高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码
优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在排版过程中,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
显示方式:
Ka/Ku双波段云雷达反演空气垂直运动速度和雨滴谱方法研究及初步应用
刘黎平, 张扬, 丁晗
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20200
摘要(42) HTML(11) PDF (17150KB)(40)
摘要:
在Ka波段云雷达上升级改造建成的Ka/Ku(Ka和Ku波段波长分别为8.9 mm和2.2 cm)双波段云雷达2019年用于华南云降水垂直结构观测,以改进云内动力和微物理参数探测能力。为了利用该双波段云雷达研究华南降水微物理和动力结构,本文提出了基于双波段云雷达回波强度谱密度(SZ)数据和最优估计技术的云内空气垂直运动速度(Vair)、雨滴谱(DSD)、含水量(LWC)、雨强(R)的反演方法(DWSZ),雨区衰减的订正方法。利用2019年在广东龙门观测的一次降水过程数据,对比分析了云雷达反演的微物理参数与雨滴谱直接观测量,并检验了云雷达反演的低层空气垂直运动速度,利用反演结果分析了一次混合云过程的Vair与这些微物理参数的垂直结构和相互关系。结果表明:Ka/Ku双波段云雷达合理反演了微降水微物理和动力参数及其垂直分布,经过衰减订正的Ka和Ku波段回波强度偏差明显减小。该双波段云雷达数据可以用于分析0~30 dBZ回波强度的云降水垂直结构。本次过程为混合云降水,对流单体前部存在明显的上升气流,后部存在下沉气流;从平均垂直结构来看:Vair和粒子平均直径(Dm)在2 km高度层到达最大,粒子数密度(Nw)、LWC和R在2 km以下明显增强,粒子直径却减小,水汽凝结过程、雨滴碰并云滴是本次过程的主要机制。这一工作验证了Ka和Ku波段组合的双波段云雷达的可行性,为Ka/Ku波段云雷达技术的推广,单波段云雷达反演算法进一步改进,云降水精细结构分析等提供了基础。
珠三角关键大气挥发性有机物的模拟精度评估
张佩文, 唐晓, 陈科艺, 陈多宏, 朱莉莉, 沈劲, 叶斯琪, 孔磊, 韩丽娜, 吴倩, 王自发
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20201
摘要(208) HTML(5) PDF (8972KB)(36)
摘要:
大气挥发性有机物(VOCs)是导致臭氧污染的关键前体物,是城市空气质量建模不可或缺的重要组成部分,但由于其非常复杂的构成和来源以及监测数据缺乏,目前对其模拟精度的了解仍非常有限。本文利用嵌套网格空气质量模式预报系统(NAQPMS)对珠江三角洲(简称珠三角)地区2017年9月21日至11月20日的VOCs开展了模拟试验,并利用光化学监测网8个地面站点的VOCs浓度监测数据,对模式模拟的关键VOCs组分进行了精度评估。结果发现,模式对强活性的甲苯、乙烯和二甲苯具有较高的模拟精度,模拟浓度偏差百分比为0.4%~26.6%,模拟能较好再现其日均浓度变化趋势和日变化的双峰特征。但是模式对化学反应活性强且与植物排放密切相关的异戊二烯具有很大的模拟偏差,偏差比近100%,无法再现其白天浓度高、夜间浓度低的观测日变化特征。通过分析发现,现有模拟系统主要考虑人为污染物排放而未考虑生物源排放,可能是导致这一模拟偏差的关键原因。同时,评估结果也表明模式在VOCs空间分布模拟上仍面临很大的不确定性。本文结果揭示了珠三角VOCs模拟面临的关键不确定性,表明融合VOCs观测数据来揭示并减小VOCs模拟的不确定性具有非常迫切的需求。
中国西南地区5月降水与阿拉伯海季风关系的年代际变化
经皓童, 孙建奇, 于水, 华维
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20195
摘要(80) HTML(5) PDF (10596KB)(43)
摘要:
本文利用1960~2017年中国西南地区115个台站观测降水资料和日本气象厅发布的55年再分析资料集,研究了中国西南地区5月降水变异的主导模态及其与阿拉伯海季风的关系。结果显示,中国西南地区5月降水的第一主导模态主要表现为全区一致的变异特征;该模态与同期5月阿拉伯海季风强度异常关系密切,但两者的关系在20世纪70年代后期发生了显著的年代际变化。在1960~1976年,阿拉伯海季风异常所引起的低层大气环流和水汽输送异常主要集中在阿拉伯海到孟加拉湾一带;阿拉伯海季风异常所引起的大气环流不能到达中国西南地区,因此它对中国西南地区5月降水的影响偏弱。但在1981~2017年,阿拉伯海季风异常可以导致整个北印度洋到南海地区的大气环流异常,进而引起中国西南地区水汽和垂直运动的变化,最终对该地区5月降水产生显著的影响。进一步的研究显示,阿拉伯海季风与中国西南地区5月降水关系的变化可能与季风自身的年代际变率有关。阿拉伯海季风在20世纪70年代末之前变率偏弱,其引起的环流异常也偏弱;相反在20世纪70年代末之后,其变率增强,它引起的大气环流异常也偏强,可以延伸到中国西南地区,进而影响到西南地区的5月降水。因此,季风变率的强弱可能在季风对西南地区5月降水的影响中起着非常重要的作用。
江西地区层状暖云微物理结构特征及云雨自动转化阈值函数的研究
靳雨晨, 牛生杰, 吕晶晶, 王元, 谢勇, 林文
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20166
摘要(109) HTML(10) PDF (19302KB)(39)
摘要:
本文利用机载云粒子探测设备对2014年11月6日至12月25日期间在江西地区探测获得的7次暖云飞行个例资料,详细分析降水云和非降水云的微物理结构特征。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分布呈现云底较小,随着云内高度的增加T值逐渐增大,并且在云中部和上部达到最大值;研究还发现降水云的T值在0.6以上的频率远大于非降水云,表明降水云中的碰并过程更强,云滴更易通过凝结和碰并过程形成雨滴,符合暖云降水机制。降水云中云滴谱相对离散度(ε)和云滴数浓度(Nc)的负相关程度较非降水云更为显著,随着T的增大,二者的负相关程度增强;相比于云滴平均半径(ra)的变化,云滴谱标准差(σ)的变化主导εNc负相关程度的增强。
2021年第4期
显示方式:
2021-04期封面+目录+封底
2021, (4): 1-2.  
摘要(3) HTML(1) PDF (19088KB)(3)
摘要:
为什么NCEP-CFSv2模式对11月西伯利亚高压强度的预测性能较好
杨洪卿, 范可, 田宝强, 华维
2021, 45(4): 697-712.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20106
摘要(144) HTML(15) PDF (56686KB)(57)
摘要:
作为东亚冬季风的关键系统,西伯利亚高压的变化对欧亚大陆冬季天气及气候异常产生重要影响。本文系统地评估了美国国家环境预测中心第二代气候预测系统(NCEP-CFSv2,National Center for Environment Prediction-Climate Forecast System, version 2)对冬半年(11~2月)及逐月西伯利亚高压强度的预测效能。结果表明,NCEP-CFSv2模式仅对11月西伯利亚高压强度的预测效能较好,研究其成因发现11月西伯利亚高压强度主要受该地区热力、动力过程以及西伯利亚地区积雪状况的影响。在热力过程方面,NCEP-CFSv2模式可以较好地再现11月西伯利亚高压强度及其相联的该地区表层土壤温度、对外长波辐射等热力因素;在动力过程方面,模式能较好地再现11月西伯利亚高压强度及其相联的该地区对流层低层辐散环流、中高层下沉运动;同时,模式也能较好地再现11月西伯利亚高压强度与该地区积雪覆盖率之间的相互作用。因此,与11月西伯利亚高压相联的热力、动力过程和该地区积雪状况可能是11月西伯利亚高压强度的可预测来源,且NCEP-CFSv2模式能较好地再现这些可预测来源。
1961~2018年西北地区降水的变化特征
王澄海, 张晟宁, 李课臣, 张飞民, 杨凯
2021, 45(4): 713-724.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20216
摘要(390) HTML(50) PDF (7684KB)(154)
摘要:
邻接青藏高原地区的中国西北地区是最大的欧亚干旱区,其降水变化对全球变化的响应和对干旱环境及其青藏高原气候变化都具有特殊的指示意义。基于1961~2018年中国西北地区144个站的逐日降水、逐月气温观测资料,分析了西北地区的降水变化特征及趋势。结果表明:(1)近60年以来,西北地区92%站点的年降水量呈现增加的趋势,只有甘肃东南部不到10%的站点呈下降趋势;(2)季节尺度上,春、夏、秋季中超过75%站点的降水呈现增加的趋势,但最显著的是,几乎所有站点在冬季的降水为增加趋势,秋、冬季降水的增加相对较少,反映了冬季风对西北地区降水影响的特点;(3)进入21世纪以来,西北地区夏季和年降水量仍然维持准3 a周期特征,春、秋季的周期具有阶段性、冬季降水量具有较稳定的约3 a周期,因此,自然周期变化对降水增加的贡献并不大。西北地区降水量在过去60年来确实呈现出增加趋势,尤其21世纪以来降水量持续增加,但增加的量是有限的,不足以改变其干旱半干旱的气候特征。
CAS-ESM模式对欧亚大陆逐日降水特征的数值模拟:物理参数化方案和水平分辨率的影响
孔祥慧, 王爱慧, 毕训强, 李星雨, 张贺
2021, 45(4): 725-745.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20171
摘要(75) HTML(18) PDF (53314KB)(24)
摘要:
本文利用中国科学院大气物理研究所地球系统模式CAS-ESM和NCAR CESM中的气候系统模式开展了一系列不同物理参数化方案和水平分辨率的模拟试验,并针对欧亚大陆逐日降水特征模拟性能进行分析研究。本研究进行了四组时长为19年(1998~2016年)的AMIP(Atmospheric Model Intercomparison Project)数值积分试验:在1.9°×2.5°的低分辨率下NCAR CESM模式使用CAM5物理参数化方案组合(记为CESM),在1.4°×1.4°的低水平分辨率下CAS-ESM模式使用CAM4与CAM5两种不同物理参数化方案组合(依次记为Lcam4和Lcam5),在0.5°×0.5°的高水平分辨率下CAS-ESM模式使用CAM5物理参数化方案(记为Hcam5)。通过与GPCC(Global Precipitation Climatology Centre)、CMORPH(CPC MORPHing technique)观测资料比较,两个模式较好地再现了平均降水特征和极端降水的气候态,但模式的降水频率偏大、降水强度偏弱。CESM的大雨日数与观测较为接近,Hcam5模拟的日最大降水量与观测最接近。针对CAS-ESM模式,不同物理参数化方案和水平分辨率均对降水特征产生影响,其中提高分辨率对降水特征的模拟有显著的改进。Lcam4和Lcam5相比,Hcam5显著提高了极端降水的模拟性能。在欧亚大陆中高纬地区,Lcam4的降水频率高于Lcam5;而在中国东部,Hcam5的降水频率比Lcam5小,与GPCC偏差更小。进一步分析的结果表明,与Lcam5相比,在欧洲地区Lcam4中的大尺度降水较多,水汽输送更强。在中国东部,Hcam5中对流性降水频率比Lcam5更小,而大尺度降水和水汽输送更大,使得高分辨率的模拟试验性能提高。
