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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21129
摘要:
利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热带印度洋海温对12月和2月东亚经向水汽输送的影响增强，在12月热带印度洋海温主要通过“开尔文波—埃克曼辐散”效应影响东亚经向水汽输送，而在2月主要通过印度洋上的沃克环流影响东亚经向水汽输送。
利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热带印度洋海温对12月和2月东亚经向水汽输送的影响增强，在12月热带印度洋海温主要通过“开尔文波—埃克曼辐散”效应影响东亚经向水汽输送，而在2月主要通过印度洋上的沃克环流影响东亚经向水汽输送。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21090
摘要:
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统，本文建立逐小时的分析预报循环系统，并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构，同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明：（1）逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场，分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高；（2）在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响，对预报会有不利影响；（3）改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果，因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测，华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统，本文建立逐小时的分析预报循环系统，并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构，同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明：（1）逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场，分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高；（2）在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响，对预报会有不利影响；（3）改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果，因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测，华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136
摘要:
利用2010～2016年中国地面站重要天气报文、中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料，对热带气旋（TC）影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析，结果表明：（1）该区域TC大风主要沿海岸线分布，至内陆频次递减；TC大风多以东北风向为主，登陆前大风站点居多，12级以上的强风速基本分布在距TC中心300 km范围内。（2）强热带风暴（STS）和台风（TY）强度TC引起的站点大风最多，但16级以上大风主要出现在强台风（STY）和超强台风（Super TY）强度等级。慢速TC引起的站点大风主要出现其移向右前侧，快速主要出现在其右后侧。TC大风中向岸风均值略大于离岸风，其中12级以上风速向岸风站点多于离岸风，但16级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风。（3）约89.8%的TC大风伴随降水，分布于TC中心附近，东北风为主，峰值出现在8月。约10.2%的TC大风无降水，主要分布在TC外围，北风和东南风为主，风速较弱，多出现于5月和12月。12级以上TC大风几乎均伴随着降水，而无降水TC大风风速达12级以上样本很少。（4）约23.8%的TC大风伴随强对流天气，以东北风为主，平均风速大于非强对流TC大风。TC大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴，以短时强降水居多（约占该类TC大风的79.5%），主要分布在TC中心附近东北象限，而雷暴TC大风则主要出现在TC外围（约占该类TC大风的28.0%），东南象限相对较少。（5）同时出现短时强降水和雷暴的TC大风仅占强对流TC大风的7.5%，TC大风的1.8%，说明TC大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。
利用2010～2016年中国地面站重要天气报文、中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料，对热带气旋（TC）影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析，结果表明：（1）该区域TC大风主要沿海岸线分布，至内陆频次递减；TC大风多以东北风向为主，登陆前大风站点居多，12级以上的强风速基本分布在距TC中心300 km范围内。（2）强热带风暴（STS）和台风（TY）强度TC引起的站点大风最多，但16级以上大风主要出现在强台风（STY）和超强台风（Super TY）强度等级。慢速TC引起的站点大风主要出现其移向右前侧，快速主要出现在其右后侧。TC大风中向岸风均值略大于离岸风，其中12级以上风速向岸风站点多于离岸风，但16级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风。（3）约89.8%的TC大风伴随降水，分布于TC中心附近，东北风为主，峰值出现在8月。约10.2%的TC大风无降水，主要分布在TC外围，北风和东南风为主，风速较弱，多出现于5月和12月。12级以上TC大风几乎均伴随着降水，而无降水TC大风风速达12级以上样本很少。（4）约23.8%的TC大风伴随强对流天气，以东北风为主，平均风速大于非强对流TC大风。TC大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴，以短时强降水居多（约占该类TC大风的79.5%），主要分布在TC中心附近东北象限，而雷暴TC大风则主要出现在TC外围（约占该类TC大风的28.0%），东南象限相对较少。（5）同时出现短时强降水和雷暴的TC大风仅占强对流TC大风的7.5%，TC大风的1.8%，说明TC大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。
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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。
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2023年第3期
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2023, 47(3): 599-615.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21200
摘要:
本研究对比分析了不同气候态下，华北冬、夏季降水及气温的差异，分析了气候平均值的改变对历史极端事件监测的可能影响。研究结果发现，1991～2020年（简称气候Ⅱ态）的冬季和夏季的平均降水量均略多于1981～2010年（简称气候Ⅰ态），但接近或略少于1961～2020年的平均降水量，平均降水量逐年变化幅度冬季Ⅱ态小于Ⅰ态，夏季反之。气候Ⅱ态冬季降水空间分布不均，夏季较Ⅰ态呈“中部减少，东西增加”的分布型。冬季和夏季极端降水阈值Ⅱ态（0.86 mm和22.0 mm）较Ⅰ态（0.83 mm和21.6 mm）均略有提高，造成近60年华北大部基于Ⅱ态阈值的冬、夏季极端降水日数较Ⅰ态略减少。此外，气候Ⅱ态的华北冬、夏季平均气温均明显高于Ⅰ态，也高于1961～2020年平均值。Ⅱ态气温较Ⅰ态基本呈全区增加特征，但空间分布不均匀。冬季极端低温和夏季极端高温阈值Ⅱ态（−9.8°C和27.9°C）较Ⅰ态（−10.2°C和27.5°C）均有所有所提高，造成华北大部分地区基于Ⅱ态阈值的近60年冬季极端低温日数较Ⅰ态有所增加，夏季极端高温日数较Ⅰ态存在不同程度的减少。因此，新气候态下华北气温和降水均值，华北大部极端降水阈值和极端气温阈值均有所提高，造成气候监测中更容易出现气温偏低，降水偏少，历史极端事件监测中极端事件略减少的情况，在未来10年的气候监测预测业务中要充分考虑新气候态可能造成的影响。
本研究对比分析了不同气候态下，华北冬、夏季降水及气温的差异，分析了气候平均值的改变对历史极端事件监测的可能影响。研究结果发现，1991～2020年（简称气候Ⅱ态）的冬季和夏季的平均降水量均略多于1981～2010年（简称气候Ⅰ态），但接近或略少于1961～2020年的平均降水量，平均降水量逐年变化幅度冬季Ⅱ态小于Ⅰ态，夏季反之。气候Ⅱ态冬季降水空间分布不均，夏季较Ⅰ态呈“中部减少，东西增加”的分布型。冬季和夏季极端降水阈值Ⅱ态（0.86 mm和22.0 mm）较Ⅰ态（0.83 mm和21.6 mm）均略有提高，造成近60年华北大部基于Ⅱ态阈值的冬、夏季极端降水日数较Ⅰ态略减少。此外，气候Ⅱ态的华北冬、夏季平均气温均明显高于Ⅰ态，也高于1961～2020年平均值。Ⅱ态气温较Ⅰ态基本呈全区增加特征，但空间分布不均匀。冬季极端低温和夏季极端高温阈值Ⅱ态（−9.8°C和27.9°C）较Ⅰ态（−10.2°C和27.5°C）均有所有所提高，造成华北大部分地区基于Ⅱ态阈值的近60年冬季极端低温日数较Ⅰ态有所增加，夏季极端高温日数较Ⅰ态存在不同程度的减少。因此，新气候态下华北气温和降水均值，华北大部极端降水阈值和极端气温阈值均有所提高，造成气候监测中更容易出现气温偏低，降水偏少，历史极端事件监测中极端事件略减少的情况，在未来10年的气候监测预测业务中要充分考虑新气候态可能造成的影响。
2023, 47(3): 616-630.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21119
摘要:
大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂，可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区，局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征，但是近期研究表明，水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此，本文基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星遥感观测的大气水汽稳定氘同位素数据（数值表示为千分差，δD），针对前人研究较少的中国东部石笋氧同位素区域，进行水汽源地追踪，并在季节和年际尺度上分析水汽δD的主要影响因素。结果表明，在季节尺度上，水汽δD在夏末秋初较低，冬春季较高，这种特征与局地气象因子、水汽源地贡献的关系较弱，水汽输送路径上的累积降水是影响水汽δD季节变化的主要因素，两者为显著的负相关关系。在年际尺度上，厄尔尼诺（El Niño）年夏季中国东部水汽δD较高，拉尼娜（La Niña）年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO（厄尔尼诺—南方涛动）不同位相的变化较小，而水汽输送路径上的累积降水在La Niña年较之El Niño年偏多，表明La Niña年热带对流活动和水汽输送过程的贫化作用更强，导致目标区域的水汽δD更低。因此，代表热带对流活动的累积降水是水汽δD季节和年际变化的主要影响因素，热带对流活动增强（减弱）将降低（增加）目标区域的水汽δD。
大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂，可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区，局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征，但是近期研究表明，水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此，本文基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星遥感观测的大气水汽稳定氘同位素数据（数值表示为千分差，δD），针对前人研究较少的中国东部石笋氧同位素区域，进行水汽源地追踪，并在季节和年际尺度上分析水汽δD的主要影响因素。结果表明，在季节尺度上，水汽δD在夏末秋初较低，冬春季较高，这种特征与局地气象因子、水汽源地贡献的关系较弱，水汽输送路径上的累积降水是影响水汽δD季节变化的主要因素，两者为显著的负相关关系。在年际尺度上，厄尔尼诺（El Niño）年夏季中国东部水汽δD较高，拉尼娜（La Niña）年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO（厄尔尼诺—南方涛动）不同位相的变化较小，而水汽输送路径上的累积降水在La Niña年较之El Niño年偏多，表明La Niña年热带对流活动和水汽输送过程的贫化作用更强，导致目标区域的水汽δD更低。因此，代表热带对流活动的累积降水是水汽δD季节和年际变化的主要影响因素，热带对流活动增强（减弱）将降低（增加）目标区域的水汽δD。
2023, 47(3): 631-641.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21096
摘要:
GPS（Global Positioning System）掩星探测技术作为一种先进的大气探测手段，已广泛用于数值天气预报、气候和空间天气研究。掩星探测存在的问题之一是容易受到地球表面反射信号的干扰，识别和分离掩星探测信号中的反射信号有助于将掩星数据同化到数值天气预报系统中去，具有重要意义。本文提出一种基于改进的GoogLeNet深度学习模型（Im-GNet），并应用于COSMIC-2掩星探测数据来识别反射信号。本文选择了2020年1月1～9日的COSMIC-2掩星数据（conPhs文件），进行质量控制后，利用无线电全息方法得到掩星信号的无线电全息功率谱密度图像，然后训练得到Im-GNet深度学习模型，Im-GNet模型测试的准确率达到了96.4%，显著高于支持向量机（SVM）方法的结果。本文还分析了反射信号对掩星数据的影响，掩星事件的地理分布以及掩星反演数据（atmPrf文件）与NCEP再分析资料的12 h预报值（avnPrf文件）的折射率比较表明：有反射信号的掩星事件数据质量更好，所包含的大气信息更丰富。
GPS（Global Positioning System）掩星探测技术作为一种先进的大气探测手段，已广泛用于数值天气预报、气候和空间天气研究。掩星探测存在的问题之一是容易受到地球表面反射信号的干扰，识别和分离掩星探测信号中的反射信号有助于将掩星数据同化到数值天气预报系统中去，具有重要意义。本文提出一种基于改进的GoogLeNet深度学习模型（Im-GNet），并应用于COSMIC-2掩星探测数据来识别反射信号。本文选择了2020年1月1～9日的COSMIC-2掩星数据（conPhs文件），进行质量控制后，利用无线电全息方法得到掩星信号的无线电全息功率谱密度图像，然后训练得到Im-GNet深度学习模型，Im-GNet模型测试的准确率达到了96.4%，显著高于支持向量机（SVM）方法的结果。本文还分析了反射信号对掩星数据的影响，掩星事件的地理分布以及掩星反演数据（atmPrf文件）与NCEP再分析资料的12 h预报值（avnPrf文件）的折射率比较表明：有反射信号的掩星事件数据质量更好，所包含的大气信息更丰富。
2023, 47(3): 642-654.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21081
摘要:
依据区域气候模式RIEMS2.0输出的3 km高分辨率数据和站点降水记录分析了中国西北黑河流域降水的动力降尺度和统计—动力降尺度问题，检验了多种因子组合下多元线性回归（MLR）和贝叶斯模式平均（BMA）降尺度模型，评估了降尺度降水的均方根误差、相关系数、方差百分率及“负降水”偏差率等方面的统计特征。结果表明，动力降尺度降水相关系数最高，误差也最大，降水方差达到观测值的1.5～2倍；除相关系数外，统计—动力降尺度模型的几个统计特征均最优，纯统计模型次之。检验表明，仅用700 hPa位势高度场、经向风和比湿等构建的统计降尺度模型估计的站点降水相关系数较低，均方根误差也较大。当在统计降尺度模型中引入模式降水因子后站点降水的估计得到明显改善，其中MLR类模型的降水相关系数和方差百分率均明显高于BMA类模型，均方根误差二者相当，但前者“负降水”出现频次明显大于后者，“负降水”偏差主要出现在降水稀少的冬半年及黑河中、下游干旱或极端干旱区，上游出现频率较低，其中MLR类模型“负降水”出现频次明显高于BMA类模型，后者仅出现在黑河中、下游地区。包含模式降水因子的统计—动力降尺度模型能减少“负降水”出现的频次。此外，降尺度模型估计降水的统计特征随季节变化，其中7种降尺度模型估计的站点降水误差与站点气候降水量成比例，但相对误差与之相反。这些评估结果表明，即使用高分辨率动力降尺度估计干旱区站点降水也存在明显偏差，需要结合统计降尺度模型进一步降低站点降水估计的不确定性。
