中的贡献。大气环流模式（AGCM）模拟的气候态夏季风雨带偏东，东亚季风区表现为干偏差，耦合模式（CGCM）虽模拟出了夏季风雨带的位置，但降水偏弱。AGCM由于缺乏海气耦合过程，夏季西北太平洋地区对流模拟过强，使得副高偏东、南中国海季风槽偏东，造成东亚夏季风雨雨带偏东；东亚陆地区域水汽偏少，也是降水干偏差的一个重要原因，此两项可以解释70%以上的干偏差。在考虑海气相互作用后，西北太平洋的降水正异常减弱了局地海表温度，因此CGCM显著改进了副高以及南中国海季风槽偏东等偏差，使得夏季风雨带位置得到改进，季风区降水干偏差减小了36%，但由于水汽偏少，水汽纬向输送偏少，东亚季风区仍维持着显著的干偏差。对于对前冬El Ni?o的响应，CGCM能够再现El Ni?o衰减年夏季印度-西太平洋电容器效应（IPOC机制）对西北太平洋异常反气旋（WNPAC）的维持作用及偶极型分布的降水异常。而AGCM中夏季西北太平洋以及孟加拉湾、印度半岛周围海域对流对于海温的响应过于敏感，一方面西北太平洋局地暖异常造成的对流质量输送一定程度上抑制了WNPAC的建立，另一方面孟加拉湾、印度半岛周围海域过强的上升异常，通过局地环流，抑制了其南侧印度洋的对流异常，导致无法模拟出IPOC机制对衰减年夏季WNPAC的维持作用。因此，缺乏海气耦合过程是AGCM不能模拟出东亚夏季风对前冬El Ni?o滞后响应的关键原因。
本文基于观测、再分析资料和中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室最新版本气候系统模式FGOALS-g3，探究了海气相互作用在东亚夏季风及其对前冬El Ni?o响应模拟中的贡献。大气环流模式（AGCM）模拟的气候态夏季风雨带偏东，东亚季风区表现为干偏差，耦合模式（CGCM）虽模拟出了夏季风雨带的位置，但降水偏弱。AGCM由于缺乏海气耦合过程，夏季西北太平洋地区对流模拟过强，使得副高偏东、南中国海季风槽偏东，造成东亚夏季风雨雨带偏东；东亚陆地区域水汽偏少，也是降水干偏差的一个重要原因，此两项可以解释70%以上的干偏差。在考虑海气相互作用后，西北太平洋的降水正异常减弱了局地海表温度，因此CGCM显著改进了副高以及南中国海季风槽偏东等偏差，使得夏季风雨带位置得到改进，季风区降水干偏差减小了36%，但由于水汽偏少，水汽纬向输送偏少，东亚季风区仍维持着显著的干偏差。对于对前冬El Ni?o的响应，CGCM能够再现El Ni?o衰减年夏季印度-西太平洋电容器效应（IPOC机制）对西北太平洋异常反气旋（WNPAC）的维持作用及偶极型分布的降水异常。而AGCM中夏季西北太平洋以及孟加拉湾、印度半岛周围海域对流对于海温的响应过于敏感，一方面西北太平洋局地暖异常造成的对流质量输送一定程度上抑制了WNPAC的建立，另一方面孟加拉湾、印度半岛周围海域过强的上升异常，通过局地环流，抑制了其南侧印度洋的对流异常，导致无法模拟出IPOC机制对衰减年夏季WNPAC的维持作用。因此，缺乏海气耦合过程是AGCM不能模拟出东亚夏季风对前冬El Ni?o滞后响应的关键原因。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.22107
摘要:
本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验（MODE）方法框架，并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式（CMA_MESO）的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验。结果表明：2019年暖季东北地区54个强降水日的环流型可分为：西风槽型（15个）、副高影响型（13个）、急流型（5个）、西部（12个）和东部冷涡型（9个）。其中，西风槽型和急流型以区域性强降水为主，模式对其强降水发生与否的预报能力强，TS评分较高；西部、东部冷涡型强降水的局地性强，模式对其强降水发生与否的预报能力差，TS评分低；副高影响型也以区域性强降水为主，模式对其强降水发生与否的预报能力也比较强，但是对其强降水质心位置、强度、面积等属性预报偏差较大，TS评分也相对较低。另外，从两种模式预报性能对比看，CMA_MESO对强降水强度和面积预报较实况普遍偏强，虽然其预报的TS评分一般高于ECMWF，但其对强降水预报的空报率也都比ECMWF大，对强降水的属性预报偏差一致性一般也低于ECMWF，其预报的可订正性整体上不及ECMWF。
本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验（MODE）方法框架，并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式（CMA_MESO）的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验。结果表明：2019年暖季东北地区54个强降水日的环流型可分为：西风槽型（15个）、副高影响型（13个）、急流型（5个）、西部（12个）和东部冷涡型（9个）。其中，西风槽型和急流型以区域性强降水为主，模式对其强降水发生与否的预报能力强，TS评分较高；西部、东部冷涡型强降水的局地性强，模式对其强降水发生与否的预报能力差，TS评分低；副高影响型也以区域性强降水为主，模式对其强降水发生与否的预报能力也比较强，但是对其强降水质心位置、强度、面积等属性预报偏差较大，TS评分也相对较低。另外，从两种模式预报性能对比看，CMA_MESO对强降水强度和面积预报较实况普遍偏强，虽然其预报的TS评分一般高于ECMWF，但其对强降水预报的空报率也都比ECMWF大，对强降水的属性预报偏差一致性一般也低于ECMWF，其预报的可订正性整体上不及ECMWF。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22103
摘要:
长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响，具有较大的预报不确定性，尤其是其中的对流触发过程。为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度，本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开高分辨率的数值模拟和对流尺度集合模拟，通过Lagrange气块后向轨迹分析、去除地形和关闭热效应的敏感性试验以及集合敏感性分析等方法对此次过程的对流触发阶段展开分析。结果表明，此次过程被抬升气块的主要源地为1.5 km以下的边界层，仙霞岭和杉岭在正午时分因热力作用而驱动的出谷风是引发局地辐合抬升的动力源，高低层散度、湿位涡的垂直配置以及偶极型位涡异常对此次对流触发过程具有较好的指示意义。此外，该过程对前期近地面2 m温度和视热源具有较高的敏感性，该结果证实下垫面强迫的精确刻画对于提升暖区暴雨的预报效果至关重要。逐步减小初始场误差的初值敏感性试验进一步表明，此次暖区对流过程的可预报性显著低于北边的锋面过程，表现为锋面对流的偏差总能量能随初始误差的缩小持续性降低，而暖区对流的偏差总能量曲线则仍能增长至与原水平相近，呈现出非线性辐合收缩特征。因此，对于天气尺度强迫显著的锋面对流，或可优先考虑通过加强资料同化能力等手段降低初始场误差来减小预报误差；但对于复杂地形下的暖区暴雨对流触发过程，则需要更加强调通过集合预报来捕捉其不确定性。
长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响，具有较大的预报不确定性，尤其是其中的对流触发过程。为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度，本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开高分辨率的数值模拟和对流尺度集合模拟，通过Lagrange气块后向轨迹分析、去除地形和关闭热效应的敏感性试验以及集合敏感性分析等方法对此次过程的对流触发阶段展开分析。结果表明，此次过程被抬升气块的主要源地为1.5 km以下的边界层，仙霞岭和杉岭在正午时分因热力作用而驱动的出谷风是引发局地辐合抬升的动力源，高低层散度、湿位涡的垂直配置以及偶极型位涡异常对此次对流触发过程具有较好的指示意义。此外，该过程对前期近地面2 m温度和视热源具有较高的敏感性，该结果证实下垫面强迫的精确刻画对于提升暖区暴雨的预报效果至关重要。逐步减小初始场误差的初值敏感性试验进一步表明，此次暖区对流过程的可预报性显著低于北边的锋面过程，表现为锋面对流的偏差总能量能随初始误差的缩小持续性降低，而暖区对流的偏差总能量曲线则仍能增长至与原水平相近，呈现出非线性辐合收缩特征。因此，对于天气尺度强迫显著的锋面对流，或可优先考虑通过加强资料同化能力等手段降低初始场误差来减小预报误差；但对于复杂地形下的暖区暴雨对流触发过程，则需要更加强调通过集合预报来捕捉其不确定性。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22038
摘要:
本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1，对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的EF2级强龙卷过程开展49m分辨率数值模拟，利用模式数据，分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋（Tornado-Like Vortex, TLV）的结构特征，并通过涡度方程诊断TLV的动力成因，结果表明：龙卷由台风“山竹”外围螺旋雨带内的超级单体产生，该单体具有钩状回波、入流缺口、有界弱回波、悬垂回波等典型特征，水成物图上可见上冲云顶、云砧和后部云墙；单体内垂直环流由中部上升气流（Updraft, UD）、前部下沉气流（Front Flank Downdraft, FFD）和后部下沉气流（Rear Flank Downdraft, RFD）构成；TLV发生在低层UD和RFD之间，成熟期具有内部下沉、外部上升的结构；涡度方程的诊断分析表明，发展阶段扭转项对TLV的加强上传更为关键，成熟阶段拉伸项主导了TLV强度和形态的变化。
本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1，对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的EF2级强龙卷过程开展49m分辨率数值模拟，利用模式数据，分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋（Tornado-Like Vortex, TLV）的结构特征，并通过涡度方程诊断TLV的动力成因，结果表明：龙卷由台风“山竹”外围螺旋雨带内的超级单体产生，该单体具有钩状回波、入流缺口、有界弱回波、悬垂回波等典型特征，水成物图上可见上冲云顶、云砧和后部云墙；单体内垂直环流由中部上升气流（Updraft, UD）、前部下沉气流（Front Flank Downdraft, FFD）和后部下沉气流（Rear Flank Downdraft, RFD）构成；TLV发生在低层UD和RFD之间，成熟期具有内部下沉、外部上升的结构；涡度方程的诊断分析表明，发展阶段扭转项对TLV的加强上传更为关键，成熟阶段拉伸项主导了TLV强度和形态的变化。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22077