高黎贡山复杂地形下局地环流的数值模拟研究
邢雯雯, 孙绩华, 刘辉志, 许鲁君
2021, 45(4): 746-758.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20112
摘要(81) HTML(17) PDF (31868KB)(52)
摘要:
本文利用中尺度模式WRF(weather research and forecasting)模拟了2016年干季和湿季高黎贡山南段(腾冲—保山地区)山谷风环流,分析YSU、MYJ、MYNN3、ACM2和BouLac五种边界层参数化方案在高黎贡山复杂下垫面的适用性。研究结果表明YSU方案对温度模拟的效果最好;ACM2模拟的风速平均绝对误差最小;MYNN3方案模拟的风向绝对误差最小,YSU方案和MYJ方案模拟的风向日变化趋势与观测更加一致。高黎贡山南段地区上午09时(北京时,下同)出现谷风环流,夜间19时转为山风环流。白天多为偏南风,夜间为偏北风和偏西风。白天山顶气流辐合而山谷气流辐散,夜间相反。白天风速大于夜间。干季西风风力较弱,有利于低层局地环流的发展;而湿季受较强的偏东背景风影响时,局地环流的发展受到抑制,边界层高度也就低于干季。干季西风遇到高黎贡山,在西坡下沉并形成涡旋,西侧湍流混合充分,边界层高度高;湿季偏东风使高黎贡山西侧谷风减弱,腾冲与保山的边界层高度相差不大。
大气冰核:研究进展与挑战
吴志军, 陈洁, 陈景川, 顾文君, 唐明金, 丁德平, 银燕, 胡敏
2021, 45(4): 759-776.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20121
摘要(91) HTML(18) PDF (5524KB)(61)
摘要:
大气冰核参与初始冰晶的异质形成,影响冰云的微物理过程和辐射性质。阐明大气冰核浓度、来源、性质及活化成冰的微观机制,是深入认识气溶胶与云相互作用的关键。本文梳理了近年来国内外在冰核测量技术、冰核活化机制、外场观测及其参数化方案等几个方面取得的进展,明晰了冰核研究存在的挑战。此外,本文也指出了我国加强大气冰核研究的必要性和迫切性。
观测分析El Niño衰减早晚对南亚与青藏高原夏季降水和气温的影响
梁涵洲, 吴其冈, 任雪娟, 姚永红, 刘师佐
2021, 45(4): 777-798.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20141
摘要(186) HTML(22) PDF (36679KB)(57)
摘要:
El Niño(厄尔尼诺)事件对东亚和南亚次年夏季降水影响及其机理已经得到充分研究,但其对夏季青藏高原降水是否有显著影响还不清楚。本研究根据1950年后El Niño事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Niño事件对南亚季风区与青藏高原夏季(6~9月)季节平均和月平均气候影响差异。结果显示在衰减早型次年夏季热带太平洋海温转为La Niña(拉尼娜)型且持续发展,引起Walker环流上升支西移,印度洋和南亚季风区上升运动加强,同时激发异常西北太平洋反气旋(NWPAC),阿拉伯海异常气旋和伊朗高原异常反气旋性环流响应,增加7~9月对流层偏南气流和印度洋水汽输送,导致南亚和高原西南侧降水偏多。衰减晚型次年6~8月热带太平洋El Niño型海温仍维持,印度洋暖异常海温显著,对应的印度洋和南亚季风区上升运动较弱,NWPAC西伸控制南亚季风区,阿拉伯海和中西亚分别呈现异常反气旋和气旋性环流,导致青藏高原西风加强,水汽输送减少,南亚北部和高原降水一致偏少。结果表明:(1)El Niño显著影响次年青藏高原西南部夏季季节和月平均降水与温度,是印度和高原西南部夏季降水显著相关的重要原因;(2)El Niño衰减快慢速度对南亚和青藏高原西南部夏季季节内降水的影响有着重要差异。
中国地区土壤湿度记忆性及其与降水特征变化的关系
赵家臻, 王爱慧, 王会军
2021, 45(4): 799-818.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20149
摘要(110) HTML(21) PDF (23091KB)(44)
摘要:
本文首先利用中国气象局国家气象信息中心提供的中国732个站点观测的土壤体积含水量,评估了CLM4.5(Community Land Model version 4.5)在CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)近地面大气数据驱动下模拟的逐月土壤湿度(记为CLM4.5-CFSR),然后基于CLM4.5-CFSR比较了皮尔逊相关法和自相关法计算得到的1980~2009年中国地区土壤湿度记忆性的区域及季节分布特征,量化了土壤湿度的记忆能力,研究了降水频率、降水强度和近地表气温分别对土壤湿度记忆性的影响。结果表明:CLM4.5-CFSR能较好地反映出大部分地区月时间尺度上土壤湿度的变化特征。两种方法描述的土壤湿度记忆性的空间分布特征相似,但季节特征不同。不同深度土壤湿度的记忆时长相差不大,在0.85~2.2个月不等,其中内蒙古东北部较大,新疆西南部较小。春季,较湿的土壤记忆性也较强。当降水频率较低时,其对蒸发速率较大的地区土壤湿度的记忆性影响很小,当降水强度较大时,它会迅速补充土壤散失的水分,破坏初始时刻土壤的干湿状态,引起其记忆性减弱。近地表气温变化主要通过影响土壤的蒸发过程减弱土壤湿度的记忆性。未来可利用气候模式开展数值敏感性试验对本文得到的结论进行机理研究,为进一步提高季节和季节内尺度的降水预报提供依据。
华北典型农业区PM2.5组分分析与来源解析
曹宇坤, 温天雪, 张小玲, 司瑞瑞, 武欣蕊, 李安娜, 刘光静, 马永翔, 刘子锐, 辛金元
2021, 45(4): 819-832.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20159
摘要(66) HTML(4) PDF (4993KB)(32)
摘要:
华北大气污染区域化正在对农业生态区域产生显著影响,为了了解华北农业地区大气细颗粒物PM2.5的季节分布特征,2017年7月、9月、12月以及2018年4月在中国科学院禹城农业生态综合实验站进行分季节PM2.5样品采集,并测定分析了样品中31种化学成分。结果表明,碳质气溶胶总体的浓度水平为13.11±8.37 μg m−3,有机碳(OC)冬春季节浓度较高,元素碳(EC)浓度在秋冬季节较高。同时OC/EC的比值在秋季明显偏低,表明在秋季二次碳质气溶胶对PM2.5贡献较小。水溶性离子浓度总体在冬季最高。\begin{document}${\rm{NO}}^-_3 $\end{document}/\begin{document}$ {\rm{SO}}^{2-}_4$\end{document}比值在夏季明显偏低为0.69,华北地区夏季固定点源对大气污染的贡献相对较高。PM2.5中金属元素以Na、Mg、Al、Ca、K、Fe等地壳元素为主,具有致癌风险的Co、Cr、Ni、Pb、As等金属元素年均浓度为0.32±0.24 ng m−3、5.40±5.42 ng m−3、10.23±7.46 ng m−3、42.23±27.75 ng m−3、5.66±3.79 ng m−3。受体模型(PMF)计算结果表明,PM2.5的主要来源为二次污染源、生物质燃烧源、燃煤燃油源、柴油车尾气和土壤源,贡献率分别达37.1%、18.2%、14.2%、9.4%和7.9%,表明农业区细颗粒物污染受到华北工业、农业与自然排放的多重影响。
西北太平洋副热带高压的不同指数及其与中国东部夏季降水关系的探讨
聂俊, 刘鹏, 赵灿
2021, 45(4): 833-850.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20160
摘要(34) HTML(7) PDF (27367KB)(21)
摘要:
本文利用再分析资料与台站降水资料,比较了不同副高指数的变化特征,分析了不同指数与中国东部夏季降水的关系及相应环流变化。结果表明,副高指数可分为三类:绝对强度指数、相对强度指数和南北指数。绝对强度指数有上升趋势,对应5870 gpm等值线向西的扩张;相对强度指数有下降趋势,对应扰动位势0线的缩小;南北指数无明显趋势变化,表现为副高脊线基本围绕25°N振荡。不同副高指数对应的环流与降水异常表明,绝对强度指数虽然不能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与东亚EAP(East Asia–Pacific,东亚—太平洋)型遥相关关系较好,在这种情况下,该指数与长江流域降水存在高相关,指数正异常时,华北偏干,长江中下游水汽辐合降水增加;反之降水型相反。相对强度指数能较好的描述副高局地的涡度变化,但其与EAP型遥相关关系较弱,因此相对强度指数与降水关系较弱,指数正异常时,降水中心仅出现在长江中游;反之,受异常偏北风影响,我国降水体现为北旱南涝。南北指数对副高局地的涡度变化以及EAP型遥相关都有较好表征,该指数与长江以南以及华北的降水有较好的相关性,指数正异常时,水汽大量向北运输,造成华北多雨而长江干旱;反之,相反的环流型使雨带移至华南。
增强副热带高压对西南涡影响的数值试验
卢萍, 李跃清
2021, 45(4): 851-862.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20161
摘要(84) HTML(8) PDF (29289KB)(26)
摘要:
本文通过对伴随副热带高压(简称“副高”)东退而东移的一次典型西南涡天气过程(简称“20150721”过程)进行数值模拟,采用数值敏感性对比试验探讨了增大副高强度对这次东移西南涡的影响,得到以下结论:(1)副高强度增大以后,可长时间稳定维持,能对西南涡中尺度天气系统整个发展演变过程造成持续影响。西南涡路径和强度的变化直接改变了降水的落区和强度。(2)副高强度增大率先改变了环流场,使入侵的北风偏弱,西南引导气流偏强,最终导致西南涡发展偏弱、移速偏快。(3)环流场的改变直接影响到水汽输送、辐合辐散,从而进一步影响西南涡的发展演变过程。(4)副高强度增大以后,西南涡移速过快,导致了低涡中心与低层热力中心偏离,使得动力和热力中心不完全匹配,由此削弱西南涡发展强度。
基于FY-4A卫星资料的四川盆地MCC初生和成熟阶段特征
张琪, 任景轩, 肖红茹, 王佳津, 肖递祥