依据区域气候模式RIEMS2.0输出的3 km高分辨率数据和站点降水记录分析了中国西北黑河流域降水的动力降尺度和统计—动力降尺度问题，检验了多种因子组合下多元线性回归（MLR）和贝叶斯模式平均（BMA）降尺度模型，评估了降尺度降水的均方根误差、相关系数、方差百分率及“负降水”偏差率等方面的统计特征。结果表明，动力降尺度降水相关系数最高，误差也最大，降水方差达到观测值的1.5～2倍；除相关系数外，统计—动力降尺度模型的几个统计特征均最优，纯统计模型次之。检验表明，仅用700 hPa位势高度场、经向风和比湿等构建的统计降尺度模型估计的站点降水相关系数较低，均方根误差也较大。当在统计降尺度模型中引入模式降水因子后站点降水的估计得到明显改善，其中MLR类模型的降水相关系数和方差百分率均明显高于BMA类模型，均方根误差二者相当，但前者“负降水”出现频次明显大于后者，“负降水”偏差主要出现在降水稀少的冬半年及黑河中、下游干旱或极端干旱区，上游出现频率较低，其中MLR类模型“负降水”出现频次明显高于BMA类模型，后者仅出现在黑河中、下游地区。包含模式降水因子的统计—动力降尺度模型能减少“负降水”出现的频次。此外，降尺度模型估计降水的统计特征随季节变化，其中7种降尺度模型估计的站点降水误差与站点气候降水量成比例，但相对误差与之相反。这些评估结果表明，即使用高分辨率动力降尺度估计干旱区站点降水也存在明显偏差，需要结合统计降尺度模型进一步降低站点降水估计的不确定性。
2023, 47(3): 655-666.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21116
摘要:
利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据，结合观测站雨量数据及雷达观测资料，分析2019年8月2～3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧（LSI）、近海岸迎风侧（WSC）不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示，台风“韦帕”降雨以中、小雨滴贡献为主，尤其中雨滴贡献率稳定在70%以上。LSI处以层状云降水为主，雨强相对平缓，WSC处表现为积层混合云降水，雨强较大且波动剧烈。因强烈的对流上升运动导致WSC的雨滴数浓度、雨滴直径明显大于LSI。LSI处在台风登陆后雨势增强的最主要因素是雨滴直径增大，WSC处由台风眼墙转变为强对流螺旋雨带影响后其雨势增强则主要是由于雨滴数浓度增加。台风“韦帕”对流降水的质量加权平均直径均值为1.85 mm，对数标准化数浓度均值为3.95 mm−1 m−3；LSI处对流降水位于海洋性对流区域内，而WSC处则介于海洋性和大陆性对流之间。
利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据，结合观测站雨量数据及雷达观测资料，分析2019年8月2～3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧（LSI）、近海岸迎风侧（WSC）不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示，台风“韦帕”降雨以中、小雨滴贡献为主，尤其中雨滴贡献率稳定在70%以上。LSI处以层状云降水为主，雨强相对平缓，WSC处表现为积层混合云降水，雨强较大且波动剧烈。因强烈的对流上升运动导致WSC的雨滴数浓度、雨滴直径明显大于LSI。LSI处在台风登陆后雨势增强的最主要因素是雨滴直径增大，WSC处由台风眼墙转变为强对流螺旋雨带影响后其雨势增强则主要是由于雨滴数浓度增加。台风“韦帕”对流降水的质量加权平均直径均值为1.85 mm，对数标准化数浓度均值为3.95 mm−1 m−3；LSI处对流降水位于海洋性对流区域内，而WSC处则介于海洋性和大陆性对流之间。
2023, 47(3): 667-682.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2210.21148
摘要:
本研究利用Bigg型混合云室及静力真空水汽扩散云室FRIDGE，结合其他气象要素观测设备，对黄山及沈阳为地域代表的各自三层不同高度大气冰核数浓度进行梯度对比观测，得出黄山及沈阳为地域代表各自三层不同高度大气冰核数浓度随高度、时间、活化温度、活化湿度、粒径大小等的变化规律，并对不同时空条件、不同核化条件、不同粒子条件下大气冰核的凝结冻结核化和凝华核化机制进行对比分析。对黄山及沈阳大气冰核的浓度分别拟合参数化公式，对黄山及沈阳不同区域的人工增减雨作业提供研究基础。
本研究利用Bigg型混合云室及静力真空水汽扩散云室FRIDGE，结合其他气象要素观测设备，对黄山及沈阳为地域代表的各自三层不同高度大气冰核数浓度进行梯度对比观测，得出黄山及沈阳为地域代表各自三层不同高度大气冰核数浓度随高度、时间、活化温度、活化湿度、粒径大小等的变化规律，并对不同时空条件、不同核化条件、不同粒子条件下大气冰核的凝结冻结核化和凝华核化机制进行对比分析。对黄山及沈阳大气冰核的浓度分别拟合参数化公式，对黄山及沈阳不同区域的人工增减雨作业提供研究基础。
2023, 47(3): 683-697.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21117
摘要:
本文利用中国东部1078个测站1961～2003年逐日云量数据资料，揭示了中国东部冬季阴天频次主模态的时空分布特征，探讨了其形成的两条独立影响途径，并根据影响机理建立了季节预测模型。结果表明：（1）中国东部冬季阴天频次的经验正交函数分解第一模态独立且显著，解释了其59%的总方差。该模态基本呈现空间一致型的分布，表现出显著的年际变率特征。当该模态为正位相时，北太平洋对流层低层存在显著的大尺度反气旋环流异常，其西侧异常偏南风能够将热带海洋的水汽输送至中国东部地区，导致该地区阴天频次增多。（2）前期8月和9月北太平洋副热带持续性海温异常的纬向偶极型分布（NPD）和副热带北大西洋海平面气压9至11月的短期变化（LPA）是该模态的两个主要驱动因子。当NPD中的西极为冷异常时，在局地低层气旋性异常环流的作用下冷海温异常向南平流，发展至热带西太平洋。而当热带西太平洋冷海温异常形成后，皮耶克里斯反馈作用能够发展和维持太平洋“西冷东暖”海表温度异常分布。“西冷东暖”的海表温度异常导致的热带纬向偶极型对流异常能够进一步激发北太平洋“北正南负”的偶极型高度场异常。北部反气旋异常西侧的偏南风有利于水汽输送至中国东部，从而导致阴天频次增多；LPA主要反映的是中高纬准定常罗斯贝波列由秋季至冬季的迅速转变。当副热带北大西洋海表面气压在前秋由正转负时，罗斯贝波列在东北亚上空冬季形成准正压的异常反气旋，其西侧偏南风异常同样能够导致中国东部阴天频次增多。（3）依据以上热带和热带外的两条独立影响机理途径，我们建立了具有物理意义的季节预测模型，利用2004～2013年间数据进行独立预测获得良好预测效果，可供业务预测部门参考和借鉴。
本文利用中国东部1078个测站1961～2003年逐日云量数据资料，揭示了中国东部冬季阴天频次主模态的时空分布特征，探讨了其形成的两条独立影响途径，并根据影响机理建立了季节预测模型。结果表明：（1）中国东部冬季阴天频次的经验正交函数分解第一模态独立且显著，解释了其59%的总方差。该模态基本呈现空间一致型的分布，表现出显著的年际变率特征。当该模态为正位相时，北太平洋对流层低层存在显著的大尺度反气旋环流异常，其西侧异常偏南风能够将热带海洋的水汽输送至中国东部地区，导致该地区阴天频次增多。（2）前期8月和9月北太平洋副热带持续性海温异常的纬向偶极型分布（NPD）和副热带北大西洋海平面气压9至11月的短期变化（LPA）是该模态的两个主要驱动因子。当NPD中的西极为冷异常时，在局地低层气旋性异常环流的作用下冷海温异常向南平流，发展至热带西太平洋。而当热带西太平洋冷海温异常形成后，皮耶克里斯反馈作用能够发展和维持太平洋“西冷东暖”海表温度异常分布。“西冷东暖”的海表温度异常导致的热带纬向偶极型对流异常能够进一步激发北太平洋“北正南负”的偶极型高度场异常。北部反气旋异常西侧的偏南风有利于水汽输送至中国东部，从而导致阴天频次增多；LPA主要反映的是中高纬准定常罗斯贝波列由秋季至冬季的迅速转变。当副热带北大西洋海表面气压在前秋由正转负时，罗斯贝波列在东北亚上空冬季形成准正压的异常反气旋，其西侧偏南风异常同样能够导致中国东部阴天频次增多。（3）依据以上热带和热带外的两条独立影响机理途径，我们建立了具有物理意义的季节预测模型，利用2004～2013年间数据进行独立预测获得良好预测效果，可供业务预测部门参考和借鉴。
2023, 47(3): 698-712.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21127
摘要:
高原涡（TPV）是生成于青藏高原主体的一类浅薄中尺度涡旋系统，其发生频繁、影响范围广、造成灾害强，是我国最重要的致灾中尺度系统之一。全面揭示高原涡的统计特征是本领域研究的重要基础。其中，高原涡的精准识别是认识其统计特征的关键。随着高时空分辨率再分析资料的出现，高原涡的研究有了更好的数据基础，然而，无论是人工识别方法还是基于较粗分辨率的客观识别算法都难以高效地适用于当前的新再分析资料。因此，亟需发展一种高精度的、适用于高时空分辨率再分析资料的高原涡客观识别方法。本文提出了一种适用于高分辨率再分析资料、基于风场的限制涡度高原涡客观识别算法（Restricted-vorticity based Tibetan-Plateau-vortex Identifying Algorithm，简称RTIA）。该方法首先判断高原涡候选点，然后以候选点为中心，划分多个象限，通过象限平均风场限定条件和象限组逆时针旋转（北半球）条件确定高原涡中心，无需复杂计算及对各气压层分别设定阈值，即可快速实现高原涡的水平和垂直追踪。基于1979～2020年共42个暖季（5～9月）、15466个高原涡（共计99090时次）大样本的评估表明，RTIA方法识别高原涡的平均命中率超过95%，平均空报率低于9%，平均漏报率少于5%，可以十分准确地对高原涡进行识别。此外，评估还表明RTIA方法应用于不同空间分辨率的再分析资料（如0.5°或0.25°）时，仍能保持高原涡识别的高准确率，其识别结果主要受涡旋自身强度的影响，对弱涡旋的识别精度比强涡旋偏低。该方法对其他中尺度涡旋识别也具有一定的借鉴意义。
高原涡（TPV）是生成于青藏高原主体的一类浅薄中尺度涡旋系统，其发生频繁、影响范围广、造成灾害强，是我国最重要的致灾中尺度系统之一。全面揭示高原涡的统计特征是本领域研究的重要基础。其中，高原涡的精准识别是认识其统计特征的关键。随着高时空分辨率再分析资料的出现，高原涡的研究有了更好的数据基础，然而，无论是人工识别方法还是基于较粗分辨率的客观识别算法都难以高效地适用于当前的新再分析资料。因此，亟需发展一种高精度的、适用于高时空分辨率再分析资料的高原涡客观识别方法。本文提出了一种适用于高分辨率再分析资料、基于风场的限制涡度高原涡客观识别算法（Restricted-vorticity based Tibetan-Plateau-vortex Identifying Algorithm，简称RTIA）。该方法首先判断高原涡候选点，然后以候选点为中心，划分多个象限，通过象限平均风场限定条件和象限组逆时针旋转（北半球）条件确定高原涡中心，无需复杂计算及对各气压层分别设定阈值，即可快速实现高原涡的水平和垂直追踪。基于1979～2020年共42个暖季（5～9月）、15466个高原涡（共计99090时次）大样本的评估表明，RTIA方法识别高原涡的平均命中率超过95%，平均空报率低于9%，平均漏报率少于5%，可以十分准确地对高原涡进行识别。此外，评估还表明RTIA方法应用于不同空间分辨率的再分析资料（如0.5°或0.25°）时，仍能保持高原涡识别的高准确率，其识别结果主要受涡旋自身强度的影响，对弱涡旋的识别精度比强涡旋偏低。该方法对其他中尺度涡旋识别也具有一定的借鉴意义。
2023, 47(3): 713-724.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21218
摘要:
OH自由基是对流层中主要的氧化剂，是大气氧化性的重要表征。文章利用GEOS-Chem模式量化了2014～2017年“大气污染防治行动计划”执行以来，人为排放和气象因素变化对中国夏季大气OH浓度变化的贡献。模拟结果表明，2014～2017年间夏季整个中国OH浓度呈现上升趋势，最大上升出现在30°N附近的华南地区。在华北平原地区，OH浓度也呈明显的上升趋势（0.1×106 molecules cm−3 a−1），而OH浓度比较高的珠江三角洲地区的OH变化趋势较小。敏感性试验结果表明，气象和人为排放变化都对2014～2017年华北平原OH浓度上升有促进作用，但人为排放的贡献（OH增加10.0%）远大于气象的贡献（OH增加1.5%）；OH浓度变化最大的南方地区主要是气象条件控制。进一步对气象因素分析发现，影响全国OH 变化最重要的气象要素是太阳短波辐射，决定了2014～2017年中国OH浓度增长趋势最大的区域。但在华北地区，2014～2017年短波辐射略微减少的影响被边界层高度明显降低带来的OH增加所抵消。
OH自由基是对流层中主要的氧化剂，是大气氧化性的重要表征。文章利用GEOS-Chem模式量化了2014～2017年“大气污染防治行动计划”执行以来，人为排放和气象因素变化对中国夏季大气OH浓度变化的贡献。模拟结果表明，2014～2017年间夏季整个中国OH浓度呈现上升趋势，最大上升出现在30°N附近的华南地区。在华北平原地区，OH浓度也呈明显的上升趋势（0.1×106 molecules cm−3 a−1），而OH浓度比较高的珠江三角洲地区的OH变化趋势较小。敏感性试验结果表明，气象和人为排放变化都对2014～2017年华北平原OH浓度上升有促进作用，但人为排放的贡献（OH增加10.0%）远大于气象的贡献（OH增加1.5%）；OH浓度变化最大的南方地区主要是气象条件控制。进一步对气象因素分析发现，影响全国OH 变化最重要的气象要素是太阳短波辐射，决定了2014～2017年中国OH浓度增长趋势最大的区域。但在华北地区，2014～2017年短波辐射略微减少的影响被边界层高度明显降低带来的OH增加所抵消。
2023, 47(3): 725-738.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.21016
摘要:
利用气候模式CAS-ESM-C从1922年起84年的模拟资料，对1月份热带太平洋上层流场作复EOF分解及小波分析，并与实况以及理论解析解作对比讨论，以考察模式对赤道大洋上层流场的模拟能力，得到主要结论：（1）复EOF分解前3个模态的方差贡献为53.5%、12.9%、9.5%，累积方差贡献为75.9%，累积方差贡献比实况更高。（2）第一、二模态空间场与实况相比总体相像，流场都为赤道所俘获，在俘获区内的流场均以偏纬向流为主；差异在于模拟资料分析的赤道俘获区范围较实况要大，流场的经向流分量及越赤道流也较实况明显。（3）第一、二模态实时间系数序列无线性变化趋势，而实况则有。复EOF模态年际及年代际变化与实况相同或相近；第一、二模态中3～7年的年际变化是厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）的反映；第一模态22～23年的年代际变化受北太平洋主要气候模态北太平洋年代际振荡（PDO）对热带太平洋的影响，而第二模态13年的年代际变化是受北太平洋次要气候模态北太平洋环流振荡（NPGO）对热带太平洋的影响；第一、二模态还都有峰值16年的年代际变化，这可能与印尼穿越流有关。（4）模拟资料分析的结果具有理论解析解中流场为赤道所俘获及流场为纬向流的特点，只是解析解中因无风应力强迫，流场呈纯纬向流。（5）第一（二）模态在赤道太平洋东部（中部）有海温动力异常，并可称之为东（中）部型ENSO模态。气候模式CAS-ESM-C对热带太平洋上层流场的模拟表现较佳。
利用气候模式CAS-ESM-C从1922年起84年的模拟资料，对1月份热带太平洋上层流场作复EOF分解及小波分析，并与实况以及理论解析解作对比讨论，以考察模式对赤道大洋上层流场的模拟能力，得到主要结论：（1）复EOF分解前3个模态的方差贡献为53.5%、12.9%、9.5%，累积方差贡献为75.9%，累积方差贡献比实况更高。（2）第一、二模态空间场与实况相比总体相像，流场都为赤道所俘获，在俘获区内的流场均以偏纬向流为主；差异在于模拟资料分析的赤道俘获区范围较实况要大，流场的经向流分量及越赤道流也较实况明显。（3）第一、二模态实时间系数序列无线性变化趋势，而实况则有。复EOF模态年际及年代际变化与实况相同或相近；第一、二模态中3～7年的年际变化是厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）的反映；第一模态22～23年的年代际变化受北太平洋主要气候模态北太平洋年代际振荡（PDO）对热带太平洋的影响，而第二模态13年的年代际变化是受北太平洋次要气候模态北太平洋环流振荡（NPGO）对热带太平洋的影响；第一、二模态还都有峰值16年的年代际变化，这可能与印尼穿越流有关。（4）模拟资料分析的结果具有理论解析解中流场为赤道所俘获及流场为纬向流的特点，只是解析解中因无风应力强迫，流场呈纯纬向流。（5）第一（二）模态在赤道太平洋东部（中部）有海温动力异常，并可称之为东（中）部型ENSO模态。气候模式CAS-ESM-C对热带太平洋上层流场的模拟表现较佳。
2023, 47(3): 739-755.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21210
摘要:
本文基于微雨雷达原始的后向散射信号，采用一种新的功率谱处理算法（RaProM算法），在功率谱计算、噪声去除、退模糊等处理的基础上计算了雷达基本参量, 并反演了液态降水参数，例如雷达反射率因子、雨强等, 并对粒子相态进行识别。RaProM算法综合考虑粒子下落速度、等效雷达反射率因子、不同相态粒子的尺度特征以及是零度层亮带位置等信息，可识别的粒子相态包括雪、毛毛雨、雨、冰雹以及混合相态。选取了三个山东地区较为典型的个例对RaProM反演算法进行验证，即2021年7月2日典型层状云降水个例、2019年12月25日雨雪转换个例以及2018年3月4日零度层高度逐渐降低的降水个例。结果显示：粒子识别方法应用于典型层状云降水，垂直方向上不同相态粒子的分层较为明显，过冷层里的固态降水雪花、零度层附近冰水转换区的混合相态降水以及零度层以下的液态降水符合现有认识，验证了反演算法以及粒子识别算法的有效性。将结果进一步在雨雪转换降水相态识别中和零度层高度的检测，该反演算法均能得到较好应用，与同址同步观测的微波辐射计、云雷达、二维视频雨滴谱仪等观测结论一致。另外，与微雨雷达标准反演算法对比，RaProM算法的优势是没有粒子相态的原始假设，且考虑降水粒子向上的速度，反演结果与微波辐射计、云雷达在垂直结构上有较高的一致性。与地面激光雨滴谱仪观测数据对比显示,也有效提升了微雨雷达对雨滴谱和雨强的反演能力。