摘要:
本文利用1979–2018年NCEP逐日再分析资料，探讨了夏季欧亚中高纬地区10–30天大气季节内振荡（ISO）的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响，并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明，欧亚中高纬10–30天大气ISO表现出东传和西传两种模态。东（西）传模态下，对流层西北-东南向倾斜的四极型（东西向分布的偶极型）准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向（向西）传播。位相合成表明，在两个模态下，中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生。东（西）传模态位相6–7（5–6）期间，欧洲阻塞发生最频繁。在东（西）传模态位相6–7（5–6）期间，无阻塞发生时，欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原（欧洲和乌拉尔山）地区分别受准正压的+ – + –（+ –）高度异常控制，导致欧洲西部和乌拉尔山（欧洲）地区出现显著的极端高温频率正异常，而东欧平原和我国东北平原（乌拉尔山）地区出现频率负异常。有阻塞发生时，东传模态下，欧洲西部的正高度异常强度明显增强，乌拉尔山地区，东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱。同时，欧洲以南出现负的高度异常；西传模态下，偶极型高度异常强度均增强，欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常。可见，在两个模态阻塞频发位相下，阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率，降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率。因此，欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。
本文利用1979–2018年NCEP逐日再分析资料，探讨了夏季欧亚中高纬地区10–30天大气季节内振荡（ISO）的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响，并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明，欧亚中高纬10–30天大气ISO表现出东传和西传两种模态。东（西）传模态下，对流层西北-东南向倾斜的四极型（东西向分布的偶极型）准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向（向西）传播。位相合成表明，在两个模态下，中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生。东（西）传模态位相6–7（5–6）期间，欧洲阻塞发生最频繁。在东（西）传模态位相6–7（5–6）期间，无阻塞发生时，欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原（欧洲和乌拉尔山）地区分别受准正压的+ – + –（+ –）高度异常控制，导致欧洲西部和乌拉尔山（欧洲）地区出现显著的极端高温频率正异常，而东欧平原和我国东北平原（乌拉尔山）地区出现频率负异常。有阻塞发生时，东传模态下，欧洲西部的正高度异常强度明显增强，乌拉尔山地区，东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱。同时，欧洲以南出现负的高度异常；西传模态下，偶极型高度异常强度均增强，欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常。可见，在两个模态阻塞频发位相下，阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率，降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率。因此，欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.21220
摘要:
暖切变型暖区暴雨（WSWR）是存在暖式切变线作为天气背景的暖区暴雨（WR）类型。本研究基于WR与切变线的定义，综合中尺度暴雨团（CRA）、锋面、切变线等客观识别标准，利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时网格数据集以及ERA5的再分析资料对2010~2017年的江淮流域WSWR进行客观识别与验证。8年共确定WR雨团1268个，WSWR雨团451个，其高频区位于皖赣鄂三省交界处及江浙沿海区域，且WSWR雨团与WR雨团的频次大值区分布基本一致。WSWR雨团多出现在6月中旬到7月中旬，此期间WR雨团中40%以上是WSWR雨团，雨团出现的位置随主雨带一致向北推进，其平均最大降水量为29mm/h。WSWR出现频次的日变化呈现双峰结构，分别出现在08~13时、20~22时（LST），雨团的小时降水量高峰值主要出现在午后（13~19时LST）和清晨(01~05时LST)。
暖切变型暖区暴雨（WSWR）是存在暖式切变线作为天气背景的暖区暴雨（WR）类型。本研究基于WR与切变线的定义，综合中尺度暴雨团（CRA）、锋面、切变线等客观识别标准，利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时网格数据集以及ERA5的再分析资料对2010~2017年的江淮流域WSWR进行客观识别与验证。8年共确定WR雨团1268个，WSWR雨团451个，其高频区位于皖赣鄂三省交界处及江浙沿海区域，且WSWR雨团与WR雨团的频次大值区分布基本一致。WSWR雨团多出现在6月中旬到7月中旬，此期间WR雨团中40%以上是WSWR雨团，雨团出现的位置随主雨带一致向北推进，其平均最大降水量为29mm/h。WSWR出现频次的日变化呈现双峰结构，分别出现在08~13时、20~22时（LST），雨团的小时降水量高峰值主要出现在午后（13~19时LST）和清晨(01~05时LST)。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22102
摘要:
相较于暴雨这种日尺度强降水，短时强降水（≥20 mm h-1）是造成山洪滑坡与城市内涝等灾害更为直接的因素。本文利用地面气象观测站和ERA5再分析数据，重点研究南海季风爆发前后珠三角地区短时强降水的时空演变特征，并探索了短时强降水在季风爆发前后特征与差异的可能成因。研究表明：（1）相较于季风爆发前，珠三角地区季风爆发后的降水明显增多，其中短时强降水贡献的比例显著增加。对短时强降水本身而言，区域平均强度以及极端性在季风爆发前后差异总体较小，但短时强降水频次在季风爆发后增加70.0%。（2）短时强降水高发区主要集中在珠三角东北部和珠江口西侧沿海，季风爆发后上述两个地区的频次增多最明显。短时强降水频次由季风爆发前的单峰型（下午）转为季风爆发后的双峰型（早晨与下午）。（3）短时强降水具有明显的区域性变化特征，短时强降水在季风爆发后的平均雨强和极端性在珠江口西侧沿海较内陆地区明显增强，其频次峰值时间在沿海地区从季风爆发前的午后转为季风爆发后的早晨，内陆地区在季风爆发前后均集中在下午。（4）季风爆发后，短时强降水期间的低层环境水汽超过同期气候态水平的15.6%。充沛的水汽在夜间在季风加速作用下被输送至沿海，并与陆风作用增强了辐合，这解释了沿海短时强降水的在季风爆发前后频次峰值时间转换现象。（5）相较于季风爆发前，季风爆发后珠三角短时强降水频率与低层水汽通量的相关性明显升高。珠三角沿海地区夜间-早晨短时强降水的增多与中低层风场结构改变造成的动力强迫有关。内陆地区季风爆发前后短时强降水与环境热力和不稳定条件关系更大。这些结果有助于我们更好地了解珠三角地区在季风爆发前后短时强降水的时空分布特征和理解其产生机制。
相较于暴雨这种日尺度强降水，短时强降水（≥20 mm h-1）是造成山洪滑坡与城市内涝等灾害更为直接的因素。本文利用地面气象观测站和ERA5再分析数据，重点研究南海季风爆发前后珠三角地区短时强降水的时空演变特征，并探索了短时强降水在季风爆发前后特征与差异的可能成因。研究表明：（1）相较于季风爆发前，珠三角地区季风爆发后的降水明显增多，其中短时强降水贡献的比例显著增加。对短时强降水本身而言，区域平均强度以及极端性在季风爆发前后差异总体较小，但短时强降水频次在季风爆发后增加70.0%。（2）短时强降水高发区主要集中在珠三角东北部和珠江口西侧沿海，季风爆发后上述两个地区的频次增多最明显。短时强降水频次由季风爆发前的单峰型（下午）转为季风爆发后的双峰型（早晨与下午）。（3）短时强降水具有明显的区域性变化特征，短时强降水在季风爆发后的平均雨强和极端性在珠江口西侧沿海较内陆地区明显增强，其频次峰值时间在沿海地区从季风爆发前的午后转为季风爆发后的早晨，内陆地区在季风爆发前后均集中在下午。（4）季风爆发后，短时强降水期间的低层环境水汽超过同期气候态水平的15.6%。充沛的水汽在夜间在季风加速作用下被输送至沿海，并与陆风作用增强了辐合，这解释了沿海短时强降水的在季风爆发前后频次峰值时间转换现象。（5）相较于季风爆发前，季风爆发后珠三角短时强降水频率与低层水汽通量的相关性明显升高。珠三角沿海地区夜间-早晨短时强降水的增多与中低层风场结构改变造成的动力强迫有关。内陆地区季风爆发前后短时强降水与环境热力和不稳定条件关系更大。这些结果有助于我们更好地了解珠三角地区在季风爆发前后短时强降水的时空分布特征和理解其产生机制。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22109
摘要:
云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征。分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大。另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低。综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00,谷值出现在上午9:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致。基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010-2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征；中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高。
云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征。分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大。另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低。综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00,谷值出现在上午9:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致。基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010-2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征；中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22019
摘要:
位于青藏高原东北部的祁连山是石羊河、黑河和疏勒河等多条重要河流的发源地，云微物理特征对于了解该区域大气降水形成过程具有重要作用，但关于祁连山地形云的飞机观测研究很少。本文利用青海省人工影响天气办公室空中国王飞机观测数据，分析研究了祁连山2020年8月16日的一次降水层状云的微物理特征。研究表明：祁连山地区此次降水层状云的形成，与偏南气流由低海拔河湟谷地区向高海拔山区运动过程中受地形强迫抬升过程密切相关，云中过冷液态水含量最大值为1.13 g m-3。低海拔山区和高海拔山区的云物理特征有明显差别，低海拔山区由于水汽相对丰富，地形抬升形成的过冷液态水含量较高。山区不同高度粒子形成机制存在显著差异：5600 m（-5.1 ℃）层过冷液态水含量较高，冰粒子主要通过凝华、聚并生长，也存在弱凇附过程；6560 m（-9.9 ℃）层存在大量聚合状冰粒子，粒子谱拓宽明显，凝华和聚并过程起主导作用；7850 m（-17.0 ℃）层基本为冰粒子，存在大量枝状冰粒子聚合体，说明冰粒子以凝华和聚并生长为主
位于青藏高原东北部的祁连山是石羊河、黑河和疏勒河等多条重要河流的发源地，云微物理特征对于了解该区域大气降水形成过程具有重要作用，但关于祁连山地形云的飞机观测研究很少。本文利用青海省人工影响天气办公室空中国王飞机观测数据，分析研究了祁连山2020年8月16日的一次降水层状云的微物理特征。研究表明：祁连山地区此次降水层状云的形成，与偏南气流由低海拔河湟谷地区向高海拔山区运动过程中受地形强迫抬升过程密切相关，云中过冷液态水含量最大值为1.13 g m-3。低海拔山区和高海拔山区的云物理特征有明显差别，低海拔山区由于水汽相对丰富，地形抬升形成的过冷液态水含量较高。山区不同高度粒子形成机制存在显著差异：5600 m（-5.1 ℃）层过冷液态水含量较高，冰粒子主要通过凝华、聚并生长，也存在弱凇附过程；6560 m（-9.9 ℃）层存在大量聚合状冰粒子，粒子谱拓宽明显，凝华和聚并过程起主导作用；7850 m（-17.0 ℃）层基本为冰粒子，存在大量枝状冰粒子聚合体，说明冰粒子以凝华和聚并生长为主
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22040
摘要:
土壤湿度是控制陆-气界面潜热和感热通量分配的关键要素之一,而且由于其具有一定的记忆特性,可以对多种时空尺度的天气气候过程产生重要影响。在数值模式中,土壤水力参数的不确定性是导致土壤湿度模拟结果不确定性的主要原因之一。本文基于银河全球大气谱模式(YHGSM),引入了VG(van Genuchten)土壤水分特征曲线模型,并探讨了模型水力参数的两种不同取值方案对土壤湿度离线模拟以及全球中期数值天气预报的影响。其中,土壤水力参数所需要的土壤类型数据来源于GSDE(Global Soil Dataset for ESMs)全球土壤数据集。陆面模块的离线试验结果表明,除了冻土和有机土壤的模拟偏差较大外,YHGSM的陆面模块对全球大部分地区土壤湿度的模拟能力较好,模拟精度与ERA5土壤湿度再分析产品的精度近似。土壤水力参数的不同取值方案对土壤湿度有一定影响,其影响程度与土壤类型和局地气候条件密切相关,粗结构土壤对模型参数的敏感性更强。从全球中期数值预报结果来看,土壤水力参数通过改变土壤湿度,不仅对近地层温、湿度的短期预报结果产生重要影响,而且可以导致预报系统积分6天后的大尺度环流场发生显著变化。因此,对于全球中期数值预报系统而言,优化土壤水力参数、提高土壤湿度模拟能力是非常重要的。
土壤湿度是控制陆-气界面潜热和感热通量分配的关键要素之一,而且由于其具有一定的记忆特性,可以对多种时空尺度的天气气候过程产生重要影响。在数值模式中,土壤水力参数的不确定性是导致土壤湿度模拟结果不确定性的主要原因之一。本文基于银河全球大气谱模式(YHGSM),引入了VG(van Genuchten)土壤水分特征曲线模型,并探讨了模型水力参数的两种不同取值方案对土壤湿度离线模拟以及全球中期数值天气预报的影响。其中,土壤水力参数所需要的土壤类型数据来源于GSDE(Global Soil Dataset for ESMs)全球土壤数据集。陆面模块的离线试验结果表明,除了冻土和有机土壤的模拟偏差较大外,YHGSM的陆面模块对全球大部分地区土壤湿度的模拟能力较好,模拟精度与ERA5土壤湿度再分析产品的精度近似。土壤水力参数的不同取值方案对土壤湿度有一定影响,其影响程度与土壤类型和局地气候条件密切相关,粗结构土壤对模型参数的敏感性更强。从全球中期数值预报结果来看,土壤水力参数通过改变土壤湿度,不仅对近地层温、湿度的短期预报结果产生重要影响,而且可以导致预报系统积分6天后的大尺度环流场发生显著变化。因此,对于全球中期数值预报系统而言,优化土壤水力参数、提高土壤湿度模拟能力是非常重要的。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22059
摘要:
发展高分辨区域中尺度天气预报模式是改进暴雨落区预报的一个重要途径。区域中尺度模式空间分辨率达到100米，对当前计算资源提出了严峻挑战。一种可行的解决方案是发展滤除声波的模式替代全弹性模式。滤除声波的模式可以使用较大的时间步长积分，能显著提高积分效率。我们在2018年利用一种声波滤除理论—假不可压理论，初步在地形追随质量坐标系（η坐标系）下建立了假不可压模式。数值试验表明模式的结果是合理可信的，然而关键问题是没有滤除声波。本文我们改进了假不可压模式，建立新的假不可压模式干动力框架。新的动力框架控制方程中最为关键的改进是使用椭圆方程求解扰动气压，理论上保证了声波的滤除。新建立的动力框架在数值求解方案方面的改进在于时间积分格式不再依赖时步分裂算法。对比改进的假不可压模式和WRF模式的干热泡对流数值试验结果，发现假不可压模式获得了与WRF模式相似的动力场和热力场分布，且模拟的气压扰动时间序列平滑，说明声波已被滤除，相比2018版本的假不可压模式，这是较大的改进。
发展高分辨区域中尺度天气预报模式是改进暴雨落区预报的一个重要途径。区域中尺度模式空间分辨率达到100米，对当前计算资源提出了严峻挑战。一种可行的解决方案是发展滤除声波的模式替代全弹性模式。滤除声波的模式可以使用较大的时间步长积分，能显著提高积分效率。我们在2018年利用一种声波滤除理论—假不可压理论，初步在地形追随质量坐标系（η坐标系）下建立了假不可压模式。数值试验表明模式的结果是合理可信的，然而关键问题是没有滤除声波。本文我们改进了假不可压模式，建立新的假不可压模式干动力框架。新的动力框架控制方程中最为关键的改进是使用椭圆方程求解扰动气压，理论上保证了声波的滤除。新建立的动力框架在数值求解方案方面的改进在于时间积分格式不再依赖时步分裂算法。对比改进的假不可压模式和WRF模式的干热泡对流数值试验结果，发现假不可压模式获得了与WRF模式相似的动力场和热力场分布，且模拟的气压扰动时间序列平滑，说明声波已被滤除，相比2018版本的假不可压模式，这是较大的改进。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22057
摘要:
黄河源区是黄河流域主要的产流区和水源涵养区，研究和探索该区域陆面水文过程对理解陆面过程及水文循环特征，揭示陆面-水文耦合过程具有重要的科学意义。本研究基于2009~2018年中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据（China Meteorological Forcing Dataset, CMFD）、全球高分辨率降水数据集（CPC Morphing Technique, CMORPH）、热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM）及全球陆地数据同化系统（Global Land Data Assimilation System, GLDAS）降水，评估了四类降水产品在黄河源区的降水精度，在此基础上，利用最优降水数据驱动独立运行的天气研究预报及水文耦合模型系统（Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system, WRF-Hydro）模式，探究该模式在黄河源区径流模拟的适用性。结果表明：四类降水产品均能够反映出降水的分布特征，但在量值及细节捕捉上存在显著差异。CMFD在不同时空尺度上都能很好地捕捉到降水的演变特征，其与日观测降水的相关系数达到0.99，均方根误差仅为0.25 mm。在表征降水能力方面，四类降水产品总体表现为CMFD> CMORPH> TRMM> GLDAS，CMFD的平均探测成功率（Critical Success Index, CSI）在0.93以上。经参数率定后的WRF-Hydro模式在黄河源区月径流模拟方面表现较好，率定期纳什系数（Nash efficiency coefficient, NSE）均在0.92以上，而验证期丰水年模拟结果明显好于枯水年（NSE=0.15），这与降水和径流的非线性程度有关。本研究方案和结果为亚寒带半干旱气候区大尺度流域水文模拟及径流预测提供了一定的参考价值。