2021, 45(4): 863-873.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20143
摘要(109) HTML(17) PDF (11491KB)(92)
摘要:
利用高频次FY-4A数据资料,研究了四川盆地2018年中尺度对流复合体MCC(mesoscale convective complex)初生和成熟阶段的卫星云图特征。结果表明,MCC对流云团面积在初生阶段和成熟阶段分别以0~50 pixels (15 min)−1和150~200 pixels (15 min)−1的速率增长,最强可达7000~10000 pixels左右。亮温梯度大值区位于初生阶段的低空入流区一侧,集中在云顶纹理最为丰富的240 K等值线附近,最大值为30°C~40°C,基本消失于成熟阶段。云顶红外IR1(infrared radiation 1 channel)和水汽通道IR3(water vapor channel)最低亮温值在初生和成熟阶段变化趋势一致,均为初生阶段迅速下降至190 K左右的最低谷,而成熟阶段维持最低值基本无变化。初生和成熟阶段的IR1和IR3降温率R(cloud top cooling rate)分布形态相似,初始阶段低空入流区一侧的240 K等值线附近的降温率达−40 K (15 min)−1,为显著降温区,成熟阶段的降温幅度普遍升至−25~−10 K (15 min)−1。MCC主体云区初生和成熟阶段的亮温差正负值区分界线基本与221 K等值线重合,最大值分别为6~10 K和0–6 K,且初始阶段低层入流区的降温最为剧烈,达15~20 K (15 min)−1之多,而成熟阶段基本无变化。
GRAPES-GEPS全球集合预报系统湿奇异向量的时空尺度敏感性研究
王静, 刘娟娟, 王斌, 陈静, 刘永柱
2021, 45(4): 874-888.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20164
摘要(51) HTML(11) PDF (16008KB)(23)
摘要:
湿奇异向量(Moist Singular Vectors,简称MSVs)是包含了湿物理切线性过程计算得到的奇异向量。研究MSVs对最优化时间间隔(optimization time interval,简称OTI)及模式水平分辨率的敏感性对提高集合预报效果至关重要。本文基于中国气象局数值预报中心自主研发的全球/区域同化和预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediction System,简称GRAPES)——全球集合预报系统(Global ensemble prediction system,简称GEPS)业务版本研究了4组不同时空尺度(不同OTI和水平分辨率)下的MSVs,从能量模、能量谱、空间剖面等方面分析热带外MSVs特征,并从等压面变量评分、降水评分、降水概率预报等方面评估不同初值的集合预报效果。结果表明:提高MSVs水平分辨率可使其扰动具有较大的增长率,缩短OTI后MSVs能量向上传播的趋势更明显,并可以在中尺度范围产生较大SVs扰动。不同OTI下初始MSVs相似性较低,结构差异较大。从集合预报的结果来看,OTI为24 h试验的集合扰动能量增长较大,集合离散度在预报的0~96 h有明显提升,特别是2 m温度,且近地面要素的outlier评分也有明显改进。进一步分析发现,提高水平分辨率和缩短OTI的MSVs能够提高降水概率预报,而降水评分显示,同一水平分辨率下,OTI越短评分越好,但是提高MSVs的水平分辨率并不一定会提升小雨到中雨量级的降水评分。
冬季亚洲中纬度极端低温事件与巴伦支—喀拉海异常增暖的关系及联系机制
李言蹊, 陈海山
2021, 45(4): 889-900.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20168
摘要(130) HTML(47) PDF (26561KB)(45)
摘要:
利用1979~2019年NCEP-DOE再分析资料,分析了亚洲中纬度冬季极端低温事件发生频次与巴伦支—喀拉海异常增暖的联系及可能机制。研究表明:巴伦支—喀拉海异常增暖通常对应西伯利亚高压异常增强及亚洲中纬度极端低温频发。进一步分析发现,伴随巴伦支—喀拉海异常增暖,新地岛、乌拉尔山附近出现位势高度正异常,在位势高度正异常的东侧、南侧对应显著的冷平流及下沉运动异常,并在近地面出现异常辐散气流,使得西伯利亚高压增强且向东南延伸。热力学方程诊断的结果表明:西伯利亚高压异常南侧东北风导致的异常冷平流、偏东风异常经过地形造成的异常上升运动以及辐射、感热、潜热交换造成的异常非绝热冷却导致亚洲中纬度近地面温度季节循环振幅增大,有利于极端低温频发。
云海-2掩星探测资料在全球数值天气预报模式中的同化效果评估
王业桂, 张斌, 李娟, 蔡其发, 兰伟仁, 郭贤鹏, 王广杰
2021, 45(4): 901-914.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20187
摘要(78) HTML(17) PDF (34811KB)(25)
摘要:
本文基于T799L91全球数值天气预报模式及其四维变分同化系统,构建了云海-2掩星探测资料的同化流程,并以2019年7月开展了为期一个月的云海-2掩星探测资料同化预报试验。对东亚区域、北半球和南半球的同化预报结果评估表明:在全球数值天气预报模式中,同化云海-2掩星探测资料能够有效提高预报场的准确性,提高的幅度随着预报时效和预报日数的增加逐渐增大;在更长时效的72 h、120 h、168 h预报中,云海-2掩星探测资料与GPS(Global Positioning System)掩星探测资料的同化效果在中前期相当,在中后期,同化云海-2掩星探测资料逐渐优于GPS掩星探测资料;随着预报日数的增加,联合同化云海-2掩星探测资料和GPS掩星探测资料的优势逐步显现。
“暖北极—冷欧亚”模态的年代际变化及其与北大西洋海温的联系
王婧, 吕俊梅
2021, 45(4): 915-930.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20205
摘要(98) HTML(7) PDF (27129KB)(47)
摘要:
本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温、美国国家海洋和大气局—环境科学协作研究所20世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911~2019/2020年冬季(DJF)欧亚中高纬地区“暖北极—冷欧亚”(WACE)模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。
网络预出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前还未经编辑排版,且尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
月内尺度上与冬季北太平洋大范围海温暖异常相联系的海气相互作用特征
陈宏莉, 徐海明, 马静, 邓洁淳
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21047
摘要(15) PDF (4897KB)(7)
摘要:
本文采用1985-2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SSTs)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明:(1)大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用,后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。(2)SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变,前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常(即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压),对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常,南侧为弱高压异常,对应大气偏西风异常。(3)在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应,这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用,且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。(4)海流结构在前后期也发生了明显的转变,前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常,后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。
山西一次降雪云物理特征的飞机观测研究
封秋娟
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21004
摘要(27) PDF (3414KB)(13)
摘要:
通过飞机直接进入降雪云进行探测,并配合MICPAS、雷达和卫星等资料,对2011年11月29日山西一次降雪云宏微观结构特征进行分析。研究发现:本次降雪过程的雷达回波以10~20dBZ大片层状云回波为主,镶嵌了超过30dBZ的块状强回波,雷达径向速度零线呈较强的“S”型弯曲,出现“牛眼”结构,从低层到高层有较强的风垂直切变。液水含量主要位于3.2km以下,最大值为0.0697g m-3,冰雪晶数浓度N50、N200和冰水含量主要产生于层积混合降雪云的上部,极大值出现在-9.3℃附近,分别为188.4L-1、33.5L-1和0.121g m-3。-14.4~-19.7℃冰晶图像以针状、柱状和不规则状为主,以冰晶的凝华增长为主。-9.3℃附近冰雪晶图像以辐枝状、不规则状为主,辐枝状冰晶的聚并碰撞和折裂繁生可能是造成此处冰雪晶高浓度的主要原因。利用指数形式能较好地拟合冰雪晶谱分布,谱拟合参数可以用幂函数Nos=1.021λ1.684表示,相关系数R2为0.86。3.2km以下存在三次逆温,逆温层的出现使云微物理特征量和拟合参数Nos减小,抑制了云内淞附增长和凝华增长,导致本次观测谱拟合参数Nos、λ随温度的变化规律与以往的观测不一致,逆温强度越大抑制作用越大。
深度学习在印度洋偶极子预报中的应用研究
刘俊, 唐佑民, 宋迅殊, 孙志林
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21048
摘要(55) PDF (4520KB)(25)
摘要:
印度洋偶极子(IOD)是热带印度洋秋季最强的年际变率,它会通过大气遥相关来影响世界许多地区的气候。目前耦合气候模式对IOD预报技巧仍非常有限,远低于热带太平洋的厄尔尼诺事件的预报技巧。鉴于深度学习具备高效的数据处理能力,本文使用深度学习中的卷积神经网络(CNN)与人工神经网络中的多层感知机(MLP)处理再分析观测资料,从而进行IOD预报。由于当预报初始时刻为北半球冬春季时,对IOD事件的预报技巧较低。因此,为探索CNN的预报能力,本文仅使用三种初始时刻,分别为1-2-3月(Jan-Feb-Mar,JFM)、2-3-4月(Feb-Mar-Apr,FMA)、3-4-5月(Mar-Apr-May,MAM),来预报其后续七个月的印度洋偶极子指数(DMI)、东极子指数(EIO)和西极子指数(WIO)。结果表明:CNN对DMI、EIO和WIO指数的有效预测时效均超过了6个月。与现在耦合动力模式相比,CNN模型能够显著提升DMI指数和EIO指数的预报技巧,但对WIO指数的预报技巧提升有限。当预报提前时间为7个月时,CNN模型能够比较准确地预报1994、1997与2019年的IOD事件。由于CNN模型能够更好地抓住印度洋海温的空间结构特征,它对IOD事件的预报技巧比传统神经网络MLP高。
利用Ka波段云雷达对青藏高原三类重要天气系统云宏观参数日变化特征的观测研究
武静雅, 孙强, 毕永恒, 田玉芳, 王一楠, 吕达仁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21061
摘要(23) PDF (2147KB)(11)
摘要:
青藏高原上空云宏观参数的日变化受大尺度环流、当地太阳辐射和地表过程的联合作用,对辐射收支、辐射传输及感热、潜热的分布等有重要影响。由于缺乏持续定量的观测手段,对各类天气系统云宏观参数日变化特征的了解还十分不足。多波段多大气成分主被动综合探测系统APSOS(Atmospheric Profiling Synthetic Observation System)的Ka波段云雷达是首部在青藏高原实现长期观测云的雷达。本文基于2019年全年APSOS的Ka波段云雷达资料,研究了西风槽、切变线和低涡三类重要天气系统影响下的有云频率、单层非降水云或者降水云非降水时段的云顶高度、云底高度和云厚日变化的时域和频域特征,给出了统计回归方程。主要结论有:(1)西风槽系统日均有云频率为56.9%,切变线系统为50.8%,低涡系统达73%;(2)尽管西风槽和切变线系统的成因不同,但两类系统云宏观参数的日变化趋势和主要谐波周期相似:日变化趋势基本为单峰单谷型,日出前最低,日落前最高。有云频率表现为日变化和半日变化,单层云云顶高度、云底高度和云厚主要表现为日变化;(3)低涡系统云宏观参数的日变化特征与前两类系统明显不同:日变化趋势表现为多峰多谷型,虽然有云频率和单层云云顶高度、云底高度主要谐波中均以日变化振幅最大,但频谱分布分散,云厚主要变化中振幅最大的是周期为4.8小时的波动;(4)给出了各系统有云频率、单层云云顶高度、云底高度和云厚日变化的统计回归方程。
未来30年亚洲降水情景预估及偏差订正
杨阳, 戴新刚, 汪萍
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20241
摘要(34) PDF (4562KB)(9)
摘要:
借助第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据及英国气候研究所(CRU)的格点降水资料,分析了多模式集合平均降水在亚洲的偏差分布特征,检验了三种减小偏差的方法,并预估了未来30年亚洲降水变化的趋势。结果表明,在CMIP5历史气候模拟中,多模式集合降水在亚洲存在明显偏差,在北方降水偏多,南方偏少,其中在青藏高原、内蒙古、蒙古国等地明显偏多达30%-40%,南亚偏少30%-40%,在越南和华南沿海偏少20-30%等。模式降水偏差型在2006-2015年预估与历史气候模拟中类似,具有准定常性,可以通过二者之差消去模式气候漂移。偏差订正检验表明,对数回归在北方较好,年际增量回归在南方更优,二者结合构成所谓区域组合回归偏差订正法,用其订正中等排放情景RCP4.5下24个CMIP5模式集合预估的2021-2050年亚洲降水,其相对于1976-2005的变化表明,随着气候暖化亚洲季风区降水格局会发生或多或少的变化,在暖季(5-10月),阿拉伯半岛东部、南亚西北部、伊朗南部、中亚北部及俄罗斯的远东地区,以及中国的西北东部、环渤海湾及东北部分地区降水可能增加6%-10%;中亚南部及伊朗北部等地降水可能减少10%左右,中国西南降水平均减少约3%。在冷季,亚洲北方降水普遍增加,南方降水有所减少,其中南亚降水明显减少,达6%-10%,中国西南部降水减少;中国西北大部、华北和东北等地, 以及蒙古国和亚洲高纬度地带降水明显增加,增幅可达10%或更多。这些预估结果表明,随着气候暖化,未来30年我国西南的旱情可能持续,冬半年北方雪灾会增加,随着南亚夏季风区的西扩,南亚西北部巴基斯坦等干旱地带出现洪水灾害的频率会增加,但里海南部周边地带可能出现持续几十年的严重干旱事件。对于未来30年中国的南方,尤其是西南地区可能出现持续、甚至加重的干旱气候事件,需要提前做好应对部署。
台风强度模拟的海温目标观测研究
姚佳伟, 段晚锁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20256
摘要(23) PDF (7862KB)(10)
摘要:
根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局。NFSV-型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段。结果表明,在NFSV-型SST强迫目标观测敏感区内以90km间隔加密海温观测,这些额外观测能够更加有效地改善TC强度的模拟技巧;与空间范围更大的非敏感区相比,在NFSV-型SST强迫目标观测敏感区内进行目标观测,能够更加有效地改进TC强度的模拟能力,而当非敏感区内的局地观测区域逐步接近目标观测敏感区时,该局地区域的加密观测对TC强度模拟改善程度也逐步提高。进一步研究表明,上述目标观测对台风强度模拟水平的改善尤以NFSV-型SST强迫误差大值区所对应的TC快速增强阶段最为明显。所以,在由NFSV-型SST强迫误差确定的目标观测敏感区和敏感时段内加密观测,对台风强度模拟能力的提高最有效,而且在敏感区内以合适的间隔实施外场观测是最经济的观测策略。
中国西南部一次东移型暴雨中涡旋发展的多尺度地形影响研究
李祥, 杨帅, 杨书运
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21072
摘要(29) PDF (7226KB)(5)
摘要:
由观测分析和数值模拟,发现2019年8月5-6日中国西南部的东传型致灾暴雨事件中存在三涡(南北双高原涡、西南涡)相继发展并导致暴雨加强和传播的现象。借助数值试验,研究了多尺度地形因子(青藏高原、横断山脉和四川盆地三大地形)各自对涡旋演变的作用。结果表明,横断山脉对西南涡的形成起关键作用,四川盆地影响着西南涡的位置和强度。对于高原涡(这里指南侧高原涡)的传播,四川盆地只影响涡旋强度演变,但不会改变高原涡的传播路径。一旦横断山脉被移除,高原涡的传播现象随之消失。进一步分析青藏高原和四川盆地交界处的陡峭地形坡度改变对涡旋发展的影响,发现坡度越陡,高原涡传播速度越快,且盆地内二涡合并后的西南涡强度越强。最后借助于倾斜涡度发展理论,解释了不同坡度对涡旋强度演变的影响:随着坡度变陡,倾斜涡度发展系数CD剧烈减小;陡坡时沿涡旋下滑路径快速减小的CD对垂直涡度局地倾向的强迫作用,加剧了涡旋的快速加强。
云南一次冰雹过程微物理形成机理的数值模拟研究
刘春文, 郭学良, 段玮, 李辰, 尹丽云
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20152
摘要(25) PDF (2586KB)(13)
摘要:
摘 要 冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机制。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.5 ms-1。通过对冰雹形成的微物理过程分析表明,雹/霰胚的主要来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占97.8%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占2.2%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.5mm至1.0mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.5mm的雹/霰胚较难增长,而直径大于1.0mm的雹/霰胚易于增长,大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷水累积带,但过冷水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大;对纬向风速的“零线”和冰雹增长的“穴道”区位置与变化分析提出,在雹云生长早期,应以雹云强中心顶部为防雹作业部位,随着雹云的增强发展,应以雹云强中心为防雹作业部位。
公里尺度区域变分同化中引入大尺度约束的影响研究
王瑞春, 龚建东, 王皓
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20176
摘要(21) PDF (3382KB)(8)
摘要:
公里尺度资料同化系统的框架设计和资料选择均侧重于中小尺度分析,常存在大尺度分析能力不足的问题。本研究在GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)区域3km三维变分同化目标泛函中增加大尺度约束,将全球系统的大尺度信息引入到分析框架中去,研究其对公里尺度同化预报的影响。一个月的数值试验结果表明,引入大尺度约束可以显著改进大尺度形势场的分析和预报,提高降水预报评分,减少2m温度和10m风场的分析预报误差。进一步的,定量降水敏感性试验结果表明,大尺度湿度场和温度场约束对于改进降水评分十分重要。这其中,湿度场约束对于减少降水空报以及提高短时临近降水的TS评分重要,而温度场约束对于改进较长时效的TS降水评分重要。此外,在均引入大尺度约束的条件下,采用完全循环(一个月中间无冷启)方案运行的试验获得了与局部循环(每日冷启)相当的分析预报结果。这为GRAPES区域公里尺度系统采用完全循环方案,进一步简化流程,减少计算消耗奠定了很好的基础。
从夹卷的角度探讨雾不同阶段微物理量的变化机理
吴诗晓, 陆春松, 朱磊, 高思楠, 吕晶晶
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20189
摘要(37) PDF (1414KB)(18)
摘要:
夹卷混合过程作为影响云雾的主要物理过程之一,对云雾的生命周期、云雾降水的形成过程、辐射传输过程和气溶胶间接效应等都有着重要影响。本文从微物理和动力两个方面探讨辐射雾中的夹卷混合机制,既促进对夹卷混合机制的理论认识,又从新的角度来讨论辐射雾的发展消亡过程。利用2006年和2007年冬季在南京进行的雾综合观测的资料,研究了9个个例中的夹卷混合机制。首先,针对2007年12月10-11日这一次辐射雾过程进行详细分析,探讨了不同阶段微物理量的变化和夹卷混合机制。结果表明:成熟阶段主要为极端非均匀夹卷混合机制,数浓度和含水量同时减小,体积平均半径却基本保持不变;快速消散阶段主要为均匀夹卷混合机制,各微物理参量同时减小,互为正相关关系。除了微物理,本文也分析了夹卷混合机制的动力特征,计算了过渡尺度数,发现在成熟(快速消散)阶段,过渡尺度数小(大),有利于极端非均匀(均匀)夹卷混合机制的发生。其次,分析了其他8个个例中微物理量之间的相关关系,发现体积平均半径和含水量之间主要呈正相关关系,以均匀夹卷混合为主。所得结果有助于夹卷混合机制参数化方案的开发,同时为辐射雾的模拟预报提供参考。
复杂地形强降雪过程中垂直运动诊断分析
马淑萍, 冉令坤
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20206
摘要(29) PDF (9950KB)(20)
摘要:
利用WRF模式对2018年11月30日伊犁河谷和天山北坡强降雪过程进行数值模拟,并分析复杂地形强降雪过程垂直速度和垂直动能变化机制。研究表明,冷锋过境造成地表气压升高,干空气气柱质量增大,从而导致垂直气压梯度力和干空气气柱浮力发生变化,进而引起垂直运动发生发展。垂直速度局地时间变化主要取决于扰动垂直气压梯度力、水物质拖曳力和扰动干空气浮力。在天山北坡,气流过山时,迎风坡的扰动垂直气压梯度力较大,扰动干空气浮力较小,二者合力促进上升运动;在背风坡,扰动垂直气压梯度力和扰动空气浮力形成向下的合力,产生下沉加速度,导致背风坡下沉大风。扰动垂直气压梯度力做功和扰动干空气浮力做功情况基本相反,背风坡扰动垂直气压梯度力和综合强迫做功项抑制垂直动能,扰动干空气浮力和水物质拖曳力做功项增强垂直动能。此外,扰动垂直气压梯度力和扰动干空气浮力做功项主要出现在中低层,水物质拖曳力做功项主要位于低层,平缓地形处的综合强迫做功明显小于地形复杂处。
祁连山春季一次层状云降水的雨滴谱分布及地形影响特征
程鹏, 常祎, 刘琴, 王研峰, 李宝梓, 陈祺, 罗汉
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20231
摘要(38) PDF (2862KB)(22)
摘要:
祁连山是青藏高原东北部重要的生态屏障和冰川与水源涵养生态功能区,是黄河流域重要水源产流地,但针对该地区的云和降水过程研究很少。本文利用祁连山地区11个Parsivel2雨滴谱仪的观测数据,研究了祁连山地区春季一次层状云降水过程的雨滴谱分布及地形影响特征。此次降水过程主要受短波槽影响,降水时空差异较大。雨滴谱观测数据表明,此次降水过程的雨滴等效直径(D_m)较小,雨滴谱数浓度(N_T)与D_m随海拔高度升高分别呈增加和减小的趋势,低海拔站点〖logN〗_w和D_m分布有着明显的层状云降水特征,而整个祁连山地区在同样D_m下有着更高的N_w。低海拔站点由于碰并和小雨滴的蒸发,因此有着更少的小雨滴(<1 mm)和更多的大雨滴,而高海拔站点由于距离云底较近或位于云内,云滴尺度小且浓度大,D_m随R增大变化趋势不明显。Γ分布拟合的各个站点的参数明显偏大,M-P分布的N_0明显高于其他地区,Γ分布对于小雨滴的拟合效果较好,Γ分布和M-P分布在大粒子端分别有着明显的低估和高估。受海拔高度与云底的相对位置和地形的影响,祁连山地区的雨滴谱分布拟合结果、μ-Λ关系、Z-R关系等都与其他地区或研究有着较大的区别。
华南冬季强降水及高、低纬两支波列的协同影响
陈婉玲, 李秀珍
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20246
摘要(13) PDF (3480KB)(7)
摘要:
采用1979~2015年ERA-Interim再分析资料和中国756个站点的逐日降水观测资料,利用百分位法定义了华南冬季强降水事件,通过聚类分析发现中国冬季强降水的中心主要集中在5个地区:长江中下游地区、华南中西部、华南东南部、淮河流域以及中国西南部。为了揭示华南南部大范围强降水的成因,对比分析了由西南地区自西向东移动至东南沿海的东移型强降水事件与西南地区局地型强降水事件。结果表明,南支槽槽前的暖湿气流与冷空气活动的强弱对峙是触发以及维持这两类强降水的关键。在局地型强降水中,活跃的冷空气活动抑制了南支槽的发展和东扩,强降水局限于西南地区;对于东移型强降水,由于冷空气活动偏弱,南支槽槽前西南暖湿气流东扩,降水落区随之东移。高纬度波列与南亚急流波列的协同作用是影响冷、暖气流相对强弱的关键环流系统。当高纬度波列与南亚急流波列同步发展时,冷、暖空气均较强形成强烈对峙,强降水主要局限在西南地区;当高纬度波列活动超前于南亚急流波列,冷空气活动与南支槽的加深错开,强降水可持续并东移,影响较大范围。
2020年6-7月西南地区东部降水异常偏多的水汽输送特征
李永华, 周 杰, 何卷雄, 卢楚翰, 向 波
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21002
摘要(21) PDF (5334KB)(15)
摘要:
利用1961-2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979-2020年ECMWF的ERA5逐月再分析资料以及NCEP/NCAR提供的逐6h全球再分析资料,采用相关、回归、聚类、拉格朗日轨迹模式HYSPLITv5.0模拟等方法对2020年6-7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析,定义了关键区水汽强度指标,分析了关键区水汽强度与前期冬季海温和青藏高原积雪的联系。结果表明,2020年6-7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成,为1961年以来最多,除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外,其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6-7月对流层高、中、低层环流场配置是西南地区东部典型多雨的环流形势:200hPa上高空急流位置偏南,致使冷空气活动较多且偏南,同时西南地区东部正好位于急流轴以南地区,高层强辐散流出,低层强辐合流入,配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动,为降水提供了良好的动力条件,而西太平洋副高明显西伸,有利其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送,使得该区域降水偏多。采用欧拉方法计算的定性的水汽来源和采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果,都表明2020年6-7月西南地区东部降水的水汽主要来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方洋面的暖湿气流,而北方的干冷空气也有水汽向该区域输送,但相对于南方海洋的水汽输送要小得多。前冬青藏高原积雪偏多,印度洋和赤道中东太平洋海温偏高,引起孟加拉湾西风减弱,南海东风偏强,中南半岛北部南风偏强,形成西太平洋副高偏西偏强的典型风场特征,有利于孟加拉湾和南海地区水汽输送偏西偏强,中南半岛地区向北的水汽输送偏强,使得西太平洋副高西南侧的水汽能够源源不断输送到西南地区东部,造成该地区降水偏多。
基于EOF的自动气象站气温观测资料修复方法
沈王彬, 李昕, 秦正坤, 张冰
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21021
摘要(15) PDF (3103KB)(8)
摘要:
全国目前已经建成了近7万个自动气象观测站点,然而自动气象站观测资料一直存在资料质量较低的问题,大量错误资料的存在极大影响了其在气象研究中的应用,因此对错误观测的数据进行准确的修复是一项重要工作。本文利用2019年12月1日00时至7日23时,共168个时次的地面自动站温度观测资料,在利用EOF(Empirical Orthogonal Function)质量控制方法识别异常观测资料的基础上,提出了一种基于迭代EOF分析方法的错误资料修复方法。通过理想修复试验的精度分析表明,新修复方法能够很好地修复错误的地面自动站观测气温,修复方法的误差约为0.48℃。而基于Cressman插值等这一类依赖单点观测信息进行修复的方法更容易受到小尺度信号干扰而引入非自然观测信息,对地面温度的修复误差可以达到1.55℃。实际的修复结果分析也证明新修复方法充分利用了EOF分析方法的时空分离作用和模态正交性特点,通过迭代方法逐步消除错误资料的影响,从而获得了与周边观测资料有更好时空连续性的修复结果。
一次梅雨锋暴雨过程数值模拟的云微物理参数化敏感性研究
周志敏, 胡扬, 康兆萍
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21025
摘要(11) PDF (4426KB)(7)
摘要:
梅雨锋暴雨中的云微物理过程对降水的演变有着重要影响。本文通过WRF(3.4.1)模式,针对2018年6月29日至30日一次梅雨锋背景下的暴雨过程进行数值模拟,分别采用了Morrison、Thompson和MY方案进行对比分析,结果发现:(1)三个方案模拟的背景场在天气尺度上,都与ERA5再分析资料一致,能够模拟出有利于强降水发生的环流场。云微物理过程对梅雨期暴雨的局地环流有着显著影响,不同方案存在明显差异,本次过程中,Thompson方案模拟出更强的局地环流系统变率和上升气流。三个方案的模拟降水均有所夸大,小时降水率始终大于观测值。冰相粒子融化或雨滴搜集云滴的高估可能是造成降水模拟值偏强的重要原因之一,总体来看,Morrison方案的模拟效果相对最优。(2)冰相粒子融化、雨滴收集云滴是雨滴增长的关键源项,蒸发则是其最重要的汇项。总的来说,雨滴对云滴的收集量大于冰相粒子融化。但上述过程在不同方案中存在空间上的差异,从而使得模拟降水的空间分布存在差异。(3)Thompson方案中,冰相粒子融化量最大,雨滴蒸发项显著大于其它两个方案,在底层表现得最为明显。同时,该方案水汽凝结效应最强,使得雨滴收集更多云滴。该方案模拟的雨滴最多,降水最强。该方案中凝华的主要产物为雪,且其在与过冷水碰并增长过程中占主导地位,故模拟的雪最多。4)Morrison方案中,水汽主要凝华为雪和少量霰(冰晶忽略不计);Thompson方案中水汽基本凝华为雪,其它冰相粒子极少;MY方案中,水汽主要凝华为雪和冰晶,冰晶总量略少于雪,但显著大于其它方案。5)云滴在凇附过程中的总体贡献大于雨滴。Morrison和 MY方案中,霰粒子收集云滴增长的量均最大。Morrison方案中,其它凇附过程不同程度发挥作用,而MY方案中,其它凇附过程几乎可忽略不计。并且,霰粒子收集云滴的增长量大于凝华过程产生的雪粒子总量。贝吉龙及凇附效应的差异,是不同方案中冰相粒子分布差异的关键原因之一。