本文基于微雨雷达原始的后向散射信号，采用一种新的功率谱处理算法（RaProM算法），在功率谱计算、噪声去除、退模糊等处理的基础上计算了雷达基本参量, 并反演了液态降水参数，例如雷达反射率因子、雨强等, 并对粒子相态进行识别。RaProM算法综合考虑粒子下落速度、等效雷达反射率因子、不同相态粒子的尺度特征以及是零度层亮带位置等信息，可识别的粒子相态包括雪、毛毛雨、雨、冰雹以及混合相态。选取了三个山东地区较为典型的个例对RaProM反演算法进行验证，即2021年7月2日典型层状云降水个例、2019年12月25日雨雪转换个例以及2018年3月4日零度层高度逐渐降低的降水个例。结果显示：粒子识别方法应用于典型层状云降水，垂直方向上不同相态粒子的分层较为明显，过冷层里的固态降水雪花、零度层附近冰水转换区的混合相态降水以及零度层以下的液态降水符合现有认识，验证了反演算法以及粒子识别算法的有效性。将结果进一步在雨雪转换降水相态识别中和零度层高度的检测，该反演算法均能得到较好应用，与同址同步观测的微波辐射计、云雷达、二维视频雨滴谱仪等观测结论一致。另外，与微雨雷达标准反演算法对比，RaProM算法的优势是没有粒子相态的原始假设，且考虑降水粒子向上的速度，反演结果与微波辐射计、云雷达在垂直结构上有较高的一致性。与地面激光雨滴谱仪观测数据对比显示,也有效提升了微雨雷达对雨滴谱和雨强的反演能力。
2023, 47(3): 756-768.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21112
摘要:
利用Ka毫米波云雷达与自动气象站降雨资料，研究了西天山地区2019年和2020年5～8月的降雨云宏微观特性。结果表明：（1）降雨主要发生在夜间，累积降雨量集中在21:00（北京时间，下同）至次日07:00，降雨频次和累积降雨量相关系数为0.71。大雨强频次虽最少，但对总累积降雨量贡献较显著。（2）小雨强、中雨强、大雨强平均反射率因子最大值分别为30 dBZ、35.8 dBZ和39.5 dBZ，最大平均液态水含量分别为1.5 g m−3、4.2 g m−3和7.3 g m−3。（3）不同降雨强度对应的反射率因子都有两个集中区域，2.0～4.4 km反射率因子集中在15～26 dBZ，地面附近的小雨强、中雨强、大雨强对应的反射率因子分别集中在24～32 dBZ、29～38 dBZ和31～42 dBZ。1.75 km以下中雨强和大雨强液态含水量小于1 g m−3的频率明显少于小雨强，降雨强度的越大降雨粒子径向速度越集中。
利用Ka毫米波云雷达与自动气象站降雨资料，研究了西天山地区2019年和2020年5～8月的降雨云宏微观特性。结果表明：（1）降雨主要发生在夜间，累积降雨量集中在21:00（北京时间，下同）至次日07:00，降雨频次和累积降雨量相关系数为0.71。大雨强频次虽最少，但对总累积降雨量贡献较显著。（2）小雨强、中雨强、大雨强平均反射率因子最大值分别为30 dBZ、35.8 dBZ和39.5 dBZ，最大平均液态水含量分别为1.5 g m−3、4.2 g m−3和7.3 g m−3。（3）不同降雨强度对应的反射率因子都有两个集中区域，2.0～4.4 km反射率因子集中在15～26 dBZ，地面附近的小雨强、中雨强、大雨强对应的反射率因子分别集中在24～32 dBZ、29～38 dBZ和31～42 dBZ。1.75 km以下中雨强和大雨强液态含水量小于1 g m−3的频率明显少于小雨强，降雨强度的越大降雨粒子径向速度越集中。
2023, 47(3): 769-785.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21110
摘要:
FY-4A卫星闪电资料与地基ADTD（Advanced Direction and Time of arrival Detecting system）闪电资料对于研究暴雨等强对流天气具有一定的指示意义，通过对四川省冕宁暴雨个例的研究，对比分析了这两种闪电资料的差别，设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明：（1）两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果，ADTD闪电资料范围更广且分散，FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中；两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性；对于低频次的闪电来说，ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高。（2）引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果，其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。（3）两种闪电资料对于云微物理量的调整作用，在不同的区域有不同效果，说明这两种闪电资料的分布不完全一致，揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。
FY-4A卫星闪电资料与地基ADTD（Advanced Direction and Time of arrival Detecting system）闪电资料对于研究暴雨等强对流天气具有一定的指示意义，通过对四川省冕宁暴雨个例的研究，对比分析了这两种闪电资料的差别，设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明：（1）两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果，ADTD闪电资料范围更广且分散，FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中；两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性；对于低频次的闪电来说，ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高。（2）引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果，其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。（3）两种闪电资料对于云微物理量的调整作用，在不同的区域有不同效果，说明这两种闪电资料的分布不完全一致，揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。
2023, 47(3): 786-804.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.21261
摘要:
对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析，并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟，对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程，结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强，在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中，强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体；在弱高空辐散场下，从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子，其时空演变特征与中尺度云团变化一致，与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展，低涡南部有暖湿气流入流，北部有干冷气流流入，比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布，是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布；低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用，导致强垂直运动发展并维持，是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。
对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析，并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟，对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程，结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强，在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中，强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体；在弱高空辐散场下，从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子，其时空演变特征与中尺度云团变化一致，与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展，低涡南部有暖湿气流入流，北部有干冷气流流入，比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布，是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布；低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用，导致强垂直运动发展并维持，是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。
2023, 47(3): 805-824.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2209.22117
摘要:
本文以传统机器学习算法XGBoost和深度学习算法CU-Net为基础，针对北京快速更新无缝隙融合与集成预报系统（RISE系统）预报的北京冬奥会延庆及张家口赛区100米分辨率的冬季近地面10 m风速数据，进行每日逐小时起报的未来逐6小时间隔的冬奥高山站点及其周边地区风速预报偏差订正方法研究和对比分析。对于站点订正，首先将RISE系统预测的10 m风速插值到对应的自动气象站站点，然后根据风速等级表归类，针对每个分类单独构建XGBoost模型，每个区间模型合并后形成L-XGBoost，使用均方根误差和预报准确率作为评分标准，结果表明风速归类的L-XGBoost算法订正效果比不归类的原始XGBoost模型有一定提升，说明在传统机器学习中加入归类方法有助于改善复杂山地站点风速预报技巧。对于站点及其周边地区风速订正，本文在CU-Net模型基础上，通过引入不同深度的CU-Net子网络，构建了新的算法模型CU-Net++，并考虑了预报日变化误差和复杂地形对10 m风速的影响，以自动气象站为中心构建空间小区域样本数据，对RISE系统风速预报偏差进行订正。试验结果表明，CU-Net和CU-Net++均可以充分挖掘时间和空间维度的风场变化规律，且CU-Net++模型风速订正结果优于CU-Net模型，有效降低了RISE产品的格点风速预报误差，也发现预报误差和复杂地形的引入对10 m风速偏差订正起到重要的正向作用。
本文以传统机器学习算法XGBoost和深度学习算法CU-Net为基础，针对北京快速更新无缝隙融合与集成预报系统（RISE系统）预报的北京冬奥会延庆及张家口赛区100米分辨率的冬季近地面10 m风速数据，进行每日逐小时起报的未来逐6小时间隔的冬奥高山站点及其周边地区风速预报偏差订正方法研究和对比分析。对于站点订正，首先将RISE系统预测的10 m风速插值到对应的自动气象站站点，然后根据风速等级表归类，针对每个分类单独构建XGBoost模型，每个区间模型合并后形成L-XGBoost，使用均方根误差和预报准确率作为评分标准，结果表明风速归类的L-XGBoost算法订正效果比不归类的原始XGBoost模型有一定提升，说明在传统机器学习中加入归类方法有助于改善复杂山地站点风速预报技巧。对于站点及其周边地区风速订正，本文在CU-Net模型基础上，通过引入不同深度的CU-Net子网络，构建了新的算法模型CU-Net++，并考虑了预报日变化误差和复杂地形对10 m风速的影响，以自动气象站为中心构建空间小区域样本数据，对RISE系统风速预报偏差进行订正。试验结果表明，CU-Net和CU-Net++均可以充分挖掘时间和空间维度的风场变化规律，且CU-Net++模型风速订正结果优于CU-Net模型，有效降低了RISE产品的格点风速预报误差，也发现预报误差和复杂地形的引入对10 m风速偏差订正起到重要的正向作用。
2023, 47(3): 825-836.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.22054
摘要:
本文利用1980～2019年NCEP/NCAR全球再分析资料、CRU地表气温资料、积雪覆盖率资料和全球海温资料，分析了中亚夏季地表气温的气候突变及其和北大西洋海温、青藏高原积雪之间的关系。结果表明：中亚夏季地表气温在2005年发生明显的气候突变。标准化的中亚区域平均的气温指数从之前的负位相为主变为之后的正位相为主，表示中亚地区夏季地表气温显著增温。和中亚夏季地表气温异常增温相联系的大气环流场的分析表明，2005年之后，中亚地区西侧的反气旋性环流系统异常增强，该反气旋异常对应的大气下沉增暖以及反气旋异常增强引起的云量减少进而导致向下的短波辐射增加均有利于中亚夏季气温异常升高。进一步的合成分析表明，中亚夏季地表气温在2005年的气候突变和北大西洋中高纬度地区的海表温度的增暖和青藏高原西部积雪的减少有着密切关系。北大西洋中高纬度海表温度增温能激发一个向下游传播的罗斯贝波，青藏高原西部积雪减少能够通过积雪的反照率效应对上空的大气有增温作用，两者均能增强中亚地区上空的反气旋系统，从而有利于中亚夏季地表气温异常偏高。
本文利用1980～2019年NCEP/NCAR全球再分析资料、CRU地表气温资料、积雪覆盖率资料和全球海温资料，分析了中亚夏季地表气温的气候突变及其和北大西洋海温、青藏高原积雪之间的关系。结果表明：中亚夏季地表气温在2005年发生明显的气候突变。标准化的中亚区域平均的气温指数从之前的负位相为主变为之后的正位相为主，表示中亚地区夏季地表气温显著增温。和中亚夏季地表气温异常增温相联系的大气环流场的分析表明，2005年之后，中亚地区西侧的反气旋性环流系统异常增强，该反气旋异常对应的大气下沉增暖以及反气旋异常增强引起的云量减少进而导致向下的短波辐射增加均有利于中亚夏季气温异常升高。进一步的合成分析表明，中亚夏季地表气温在2005年的气候突变和北大西洋中高纬度地区的海表温度的增暖和青藏高原西部积雪的减少有着密切关系。北大西洋中高纬度海表温度增温能激发一个向下游传播的罗斯贝波，青藏高原西部积雪减少能够通过积雪的反照率效应对上空的大气有增温作用，两者均能增强中亚地区上空的反气旋系统，从而有利于中亚夏季地表气温异常偏高。
2023, 47(3): 837-852.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.21262
摘要:
高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统，是高原最重要的降水天气系统，少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”（简称年鉴）是高原低涡研究的主要参考资料之一，但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响，年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识，本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异，结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005～2019年暖季（5～9月）风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析，表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站（狮泉河、改则和申扎）建立前后年鉴中高原低涡源地的差异，发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果，我们认为大多数高原低涡起源于高原西部，年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性，强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。
高原低涡是活跃于青藏高原近地面层的中尺度天气系统，是高原最重要的降水天气系统，少部分的低涡移出高原后在下游地区常带来灾害性的强降水天气。“青藏高原低涡切变线年鉴”（简称年鉴）是高原低涡研究的主要参考资料之一，但受到高原西部地区探空观测站点分布不足的影响，年鉴难以监测发源于高原西部的低涡。为了进一步提高对高原低涡源地的科学认识，本研究首先分析了影响高原低涡发生发展的环流在高原东西部地区的差异，结果表明高原西部地区的环流背景更有利于高原低涡形成。再利用2005～2019年暖季（5～9月）风云-2地球静止卫星观测的云迹风和黑体亮温资料对年鉴低涡进行重分析，表明年鉴中大部分的高原低涡可以溯源至高原西部地区。最后分析了在高原西部的3个新探空站（狮泉河、改则和申扎）建立前后年鉴中高原低涡源地的差异，发现增加的探空资料使位于高原西部的低涡源地大幅度增加。综合多源资料的结果，我们认为大多数高原低涡起源于高原西部，年鉴的结论可能源于高原西部的探空站不足的影响。本研究确认了再分析资料在高原低涡研究中的可用性和有效性，强调了卫星观测资料在高原天气系统研究中的重要性和进一步增强高原地区气象观测的迫切性。
2023, 47(3): 853-865.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2212.22165
摘要:
为探究青藏高原东南部大气中多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，简称PAHs）的污染、源及输送特征，利用鲁朗地区（29.77°N，94.73°E）总悬浮颗粒物（Total Suspended Particles，简称TSP）和大气中的14种PAHs含量，结合同期气象环境数据进行了综合分析。结果表明，该地区TSP中PAHs和气相的PAHs质量浓度变化范围分别为0.22～5.05 ng m−3和0.83～63.75 ng m−3，平均值分别为2.13 ng m−3和11.33 ng m−3。薪柴和柴油的燃烧是污染的主要方式，汽油燃烧等其他排放为次要方式。PAHs来自本地污染和远距离传输（Long Range Transmission，简称LRT）共同的影响。本地污染在四季各个源地均不相同。冬春季本地污染大，源在东南及正南方，夏秋季受本地和外来输送共同作用，本地源在东南方且占比小，LRT占比大。LRT受西北气流、西风气流和西南气流三支气流影响，污染严重时西南气流占主导，西风气流次之，污染较轻时西风气流或西北气流占主导，西北气流所传输的污染最少。该研究结果加深了对藏东南区域PAHs变化、输送特征的认识，为该区域大气污染治理提供了理论依据。
为探究青藏高原东南部大气中多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，简称PAHs）的污染、源及输送特征，利用鲁朗地区（29.77°N，94.73°E）总悬浮颗粒物（Total Suspended Particles，简称TSP）和大气中的14种PAHs含量，结合同期气象环境数据进行了综合分析。结果表明，该地区TSP中PAHs和气相的PAHs质量浓度变化范围分别为0.22～5.05 ng m−3和0.83～63.75 ng m−3，平均值分别为2.13 ng m−3和11.33 ng m−3。薪柴和柴油的燃烧是污染的主要方式，汽油燃烧等其他排放为次要方式。PAHs来自本地污染和远距离传输（Long Range Transmission，简称LRT）共同的影响。本地污染在四季各个源地均不相同。冬春季本地污染大，源在东南及正南方，夏秋季受本地和外来输送共同作用，本地源在东南方且占比小，LRT占比大。LRT受西北气流、西风气流和西南气流三支气流影响，污染严重时西南气流占主导，西风气流次之，污染较轻时西风气流或西北气流占主导，西北气流所传输的污染最少。该研究结果加深了对藏东南区域PAHs变化、输送特征的认识，为该区域大气污染治理提供了理论依据。
2023, 47(3): 866-880.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21156
摘要:
基于ERA5月平均再分析资料，利用Lorenz环流分解方法从定常和瞬变以及基流和涡旋的角度对比了北极与青藏高原臭氧低值区的动力输送特征。结果表明：动力总输送在两地上平流层作用最强，均使其臭氧浓度降低，且定常输送均强于瞬变输送，纬向与经向输送的作用均大致相反。然而，动力输送在北极地区的作用强度远大于青藏高原地区。北极地区纬向输送使得平流层中上层臭氧浓度降低，平流层下层臭氧浓度升高，经向输送的作用与之相反且强度明显偏弱，二者均主要作用于上平流层。青藏高原地区纬向和经向输送除在上平流层均使得臭氧浓度降低外，二者作用大致相反且强度相当，输送大值区在垂直方向上存在双中心结构，分别位于上平流层与上对流层—下平流层（Upper Troposphere–Lower Stratosphere，简称UTLS）区。两地区纬向和经向输送的差异均主要由定常涡旋输送所造成。青藏高原地区定常与瞬变输送的强度差异没有北极地区大。此外，两地定常和瞬变输送中涡旋对臭氧纬向平均的输送均起到主要作用，体现出涡旋输送在两地臭氧浓度变化的动力输送过程中发挥着至关重要的作用。
基于ERA5月平均再分析资料，利用Lorenz环流分解方法从定常和瞬变以及基流和涡旋的角度对比了北极与青藏高原臭氧低值区的动力输送特征。结果表明：动力总输送在两地上平流层作用最强，均使其臭氧浓度降低，且定常输送均强于瞬变输送，纬向与经向输送的作用均大致相反。然而，动力输送在北极地区的作用强度远大于青藏高原地区。北极地区纬向输送使得平流层中上层臭氧浓度降低，平流层下层臭氧浓度升高，经向输送的作用与之相反且强度明显偏弱，二者均主要作用于上平流层。青藏高原地区纬向和经向输送除在上平流层均使得臭氧浓度降低外，二者作用大致相反且强度相当，输送大值区在垂直方向上存在双中心结构，分别位于上平流层与上对流层—下平流层（Upper Troposphere–Lower Stratosphere，简称UTLS）区。两地区纬向和经向输送的差异均主要由定常涡旋输送所造成。青藏高原地区定常与瞬变输送的强度差异没有北极地区大。此外，两地定常和瞬变输送中涡旋对臭氧纬向平均的输送均起到主要作用，体现出涡旋输送在两地臭氧浓度变化的动力输送过程中发挥着至关重要的作用。
2023, 47(3): 881-892.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2207.22089
摘要:
本文利用1981～2020年观测数据和ERA5再分析资料，将青藏高原腹地三江源和东南重要水汽通道河湾区作为典型研究区域，分析了降水不同时间尺度变化特征及其典型强弱年对高原季风环流系统的响应，结果表明：（1）三江源和河湾区降水的季节变化均呈双峰型分布，峰值出现在7月初和8月下旬。夏季降水在21世纪初发生年代际转折，尤其是三江源降水量在近20年增加明显。两个高原季风指数DPMI（Dynamic Plateau Monsoon Index）和ZPMI（Zhou Plateau Monsoon Index）的夏季风爆发时间均超前于河湾区和三江源降水的明显增加期。三江源夏季降水年际变化与两个高原夏季风指数有较好的相关性。三江源与河湾区虽然相邻很近，但三江源夏季降水受高原季风影响程度远大于河湾区。当高原夏季风增强（减弱）时，三江源降水量偏多（少）。（2）三江源降水偏多年，南亚高压偏东偏强，低层高原主体低压异常，有利于西南风和东南风在三江源区域交汇，南方暖湿空气能够深入高原腹地导致水汽辐合偏强。河湾区降水偏多年，河湾区及整个高原主体附近高度场并没有明显异常，河湾区的水汽输送主要有两条路径，一条来自孟加拉湾沿高原南坡的西南路径，另一条来自中亚地区穿过高原上空的西北路径，两条路径在高原东侧汇合继续向东输送。
本文利用1981～2020年观测数据和ERA5再分析资料，将青藏高原腹地三江源和东南重要水汽通道河湾区作为典型研究区域，分析了降水不同时间尺度变化特征及其典型强弱年对高原季风环流系统的响应，结果表明：（1）三江源和河湾区降水的季节变化均呈双峰型分布，峰值出现在7月初和8月下旬。夏季降水在21世纪初发生年代际转折，尤其是三江源降水量在近20年增加明显。两个高原季风指数DPMI（Dynamic Plateau Monsoon Index）和ZPMI（Zhou Plateau Monsoon Index）的夏季风爆发时间均超前于河湾区和三江源降水的明显增加期。三江源夏季降水年际变化与两个高原夏季风指数有较好的相关性。三江源与河湾区虽然相邻很近，但三江源夏季降水受高原季风影响程度远大于河湾区。当高原夏季风增强（减弱）时，三江源降水量偏多（少）。（2）三江源降水偏多年，南亚高压偏东偏强，低层高原主体低压异常，有利于西南风和东南风在三江源区域交汇，南方暖湿空气能够深入高原腹地导致水汽辐合偏强。河湾区降水偏多年，河湾区及整个高原主体附近高度场并没有明显异常，河湾区的水汽输送主要有两条路径，一条来自孟加拉湾沿高原南坡的西南路径，另一条来自中亚地区穿过高原上空的西北路径，两条路径在高原东侧汇合继续向东输送。
2023, 47(3): 893-906.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21208
摘要:
鉴于基于卫星遥感和地面观测开发出的不同时空分辨率蒸散发（ET）产品在青藏高原（TP）仍存在不确定性，从而限制了这些产品在水文气象和气候评估方面的应用。本文基于涡动观测的ET对六种ET产品（PML、EB-ET_V2、GLEAM、GLDAS、ERA5_Land和MOD16）进行评估并比较各产品之间的差异，对TP区域ET产品不确定性做了分析。结果表明：（1）观测值与对应像元ET值之间的年平均态和季节循环存在较好的相关性、一致性。GLEAM产品与观测值吻合度较高并拥有适用性；MOD16产品在大部分站点性能较差。（2）在季节性变化方面，春季ERA5_Land产品与观测的变化较为一致；夏季和冬季GLEAM产品与观测的变化更为接近，而EB-ET_V2产品在秋季表现更有优势。（3）在空间上，GLEAM、EB-ET_V2产品和GLDAS产品存在更高的相关性（相关系数R＞0.88）和一致性（一致性指数IOA＞0.89）；各产品季节时空分布有较大的差异，尤其是春季；相对其他产品，MOD16产品在大部分区域夏季低估且冬季高估。（4）除MOD16外的各产品年平均ET大小相差较大，多年平均的高原ET大小排序为ERA5_Land（401.46 mm a−1）＞PML（334.37 mm a−1）＞GLEAM（298.46 mm a−1）＞EB-ET_V2（271.39 mm a−1）＞GLDAS（249.67 mm a−1），六套产品估算的青藏高原的总体年蒸发量为330.59 mm a−1。青藏高原不同蒸发产品的比较有助于对高原蒸发的动态变化有更深入的了解，可以为青藏高原水资源评估和区域水管理提供参考。
鉴于基于卫星遥感和地面观测开发出的不同时空分辨率蒸散发（ET）产品在青藏高原（TP）仍存在不确定性，从而限制了这些产品在水文气象和气候评估方面的应用。本文基于涡动观测的ET对六种ET产品（PML、EB-ET_V2、GLEAM、GLDAS、ERA5_Land和MOD16）进行评估并比较各产品之间的差异，对TP区域ET产品不确定性做了分析。结果表明：（1）观测值与对应像元ET值之间的年平均态和季节循环存在较好的相关性、一致性。GLEAM产品与观测值吻合度较高并拥有适用性；MOD16产品在大部分站点性能较差。（2）在季节性变化方面，春季ERA5_Land产品与观测的变化较为一致；夏季和冬季GLEAM产品与观测的变化更为接近，而EB-ET_V2产品在秋季表现更有优势。（3）在空间上，GLEAM、EB-ET_V2产品和GLDAS产品存在更高的相关性（相关系数R＞0.88）和一致性（一致性指数IOA＞0.89）；各产品季节时空分布有较大的差异，尤其是春季；相对其他产品，MOD16产品在大部分区域夏季低估且冬季高估。（4）除MOD16外的各产品年平均ET大小相差较大，多年平均的高原ET大小排序为ERA5_Land（401.46 mm a−1）＞PML（334.37 mm a−1）＞GLEAM（298.46 mm a−1）＞EB-ET_V2（271.39 mm a−1）＞GLDAS（249.67 mm a−1），六套产品估算的青藏高原的总体年蒸发量为330.59 mm a−1。青藏高原不同蒸发产品的比较有助于对高原蒸发的动态变化有更深入的了解，可以为青藏高原水资源评估和区域水管理提供参考。
2023, 47(3): 907-919.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.21267
摘要:
高原低涡是夏季青藏高原（简称高原）及其下游地区的主要降水系统。本文利用ERA5逐小时再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温逐小时数据和TRMM 3 h降水资料，对2013年7月19 ～ 21日活动于高原的一次低涡过程进行了诊断分析。此低涡在高原期间的活动时间长达56 h，将其分为初生、发展及移出高原前三个阶段，着重分析了高原大气热源在低涡不同阶段的关键作用和机理。结果表明：此低涡在发展过程中表现为阶段性增强的特征，位势涡度倾向方程诊断发现非绝热加热的垂直梯度是造成低涡发展增强的主要因素，即非绝热加热极值所在高度的下方和上方分别有正的和负的位涡制造，从而加强了低层的气旋和高层的反气旋。进一步分析可知大气热源在低涡发展过程中也表现出阶段性增强的特征，最大值出现在正午时段，且在低涡移出高原前阶段最强。低涡的生成与地面暖中心有关，这归因于地表感热加热的作用；而低涡的后续发展则主要依赖于凝结潜热加热，加热高度位于对流层中层，这主要是由垂直运动将低层的水汽集中到中层，产生水汽凝结所致。
高原低涡是夏季青藏高原（简称高原）及其下游地区的主要降水系统。本文利用ERA5逐小时再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温逐小时数据和TRMM 3 h降水资料，对2013年7月19 ～ 21日活动于高原的一次低涡过程进行了诊断分析。此低涡在高原期间的活动时间长达56 h，将其分为初生、发展及移出高原前三个阶段，着重分析了高原大气热源在低涡不同阶段的关键作用和机理。结果表明：此低涡在发展过程中表现为阶段性增强的特征，位势涡度倾向方程诊断发现非绝热加热的垂直梯度是造成低涡发展增强的主要因素，即非绝热加热极值所在高度的下方和上方分别有正的和负的位涡制造，从而加强了低层的气旋和高层的反气旋。进一步分析可知大气热源在低涡发展过程中也表现出阶段性增强的特征，最大值出现在正午时段，且在低涡移出高原前阶段最强。低涡的生成与地面暖中心有关，这归因于地表感热加热的作用；而低涡的后续发展则主要依赖于凝结潜热加热，加热高度位于对流层中层，这主要是由垂直运动将低层的水汽集中到中层，产生水汽凝结所致。
2023, 47(3): 920-924.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.23014
摘要:
2022年气象联合基金资助数值预报模式关键技术、灾害天气监测预报理论与方法和人工智能气象应用技术三个核心领域，共接收申请64项，其中不同单位属性的合作申请占87.5%。申请书关键词分析发现，气象联合基金与地球科学部“天气及气候系统与可持续发展”领域重点项目既有较强的联系，又有明显的区别。气象联合基金评审过程与地球科学部常规重点基金评审过程相似。经过通讯评审和会评，共资助14项重点支持项目，资助率21.9%，平均资助强度264.6万元/项，年均资助强度超过了地球科学部常规重点项目的资助强度。
2022年气象联合基金资助数值预报模式关键技术、灾害天气监测预报理论与方法和人工智能气象应用技术三个核心领域，共接收申请64项，其中不同单位属性的合作申请占87.5%。申请书关键词分析发现，气象联合基金与地球科学部“天气及气候系统与可持续发展”领域重点项目既有较强的联系，又有明显的区别。气象联合基金评审过程与地球科学部常规重点基金评审过程相似。经过通讯评审和会评，共资助14项重点支持项目，资助率21.9%，平均资助强度264.6万元/项，年均资助强度超过了地球科学部常规重点项目的资助强度。
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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.1006-9895.2304.22068
摘要:
2020年11月17-20日和2021年11月7-11日在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，“过程1”主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850hPa暖锋维持；“过程2”则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷-暖-冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。“过程1”逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于“过程2”，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模型。
2020年11月17-20日和2021年11月7-11日在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，“过程1”主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850hPa暖锋维持；“过程2”则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷-暖-冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。“过程1”逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于“过程2”，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模型。
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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.1006-9895.2304.22110
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至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至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。
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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
摘要:
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
摘要:
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.1006-9895.2211.22116
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、异常下沉运动以及偏弱的东亚冬季风,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,冬季东北大西洋至西北太平洋上空存在一个“正、负、正、负、正”的异常遥相关波列,四川盆地为显著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,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,反之,情况则相反。