黄河源区是黄河流域主要的产流区和水源涵养区，研究和探索该区域陆面水文过程对理解陆面过程及水文循环特征，揭示陆面-水文耦合过程具有重要的科学意义。本研究基于2009~2018年中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据（China Meteorological Forcing Dataset, CMFD）、全球高分辨率降水数据集（CPC Morphing Technique, CMORPH）、热带降雨测量卫星（Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM）及全球陆地数据同化系统（Global Land Data Assimilation System, GLDAS）降水，评估了四类降水产品在黄河源区的降水精度，在此基础上，利用最优降水数据驱动独立运行的天气研究预报及水文耦合模型系统（Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system, WRF-Hydro）模式，探究该模式在黄河源区径流模拟的适用性。结果表明：四类降水产品均能够反映出降水的分布特征，但在量值及细节捕捉上存在显著差异。CMFD在不同时空尺度上都能很好地捕捉到降水的演变特征，其与日观测降水的相关系数达到0.99，均方根误差仅为0.25 mm。在表征降水能力方面，四类降水产品总体表现为CMFD> CMORPH> TRMM> GLDAS，CMFD的平均探测成功率（Critical Success Index, CSI）在0.93以上。经参数率定后的WRF-Hydro模式在黄河源区月径流模拟方面表现较好，率定期纳什系数（Nash efficiency coefficient, NSE）均在0.92以上，而验证期丰水年模拟结果明显好于枯水年（NSE=0.15），这与降水和径流的非线性程度有关。本研究方案和结果为亚寒带半干旱气候区大尺度流域水文模拟及径流预测提供了一定的参考价值。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22074
摘要:
基于1979-2020年6-11月的热带气旋最佳路径(IBTrACS)和欧洲中期天气预报中心的第五代再分析(ERA5)资料,本文根据以热带气旋(TC)生成位置为中心的850hPa水平风场特征,采用自组织映射网络(SOM)将西北太平洋TC生成前期的低层大尺度环流场分为5型：季风辐合型(MC)、季风涡旋型(MG)、强季风槽型(SMT)、弱季风槽型(WMT)及东风波型(EW)。MC型TC生成于副热带高压南侧辐合带中,占比最高；MG、SMT与WMT三型的TC生成受季风槽相关的气旋性切变或辐合区影响；EW型TC由东风波增幅发展生成,占比最小。在对历史资料分型的基础上,为选取合适的机器学习方法用于TC环流型的自动识别,本文还对比分析了支持向量机(SVM)、k近邻(KNN)及随机森林(RF)三种方法的识别效果,结果表明：SVM的准确率达0.965,对五类环流型识别的召回率和精确率均达到0.94以上,对样本不均衡问题不敏感,并且对样本量的敏感性分析显示其在有限样本量下即可充分学习各型的环流场特征,识别效果明显优于KNN和RF。
基于1979-2020年6-11月的热带气旋最佳路径(IBTrACS)和欧洲中期天气预报中心的第五代再分析(ERA5)资料,本文根据以热带气旋(TC)生成位置为中心的850hPa水平风场特征,采用自组织映射网络(SOM)将西北太平洋TC生成前期的低层大尺度环流场分为5型：季风辐合型(MC)、季风涡旋型(MG)、强季风槽型(SMT)、弱季风槽型(WMT)及东风波型(EW)。MC型TC生成于副热带高压南侧辐合带中,占比最高；MG、SMT与WMT三型的TC生成受季风槽相关的气旋性切变或辐合区影响；EW型TC由东风波增幅发展生成,占比最小。在对历史资料分型的基础上,为选取合适的机器学习方法用于TC环流型的自动识别,本文还对比分析了支持向量机(SVM)、k近邻(KNN)及随机森林(RF)三种方法的识别效果,结果表明：SVM的准确率达0.965,对五类环流型识别的召回率和精确率均达到0.94以上,对样本不均衡问题不敏感,并且对样本量的敏感性分析显示其在有限样本量下即可充分学习各型的环流场特征,识别效果明显优于KNN和RF。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22033
摘要:
已有的研究表明，增暖背景下全球降水的格局发生了变化，弱降水总体呈减小趋势，而强降水在一些区域呈明显的增加趋势。但在区域尺度上不同等级强度降水的变化还缺乏系统的研究。本文基于中国838个气象站点的降水资料，研究了1961~2020年来中国不同等级降水长期变化趋势及其年代际分量与年代际海温振荡型的关联性。结果表明：中国不同等级降水变化的空间分布差异较大。弱降水仅在西北西部和青藏高原地区以增加为主，在华南和西南地区以显著减少为主；中等强度降水在西南地区东部以显著减少为主，在其余地区以增长为主；强降水在大部分地区呈现增长趋势，仅在京津冀和重庆部分地区呈现减少趋势。中国大部分地区的弱降水量（日数）对总降水的贡献率以减少为主，中等强度降水日数、强降水量（日数）的贡献率以显著增长为主，各区域强降水贡献率与中等强度降水和弱降水贡献率呈相反的年代际变化。其中，弱降水日数和中等强度降水日数的变化主导了总降水日数的变化，中等强度降水量和强降水量的变化主导了总降水量的变化。进一步研究发现，在年代际尺度上，中国大部分地区的不同等级降水与太平洋年代际振荡（PDO）的相关系数随等级增大而趋于负值，与大西洋多年代际振荡（AMO）的相关系数则随等级增大而趋于正值。各区域不同等级降水与PDO/AMO相关关系的年代际突变主要发生在1980年代~1990年代。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.22072
摘要:
本研究使用德国气候预测系统（German Climate Forecast System，GCFS2）输出的回报数据（1993～2016年）对东亚冬季风（EAWM）的预测性能进行全面评估。GCFS2很好的预测了EAWM气候态的主要特征，包括西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽、东亚高空急流及东亚上空的地表气温和降水，并可以熟练地预测东亚大槽及东亚地表气温的年际变化。GCFS2对一个海平面气压定义的EAWM指数（EAWMI）显示出了预测技巧，同时可以很好的预测与EAWM相关的位于海洋上的大气环流、地表气温及降水异常。GCFS2中EAWM的预测技巧主要得益于对观测中的EAWM-ENSO关系及ENSO遥相关的成功再现，模式中增强的EAWM-ENSO（强于观测，观测中整个24年（1993～2016）EAWM与ENSO的相关系数为-0.46）关系，有助于提前2个月或更长时间预测EAWM。GCFS2中12月初始化的EAWMI在去除ENSO信号后仍有0.42的预测技巧，说明有另一预测源，为冬季巴伦支—喀拉海区域海冰覆盖度（BK_SIC）。观测中BK_SIC减少，增强西伯利亚高压，EAWM从而增强；模式中BK_SIC的变化可以增加西伯利亚高压东北部的可预测性，使得12月初始化的EAWM预测技巧增加。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.21244
摘要:
上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明：云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52m s-1),云中部最大(3.64±2m s-1),云顶部最小(0.32±0.29m s-1)；发现随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主；暖云上升气流区中,上升气流速度与液态含水量正相关,相关系数为0.61；强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴直径大于弱上升气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。
上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明：云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52m s-1),云中部最大(3.64±2m s-1),云顶部最小(0.32±0.29m s-1)；发现随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主；暖云上升气流区中,上升气流速度与液态含水量正相关,相关系数为0.61；强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴直径大于弱上升气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.22042
摘要:
利用2018年4月-2019年11月的六盘山隆德站微波辐射计探测资料与平凉站探空资料,研究了微波辐射计反演温度(TM)对空气湿度的敏感性,首次提出湿度敏感性系数(HSR)和零度漂移度(ZDD)概念,利用这两个参量在不同高度层的分布特征,研究了六盘山地形对空气湿度和温度的影响,主要结论如下：①非降水天气条件下,空气湿度越大,HSR与1.0的差别越大,ZDD也越大。②六盘山地形对气层湿度垂直分布影响较大。爬坡气流或抬升气流明显增加了3km以下气层湿度水平,晴天和阴天条件下空气湿度分别在山顶以上500m气层和1.0-2.0km气层达到最大,TM比实际温度最大能偏低2.7℃。③地形对气层湿度的影响进一步影响了空气温度的垂直分布,阴天条件下的大气逆辐射加热使得3km以下气层平均升温2.3℃,因湿度敏感性产生的温度影响平均达到0.9℃,最高能达到1.7℃。
利用2018年4月-2019年11月的六盘山隆德站微波辐射计探测资料与平凉站探空资料,研究了微波辐射计反演温度(TM)对空气湿度的敏感性,首次提出湿度敏感性系数(HSR)和零度漂移度(ZDD)概念,利用这两个参量在不同高度层的分布特征,研究了六盘山地形对空气湿度和温度的影响,主要结论如下：①非降水天气条件下,空气湿度越大,HSR与1.0的差别越大,ZDD也越大。②六盘山地形对气层湿度垂直分布影响较大。爬坡气流或抬升气流明显增加了3km以下气层湿度水平,晴天和阴天条件下空气湿度分别在山顶以上500m气层和1.0-2.0km气层达到最大,TM比实际温度最大能偏低2.7℃。③地形对气层湿度的影响进一步影响了空气温度的垂直分布,阴天条件下的大气逆辐射加热使得3km以下气层平均升温2.3℃,因湿度敏感性产生的温度影响平均达到0.9℃,最高能达到1.7℃。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.22073
摘要:
本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基流的稳定性以及该基流上斜压扰动的发展，并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基流的稳定性条件，并用扰动能量方程研究了正压发展（衰减）和斜压发展（衰减）的扰动的结构以及其与基流的配置关系。研究发现，以急流轴为中心，对于正压发展的扰动，其流线在水平面上向基本气流来流方向的上游倾斜，而对于正压衰减的扰动，其流线在水平面上向基本气流来流方向的下游倾斜。对流层大气中，斜压发展的扰动，其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的上游倾斜，而斜压衰减的扰动，其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的下游倾斜。经向基本气流的存在会促进并加强扰动的发展，令扰动更加不稳定。
本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基流的稳定性以及该基流上斜压扰动的发展，并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基流的稳定性条件，并用扰动能量方程研究了正压发展（衰减）和斜压发展（衰减）的扰动的结构以及其与基流的配置关系。研究发现，以急流轴为中心，对于正压发展的扰动，其流线在水平面上向基本气流来流方向的上游倾斜，而对于正压衰减的扰动，其流线在水平面上向基本气流来流方向的下游倾斜。对流层大气中，斜压发展的扰动，其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的上游倾斜，而斜压衰减的扰动，其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的下游倾斜。经向基本气流的存在会促进并加强扰动的发展，令扰动更加不稳定。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21137
摘要:
北疆地处内陆干旱半干旱区，降水的多少对其影响十分巨大。尤其在全球变暖背景下，北疆地区的降水异常增多。本研究利用1979-2017年北疆40个站点冬季降水资料、ECMWF ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料，基于HYSPLIT v4.9模式讨论北疆4个区域型暴雪日的水汽输送特征及可能影响机制。研究发现：（1）各区域型水汽以西边界输入为主，但西天山型有少量水汽从北边界输入，天山型有部分水汽从高层南边界输入；（2）北部型、西部型和西天山型的水汽通道均位于中纬西风带，但具体位置有所差异。北部型以地中海和黑海水汽输送为主，贡献率为58.8%；西部型以里海西南侧水汽输送为主，贡献率为70.8%；西天山型以黑海和里海东南侧水汽输送为主，总贡献率为72.9%；天山型的水汽源地主要位于印度、伊朗附近，贡献率为64.2%；（3）各区域型位势高度的距平南北均呈现“正-负”分布，西东均呈现“负-正-负”分布，但中心强度、位置及范围有所不同，这种差异导致影响区域的不同。
北疆地处内陆干旱半干旱区，降水的多少对其影响十分巨大。尤其在全球变暖背景下，北疆地区的降水异常增多。本研究利用1979-2017年北疆40个站点冬季降水资料、ECMWF ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料，基于HYSPLIT v4.9模式讨论北疆4个区域型暴雪日的水汽输送特征及可能影响机制。研究发现：（1）各区域型水汽以西边界输入为主，但西天山型有少量水汽从北边界输入，天山型有部分水汽从高层南边界输入；（2）北部型、西部型和西天山型的水汽通道均位于中纬西风带，但具体位置有所差异。北部型以地中海和黑海水汽输送为主，贡献率为58.8%；西部型以里海西南侧水汽输送为主，贡献率为70.8%；西天山型以黑海和里海东南侧水汽输送为主，总贡献率为72.9%；天山型的水汽源地主要位于印度、伊朗附近，贡献率为64.2%；（3）各区域型位势高度的距平南北均呈现“正-负”分布，西东均呈现“负-正-负”分布，但中心强度、位置及范围有所不同，这种差异导致影响区域的不同。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.22006
摘要:
土壤侵蚀是生态环境和农业生产的重要影响因子。我国东三省土地面积79.33万平方公里，占我国国土面积的9.3%，是重要的商品粮基地，同时也是世界四大黑土区之一。在气候变化背景下，我国东北地区的土壤侵蚀情况及其未来风险，目前仍不清楚。影响土壤侵蚀力的重要因素之一是降水侵蚀力，其与强降水有关。本研究利用CN05.1和APHRODITE观测降水资料揭示了我国东北地区降水侵蚀力的观测特征。在气候平均态上，东北东南部地区降水侵蚀力最强。降水侵蚀力存在明显的年循环，以夏季为主导，占全年总侵蚀的80%以上。在观测分析基础上，对RegCM4动力降尺度模式进行了评估和订正，并预估了未来不同共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）下中国东北地区降水侵蚀力的变化。随着未来增温，到21世纪末，两种排放情景下东北地区平均的降水侵蚀力分别增加9.90%和26.70%。高排放情景下将面临更严重的降水侵蚀风险，SSP5-8.5情景下降水侵蚀力的增强幅度约为SSP1-2.6情景下变化的2.7倍，同时77.69%的区域面积上降水侵蚀力将更强。因此，采取切实有效的减排措施，走可持续发展路径，对于减缓我国东北地区黑土地的土壤侵蚀风险，进而保障粮食安全，具有重要意义。
土壤侵蚀是生态环境和农业生产的重要影响因子。我国东三省土地面积79.33万平方公里，占我国国土面积的9.3%，是重要的商品粮基地，同时也是世界四大黑土区之一。在气候变化背景下，我国东北地区的土壤侵蚀情况及其未来风险，目前仍不清楚。影响土壤侵蚀力的重要因素之一是降水侵蚀力，其与强降水有关。本研究利用CN05.1和APHRODITE观测降水资料揭示了我国东北地区降水侵蚀力的观测特征。在气候平均态上，东北东南部地区降水侵蚀力最强。降水侵蚀力存在明显的年循环，以夏季为主导，占全年总侵蚀的80%以上。在观测分析基础上，对RegCM4动力降尺度模式进行了评估和订正，并预估了未来不同共享社会经济路径（SSP1-2.6和SSP5-8.5）下中国东北地区降水侵蚀力的变化。随着未来增温，到21世纪末，两种排放情景下东北地区平均的降水侵蚀力分别增加9.90%和26.70%。高排放情景下将面临更严重的降水侵蚀风险，SSP5-8.5情景下降水侵蚀力的增强幅度约为SSP1-2.6情景下变化的2.7倍，同时77.69%的区域面积上降水侵蚀力将更强。因此，采取切实有效的减排措施，走可持续发展路径，对于减缓我国东北地区黑土地的土壤侵蚀风险，进而保障粮食安全，具有重要意义。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.22010
摘要:
基于国家气象信息中心归档的中国地面观测数据，研制了1991-2020年中国地面气候值数据集。数据集研制期间，对1991年以来的地面台站观测数据集元数据进行了系统的质量检查和核实订正。在基于站址迁移信息对所有要素进行了分段处理基础上，基于非均一性检验结果完成了气温序列的分段处理。依据人工、自动观测调整信息完成了能见度观测数据的分段处理，提供了一套与当前能见度观测方式一致、代表性更好的气候背景场。采用傅里叶级数理论对气温、降水累年日值序列进行了谐波处理，在体现气象变量季节性转换的同时，避免了日与日之间的异常突变特征，具有更好的气候代表性。最终建立的1991-2020年中国地面气候值数据集提供了中国2438个站点的气温、降水、气压、风向风速、相对湿度、水汽压、云、天气现象、能见度、蒸发、积雪、地温、冻土、日照共14个要素的气候背景信息，为天气气候业务提供了数据支撑。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22005
摘要:
植被覆盖度(Fraction Vegetation Coverage,FVC)是陆面参数中重要的参数之一,植被覆盖度变化直接影响地表能量的再分配进而影响区域乃至全球气候变化,研究植被覆盖度增加对区域气候的影响对未来区域气候变化的预估具有重要意义,这对适应和缓解全球气候变暖至关重要。本文利用2001-2018年MODIS-NDVI指数制作植被覆盖度,在辽宁地区分别进行了WRF模式默认植被覆盖度和实际植被覆盖度的长时间(2001-2018年)模式模拟试验,结论如下：(1)辽宁地区因植被覆盖度增加全省年平均气温降低了0.48℃,其中夏季降温幅度最大,降温0.71℃,春、秋两季平均降温0.35和0.66℃,冬季降温幅度最小0.2℃。植被覆盖度增加对最高、最低气温也有明显的降温作用,其中最低气温对植被覆盖度增加的响应大于最高气温,且植被覆盖度增加与气温降温具有较好的空间一致性。(2)2001-2018年年和四季植被覆盖度的显著增加对年和四季平均气温、最高气温、最低气温均有降温趋势,尤其是对最低气温降温作用更明显。(3)植被覆盖度增加导致气温降低的主要原因是由于蒸散发的增加导致潜热通量增加,进而感热通量减少；而对于最低气温,主要是由于植被覆盖度增加导致的地表气温降低夜间向上长波辐射减少引起的。总体而言,植被覆盖度增加越多降温效果越明显,且植被覆盖度的增加可以减缓辽宁省气候变暖。
植被覆盖度(Fraction Vegetation Coverage,FVC)是陆面参数中重要的参数之一,植被覆盖度变化直接影响地表能量的再分配进而影响区域乃至全球气候变化,研究植被覆盖度增加对区域气候的影响对未来区域气候变化的预估具有重要意义,这对适应和缓解全球气候变暖至关重要。本文利用2001-2018年MODIS-NDVI指数制作植被覆盖度,在辽宁地区分别进行了WRF模式默认植被覆盖度和实际植被覆盖度的长时间(2001-2018年)模式模拟试验,结论如下：(1)辽宁地区因植被覆盖度增加全省年平均气温降低了0.48℃,其中夏季降温幅度最大,降温0.71℃,春、秋两季平均降温0.35和0.66℃,冬季降温幅度最小0.2℃。植被覆盖度增加对最高、最低气温也有明显的降温作用,其中最低气温对植被覆盖度增加的响应大于最高气温,且植被覆盖度增加与气温降温具有较好的空间一致性。(2)2001-2018年年和四季植被覆盖度的显著增加对年和四季平均气温、最高气温、最低气温均有降温趋势,尤其是对最低气温降温作用更明显。(3)植被覆盖度增加导致气温降低的主要原因是由于蒸散发的增加导致潜热通量增加,进而感热通量减少；而对于最低气温,主要是由于植被覆盖度增加导致的地表气温降低夜间向上长波辐射减少引起的。总体而言,植被覆盖度增加越多降温效果越明显,且植被覆盖度的增加可以减缓辽宁省气候变暖。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.22009
摘要:
利用人工触发正极性闪电的综合同步探测资料，对引雷火箭上升过程中发生于金属导线顶端的向上负先驱脉冲放电过程进行了研究。除常规认识的峰值电流为十几到几十安培的先驱脉冲放电以外，高垂直分辨率电流探测系统记录到丰富的弱脉冲放电过程。所有孤立发生的脉冲放电，均为弱脉冲，且在所有常规强度的先驱脉冲（簇）放电之前约20 μs，均识别到这种弱脉冲。对测量到的弱脉冲、脉冲型脉冲和波纹型脉冲进行统计，得到了各自的峰值电流（3.6 A、32.2 A、11.1 A）、上升时间（0.39 μs、0.9 μs、3.2 μs）、持续时间（2.8 μs、5.1 μs、12.7 μs）和转移电荷量（4.7 μC、50.8 μC、83.2 μC）。常规强度的先驱脉冲形成了可探测的发光通道，簇状先驱脉冲的放电通道具有与自持先导初始阶段相一致的梯级发展传输特征，二维平均速度在105 m/s量级。分析相邻先驱脉冲发光通道的时空关系，发现后一次先驱脉冲放电通道的起始高度一般位于前一次先驱脉冲放电通道的顶端，通道梯级延伸时电荷分布的调整降低了通道区域的电场强度。先驱脉冲放电是金属导线顶端形成了先导但又由于条件不足而熄灭的过程。
利用人工触发正极性闪电的综合同步探测资料，对引雷火箭上升过程中发生于金属导线顶端的向上负先驱脉冲放电过程进行了研究。除常规认识的峰值电流为十几到几十安培的先驱脉冲放电以外，高垂直分辨率电流探测系统记录到丰富的弱脉冲放电过程。所有孤立发生的脉冲放电，均为弱脉冲，且在所有常规强度的先驱脉冲（簇）放电之前约20 μs，均识别到这种弱脉冲。对测量到的弱脉冲、脉冲型脉冲和波纹型脉冲进行统计，得到了各自的峰值电流（3.6 A、32.2 A、11.1 A）、上升时间（0.39 μs、0.9 μs、3.2 μs）、持续时间（2.8 μs、5.1 μs、12.7 μs）和转移电荷量（4.7 μC、50.8 μC、83.2 μC）。常规强度的先驱脉冲形成了可探测的发光通道，簇状先驱脉冲的放电通道具有与自持先导初始阶段相一致的梯级发展传输特征，二维平均速度在105 m/s量级。分析相邻先驱脉冲发光通道的时空关系，发现后一次先驱脉冲放电通道的起始高度一般位于前一次先驱脉冲放电通道的顶端，通道梯级延伸时电荷分布的调整降低了通道区域的电场强度。先驱脉冲放电是金属导线顶端形成了先导但又由于条件不足而熄灭的过程。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21236
摘要:
本文主要探究了耦合Lorenz系统的混沌吸引子特性及其可预报性随耦合强度的变化特征。结果表明：随着耦合强度增加，快系统中的低频变化分量增大，其吸引子也随之变大；而慢系统自身的不稳定分量变大，导致其变率增强，吸引子轨道变得更加密集。在此基础上，利用非线性局部Lyapunov指数（NLLE）方法定量分析了耦合系数变化对耦合Lorenz系统可预报性的影响。随着对快系统的耦合强度增加，快/慢两个不同尺度系统的可预报性都会减少。然而，增加对慢系统的耦合强度却只能提高快系统的可预报上限，对慢系统的可预报性改变不大。
本文主要探究了耦合Lorenz系统的混沌吸引子特性及其可预报性随耦合强度的变化特征。结果表明：随着耦合强度增加，快系统中的低频变化分量增大，其吸引子也随之变大；而慢系统自身的不稳定分量变大，导致其变率增强，吸引子轨道变得更加密集。在此基础上，利用非线性局部Lyapunov指数（NLLE）方法定量分析了耦合系数变化对耦合Lorenz系统可预报性的影响。随着对快系统的耦合强度增加，快/慢两个不同尺度系统的可预报性都会减少。然而，增加对慢系统的耦合强度却只能提高快系统的可预报上限，对慢系统的可预报性改变不大。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22011
摘要:
基于1979-2020年共42年资料，利用常用的统计方法和随机森林方法，研究了西太平洋台风对我国西北地区东部（33°N-45°N，93°E-110°E，ENWR）降水的影响，结果发现：在台风频数和降水量都出现峰值的7、8、9月，出现在西北太平洋的台风对台风期间的ENWR平均日降水（TP）有影响。7月份台风的位置和强度影响显著，8月份台风的位置、强度和频数都有影响，9月份影响较小。台风的影响具有地域选择性，不同的月份这种选择性不同，对不同等级降水的影响也不同。其影响主要表现在EOF分解的第二模态以及强降水和极强降水等级上，这说明了台风不是影响TP的主要因素，这种影响是间接的和非线性的，台风的出现是通过影响东亚地区中高纬度的槽脊系统、西太平洋副热带高压以及低纬度低涡的强度和位置来形成有利于降水的条件，从而影响降水的分布和强度。相对于多元线性回归方法，基于随机森林方法建立的降水模型能更好的拟合出降水分布和强度，这说明台风对TP的影响主要是非线性的，且降水强度越强，非线性作用随越明显。同时，随机森林模型也显示出台风的位置是影响ENWR降水的最关键因素。
基于1979-2020年共42年资料，利用常用的统计方法和随机森林方法，研究了西太平洋台风对我国西北地区东部（33°N-45°N，93°E-110°E，ENWR）降水的影响，结果发现：在台风频数和降水量都出现峰值的7、8、9月，出现在西北太平洋的台风对台风期间的ENWR平均日降水（TP）有影响。7月份台风的位置和强度影响显著，8月份台风的位置、强度和频数都有影响，9月份影响较小。台风的影响具有地域选择性，不同的月份这种选择性不同，对不同等级降水的影响也不同。其影响主要表现在EOF分解的第二模态以及强降水和极强降水等级上，这说明了台风不是影响TP的主要因素，这种影响是间接的和非线性的，台风的出现是通过影响东亚地区中高纬度的槽脊系统、西太平洋副热带高压以及低纬度低涡的强度和位置来形成有利于降水的条件，从而影响降水的分布和强度。相对于多元线性回归方法，基于随机森林方法建立的降水模型能更好的拟合出降水分布和强度，这说明台风对TP的影响主要是非线性的，且降水强度越强，非线性作用随越明显。同时，随机森林模型也显示出台风的位置是影响ENWR降水的最关键因素。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.22017
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利用WRF-chem模式及不同植被覆盖率的敏感试验，模拟了内蒙古地区一次典型沙尘过程，研究了植被覆盖率对沙尘天气强度演变及远距离传输的影响。结果表明：耦合Shao_04起沙参数化方案的WRF-chem模式能较好地再现实际沙尘输送过程。当沙源地植被覆盖率增加5%，起沙总量削减50%，下游地区地面沙尘浓度的削减＞80%，PM10与PM2.5浓度的削减接近或超过80%，空气质量由严重污染降低到轻度污染，有效改善了大气环境；当植被覆盖率增加≥15%，大粒径沙粒贡献率逐渐增加，沙尘输送过程中沉降速率增加，导致下游地区沙尘天气峰值浓度提前。可以初步得出结论，植被覆盖率增加，叶面积指数增大，植被对细粒子的捕获作用增强。所以，植树造林等荒漠化治理工作应该首先在细粒子为主的半荒漠化地区开展。
利用WRF-chem模式及不同植被覆盖率的敏感试验，模拟了内蒙古地区一次典型沙尘过程，研究了植被覆盖率对沙尘天气强度演变及远距离传输的影响。结果表明：耦合Shao_04起沙参数化方案的WRF-chem模式能较好地再现实际沙尘输送过程。当沙源地植被覆盖率增加5%，起沙总量削减50%，下游地区地面沙尘浓度的削减＞80%，PM10与PM2.5浓度的削减接近或超过80%，空气质量由严重污染降低到轻度污染，有效改善了大气环境；当植被覆盖率增加≥15%，大粒径沙粒贡献率逐渐增加，沙尘输送过程中沉降速率增加，导致下游地区沙尘天气峰值浓度提前。可以初步得出结论，植被覆盖率增加，叶面积指数增大，植被对细粒子的捕获作用增强。所以，植树造林等荒漠化治理工作应该首先在细粒子为主的半荒漠化地区开展。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22058
摘要:
如何利用现有雷达体扫数据重构反射率或其它物理量的时间-高度剖面，提高雷达体扫垂直分辨率并使其适用于云微物理结构的分析，是近几年来雷达气象学的重点研究内容之一。本文基于分辨率更高的X波段双偏振雷达体扫数据，对目前最新的Columnar Vertical Profile (CVP) 重构算法从目标区范围的选取方面进行改进，使其能够应用于水平尺度较小的局地降水云以及发展演变迅速的对流云。结果显示：对于高原地区局地降水云个例，目标区选取5km (径向范围)×10°(方位角范围) 组成的较小扇形区域，与云雷达的对比显示，改进的CVP方法重构的基本反射率（ZH）垂直廓线体现了回波的垂直结构，尤其是中高层对流泡的结构特点，相应的时间-高度序列能够较好地反映回波顶高的变化以及中高层强度逐渐减弱、低层强度逐渐增加的特点；对于华北地区发展旺盛且局地水平不均匀的对流云个例，本文改进了原始的CVP重构目标区选取方法，对高、低仰角层采用变化的径向范围并调整插值参数，改进后重构的ZH垂直廓线有效避免了低层回波水平分布相对不均匀导致的重构分层结构，显示出高、低层回波特征以及不同阶段目标区云结构的转变。进一步对比改进前后CVP方法重构建立的各偏振量时间-高度序列，改进后准确显示了个例云系微物理特征及其随时间的变化，揭示了高原地区局地降水云中对流泡的形成及其播撒作用机制，华北地区对流云成熟阶段的各偏振量垂直分布特征及其演变。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.21023
摘要:
2017年5月14日江淮地区的一次冷涡后部对流过程造成了短时强降水、冰雹和大风天气过程，采用集合卡曼滤波技术同化雷达径向风、雷达反演风、GPS水汽资料、探空和逐小时地面加密观测资料，能较好模拟出大别山对此次对流系统发展的作用。冷涡后部对流在东移南压过程中遇到大别山地形，在大别山北部触发局地对流并随后出现大别山局地对流的两次加强过程。冷涡对流南下过程中，其冷池遇到大别山地形形成抬升，太阳辐射加热作用造成大别山上的不稳定层结，触发大别山局地对流。触发多个局地对流后，旧单体消亡形成的冷池和冷涡对流冷池的叠加造成冷池加强，加强的冷池促进了新单体的发展，这是局地对流第一次加强过程。第二次加强过程是边界层抬升、大别山热力作用和冷池共同作用的结果：随着天气尺度系统南压，边界层锋区（850hPa和925hPa）南压，其位置与地面冷池出流的位置重叠，边界层抬升增强，同时大别山午后加热作用，一方面形成热力抬升，另一方面形成大别山南坡的上坡风，偏南风上坡风与冷池偏北风在大别山东部形成辐合，加强地面抬升。