亚洲中高纬环流春夏季节转换过程的关键特征
布和朝鲁, 林大伟
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21028
摘要(15) PDF (2650KB)(6)
摘要:
亚洲中高纬环流春夏季节转换是亚洲大陆上发生的不同区域春夏季节转换中的一个重要组成部分,它为江淮流域梅雨形势的建立提供必要的中高纬环流条件。但是关于其独特性和关键特征,迄今为止尚没有系统性的总结。本文利用NCEP/NCAR再分析资料I的逐日数据,分析和总结了这一春夏季节转换过程的关键特征。亚洲中高纬环流春夏季节转换以500 hPa东北亚脊和“双阻型”环流形势的依次建立为重要标志。东北亚脊及其相关的海陆温度差异的形成主要归因于东北亚积雪融化和局地强烈增温过程。东北亚低压(850 hPa)的建立是亚洲中高纬环流春夏季节转换的另一个重要标志。当季节转换发生时,青藏高原上空的200 hPa急流轴从~35N向北跳到~37N,与此同时亚洲温带急流彻底消失。伴随着季节转换,亚洲中高纬地区近地面温度经向梯度减弱,高频瞬变斜压扰动随之减弱;与之形成鲜明对比,低频天气系统,包括亚洲阻塞高压和东北冷涡系统,则成为该地区主导天气系统。本文也从春夏季节转换早晚的角度,探讨了亚洲中高纬环流和天气系统的演变特征,由此进一步补充了春夏季节转换的关键信息。
河北冬奥赛区一次夜间增温过程的数值模拟及诊断
章鸣, 连志鸾, 平凡, 祝善友
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21031
摘要(9) PDF (3350KB)(3)
摘要:
夜间增温是河北冬奥赛区冬季频发的天气现象,对其进行准确的模拟与预报对赛区建设及比赛保障至关重要。本文针对河北冬奥赛区2020年2月8日夜间至9日凌晨发生的一次夜间增温过程,通过引入高分辨率地形数据,利用中尺度区域数值模式WRF4.1.5精细化再现了此次夜间增温过程,并探究了此次过程的气象特征及成因。研究结果表明:此次夜间增温过程受东北冷涡影响,中高空冷平流显著,高低层风切变较强,有明显的平流差异,同时,近地面气象要素变化特征明显,包括相对湿度降低、风速增大、海平面气压降低、地表热通量及长波辐射增强等;增温发生时,强冷平流在范围及强度上均明显增加,导致强烈的下沉运动,使得低层大气温度升高,并且高低层强风切变以及平流差异容易产生垂直混合,等熵面波动明显,湍流加强,进一步加强湍流垂直混合运动,运动热通量输送增强,产生夜间温度异常升高现象。
北京两次特大暴雨过程观测对比
陆婷婷, 崔晓鹏
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21007
摘要(46) PDF (3569KB)(28)
摘要:
本文针对2012年(“7.21”)和2016年(“7.20”)北京两次特大暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,结合多种分析方法,从多个角度,较为系统地对比揭示了两次特大暴雨过程的差异,结果指出:两次过程降水总量相近,但降水历时和小时雨强不同,“7.21”历时更短、雨势更强;两次过程主导天气系统和演变、对流系统演变以及局地探空条件明显不同,“7.21”主降水时段对流有效位能显著,暖区对流性强降水主导,而“7.20”主降水时段对流有效位能小,以低涡系统性降水为主;两次过程小时雨强和短历时降水事件统计差异显著,“7.20”中等强度小时雨量站点数占比显著,而“7.21”短时强降水站点数占比明显,两次过程短历时降水事件累积雨量、持续时间、5分钟和1小时最大雨量差异明显,“7.21”短历时强降水事件占比达一半以上(小时雨量50 mm以上的短历时极强降水事件占比明显),最大5分钟和1小时降水量分别高达20.4 mm和103.6 mm,极端性显著,而“7.20”短历时中等强度降水事件占比最大,最大5分钟和1小时降水量仅为10.7和59.3 mm,“7.21”降水极端性更强、致灾性更大;两次过程水汽来源和源区定量贡献差异明显,来自中国中东部及沿海地区的水汽贡献在两次过程中均最大,但“7.21”过程上述水汽源区的贡献最突出,而“7.20”过程中,印度半岛-孟加拉湾-中南半岛、中国南海和西北太平洋及日本海等区域的贡献也较为明显。上述结论有助于深入理解和认识两次特大暴雨过程致灾程度不同的原因。
基于多尺度特征融合网络的云和云阴影检测试验
杨昌军, 张秀再, 张晨, 冯絢, 刘瑞霞
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20214
摘要(15) PDF (1732KB)(7)
摘要:
目前,基于深度学习的高分辨率光学影像云检测过程中,云和云阴影及其边缘细节丢失较为严重,主要原因在于不同尺度空间语义信息特征融合存在不足。针对该问题,本文构建一种基于深度学习的多尺度特征融合网络(Multi-scale Feature Fusion Network, MFFN)的云和云阴影检测方法,该算法结合防止网络退化的残差神经网络模块(Res.block)、扩大网络感受野的多尺度卷积模块(MCM)和提取并融合不同尺度信息的多尺度特征模块(MFM)。实验表明,本算法能提取丰富的空间信息与语义信息,可取得较为精细的云与云阴影掩摸,具有较高检测精度,其中云检测准确率达0. 9796,云阴影检测准确率达0.8307。同时,该工作可为深度学习技术应用于业务云检测提供理论支持及技术储备。
气候学发展历程的回顾与若干启示
杨萍, 许小峰, 王志强
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20238
摘要(29) PDF (1107KB)(20)
摘要:
在人类认知气候的漫长过程中,涉及学科之广、贡献人物之多、关键事件之复杂使后人试图完整准确地把握其脉络走向的努力极为困难,而梳理古今中外几千年以来气候学的发展进程非常重要,是气候学学科建设不可或缺的重要组成部分。本研究试图在前人大量研究成果基础上,以时间脉络为主线,通过回顾气候学发展历程中的重要事件和关键人物,勾画出人类认识气候的基本轮廓,并以此为基础探讨其对当代气候学发展的启示。
青藏高原中东部地表感热趋势转折特征的季节差异
王慧, 张璐, 石兴东, 李栋梁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21026
摘要(16) PDF (2832KB)(8)
摘要:
本文利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM),分析了1982-2018年青藏高原中东部70个气象站点地表感热趋势演变特征的季节差异,并利用方差分析方法定量评估了影响不同季节地表感热变化的关键气象要素。结果显示:(1)高原中东部四季平均地表感热通量均存在显著趋势转折特征,整体来看,秋、冬季转折时间稍早(1999年),春、夏季稍晚(2000年);分区来看,高原Ⅱ区(东部)的转折时间最早,其次是Ⅳ区(东南部)和Ⅰ区(北部),Ⅲ区(西南部)的转折时间最晚。在地表感热趋势转折之前,以夏季的感热减弱最突出,其次为春季和秋季,冬季最弱;在感热趋势转折之后,冬季的地表感热的增强最强,其他季节增强趋势相当。冬季和春季高原地表感热趋势转折的关键区分别在高原的东部和南部,夏、秋季的关键区主要为高原的Ⅱ区(东部)和Ⅲ区(西南部)。(2)在高原地表感热趋势转折之前,地面风速的减小对四季地表感热的减弱趋势均有重要贡献,但高原冬季地表感热的年际变化受地气温差的变化所主导;春、秋季受地气温差和地面风速变化的共同影响;夏季以地面风速的影响占优势。在地表感热趋势转折之后,秋、冬季地面风速的增大和地气温差的加大,共同导致了地表感热的趋势转折,但地表感热的年际变化由地气温差的变化所主导;春季地气温差的加大是地表感热趋势转折的主因,同时地气温差也在地表感热年际变化的影响中占优势;夏季地面风速的显著增大导致了地表感热趋势的转折,但地表感热的年际变化由地气温差和地面风速变化共同影响。
分析约束的集合预报初始扰动构造方案的初步研究
潘贤, 王秋萍, 张瑜, 何佩仪, 马旭林
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21029
摘要(14) PDF (9532KB)(7)
摘要:
集合预报初始扰动准确描述大气运动的不确定性是集合预报研究的核心问题,合理的扰动结构及振幅应能更好地反映大气运动状态的预报误差特征。随着集合扰动和资料同化的深入研究和理解,集合初始扰动方案与集合同化紧密结合协同发展。本文基于中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES-REPS集合预报系统,针对其初始扰动的结构和振幅与预报误差一致性较差的不合理问题,结合不同空间尺度天气系统预报误差特征,将表征预报不确定性的集合扰动与表达观测和预报不确定性的资料同化分析增量的关系有效结合,研究提出了一种改善集合初始扰动质量的分析约束方案,以实现对集合初始扰动质量进一步改善。分析约束方案充分考虑资料同化的分析增量的空间结构和量值特征,分别构造了单一定常和具有一定适应能力的两种分析约束函数,实现对初始扰动中不合理信息的识别和约束调整。试验结果表明,具有适应能力的分析约束方案对集合初始扰动具有良好的约束能力,约束后集合扰动的结构和振幅与中小尺度天气系统的预报误差更为吻合,其集合离散度和扰动能量的空间结构与演变特征更加趋于合理。分析约束方案可有效改善集合初始扰动质量及其预报性能。
FGOALS耦合模式对赤道太平洋海温和降水年循环的模拟评估
李恬燕, 俞永强
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21036
摘要(17) PDF (4456KB)(6)
摘要:
本文评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)研发的全球气候系统模式(FGOALS)的4个版本(FGOALS-g2, s2, g3, f3-L)对赤道太平洋地区的海温、降水气候态和季节循环的模拟能力。其中前2个版本g2,s2和后2个版本g3, f3-L分别完成了国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)和第六阶段(CMIP6)数值试验并公开发布结果。本文从海气耦合机制和热量收支的角度对耦合模式结果和相应的大气模式比较计划试验(AMIP)进行了对比分析,探讨了造成这一地区海温和降水模拟偏差的原因。结果显示,新一代的模式g3和f3-L模拟的热带太平洋区域气候平均态有明显改进,模拟的海表温度均方根误差为1度左右,而上一代模式g2和s2均方根误差则在2度以上,相较而言误差降低了50%左右。但是新一代版本模拟的降水没有显著改进。从东太平洋赤道南北温度和降水的不对称性来看,f3-L模拟结果最好,因为该版本中赤道太平洋地区的净短波辐射平均态误差的减小,海洋上层热量动力输送过程的改善和净短波辐射与海温回归关系改进,赤道太平洋地区海温的平均态更加接近观测。另外,赤道北侧ITCZ的降水偏大4mm/day,比之前的模式更加严重。对流降水带来的凝结潜热释放加强了南北非绝热加热梯度,越赤道南风加强,风场的误差抵消了一部分因为净短波辐射偏大带来的海温偏暖,这说明海温平均态的改善部分是模拟误差相互抵消的结果。在季节循环的模拟方面也存在类似的现象,f3-L和g3中的海温年循环有所改进但较观测相比振幅仍旧偏弱。年循环有所改进是因为,f3-L和g3模拟的经向风和潜热的年循环振幅比前版本更要偏强,也就是说误差加大,但是却更大程度上抵消短波辐射的年循环偏差,使得模拟的赤道东太平洋SST年循环相对前一版本有明显改进。而g2和s2模拟的海温在赤道东太平洋则存在一个虚假半年循环分量,这主要是由潜热通量半年循环偏差所引起的。
淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理
卢睿, 朱志伟, 李天明, 潘晓, 江叶艳, 陆雅君
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20223
摘要(71) PDF (3247KB)(82)
摘要:
本文基于1961~2016年淮河流域四省(江苏、安徽、河南、山东)逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:(1)淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在31°-36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;(2)南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;(3)南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。
青藏高原冬季绕流的变化特征及其对中国气候的影响
姜润, 巩远发, 袁源, 康潆文, 陈彦伟, 侯劭禹
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20244
摘要(78) PDF (3274KB)(77)
摘要:
利用1979~2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集(V3.0)的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:(1)青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间存在明显的不同变化特征。北支(南支)绕流异常强、南支(北支)绕流异常弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式(气旋式)环流系统,高原中部的500hPa为一个异常反气旋(气旋)环流中心,并垂直延伸到300hPa高度(随高度向西北方向倾斜);南北两支绕流变化呈显著的负相关。(2)青藏高原冬季南北两支绕流的异常变化对我国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强(弱)时,我国除东北地区气温偏低(高)、降水偏多(少)外,河套、青藏高原及长江以南地区气温偏高(低)、降水偏少(多);当南支绕流强(弱)时,全国气温普遍偏低(高),东北及新疆北部地区降水偏少(多),西南及南方大部分地区降水偏多(少)。(3)综合分析东亚对流层整层大气要素的垂直结构异常变化对我国天气气候异常的影响表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,35°N以北的整个对流层中都是异常西风,35°N以南850hPa以上都是异常东风,我国东部对流层大气是受青藏高原纬向异常绕流影响的“正压结构”;相应的对流层中850hPa以下底层从南到北为一致的异常西南风,850hPa以上为35°N北侧异常西北风与南侧异常东北风之间反气旋式切变、下沉运动异常,300hPa以下异常偏暖,这些不利于冷空气南下和反气旋切变加强的下沉运动增温作用,导致了我国东部大部分地区气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南地区近地面到华北200hPa高度为“三角形”状的异常东风,配合相应的经向风异常、华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到我国南海地区,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到我国中高纬度地区,导致我国大范围的气温异常偏低、降水偏多。
寿县不同强度雾的微物理特征及其与能见度的关系
张 浩, 石春娥, 杨军, 倪婷
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20230
摘要(26) PDF (2182KB)(13)
摘要:
雾对交通运输有不利影响,尤其是强浓雾。本文利用2019年1月上中旬在寿县国家气候观象台应用FM-100型雾滴谱仪测量的雾滴谱数据和常规气象观测数据,分析了不同强度雾的微物理特征,以及能见度与液水含量、雾滴数浓度、相对湿度之间的关系,在此基础上建立了能见度参数化方案。结果表明:(1)随着雾的强度增强,雾中含水量显著增大,大雾、浓雾和强浓雾阶段液水含量平均值分别为0.003、0.01和0.09 g·m-3;当含水量大于0.02g·m-3,出现强浓雾的比例高达95%。(2)雾滴数浓度、雾滴尺度随着雾强度增强而增大,从大雾到浓雾,雾滴数浓度显著增加(67%),而从浓雾到强浓雾,雾滴尺度显著增大,平均直径、平均有效半径分别增加62%、135%;当雾滴有效半径大于4.7μm,出现强浓雾的比例高达95%。(3)强浓雾、浓雾、大雾雾滴数浓度谱分布均为双峰结构,谱分布整体偏向小粒子一端,强浓雾谱型为Deirmendjian分布,浓雾、大雾均为Junge分布;强浓雾的雾水质量浓度谱呈现多峰特征,最大峰值出现在21.5μm处,浓雾雾水质量浓度谱为双峰分布,大雾为单峰型,最大峰值均出现在5μm处。(4)含水量、数浓度与能见度均呈反相关关系,含水量对能见度的影响最为显著;分别采用全样本和分段方式建立了四种能见度参数化方案,评估检验结果表明,基于含水量的能见度分段拟合方案对能见度的估算效果最好。
IPO、 AMO和全球变暖对北美地区降水的相对贡献
徐川, 张昊, 陶丽
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20228
摘要(93) PDF (4118KB)(49)
摘要:
本文研究了1934-2018年期间太平洋年代际振荡(Interdecadal Pacific Oscillation,IPO)、大西洋年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)以及全球变暖(Global Warming,GW)对北美地区陆地降水年代际变化的相对贡献。首先通过对冬(12-2月)、夏季(6-8月)北美地区的陆地降水与中低纬地区的海表面温度进行奇异值分解分析,得到对北美陆地冬季降水相对贡献较大的主要海温模态为IPO(42.33%)和AMO(23.21%),夏季则为AMO(32.66%)和IPO(21.60%)。其次利用线性回归模型,分析三种信号分别对北美冬、夏季陆地降水的相对贡献及对北美陆地不同区域降水的相对重要性,结果表明AMO对夏季北美陆地降水变化的贡献最大,IPO次之,冬季则相反,GW对冬夏季北美陆地降水都有一定的贡献。夏季期间阿拉斯加地区AMO的贡献最大,约占65.8%,加拿大地区GW的贡献最大,约占44.5%,美国本土及墨西哥地区三者贡献基本一致;冬季期间阿拉斯加和加拿大地区GW的贡献最大,分别为62.3%和44.7%,美国本土和墨西哥地区IPO的贡献最大,分别为47.9%和71.5%。进一步利用信息流方法,验证了IPO、AMO、GW对降水的敏感性区域。最后运用全球大气环流模式ECHAM 4.6进一步确定了太平洋和大西洋海温异常对北美地区陆地降水变化的影响途径,结果表明印度洋海表面温度异常在AMO和IPO对北美陆地降水变化的作用中至关重要。
2020年江淮流域超强梅雨年际异常的驱动因子分析
赵俊虎, 张涵, 熊开国, 左金清, 陈丽娟
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21011
摘要(61) PDF (3886KB)(37)
摘要:
利用观测诊断和数值模拟相结合的方法,研究了2020年江淮流域6~7月超强梅雨年际异常的环流特征和驱动因子。结果表明:(1)2020年梅雨期长度和江淮流域总降水量均为1961年以来第一位,超强梅雨主要与西北太平洋异常反气旋(WNPAC)的异常偏强和异常西伸有关,WNPAC为江淮流域梅雨期持续的强降水提供了充沛的水汽来源;(2)2019年11月~2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Ni?o事件,本次事件持续时间短、强度偏弱,不足以激发和维持2020年梅雨期异常偏强的WNPAC,而春、夏季热带印度洋和热带北大西洋海温异常持续偏暖是WNPAC异常偏强和西伸的主要驱动因子;(3)热带印度洋暖海温在其东部的西太平洋激发出大气Kelvin波响应,造成了纬向风变化的不均匀分布,通过埃克曼抽吸,抑制了局地对流活动,驱动了WNPAC的生成;而热带北大西洋暖海温则引起局地对流活动增强,导致热带北大西洋上空上升运动和热带中部太平洋下沉运动增强,在西北太平洋上空激发异常的低空反气旋;热带印度洋和热带北大西洋暖海温对2020年6~7月WNPAC异常偏强均有显著的正贡献。
东亚-西北太平洋海平面气压场的动力特征分析
孙宇, 韩琳, 李建平, 丁瑞强
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20254
摘要(63) PDF (2447KB)(17)
摘要:
东亚-西北太平洋地区的海平面气压(sea-level pressure,SLP)直接反映了低层大气的环流特征,其动力特征对于大气环流形势,气压系统的演变和天气、气候系统的发展等都有显著的影响。因此,深入分析东亚-西北太平洋地区海平面气压场的时空演变特征,对于提高我国的天气和气候预报具有重要意义。为了从非线性动力学的角度进行深入研究,文中使用了一种新方法来定量估算海平面气压吸引子的两个瞬时指标:瞬时维度和瞬时稳定度。瞬时维度表征了吸引子轨道在局部空间上的离散程度,瞬时稳定度则表征了轨道在局部时间上的稳定程度,它们共同反应了海平面气压吸引子的瞬时(逐日)动力特性。本文利用不同大小的指标值与海平面气压场的对应关系,筛选出了东亚-西北太平洋地区逐日海平面气压场的不同时空特征。主要结论为:(1)海平面气压吸引子的两个指标都是低值时,对应逐日环流场的空间特征表现为:气压结构单一,通常有几个强大的高低气压中心东西对峙;时间特征表现为:环流模态可以稳定的持续10天左右。(2)相反,当两个指标都是高值时,逐日环流场的空间特征表现为:多个弱的气压中心同时存在,空间结构混乱;时间特征为:环流场极不稳定,持续性仅在1天左右。(3)此外,发现东亚-西北太平洋海平面吸引子的两个指标具有一致的年代际变化趋势:从上世纪70-90年代呈现明显的下降趋势,90年代末快速上升,2000年后波动变化。