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、异常下沉运动以及偏弱的东亚冬季风,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,冬季东北大西洋至西北太平洋上空存在一个“正、负、正、负、正”的异常遥相关波列,四川盆地为显著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,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,反之,情况则相反。
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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
摘要:
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
摘要:
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.1006-9895.2302.22135
摘要:
2021年7月17~22日,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,发生严重洪涝灾害,特别是7月20日郑州市遭受重大人员伤亡和财产损失。本文首先分析了有利的大尺度环流背景,然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段,其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋,中尺度对流系统(MCS),以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋(MCV)。第一阶段(7月17~18日)主要为分散性降雨,水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋,其于7月15日11 UTC生成河南的东北部,18日23 UTC在河南西南部消亡,垂直伸展最大高度为1000 ~350 hPa,维持时间约为89 h。第二阶段(7月19 ~20日),随着西太副高的北抬和台风“烟花”的西进北移发展,西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部,其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形(伏牛山)东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用,对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变的增强,从而诱发了对流层中低层(750 ~ 600 hPa)MCV的生成。MCV的增强发展又进一步促进了MCS的维持以及偏南气流的增强。偏南气流输送大量水汽有利于午后分散性强对流单体的生成,分散对流单体与原有河南中北部MCS的合并后增强发展,从而造成了郑州极端小时降雨的出现。第三阶段(7月21~22日),暴雨过程的水汽主要来自于西北太平洋地区,其主要影响系统是MCS。低层气流受到二级地形(太行山)的阻挡,地形东部边界强的水汽通量辐合有利于MCS不断与新生对流单体合并发展,从而在河南河北交界区域产生较强的降雨中心。
2021年7月17~22日,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,发生严重洪涝灾害,特别是7月20日郑州市遭受重大人员伤亡和财产损失。本文首先分析了有利的大尺度环流背景,然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段,其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋,中尺度对流系统(MCS),以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋(MCV)。第一阶段(7月17~18日)主要为分散性降雨,水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋,其于7月15日11 UTC生成河南的东北部,18日23 UTC在河南西南部消亡,垂直伸展最大高度为1000 ~350 hPa,维持时间约为89 h。第二阶段(7月19 ~20日),随着西太副高的北抬和台风“烟花”的西进北移发展,西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部,其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形(伏牛山)东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用,对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变的增强,从而诱发了对流层中低层(750 ~ 600 hPa)MCV的生成。MCV的增强发展又进一步促进了MCS的维持以及偏南气流的增强。偏南气流输送大量水汽有利于午后分散性强对流单体的生成,分散对流单体与原有河南中北部MCS的合并后增强发展,从而造成了郑州极端小时降雨的出现。第三阶段(7月21~22日),暴雨过程的水汽主要来自于西北太平洋地区,其主要影响系统是MCS。低层气流受到二级地形(太行山)的阻挡,地形东部边界强的水汽通量辐合有利于MCS不断与新生对流单体合并发展,从而在河南河北交界区域产生较强的降雨中心。
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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.1006-9895.2212.22060B
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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2211.22133
摘要:
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.1006-9895.2208.22045
摘要:
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）V4.0模式对2016年8月17-18日发生在青藏高原东北部青海省的一次强对流过程开展了3km高分辨率数值模拟，基于观测小时降水数据、FY-2E卫星、探空和再分析资料等，通过四组敏感性试验对比分析了在模式对流灰色尺度中使用完全显式方案（EXP试验）、传统参数化方案（KF试验）以及尺度感知参数化方案（Multi-Scale KF；MSKF试验）对对流降水模拟的差异及其影响机制。结果表明：不同的湿物理过程处理对青藏高原地区灰色尺度内对流降水强度和落区的模拟存在较大差异。KF试验模拟的18小时累积降水在降水落区和强度上较EXP和MSKF试验与实况最为接近，这与Kain-Fritsch eta（KFeta）参数化方案在降水中心区域产生的对流性降水对总降水的相对贡献较大有关。而EXP和MSKF试验模拟的降水潜热释放产生的300-400hPa正位涡（Potential Vorticity；PV）异常，受较强的垂直风切变影响随高度向下游倾斜明显，使得其低层500hPa正PV异常大值区较KF试验呈现出超前特征，进而导致了下游地区低层的局地风场特征、水汽通量输送及大气稳定度的改变，最终导致强降水落区较KF试验和实况向东北方向（下游）偏移。以上分析表明，在青藏高原灰色尺度内，仍然需要依赖对流参数化方案隐式地描述次网格对流过程来弥补显式方案的模拟偏差；而MSKF方案似乎对该地区的对流描述还存在一些不确定性。
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）V4.0模式对2016年8月17-18日发生在青藏高原东北部青海省的一次强对流过程开展了3km高分辨率数值模拟，基于观测小时降水数据、FY-2E卫星、探空和再分析资料等，通过四组敏感性试验对比分析了在模式对流灰色尺度中使用完全显式方案（EXP试验）、传统参数化方案（KF试验）以及尺度感知参数化方案（Multi-Scale KF；MSKF试验）对对流降水模拟的差异及其影响机制。结果表明：不同的湿物理过程处理对青藏高原地区灰色尺度内对流降水强度和落区的模拟存在较大差异。KF试验模拟的18小时累积降水在降水落区和强度上较EXP和MSKF试验与实况最为接近，这与Kain-Fritsch eta（KFeta）参数化方案在降水中心区域产生的对流性降水对总降水的相对贡献较大有关。而EXP和MSKF试验模拟的降水潜热释放产生的300-400hPa正位涡（Potential Vorticity；PV）异常，受较强的垂直风切变影响随高度向下游倾斜明显，使得其低层500hPa正PV异常大值区较KF试验呈现出超前特征，进而导致了下游地区低层的局地风场特征、水汽通量输送及大气稳定度的改变，最终导致强降水落区较KF试验和实况向东北方向（下游）偏移。以上分析表明，在青藏高原灰色尺度内，仍然需要依赖对流参数化方案隐式地描述次网格对流过程来弥补显式方案的模拟偏差；而MSKF方案似乎对该地区的对流描述还存在一些不确定性。
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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.1006-9895.2208.21202
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。
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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.1006-9895.2204.21256
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.1006-9895.2210.22048
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.1006-9895.2204.21130
摘要:
IPCC指出增温应包涵三方面，即均值偏移、变率增大、对称性改变。然而，目前对于地表增温主要关注的仍是均值的变化，这会影响对于地表增温的全面认识。本研究基于1961—2018年590个气象站点的逐日温度数据，利用平均温度，温度方差和高温时间分别量化了均值偏移、变率增大、对称性改变3个指标，进而分析了中国地表温度变化趋势的空间格局。结果发现，在研究时段内平均温度呈现明显的增加趋势，但在1986年前后存在两个相反的变化趋势：1986年前，平均温度为减小趋势，而1986年后为显著增温趋势。在1961—2018年，高温时间出现提前的站点数（63.6%）多于出现滞后的站点数（36.4%）。温度方差在1961—1986年为明显的减小趋势，但在1986—2018年为明显的增大趋势。此外，平均温度，温度方差和高温时间的变化具有明显的空间异质性。具体而言：1961—1986年，高温时间推迟，平均温度下降，温度方差下降的站点数最多，占总站点数的23.9%，主要分布在亚热带地区；而1986—2018年，高温时间推迟，平均温度上升，温度方差增大的站点数量最多，占到总站点数的41.5%，空间分布不均。各温度指标年际变异的空间格局，体现了中国不同地区对地表增温的敏感性差异。同时关注平均温度、温度方差和高温时间变化能较全面反映气候系统变化的特点，有助于预估未来气候变化风险，对于国家制定气候变化减缓和适应战略具有重要意义。
IPCC指出增温应包涵三方面，即均值偏移、变率增大、对称性改变。然而，目前对于地表增温主要关注的仍是均值的变化，这会影响对于地表增温的全面认识。本研究基于1961—2018年590个气象站点的逐日温度数据，利用平均温度，温度方差和高温时间分别量化了均值偏移、变率增大、对称性改变3个指标，进而分析了中国地表温度变化趋势的空间格局。结果发现，在研究时段内平均温度呈现明显的增加趋势，但在1986年前后存在两个相反的变化趋势：1986年前，平均温度为减小趋势，而1986年后为显著增温趋势。在1961—2018年，高温时间出现提前的站点数（63.6%）多于出现滞后的站点数（36.4%）。温度方差在1961—1986年为明显的减小趋势，但在1986—2018年为明显的增大趋势。此外，平均温度，温度方差和高温时间的变化具有明显的空间异质性。具体而言：1961—1986年，高温时间推迟，平均温度下降，温度方差下降的站点数最多，占总站点数的23.9%，主要分布在亚热带地区；而1986—2018年，高温时间推迟，平均温度上升，温度方差增大的站点数量最多，占到总站点数的41.5%，空间分布不均。各温度指标年际变异的空间格局，体现了中国不同地区对地表增温的敏感性差异。同时关注平均温度、温度方差和高温时间变化能较全面反映气候系统变化的特点，有助于预估未来气候变化风险，对于国家制定气候变化减缓和适应战略具有重要意义。
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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.1006-9895.2207.21235
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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22102
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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.1006-9895.2204.21196
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日中天山地区一次地形云降水过程的精细结构及演变过程进行了分析,并结合WRF高分辨率数值模式模拟结果研究了此次过程的热力不稳定结构及风的垂直切变对云发展的影响。结果表明：此次降水过程中天山北坡区域受到地形热力作用,形成偏北方向的爬坡气流,并与翻越天山山脉的偏南气流辐合,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。通过分析模式模拟结果,此次降水过程中风切变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日中天山地区一次地形云降水过程的精细结构及演变过程进行了分析,并结合WRF高分辨率数值模式模拟结果研究了此次过程的热力不稳定结构及风的垂直切变对云发展的影响。结果表明：此次降水过程中天山北坡区域受到地形热力作用,形成偏北方向的爬坡气流,并与翻越天山山脉的偏南气流辐合,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。通过分析模式模拟结果,此次降水过程中风切变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.1006-9895.2205.22057
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.1006-9895.2202.21242
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3km水平分辨率的GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System，GRAPES）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 3km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，且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：在积分前3h主要为扰动总能量的大尺度分量向小尺度分量的降尺度串级，积分6h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3km水平分辨率的GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System，GRAPES）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 3km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，且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：在积分前3h主要为扰动总能量的大尺度分量向小尺度分量的降尺度串级，积分6h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。
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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.1006-9895.2203.21199
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日华南二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35dBZ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日华南二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35dBZ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.1006-9895.2205.22005
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.1006-9895.2203.21125
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80.65μg/m3、118.62μg/m3，超标天数分别共计459、489天。这段期间内颗粒物浓度均呈逐年缓慢下降趋势，PM2.5/PM10平均约为0.65，该比值保持多年稳定。其中该地区的空气污染物浓度与东亚高空温带急流的强度关系显著，两者可能通过地面温度以及经向风进而产生联系。当东亚温带急流强度减弱时，华北平原内地面温度降低、地面经向风减弱进而使得华北平原内中部的PM10、北部的PM2.5浓度均较低；当东亚温带急流强度增强时，华北平原内地面温度升高、地面经向风增强进而使得华北平原内中部的PM10、北部的PM2.5浓度均较高。