2017年5月14日江淮地区的一次冷涡后部对流过程造成了短时强降水、冰雹和大风天气过程，采用集合卡曼滤波技术同化雷达径向风、雷达反演风、GPS水汽资料、探空和逐小时地面加密观测资料，能较好模拟出大别山对此次对流系统发展的作用。冷涡后部对流在东移南压过程中遇到大别山地形，在大别山北部触发局地对流并随后出现大别山局地对流的两次加强过程。冷涡对流南下过程中，其冷池遇到大别山地形形成抬升，太阳辐射加热作用造成大别山上的不稳定层结，触发大别山局地对流。触发多个局地对流后，旧单体消亡形成的冷池和冷涡对流冷池的叠加造成冷池加强，加强的冷池促进了新单体的发展，这是局地对流第一次加强过程。第二次加强过程是边界层抬升、大别山热力作用和冷池共同作用的结果：随着天气尺度系统南压，边界层锋区（850hPa和925hPa）南压，其位置与地面冷池出流的位置重叠，边界层抬升增强，同时大别山午后加热作用，一方面形成热力抬升，另一方面形成大别山南坡的上坡风，偏南风上坡风与冷池偏北风在大别山东部形成辐合，加强地面抬升。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21103
摘要:
利用2018年6月2日到2019年11月14日，安庆、长沙、赣州、南昌、宜昌、武汉6个站点的往返式探空试验数据，使用Thorpe分析方法计算了湍流层厚度、对数湍流耗散率、Thorpe尺度、浮力频率并进行概率、水平、垂直等分布特征的分析。这些探空数据观测精度较高，且垂直分辨率约为6-10米，延伸至大约30公里的高度，可以在整个对流层和平流层下部估计湍流。本研究基于湍流特征分析，比较了各个站点之间以及上升段与下降段之间的差异。对数湍流耗散率〖log〗_10 ε具有两个模态，分别以-35和-5附近为峰值中心并向两侧递减。对流层的分布相对于平流层更加集中，且对流层的峰值中心的数值略大于平流层中心，这说明平流层的湍流强度稍弱于对流层。从对数湍流耗散率〖log〗_10 ε、Thorpe尺度L_T、浮力频率N^2 三个参数的水平和垂直分布可以看出，在L_T较大且N^2较小的位置湍流强度更大。本研究揭示了高分辨率的往返式探空组网观测数据用于自由大气湍流特征研究的潜力，以及其相对于传统探空数据的时空加密观测优势。
利用2018年6月2日到2019年11月14日，安庆、长沙、赣州、南昌、宜昌、武汉6个站点的往返式探空试验数据，使用Thorpe分析方法计算了湍流层厚度、对数湍流耗散率、Thorpe尺度、浮力频率并进行概率、水平、垂直等分布特征的分析。这些探空数据观测精度较高，且垂直分辨率约为6-10米，延伸至大约30公里的高度，可以在整个对流层和平流层下部估计湍流。本研究基于湍流特征分析，比较了各个站点之间以及上升段与下降段之间的差异。对数湍流耗散率〖log〗_10 ε具有两个模态，分别以-35和-5附近为峰值中心并向两侧递减。对流层的分布相对于平流层更加集中，且对流层的峰值中心的数值略大于平流层中心，这说明平流层的湍流强度稍弱于对流层。从对数湍流耗散率〖log〗_10 ε、Thorpe尺度L_T、浮力频率N^2 三个参数的水平和垂直分布可以看出，在L_T较大且N^2较小的位置湍流强度更大。本研究揭示了高分辨率的往返式探空组网观测数据用于自由大气湍流特征研究的潜力，以及其相对于传统探空数据的时空加密观测优势。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21188
摘要:
利用1960-2020年福建省66个国家气象站逐日观测资料、太平洋年代际振荡（PDO）和厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）月指数以及美国气象环境预报中心和国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析数据，采用功率谱分析、小波分解、合成分析等方法，讨论了福建省冬季持续低温事件的多尺度特征及影响因子，结果表明：（1）1961-2020年福建省冬季共出现114次持续低温事件，20世纪80年代中期以前为持续低温多发期，其后为少发期，持续低温的强度亦呈现前强后弱的分布；持续时间以5～11天居多，最长可达40天。（2）福建冬季低温指数存在显著的10-20天和30-60天低频周期，年际尺度上以2～8年为显著周期。（3）福建冬季持续低温事件和PDO、ENSO、热带大气季节内振荡及冷空气活动密切相关；PDO和ENSO为冷位相时，有利于持续低温的出现和持续时间偏长；当热带对流位于海洋大陆至西太平洋时，福建省冬季易出现持续低温事件；强盛的西伯利亚高压的存在，使得偏北气流可贯穿至华南南部，引发持续低温事件的发生。（4）对比不同持续时长低温事件的冷空气影响路径，“偏短型”、“中等型”和“偏长型”事件分别以西路、东路和中路路径为主要特征。
利用1960-2020年福建省66个国家气象站逐日观测资料、太平洋年代际振荡（PDO）和厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）月指数以及美国气象环境预报中心和国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析数据，采用功率谱分析、小波分解、合成分析等方法，讨论了福建省冬季持续低温事件的多尺度特征及影响因子，结果表明：（1）1961-2020年福建省冬季共出现114次持续低温事件，20世纪80年代中期以前为持续低温多发期，其后为少发期，持续低温的强度亦呈现前强后弱的分布；持续时间以5～11天居多，最长可达40天。（2）福建冬季低温指数存在显著的10-20天和30-60天低频周期，年际尺度上以2～8年为显著周期。（3）福建冬季持续低温事件和PDO、ENSO、热带大气季节内振荡及冷空气活动密切相关；PDO和ENSO为冷位相时，有利于持续低温的出现和持续时间偏长；当热带对流位于海洋大陆至西太平洋时，福建省冬季易出现持续低温事件；强盛的西伯利亚高压的存在，使得偏北气流可贯穿至华南南部，引发持续低温事件的发生。（4）对比不同持续时长低温事件的冷空气影响路径，“偏短型”、“中等型”和“偏长型”事件分别以西路、东路和中路路径为主要特征。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21227
摘要:
东北冷涡是影响我国东北地区天气和气候的重要环流系统。本文在前人研究工作基础上，构建了本文的东北冷涡识别与追踪方法。利用2000~2019年NCEP/NCAR再分析资料，对东北冷涡开展客观识别与追踪，进而分析东北冷涡的时空分布特征、持续时间、强度和尺度等，最后利用国家地面气象站小时降水观测数据，探讨了东北冷涡影响期间东北区域的暖季降水分布特征。东北区域内，东北冷涡频数和影响天数无明显长期变化趋势，但存在明显的年际变化和月际变化，东北冷涡更易发生在暖季；东北冷涡的持续时间主要集中在48~72小时，半径尺度范围主要分布在600~1200 km，冷季平均尺度大于暖季，冷季冷涡中心强度也强于暖季；东北冷涡中心活动高频区沿45~55°N呈东-西走向带状分布；东北冷涡影响期间的暖季降水量占比基本在20%以上，不同强度降水档（0.1~5 mm/h，5~10 mm/h，10~20 mm/h和≥20 mm/h）中，占比空间分布不同，强降水局地性特征显著；东北冷涡影响期间的暴雨日降水量占比最大可超过70%。
东北冷涡是影响我国东北地区天气和气候的重要环流系统。本文在前人研究工作基础上，构建了本文的东北冷涡识别与追踪方法。利用2000~2019年NCEP/NCAR再分析资料，对东北冷涡开展客观识别与追踪，进而分析东北冷涡的时空分布特征、持续时间、强度和尺度等，最后利用国家地面气象站小时降水观测数据，探讨了东北冷涡影响期间东北区域的暖季降水分布特征。东北区域内，东北冷涡频数和影响天数无明显长期变化趋势，但存在明显的年际变化和月际变化，东北冷涡更易发生在暖季；东北冷涡的持续时间主要集中在48~72小时，半径尺度范围主要分布在600~1200 km，冷季平均尺度大于暖季，冷季冷涡中心强度也强于暖季；东北冷涡中心活动高频区沿45~55°N呈东-西走向带状分布；东北冷涡影响期间的暖季降水量占比基本在20%以上，不同强度降水档（0.1~5 mm/h，5~10 mm/h，10~20 mm/h和≥20 mm/h）中，占比空间分布不同，强降水局地性特征显著；东北冷涡影响期间的暴雨日降水量占比最大可超过70%。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21228
摘要:
本文利用1979~2020年基于中国台站观测的高分辨格点化逐日降水和气温资料以及NECP Ⅱ 大气再分析资料，探讨了亚洲季风区夏季30~60天大气季节内振荡（BSISO1）的年代际变化及其对中国东部降水和气温的影响。在1997~2008年（P1阶段），BSISO1年代际偏强，而在2009~2018年（P2阶段），BSISO1年代际偏弱。在P1阶段，BSISO1仅对江淮流域的降水和气温具有显著的调控作用，对华南地区的影响较弱；而在P2阶段，BSISO1对江淮流域的降水和气温的调控作用减弱，但对华南地区的降水和温度具有显著的调控作用。在P1阶段，BSISO1有关的异常抑制（活跃）对流可从赤道西太平洋北传至南海?西北太平洋，激发出一个连接南海和江淮流域的经向垂直次级环流圈，引起江淮流域强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散），造成局地降水的持续性偏多（偏少），气温的持续性偏低（偏高）。相比P1阶段，在P2阶段江淮流域的季节平均水汽显著减少，BSISO1有关的水汽垂直输送减弱，削弱了江淮流域季节内降水变化。但在P2阶段，BSISO1相关的异常抑制（活跃）对流可进一步北传到达相对偏北的华南地区，其伴随的异常下沉（上升）运动造成局地降水减少（增加）；同时绝热增温（冷却），使得局地出现持续性气温偏高（偏低）。因此，在P2阶段，更容易出现江淮流域持续性强降水和华南地区持续高温热浪同时发生的复合型极端事件。
本文利用1979~2020年基于中国台站观测的高分辨格点化逐日降水和气温资料以及NECP Ⅱ 大气再分析资料，探讨了亚洲季风区夏季30~60天大气季节内振荡（BSISO1）的年代际变化及其对中国东部降水和气温的影响。在1997~2008年（P1阶段），BSISO1年代际偏强，而在2009~2018年（P2阶段），BSISO1年代际偏弱。在P1阶段，BSISO1仅对江淮流域的降水和气温具有显著的调控作用，对华南地区的影响较弱；而在P2阶段，BSISO1对江淮流域的降水和气温的调控作用减弱，但对华南地区的降水和温度具有显著的调控作用。在P1阶段，BSISO1有关的异常抑制（活跃）对流可从赤道西太平洋北传至南海?西北太平洋，激发出一个连接南海和江淮流域的经向垂直次级环流圈，引起江淮流域强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散），造成局地降水的持续性偏多（偏少），气温的持续性偏低（偏高）。相比P1阶段，在P2阶段江淮流域的季节平均水汽显著减少，BSISO1有关的水汽垂直输送减弱，削弱了江淮流域季节内降水变化。但在P2阶段，BSISO1相关的异常抑制（活跃）对流可进一步北传到达相对偏北的华南地区，其伴随的异常下沉（上升）运动造成局地降水减少（增加）；同时绝热增温（冷却），使得局地出现持续性气温偏高（偏低）。因此，在P2阶段，更容易出现江淮流域持续性强降水和华南地区持续高温热浪同时发生的复合型极端事件。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.22034