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80.65μg/m3、118.62μg/m3，超标天数分别共计459、489天。这段期间内颗粒物浓度均呈逐年缓慢下降趋势，PM2.5/PM10平均约为0.65，该比值保持多年稳定。其中该地区的空气污染物浓度与东亚高空温带急流的强度关系显著，两者可能通过地面温度以及经向风进而产生联系。当东亚温带急流强度减弱时，华北平原内地面温度降低、地面经向风减弱进而使得华北平原内中部的PM10、北部的PM2.5浓度均较低；当东亚温带急流强度增强时，华北平原内地面温度升高、地面经向风增强进而使得华北平原内中部的PM10、北部的PM2.5浓度均较高。
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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.1006-9895.2201.21166
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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.22017
摘要:
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.1006-9895.2203.22004
摘要:
文章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，Rayleigh—Kuo定理修正为：若地转流动可能出现不稳定，基本流的位涡梯度需在某个纬度取极值。Fjortoft定理相应地成为：若地转可能出现不稳定，需满足Qy与U-Us同号。即由原结论中的绝对涡度修正为位涡。这是地转约束也是位涡约束的结果。指出满足能量关系是正压不稳定可能出现的能量学要求，Rayleigh—Kuo定理是正压不稳定可能出现的位涡动力学条件，而Fjortoft定理则是能量学与位涡动力学两种要求的协调，三者均须满足，正压不稳定才有可能发生。
文章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，Rayleigh—Kuo定理修正为：若地转流动可能出现不稳定，基本流的位涡梯度需在某个纬度取极值。Fjortoft定理相应地成为：若地转可能出现不稳定，需满足Qy与U-Us同号。即由原结论中的绝对涡度修正为位涡。这是地转约束也是位涡约束的结果。指出满足能量关系是正压不稳定可能出现的能量学要求，Rayleigh—Kuo定理是正压不稳定可能出现的位涡动力学条件，而Fjortoft定理则是能量学与位涡动力学两种要求的协调，三者均须满足，正压不稳定才有可能发生。
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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.1006-9895.2203.21259
摘要:
本文利用中尺度模式WRF V4.0.2（Weather Research and Forecasting Model）对浙江省两次梅雨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对比分析，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，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FSS检验法能更加客观地评估模式对小范围的强降水预报水平。（2）三类积云对流方案（无积云方案、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、大暴雨强度，此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）尺度自适应积云对流方案对微物理和行星边界层方案的反应更为敏感，在不同微物理和边界层组合方案下尺度自适应积云方案的模拟结果差异更为显著，而传统积云方案的模拟结果的效果不明显。（4）在1-10 km的“灰色区域”范围内，随着网格分辨率提高到1 km时，尺度自适应的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）对浙江省两次梅雨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对比分析，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，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FSS检验法能更加客观地评估模式对小范围的强降水预报水平。（2）三类积云对流方案（无积云方案、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、大暴雨强度，此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）尺度自适应积云对流方案对微物理和行星边界层方案的反应更为敏感，在不同微物理和边界层组合方案下尺度自适应积云方案的模拟结果差异更为显著，而传统积云方案的模拟结果的效果不明显。（4）在1-10 km的“灰色区域”范围内，随着网格分辨率提高到1 km时，尺度自适应的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.1006-9895.2204.21123
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。
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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（R95p）增加约9.6％、16.5% (SSP245、SSP585)，极端降水（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（R95p）增加约9.6％、16.5% (SSP245、SSP585)，极端降水（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。
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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-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-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。
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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，首先在山脉阳面产生明显的上坡风，产生了强上谷风环流，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的抬升作用，形成深厚的层状云降水过程。午后阶段的对流云微物理过程主要表现为霰粒子含量高，雨水的来源主要是暖雨过程和霰粒子融化过程，雪粒子很少。傍晚和凌晨的弱对流云和层状云微物理结构相似，主要是雪粒子含量高，雪的融化和暖雨过程是雨水的主要来源。
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，首先在山脉阳面产生明显的上坡风，产生了强上谷风环流，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的抬升作用，形成深厚的层状云降水过程。午后阶段的对流云微物理过程主要表现为霰粒子含量高，雨水的来源主要是暖雨过程和霰粒子融化过程，雪粒子很少。傍晚和凌晨的弱对流云和层状云微物理结构相似，主要是雪粒子含量高，雪的融化和暖雨过程是雨水的主要来源。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21176
摘要:
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。 关键词：有云环境；卫星红外波段亮温；同化
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21215
摘要:
利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料，分析了丝绸之路型（Silk-Road, SR）与东亚-太平洋型（East Asia-Pacific, EAP）遥相关的“结合模态”对2020年江淮梅雨入梅的影响，结果表明“结合模态”可以触发江淮流域的持续性降水。2020年6月初，负SR型（Silk-Road）和正EAP型（East Asia-Pacific）同时出现，并且位相差达到6月份最大值，二者协同作用下导致2020年入梅时间异常偏早。主要表现为：（1）负SR型引起西风急流加速，促使急流入口区南侧的江淮流域上空出现强的高层辐散。（2）负SR型有利于南亚高压东移，正EAP型有利于西太平洋副热带高压西移，二者相向而行。负SR型和正EAP型于6月9日位相差达最大，此时南亚高压和西太副高重叠于120°E左右，有利于江淮流域持续性降水。（3）低层东亚中、低纬度有一对与正EAP型相关的异常“气旋-反气旋”环流，使低空（20~35°N, 100~125°E）盛行强西南气流，中纬度的偏北气流有利于干冷空气向南输送，与西南暖湿气流汇合于江淮流域上空，带来强烈的水汽辐合，也使得大气的局地上升运动更为强烈。
利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料，分析了丝绸之路型（Silk-Road, SR）与东亚-太平洋型（East Asia-Pacific, EAP）遥相关的“结合模态”对2020年江淮梅雨入梅的影响，结果表明“结合模态”可以触发江淮流域的持续性降水。2020年6月初，负SR型（Silk-Road）和正EAP型（East Asia-Pacific）同时出现，并且位相差达到6月份最大值，二者协同作用下导致2020年入梅时间异常偏早。主要表现为：（1）负SR型引起西风急流加速，促使急流入口区南侧的江淮流域上空出现强的高层辐散。（2）负SR型有利于南亚高压东移，正EAP型有利于西太平洋副热带高压西移，二者相向而行。负SR型和正EAP型于6月9日位相差达最大，此时南亚高压和西太副高重叠于120°E左右，有利于江淮流域持续性降水。（3）低层东亚中、低纬度有一对与正EAP型相关的异常“气旋-反气旋”环流，使低空（20~35°N, 100~125°E）盛行强西南气流，中纬度的偏北气流有利于干冷空气向南输送，与西南暖湿气流汇合于江淮流域上空，带来强烈的水汽辐合，也使得大气的局地上升运动更为强烈。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21254
摘要:
平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979-2020年ERA-5再分析资料中，早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态（主要空间型为赤道西太平洋海温异常）有关。通过CAM5数值模拟，进一步揭示了赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径：冬春季赤道西太平洋增暖时，在暖海温区深对流降水加强，异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波（对流层上层的高压异常）。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置，从而使得经向风1波分量的振幅减小，经向风3波和温度3波分量的位相差增大。两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传，更少的涡动热量通量向极输送促进了春季北极平流层极涡增强。
平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979-2020年ERA-5再分析资料中，早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态（主要空间型为赤道西太平洋海温异常）有关。通过CAM5数值模拟，进一步揭示了赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径：冬春季赤道西太平洋增暖时，在暖海温区深对流降水加强，异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波（对流层上层的高压异常）。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置，从而使得经向风1波分量的振幅减小，经向风3波和温度3波分量的位相差增大。两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传，更少的涡动热量通量向极输送促进了春季北极平流层极涡增强。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21238
摘要:
本文利用1958～2019年日本气象厅逐日再分析资料(JRA-55),基于热力学方程,详细研究了北亚地区春夏季节转换前(第19至28候)平稳增温过程的热力学特征。结果表明,非绝热加热和气候温度平流有相反的变化趋势,它们交替主导着北亚春夏季节转换前的温度变化。在第22候之前,绝热的气候温度平流主导着北亚地区的增暖过程。但随着欧亚大陆中高纬度上的非绝热加热逐步增强,气候温度平流逐渐变为冷平流,使得非绝热加热成为主导项。线性斜压模式结果表明,非绝热加热除直接加热局地大气外,它还会在北亚地区强迫出气旋式环流异常和上升运动,从而引导着原位于新地岛附近的低压系统向北亚地区移动,进而在水平和垂直方向上引起绝热的冷平流。该冷平流部分抵消了非绝热的加热作用,最终在北亚地区形成平稳的增温过程。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21159
摘要:
本文基于1979-2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等,采用EOF分解等多种统计方法,研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响,并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明：(1)华南地区冬季雾日具有区域一致的变化特征,呈现出明显的年际变化和线性增加的趋势。在冬季,华南地区近地面层北风减弱,大气层结更加稳定,同时温度露点差降低,空气中水汽含量增加,为雾的形成提供了有利的背景场条件。(2)ENSO与华南地区冬季雾日的年际变化存在显著相关关系,在El Nino年的冬季,菲律宾海上空存在一个异常的反气旋环流,反气旋西侧的异常暖湿西南气流给华南地区带来充沛的水汽,有利于雾日的形成。La Nina年雾日的变化则与El Nino年相反。这种显著相关关系主要取决于大雾日数,而非轻雾日数。(3)ENSO与华南地区冬季雾日年际变化的关系在1996年前后出现明显年代际转折,在1979-1996年期间,两者相关性较弱,1997年之后相关性显著增强。这种关系的转变可能受到北大西洋年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)的调控。
本文基于1979-2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等,采用EOF分解等多种统计方法,研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响,并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明：(1)华南地区冬季雾日具有区域一致的变化特征,呈现出明显的年际变化和线性增加的趋势。在冬季,华南地区近地面层北风减弱,大气层结更加稳定,同时温度露点差降低,空气中水汽含量增加,为雾的形成提供了有利的背景场条件。(2)ENSO与华南地区冬季雾日的年际变化存在显著相关关系,在El Nino年的冬季,菲律宾海上空存在一个异常的反气旋环流,反气旋西侧的异常暖湿西南气流给华南地区带来充沛的水汽,有利于雾日的形成。La Nina年雾日的变化则与El Nino年相反。这种显著相关关系主要取决于大雾日数,而非轻雾日数。(3)ENSO与华南地区冬季雾日年际变化的关系在1996年前后出现明显年代际转折,在1979-1996年期间,两者相关性较弱,1997年之后相关性显著增强。这种关系的转变可能受到北大西洋年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)的调控。
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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.1006-9895.2202.21138
摘要:
为进一步提高雾中能见度的预报准确度，本研究基于安徽黄山光明顶2008年4~7月、2009年5~8月、2011年5~9月和湖北恩施山顶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。本研究利用黄山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。最后，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的计算能见度。
为进一步提高雾中能见度的预报准确度，本研究基于安徽黄山光明顶2008年4~7月、2009年5~8月、2011年5~9月和湖北恩施山顶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。本研究利用黄山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。最后，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的计算能见度。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2203.21180
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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（0.9km），其中液水含量最大可达0.51g.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，700hPa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（0.9km），其中液水含量最大可达0.51g.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，700hPa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。
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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：外核区对流型和非对流型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400m，平均强度4~6m/s，均远小于中尺度系统冷池，其中非对流型冷池的厚度和强度显著大于对流型冷池，表明外核区不同类型的冷池强度不仅和位温扰动有关，还取决于冷池厚度；冷池内普遍存在下沉运动，对流型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，其中对流型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型冷池，随切变增强，冷池总数目和对流型冷池数目减少，而尺度较大且多位于层云降水区域的非对流型冷池增多，同时厚度加深、强度增强。环境风切增大还导致对流型和非对流型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：外核区对流型和非对流型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400m，平均强度4~6m/s，均远小于中尺度系统冷池，其中非对流型冷池的厚度和强度显著大于对流型冷池，表明外核区不同类型的冷池强度不仅和位温扰动有关，还取决于冷池厚度；冷池内普遍存在下沉运动，对流型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，其中对流型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型冷池，随切变增强，冷池总数目和对流型冷池数目减少，而尺度较大且多位于层云降水区域的非对流型冷池增多，同时厚度加深、强度增强。环境风切增大还导致对流型和非对流型冷池造成的局地辐散出流均有所减弱但气旋式流速增强。
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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HYCOM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℃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HYCOM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℃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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.22018
摘要:
基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料,采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法,分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：1)基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著,大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势；2)高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多,使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加,但华北中雨和小雨类型的增加占比较大,而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献；3)积雪异常偏多年,高原热源作用减弱,500hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构,西风急流位置偏南并加强,副高脊线偏南；在上述环流条件下,西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域,伴随大气垂直运动增强,导致该区域强降水的强度增强、频次偏多；华北地区受“鞍型”场环流结构控制,虽然较小量级降水频次增加,但水汽输送较弱,降水强度变化不显著。上述研究结果,可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其短期预测提供预示性信号。
基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料,采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法,分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：1)基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著,大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势；2)高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多,使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加,但华北中雨和小雨类型的增加占比较大,而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献；3)积雪异常偏多年,高原热源作用减弱,500hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构,西风急流位置偏南并加强,副高脊线偏南；在上述环流条件下,西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域,伴随大气垂直运动增强,导致该区域强降水的强度增强、频次偏多；华北地区受“鞍型”场环流结构控制,虽然较小量级降水频次增加,但水汽输送较弱,降水强度变化不显著。上述研究结果,可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其短期预测提供预示性信号。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21224
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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.1006-9895.2109.21140
摘要:
垂直运动在天气系统（尤其是中小尺度系统）发生发展过程中有极其重要的作用，本文回顾并小结了大气垂直运动方程的研究进展。在质量守恒前提下，垂直运动可由连续方程积分计算得到，这个算法需要准确计算散度，不容易实现。基于大气绝热假设的绝热法，由于与实际天气过程热力变化有较大差别，计算的垂直运动也不准确。垂直运动的诊断与天气系统尺度有关。大尺度系统以涡旋运动为主，满足准水平，不必要过多考虑浮力和风切作用。因此，出现了准地转条件的垂直运动方程，且在大尺度运动中应用较好。中尺度系统运动中，辐合辐散运动与旋转运动同等重要，垂直运动不能忽略，垂直运动方程在形式上要复杂一些，但其强迫项仍是由涵差的涡度平流及温度平流的拉普拉斯所构成，本质与大尺度系统中的ω方程没有太大差别。小尺度强风暴运动以辐合辐散为主，浮力及风切起着主导作用，其垂直运动方程要复杂得多。但是，由于任何小尺度强对流系统都是在大中尺度背景下发生的，所以背景场强迫的垂直运动仍然存在，完整的垂直运动应考虑不同天气尺度系统调整产生的垂直速度，应联立垂直运动方程组进行计算。本文提出的多效应的新型垂直运动方程，可以较为准确地实现强对流运动中的垂直速度的诊断。
垂直运动在天气系统（尤其是中小尺度系统）发生发展过程中有极其重要的作用，本文回顾并小结了大气垂直运动方程的研究进展。在质量守恒前提下，垂直运动可由连续方程积分计算得到，这个算法需要准确计算散度，不容易实现。基于大气绝热假设的绝热法，由于与实际天气过程热力变化有较大差别，计算的垂直运动也不准确。垂直运动的诊断与天气系统尺度有关。大尺度系统以涡旋运动为主，满足准水平，不必要过多考虑浮力和风切作用。因此，出现了准地转条件的垂直运动方程，且在大尺度运动中应用较好。中尺度系统运动中，辐合辐散运动与旋转运动同等重要，垂直运动不能忽略，垂直运动方程在形式上要复杂一些，但其强迫项仍是由涵差的涡度平流及温度平流的拉普拉斯所构成，本质与大尺度系统中的ω方程没有太大差别。小尺度强风暴运动以辐合辐散为主，浮力及风切起着主导作用，其垂直运动方程要复杂得多。但是，由于任何小尺度强对流系统都是在大中尺度背景下发生的，所以背景场强迫的垂直运动仍然存在，完整的垂直运动应考虑不同天气尺度系统调整产生的垂直速度，应联立垂直运动方程组进行计算。本文提出的多效应的新型垂直运动方程，可以较为准确地实现强对流运动中的垂直速度的诊断。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21163
摘要:
黑碳 (BC) 气溶胶对区域和全球气候变化具有重要影响。中国和印度是世界上最大的人为BC排放国。本文使用新一代的区域气候模式 RegCM4 研究了在冬季来自印度和中国主要地区的 BC 排放对于东亚气候的直接影响。结果表明：来自两地的总BC柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫在东亚分别为1.784 mg/m2 、+1.982 W/m2和-2.170 W/m2。中国大陆和印度BC对区域气候的影响各不相同。印度BC会导致区域850 hPa附近和地表气温降低，而中国BC会导致区域850 hPa附近变暖和地表气温降低。此外，中国大陆BC由于排放更多、分布范围更广，因此造成东亚地区的气候响应更强，在调节东亚区域气候方面发挥着主导作用。总体来看，两地BC会造成850 hPa附近云量减少0.21%，850hPa附近气温升高 0.014 K，日照时数减少0.135 h/day，地表气温下降约0.091 K，感热通量下降1.161 W/m2，地表蒸发量下降0.027 mm/day，边界层高度降低7.072 m，一次有机碳柱含量下降0.027 mg/m2，硫酸盐气溶胶柱含量上升0.035mg/m2。研究结果进一步反映了东亚冬季气候对不同排放BC 的直接响应表现出了一定的非线性。
黑碳 (BC) 气溶胶对区域和全球气候变化具有重要影响。中国和印度是世界上最大的人为BC排放国。本文使用新一代的区域气候模式 RegCM4 研究了在冬季来自印度和中国主要地区的 BC 排放对于东亚气候的直接影响。结果表明：来自两地的总BC柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫在东亚分别为1.784 mg/m2 、+1.982 W/m2和-2.170 W/m2。中国大陆和印度BC对区域气候的影响各不相同。印度BC会导致区域850 hPa附近和地表气温降低，而中国BC会导致区域850 hPa附近变暖和地表气温降低。此外，中国大陆BC由于排放更多、分布范围更广，因此造成东亚地区的气候响应更强，在调节东亚区域气候方面发挥着主导作用。总体来看，两地BC会造成850 hPa附近云量减少0.21%，850hPa附近气温升高 0.014 K，日照时数减少0.135 h/day，地表气温下降约0.091 K，感热通量下降1.161 W/m2，地表蒸发量下降0.027 mm/day，边界层高度降低7.072 m，一次有机碳柱含量下降0.027 mg/m2，硫酸盐气溶胶柱含量上升0.035mg/m2。研究结果进一步反映了东亚冬季气候对不同排放BC 的直接响应表现出了一定的非线性。
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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 (The Weather Research and Forecast coupled with Chemistry) 模式,对发生在2019年1月3日至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, 1.0),研究云降水微物理的变化。结果表明,该个例的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 (The Weather Research and Forecast coupled with Chemistry) 模式,对发生在2019年1月3日至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, 1.0),研究云降水微物理的变化。结果表明,该个例的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.1006-9895.2112.21120
摘要:
全球变暖使得极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势，位于亚洲季风区的中南半岛和华南（INCSC）地区更易受到极端降水影响而发生洪涝灾害。本文利用逐日降水资料对1951~2015年INCSC地区湿季（5~10月）的极端降水事件进行客观分类，并对每一类极端降水事件的环流特征及年际、年代际和长期趋势特征进行了分析。结果表明：（1）根据降水中心位置，INCSC地区的极端降水可客观分为华南类、中南半岛类、缅甸—云南类和华南南部—越南北部类，它们所联系的大尺度流型（Large-scale meteorological pattern，简称LMP）以中高纬波列和热带偶极子环流为主。其中，华南类的LMP在对流层高层为类似于东亚—太平洋（East Asia-Pacific，简称EAP）遥相关型的“+ ? +”经向型波列，但中心位置较典型EAP型偏西南，中东部的负异常环流为关键系统，低层为位于低纬度地区的“+ ?”经向型波列。中南半岛类LMP特征为热带偶极子异常环流，对流层低层较高层更为显著宽广。其余两类极端降水LMP在对流层高层受Rossby波列影响，低层主要为偏弱的热带偶极子环流特征。（2）INCSC地区极端降水的频次呈显著上升的趋势，主要来自于华南类和中南半岛类极端降水的贡献。经向型波列的LMP频发是造成华南类极端降水增多的原因。（3）中南半岛与华南地区极端降水的空间分布具有反对称特征，从中南半岛类的角度看，阿拉伯海经中南半岛至南海的低压环流稳定维持不利于在华南地区形成极端降水。
全球变暖使得极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势，位于亚洲季风区的中南半岛和华南（INCSC）地区更易受到极端降水影响而发生洪涝灾害。本文利用逐日降水资料对1951~2015年INCSC地区湿季（5~10月）的极端降水事件进行客观分类，并对每一类极端降水事件的环流特征及年际、年代际和长期趋势特征进行了分析。结果表明：（1）根据降水中心位置，INCSC地区的极端降水可客观分为华南类、中南半岛类、缅甸—云南类和华南南部—越南北部类，它们所联系的大尺度流型（Large-scale meteorological pattern，简称LMP）以中高纬波列和热带偶极子环流为主。其中，华南类的LMP在对流层高层为类似于东亚—太平洋（East Asia-Pacific，简称EAP）遥相关型的“+ ? +”经向型波列，但中心位置较典型EAP型偏西南，中东部的负异常环流为关键系统，低层为位于低纬度地区的“+ ?”经向型波列。中南半岛类LMP特征为热带偶极子异常环流，对流层低层较高层更为显著宽广。其余两类极端降水LMP在对流层高层受Rossby波列影响，低层主要为偏弱的热带偶极子环流特征。（2）INCSC地区极端降水的频次呈显著上升的趋势，主要来自于华南类和中南半岛类极端降水的贡献。经向型波列的LMP频发是造成华南类极端降水增多的原因。（3）中南半岛与华南地区极端降水的空间分布具有反对称特征，从中南半岛类的角度看，阿拉伯海经中南半岛至南海的低压环流稳定维持不利于在华南地区形成极端降水。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21172
摘要:
本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960-1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992-2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通过上述物理过程，NATSST在20世纪80年代末之后可以显著影响中国东部春季极端低温事件频次的年际变化，而在80年代末之前则不能。
本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960-1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992-2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通过上述物理过程，NATSST在20世纪80年代末之后可以显著影响中国东部春季极端低温事件频次的年际变化，而在80年代末之前则不能。