摘要:
本文主要利用1961/1962～2006/2007年CN05.1资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究三江源地区(以下简称三江源)冬季降水的年代际变化特征及相关物理机制。结果表明：三江源冬季降水在20世纪80年代末期经历了一次由少到多的年代际增多。三江源冬季降水的年代际变化受乌拉尔山上空异常低压和贝加尔湖―中国东北部上空异常高压影响,与中高纬北大西洋海气相互作用有关。从20世纪80年代末期开始,中高纬北大西洋海温异常增暖可以导致海表面上空上升运动异常,对流活动增强,激发向东传播的大气环流波列,引起乌拉尔山上空的异常低压和贝加尔湖―中国东北部上空的异常高压。在异常低压与异常高压的影响下,极锋急流南移加强,引起三江源高空辐散,对流活动增强,导致三江源冬季降水增多；另一方面,贝加尔湖―中国东北部上空异常高压还可以通过引起三江源上空异常东风,引起三江源水汽通量辐合异常,导致冬季降水增多。此外,印度洋海温异常增暖可能通过影响南支槽强度变化,进一步调制三江源冬季降水。
本文主要利用1961/1962～2006/2007年CN05.1资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究三江源地区(以下简称三江源)冬季降水的年代际变化特征及相关物理机制。结果表明：三江源冬季降水在20世纪80年代末期经历了一次由少到多的年代际增多。三江源冬季降水的年代际变化受乌拉尔山上空异常低压和贝加尔湖―中国东北部上空异常高压影响,与中高纬北大西洋海气相互作用有关。从20世纪80年代末期开始,中高纬北大西洋海温异常增暖可以导致海表面上空上升运动异常,对流活动增强,激发向东传播的大气环流波列,引起乌拉尔山上空的异常低压和贝加尔湖―中国东北部上空的异常高压。在异常低压与异常高压的影响下,极锋急流南移加强,引起三江源高空辐散,对流活动增强,导致三江源冬季降水增多；另一方面,贝加尔湖―中国东北部上空异常高压还可以通过引起三江源上空异常东风,引起三江源水汽通量辐合异常,导致冬季降水增多。此外,印度洋海温异常增暖可能通过影响南支槽强度变化,进一步调制三江源冬季降水。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.22037
摘要:
与时间不稳定一样，空间不稳定也是地球流体中扰动发生发展的重要机制。基于标准模方法，研究了正压地转流对于小扰动的空间不稳定问题，并得到发生空间不稳定的必要条件。该必要条件指出，若正压地转流可能发生空间不稳定，其位涡对于纬度的偏微商与小扰动相对于该地转流的相速必须在某些纬度带异号。在附加适当的限制的情况下，空间不稳定与时间不稳定满足相同的必要条件，即Rayleigh—Kuo定理和Fjortoft定理。
与时间不稳定一样，空间不稳定也是地球流体中扰动发生发展的重要机制。基于标准模方法，研究了正压地转流对于小扰动的空间不稳定问题，并得到发生空间不稳定的必要条件。该必要条件指出，若正压地转流可能发生空间不稳定，其位涡对于纬度的偏微商与小扰动相对于该地转流的相速必须在某些纬度带异号。在附加适当的限制的情况下，空间不稳定与时间不稳定满足相同的必要条件，即Rayleigh—Kuo定理和Fjortoft定理。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21252
摘要:
本文充分考虑新疆复杂地形效应及锋面暴雨区湿大气的凝结潜热加热，1）发展了地形追随坐标下基于位温、相当位温、广义位温的热力学锋生函数和基于变形场的动力学锋生函数，阐述地形追随坐标下的锋生函数在研究复杂地形锋面过程的优势；2）从锋生过程更本质的温湿度梯度增大过程角度讨论四种锋生的优劣势，发现广义位温锋生和变形锋生与降水过程有更好的对应关系；3）借助新疆一次北天山到南天山的移动型锋面降水的WRF数值模拟，对广义位温锋生函数和变形锋生函数的主要强迫和对降水的作用进行诊断分析，结论表明动力学锋生在降水触发和减弱阶段有重要作用，由涡度散度变形的能量转换引起，热力学锋生主要作用于降水发展阶段，潜热加热是其主要强迫。实际应用中，近地层至中低对流层两类锋生的重叠区可指示未来降水移动方向。
本文充分考虑新疆复杂地形效应及锋面暴雨区湿大气的凝结潜热加热，1）发展了地形追随坐标下基于位温、相当位温、广义位温的热力学锋生函数和基于变形场的动力学锋生函数，阐述地形追随坐标下的锋生函数在研究复杂地形锋面过程的优势；2）从锋生过程更本质的温湿度梯度增大过程角度讨论四种锋生的优劣势，发现广义位温锋生和变形锋生与降水过程有更好的对应关系；3）借助新疆一次北天山到南天山的移动型锋面降水的WRF数值模拟，对广义位温锋生函数和变形锋生函数的主要强迫和对降水的作用进行诊断分析，结论表明动力学锋生在降水触发和减弱阶段有重要作用，由涡度散度变形的能量转换引起，热力学锋生主要作用于降水发展阶段，潜热加热是其主要强迫。实际应用中，近地层至中低对流层两类锋生的重叠区可指示未来降水移动方向。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21224
摘要:
在全球变暖气候背景下，复合型极端灾害天气事件频发。2008年以来我国南方冬季频发的雨雪冰冻，就是一种典型的复合型致灾极端天气事件。因此，本研究（1）分析了西南地区一次典型大雪冻雨复合天气事件的大雪与冻雨期环流特征及降水相态差异，揭示了二者的关联特征。冻雨发生在贵州境内的云贵准静止锋锋面强斜压环境中，降雪主要发生在四川北部，位于静止锋以北的冷区。降雪区和冻雨区的垂直环流存在显著差异：降雪区以上升运动为主，温度基本随高度递减；冻雨区大气中低层存在逆温层，导致温度层结出现冷-暖-冷的分布，垂直运动呈两层环流模态，低层的上升运动受到中层下沉运动抑制，强上升运动不易发展。（2）借助可综合表征环流特征和水汽相变的广义湿位涡理论，分别诊断大雪和冻雨发生发展时期的广义湿位涡分布特点，发现其斜压项的异常能更好体现准静止锋附近的大气斜压性，也可指示出大雪冻雨降水的落区及变化，可作为大雪冻雨区的动力识别特征量之一。（3）气压扰动方程计算表明，向下的扰动气压梯度力与浮力的平衡差异，是降雪与冻雨垂直环流特征差异的主要原因。本研究从环流特征入手开展雨雪冰冻复合极端灾害天气分析，可为复合降水相态预报和发电企业电力运行保障提供参考。
在全球变暖气候背景下，复合型极端灾害天气事件频发。2008年以来我国南方冬季频发的雨雪冰冻，就是一种典型的复合型致灾极端天气事件。因此，本研究（1）分析了西南地区一次典型大雪冻雨复合天气事件的大雪与冻雨期环流特征及降水相态差异，揭示了二者的关联特征。冻雨发生在贵州境内的云贵准静止锋锋面强斜压环境中，降雪主要发生在四川北部，位于静止锋以北的冷区。降雪区和冻雨区的垂直环流存在显著差异：降雪区以上升运动为主，温度基本随高度递减；冻雨区大气中低层存在逆温层，导致温度层结出现冷-暖-冷的分布，垂直运动呈两层环流模态，低层的上升运动受到中层下沉运动抑制，强上升运动不易发展。（2）借助可综合表征环流特征和水汽相变的广义湿位涡理论，分别诊断大雪和冻雨发生发展时期的广义湿位涡分布特点，发现其斜压项的异常能更好体现准静止锋附近的大气斜压性，也可指示出大雪冻雨降水的落区及变化，可作为大雪冻雨区的动力识别特征量之一。（3）气压扰动方程计算表明，向下的扰动气压梯度力与浮力的平衡差异，是降雪与冻雨垂直环流特征差异的主要原因。本研究从环流特征入手开展雨雪冰冻复合极端灾害天气分析，可为复合降水相态预报和发电企业电力运行保障提供参考。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21174
摘要:
2019年8月18日至22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此次穿透性对流过程发生在中国沿海地区大范围对流层顶折叠导致盆地以东的上空出现平流层位涡(PV)下传的特殊天气背景下。穿透性对流的形成主要分为三个阶段：(1)中低层对流的触发。由于大陆高压西伸,四川盆地附近气压梯度加强引起低空急流发展,在其左侧产生气旋性切变,同时引起与高原东南侧大地形正交的抬升气流分量增强。地形动力抬升叠加气流辐合抬升在不稳定层结下触发对流。(2)对流层高层上升运动发展。这主要与湍流扩散导致的平流层持续下传的PV气团在非绝热加热作用下的发展有关。高层东风气流背景下,正PV异常的右侧为上升运动,使得300 hPa以上至下平流层出上升运动的发展增强。(3)盆地附近的高中低层上升运动垂直耦合叠加,形成穿透性对流。中尺度对流系统层状模态的发展以及干燥环境下水汽的蒸发冷却导致300 hPa至600 hPa出现下沉运动。下沉运动造成的局地干冷侵入,既加强了上空“下湿上干”的不稳定层结,也加强了中低层的气流辐合,导致原中层300-600 hPa附近的下沉运动转为上升运动。低层由于正涡度倾斜发展,上升运动得以维持。由此,四川盆地上空的上升运动出现整层的垂直叠加耦合,表现为从对流层低层到平流层底的一致性上升运动,穿透性对流形成,导致后期降水增强。
2019年8月18日至22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此次穿透性对流过程发生在中国沿海地区大范围对流层顶折叠导致盆地以东的上空出现平流层位涡(PV)下传的特殊天气背景下。穿透性对流的形成主要分为三个阶段：(1)中低层对流的触发。由于大陆高压西伸,四川盆地附近气压梯度加强引起低空急流发展,在其左侧产生气旋性切变,同时引起与高原东南侧大地形正交的抬升气流分量增强。地形动力抬升叠加气流辐合抬升在不稳定层结下触发对流。(2)对流层高层上升运动发展。这主要与湍流扩散导致的平流层持续下传的PV气团在非绝热加热作用下的发展有关。高层东风气流背景下,正PV异常的右侧为上升运动,使得300 hPa以上至下平流层出上升运动的发展增强。(3)盆地附近的高中低层上升运动垂直耦合叠加,形成穿透性对流。中尺度对流系统层状模态的发展以及干燥环境下水汽的蒸发冷却导致300 hPa至600 hPa出现下沉运动。下沉运动造成的局地干冷侵入,既加强了上空“下湿上干”的不稳定层结,也加强了中低层的气流辐合,导致原中层300-600 hPa附近的下沉运动转为上升运动。低层由于正涡度倾斜发展,上升运动得以维持。由此,四川盆地上空的上升运动出现整层的垂直叠加耦合,表现为从对流层低层到平流层底的一致性上升运动,穿透性对流形成,导致后期降水增强。
1976年创刊 双月刊
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院大气物理研究所、中国气象学会
主编：陆日宇
E-mail：dqkx@mail.iap.ac.cn
dqkx@post.iap.ac.cn
ISSN 1006-9895
CN 11-1768/O4
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