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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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21204
摘要:
本文利用2018年7月3日-2018年10月3日新疆乌鲁木齐的雨滴谱观测资料，改进了乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统中WRF模式的WSM6单参数方案，对新疆2021年6月15日12时-17日00时一次强降水过程的预报改进效果进行评估研究。结果表明：观测显示，乌鲁木齐地区雨滴平均直径（D0）、最大直径（Dmax）和质量加权平均直径（Dm）分别为0.65 mm、1.60 mm和0.93 mm。引入新疆地区参数lgNw和Dm拟合关系的WSM6-new方案对降水强度和强中心范围的预报能力均有一定提高。从TS、BR、ETS和TSS四个指标的评分结果上看，随着降雨等级的增加，WSM6-new方案预报能力相比WSM6方案明显提高，对于大雨和暴雨的预报显示出明显的优势。不同雨滴谱分布参数化方案对降水云系结构特征、垂直速度、大气层结和散度场都有着一定的影响，对于云微物理过程的影响主要体现在雨水含量和分布上。WSM6-new方案引入了新疆雨滴谱统计特征，在模式中对雨滴谱分布的描述更接近实际。雨滴谱的大雨滴数浓度明显增加，雨滴下落末速度增加，拖曳作用增强，有利于零度层以下的下沉气流增强和维持。强下沉气流在近地层形成更强的辐散出流，加强了近地面对流区气流的辐合，有利于上升气流的发展加强，从而地面产生更强的降水，对暴雨的预报能力明显增强。
本文利用2018年7月3日-2018年10月3日新疆乌鲁木齐的雨滴谱观测资料，改进了乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统中WRF模式的WSM6单参数方案，对新疆2021年6月15日12时-17日00时一次强降水过程的预报改进效果进行评估研究。结果表明：观测显示，乌鲁木齐地区雨滴平均直径（D0）、最大直径（Dmax）和质量加权平均直径（Dm）分别为0.65 mm、1.60 mm和0.93 mm。引入新疆地区参数lgNw和Dm拟合关系的WSM6-new方案对降水强度和强中心范围的预报能力均有一定提高。从TS、BR、ETS和TSS四个指标的评分结果上看，随着降雨等级的增加，WSM6-new方案预报能力相比WSM6方案明显提高，对于大雨和暴雨的预报显示出明显的优势。不同雨滴谱分布参数化方案对降水云系结构特征、垂直速度、大气层结和散度场都有着一定的影响，对于云微物理过程的影响主要体现在雨水含量和分布上。WSM6-new方案引入了新疆雨滴谱统计特征，在模式中对雨滴谱分布的描述更接近实际。雨滴谱的大雨滴数浓度明显增加，雨滴下落末速度增加，拖曳作用增强，有利于零度层以下的下沉气流增强和维持。强下沉气流在近地层形成更强的辐散出流，加强了近地面对流区气流的辐合，有利于上升气流的发展加强，从而地面产生更强的降水，对暴雨的预报能力明显增强。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21207
摘要:
本文主要利用信息流特有的因果关系，从海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）场和各种海气指数中挑选引起西北太平洋（Western North Pacific，WNP）1979-2020年7-8月份热带气旋累积能量（Accumulated Cyclone Energy，ACE）主导模态年际变化的因子，利用多元线性逐步回归方法进一步筛选预报因子并建立预报方程。由经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解得到的7-8月ACE前两个主导模态分别是海盆一致型和偶极型，海盆一致型主导模态对应的主成分时间序列（Principal Component，PC）预报因子为：超前3个月的海洋性大陆和北太平洋中部SST、超前5个月的准两年振荡指数（Quasi-biennial Oscillation，QBO）以及超前11个月的热带印度洋偶极子指数（Tropical Indian Ocean Dipole，TIOD）；偶极型主导模态对应的PC预报因子为：超前2个月的北大西洋北部SST、超前12个月的日本海沟SST、超前7个月的大西洋经向模指数（Atlantic Meridional Mode，AMM）和超前8个月的北大西洋涛动指数（North Atlantic Oscillation，NAO）。根据这些预报因子建立PCs预报方程，预报的PCs和观测PCs的相关系数分别达到0.75和0.77，均通过α=0.01的置信水平。进而运用交叉验证法检验预报模型的后报技巧及稳定性，发现所建的两个模型预报效果较好。1980-2020年间预报和观测的WNP区域平均ACE距平值的时间相关系数达到0.76，WNP范围内ACE距平场的空间相关系数平均达到0.35，预报模型对主导模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。
本文主要利用信息流特有的因果关系，从海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）场和各种海气指数中挑选引起西北太平洋（Western North Pacific，WNP）1979-2020年7-8月份热带气旋累积能量（Accumulated Cyclone Energy，ACE）主导模态年际变化的因子，利用多元线性逐步回归方法进一步筛选预报因子并建立预报方程。由经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解得到的7-8月ACE前两个主导模态分别是海盆一致型和偶极型，海盆一致型主导模态对应的主成分时间序列（Principal Component，PC）预报因子为：超前3个月的海洋性大陆和北太平洋中部SST、超前5个月的准两年振荡指数（Quasi-biennial Oscillation，QBO）以及超前11个月的热带印度洋偶极子指数（Tropical Indian Ocean Dipole，TIOD）；偶极型主导模态对应的PC预报因子为：超前2个月的北大西洋北部SST、超前12个月的日本海沟SST、超前7个月的大西洋经向模指数（Atlantic Meridional Mode，AMM）和超前8个月的北大西洋涛动指数（North Atlantic Oscillation，NAO）。根据这些预报因子建立PCs预报方程，预报的PCs和观测PCs的相关系数分别达到0.75和0.77，均通过α=0.01的置信水平。进而运用交叉验证法检验预报模型的后报技巧及稳定性，发现所建的两个模型预报效果较好。1980-2020年间预报和观测的WNP区域平均ACE距平值的时间相关系数达到0.76，WNP范围内ACE距平场的空间相关系数平均达到0.35，预报模型对主导模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。
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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日-1月20日）和疫情管控期间（2020年1月27日-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.1006-9895.2111.21184
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850hPa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（D）和振幅（A）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开始时间、结束时间、振幅与华北夏季降水异常呈显著正相关，而峰值时间和持续时间与华北夏季降水异常呈负相关。西南风主导的季节循环的峰值时间、结束时间和振幅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（A）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850hPa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（D）和振幅（A）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开始时间、结束时间、振幅与华北夏季降水异常呈显著正相关，而峰值时间和持续时间与华北夏季降水异常呈负相关。西南风主导的季节循环的峰值时间、结束时间和振幅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（A）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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21115
摘要:
本文利用观测和再分析资料，分析了1961～2014年中国西北地区（35°-50°N，75°-95°E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在1961～2014年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为93.4%，秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后，自1987年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低，进而造成西北地区的年代际变湿。
本文利用观测和再分析资料，分析了1961～2014年中国西北地区（35°-50°N，75°-95°E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在1961～2014年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为93.4%，秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后，自1987年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低，进而造成西北地区的年代际变湿。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21147
摘要:
为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸(Clear air Turbulence，CAT)和山地波 (Mountain wave Turbulence，MWT)的预报指数，在颠簸实况EDR和各预报指数的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验(ROC)表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。
为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸(Clear air Turbulence，CAT)和山地波 (Mountain wave Turbulence，MWT)的预报指数，在颠簸实况EDR和各预报指数的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验(ROC)表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21141
摘要:
本文基于参加第六次“国际耦合模式比较计划”（CMIP6）的IAP/LASG 气候系统模式FGOALS-g3的耦合（Historical）与非耦合（AMIP）试验结果，通过与观测和再分析资料的比较，评估了FGOALS-g3模式Historical与AMIP试验对北非地区7-9月降水气候态和年际变率的模拟能力；利用水汽收支方程与回归分析研究了模式模拟降水偏差的原因；通过比较耦合与非耦合试验的模拟结果，分析了海气耦合过程对非洲季风模拟偏差的影响。结果表明，在气候平均态上，Historical与AMIP试验模拟的降水均较观测偏少且位置偏南，模拟的北非夏季西南季风环流偏弱。AMIP试验模拟的萨赫勒和北非季风区降水与观测降水的空间相关系数分别为0.80、0.62，均大于Historical试验，对应的均方根误差为2.58、3.23，小于Historical试验，说明与Historical试验相比，AMIP试验的模拟偏差更小。水汽收支分析表明，Historical与AMIP试验均低估了北非季风区水汽辐合，同时低估了水汽垂直平流项与蒸发项，高估了水平水汽平流项，导致模式模拟的降水偏少，且Historical试验的偏差大于AMIP试验。在年际变率方面，观测中，北非夏季风降水-ENSO呈负相关关系。AMIP试验能够模拟出ENSO正位相时北非夏季降水的负异常，且较观测负异常偏强，而Historical试验模拟的负相关关系并不显著。AMIP试验高估了北非地区垂直运动、热带东风急流与低层季风环流对ENSO的响应强度，导致降水异常偏强，而Historical试验低估了上述响应强度，产生弱降水负异常。水汽收支表明，北非夏季降水-ENSO的负相关关系由垂直水汽平流项异常引起，其中垂直动力项异常主导。AMIP试验高估了垂直平流项及其动力项的贡献，但Historical试验高估水平平流项与垂直热力项异常的贡献，说明Historical试验模拟的北非夏季降水-ENSO相关关系偏差与水平平流项异常的抑制作用有关。
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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信息，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增加趋势，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的年代际变率在2000s之后波动增加，而雪灾则在2000s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增加趋势，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。
基于1980—2019年11月至翌年3月全国低温灾害性天气文字信息，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增加趋势，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的年代际变率在2000s之后波动增加，而雪灾则在2000s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增加趋势，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。
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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三类中尺度涡旋(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 0.5°×0.5°的 NCEP CFSR 再分析资料、逐小时 0.25°×0.25°的ERA5再分析资料),本识别算法对三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的识别涡旋,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三类中尺度涡旋(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 0.5°×0.5°的 NCEP CFSR 再分析资料、逐小时 0.25°×0.25°的ERA5再分析资料),本识别算法对三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的识别涡旋,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。
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doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21133
摘要:
本文针对2020年夏季川渝地区的强降水产生的洪涝过程及相应的15次暴雨过程进行了分析，并与川渝大旱年同期情况进行了对比。2020年夏季，西太平洋副热带高压（以下简称副高）较气候平均位置偏西、强度偏强，其西伸脊点可达110°E以西；青藏高压东伸、偏强，上下层共同作用使副高稳定维持。中纬度小波动活动频繁，使得冷空气活动往往维持在川渝上空。副高西侧气流与北方偏北风的汇合使川渝地区形成较大的水汽通量辐合区，为暴雨的发生提供十分必要的水汽条件。此外，来自印度的季风气流从印度北部至高原东侧，经由高原南侧向东输送水汽，成为另一支重要的水汽通道。2006年夏季，川渝地区为重要的干旱年，暴雨个例也最少。在这一年，副高偏东，中纬西风带短波槽不活跃，西南季风偏弱，川渝地区水汽辐合较少，这些与2020年形成了鲜明的对比。
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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月降水湿偏差，使5月相对于1月的降水量增加，而东侧5月降水与1月降水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年循环的模拟能力有重要作用。
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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