汾渭平原空气质量及气象要素对其日变化和年际变化的影响
秦卓凡, 廖宏, 陈磊, 朱佳, 钱静
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20240
摘要(116) PDF (6843KB)(55)
摘要:
汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3质量浓度的观测数据和空气质量指数(Air Quality Index, AQI),分析了汾渭平原AQI及大气污染物质量浓度的时空分布特征;使用多元线性回归模型研究了气象条件对冬季PM2.5和夏季O3浓度日最大8h滑动平均值(MDA8_O3)日变化和年际变化的影响。研究发现,汾渭平原的空气质量在2015~2017年间逐年变差,在2018~2019年有所好转,污染较重的城市为西安、渭南、咸阳、临汾、运城、三门峡、洛阳,集中在汾河平原与渭河平原交界处。汾渭平原的首要大气污染物多为PM2.5、PM10或O3,三者占比之和约90%。重污染时期主要集中在天气条件不利及污染物排放量大的冬季供暖期,但夏季O3浓度的升高趋势使得汾渭平原夏季污染情况越来越严重。影响汾渭平原冬季PM2.5浓度和夏季MDA8_O3日变化最主要的气象要素都是2米气温(T2M),相对贡献分别是45.5%、35.3%,都表现为正相关;第二主要的气象要素都是2米相对湿度(RH2M),相对贡献分别是41.5%(正相关)、25.4%(负相关)。影响汾渭平原冬季PM2.5浓度年际变化最主要的2个气象要素及其相对贡献分别为T2M(43.6%)、RH2M(31.9%),且都呈正相关,2015~2019年汾渭平原冬季气象条件的变化会导致PM2.5浓度上升,部分削弱了人为减排导致的下降趋势(-8.3 μg m-3 yr -1)。影响汾渭平原夏季MDA8_O3年际变化最主要的2个气象要素及其相对贡献分别为T2M(71.7%,正相关)和850 hPa风速(WS850,16.3%,负相关)。2015~2019年汾渭平原夏季气象条件的变化导致O3污染呈上升趋势(1.2 μg m-3 yr -1),但O3污染的总上升趋势(8.7 μg m-3 yr -1)中,人为排放变化的贡献更大(7.5 μg m-3 yr -1)。本研究表明,汾渭平原大气污染形势严峻,其颗粒物污染问题尚未解决,还面临着新的臭氧污染的挑战,汾渭平原内的11个地级市分属陕西、山西、河南三省管辖,三省交界处又是重污染区域,所以需要三省联合防治防控,协同改善汾渭平原的空气质量。
基于GRAPES-GFS次季节预报的误差诊断和预报能力分析
齐倩倩, 朱跃建, 陈静, 田华, 佟华
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20157
摘要(47) PDF (3893KB)(23)
摘要:
基于GRAPES(Global and Regional Assimilation Prediction System)全球预报系统(GRAPES-GFS)的2018年9月-2019年8月的分析场和 35天预报的历史回算数据,对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明,该系统可描述2018冬季及2019年夏季2m温度和500hPa位势高度的空间分布特征,但在热力强迫作用显著的高原沙漠地区,尤其是非洲干旱区,GRAPES-GFS的2m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2m温度在超前1- 3周预报的均方根误差近似线型增长,最终趋于稳定。海洋区域2m温度的预报技巧较陆地低,东亚及澳大利亚预报技巧较高。关于500hPa位势高度,在超前1-3周预报时,东亚中低纬度预报技巧明显高于中高纬度地区,热带地区的远低于其它地区,北半球的高于南半球。关于MJO,GRAPES-GFS可描述高层和低层纬向风场的传播和模态特征,可抓住较强对流活动信号的具体位置,但OLR在赤道地区正距平信号偏弱,负距平信号偏强。GRAPES-GFS模式对MJO的ACC有效预报技巧达到11天左右,与一般大气模式预报水平接近。对于选取的两次强MJO事件个例,在超前6天的预报上,GRAPES-GFS可准确地描述2次事件的传播过程,但MJO信号在发展和衰亡阶段强度偏强。
一个基于Eta垂直坐标的新WRF动力框架及山脉波数值试验
程锐, 宇如聪, 徐幼平, 刘娟, 黄静
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20173
摘要(93) PDF (2735KB)(17)
摘要:
针对我国陡峭地形数值预报难题,本文在国际先进WRF(Weather Research and Forecasting)模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标,以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案。我们首先设计一种变换方法,可以实现两种垂直坐标下动力方程组的形式一致,从而简化方程组离散及程序实现的复杂过程。本文推导的Eta坐标,与原Sigma坐标下WRF模式相比,主要差别在于模式参考面与模式顶之间空气质量的表达形式。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后,采用2D山脉波理想试验对新动力框架进行了检验,结果表明:由于阶梯地形固有的孤立分布特征,可造成不同台阶处气流的分离,从而使得阶梯地形在较粗垂直分辨率情形下,不能很好模拟山脉波;但如果垂直分层足够精细,或模拟时间足够长,可通过减弱气流分离现象或调整气流分布状态,对地形波进行有效刻画。
吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析*
迟静, 周玉淑, 冉令坤, 周括, 沈新勇
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20183
摘要(51) PDF (4588KB)(33)
摘要:
利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH融合降水资料以及WRF高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13日-14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:(1)东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;(2)在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;(3)中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展配合小地形抬升,导致永吉县产生极端降水。
2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流 异同点及物理机制对比分析
鲍媛媛
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20174
摘要(43) PDF (3105KB)(19)
摘要:
摘 要 对比强厄尔尼诺次年2016年和1998年长江中下游梅雨季风环流异同点,并探讨其物理机制,结果表明:(1)2016年梅雨期和1998年两段梅雨期季风环流有诸多相似特征: 副高(西北太平洋副热带高压)偏强偏西, 南亚高压偏强偏东,孟加拉湾到南海西南季风偏弱;此外,华北东部到江淮均有冷槽维持; 副高持续稳定地将西南季风引导至长江中下游形成强西南暖湿气流,并与来自冷槽的北方南下干冷空气辐合,在高层辐散形势配合下形成强降雨。(2)3段梅雨期,青藏高原附近均为高压脊控制,受暖平流及高原热源、梅雨凝结潜热等因素影响,青藏高原到江南、华南一带大气中高层呈大范围强温度正距平;印度尼西亚群岛附近洋面为海温正距平,对流和热源偏强;此两因素是季风环流相似特征形成的重要原因。(3)2016年梅雨期,青藏高原暖脊最强,东部冷槽最浅,海温正距平范围最大最北,因而南亚高压和副高位置最北,梅雨雨带也最北;梅雨结束后,中高纬地区无持续冷空气南下,菲律宾以东洋面、南海及东海海域海温正距平增强,对流活跃,因此,副高显著偏北,不再出现第2段梅雨。(4)1998年7月中旬至8月初,青藏高原上空高压脊较浅,北部呈位势高度负距平,冷空气势力较强,温度偏低,东部冷槽深,西北太平洋海温正距平区域维持不变,故南亚高压和副高异常偏南,从而出现第2段梅雨。
ECMWF驱动场谱逼近对浙江超强台风“利奇马”(2019)精细化数值预报的影响研究
董美莹, 陈锋, 邱金晶, 冀春晓
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20193
摘要(45) PDF (12702KB)(14)
摘要:
为提升高分辨率区域数值天气预报模式性能,基于高质量的ECMWF全球预报模式产品和动力谱逼近方法优势,本文以2019年重创浙江的超强台风“利奇马”为例,探讨了ECMWF驱动场水平风场谱逼近技术对浙江台风精细化预报性能的影响。结果表明:(1)谱逼近对路径预报影响较明显,逐小时路径误差最大修正可达80 km。谱逼近的垂直层次选取对于谱逼近效果有一定影响,总体上800hPa高度以上谱逼近对台风路径和强度预报改进最佳。(2)谱逼近对浙江台风大风和强降水精细化预报均有大幅改进,对于8级以上大风ETS评分平均改进率为8.0%,最大改进率达20.8%;对最强日降水的暴雨、大暴雨以上降水TS评分改进幅度达11.8%、26.2%。(3)谱逼近对台风路径西偏和浙西南风雨高估的改进主要与对流层形势场及台风引导气流修正、近地层风力减弱、局地山脉地形降水增幅作用减弱有关。
BSISO演变特征及其与华北夏季降水的关系
郝立生, 马宁, 何丽烨, 梁苏洁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20239
摘要(107) PDF (3528KB)(47)
摘要:
本文采用1981-2010年夏季5-10月逐日的10°S-50°N、40-160°E范围内向外长波辐射OLR资料和850 hPa层纬向风速u资料作经验正交分解(简称EOF),重新定义计算了北半球夏季大气低频振荡(boreal summer intraseasonal oscillation,简称BSISO)BSISO指数,并分析了其演变特征及其与对华北夏季降水的影响规律。结果如下:(1)在北半球夏季印度洋-西北太平洋地区存在两种明显的低频信号,一种是BSISO1,空间分布呈西北-东南倾斜状,从热带印度洋向东北方向传播,振荡周期约为45d左右;另一种是BSISO2,空间分布呈西南-东北倾斜状,从西北太平洋向西北方向传播,振荡周期约为15d左右。(2)BSISO主要是通过影响环流异常和水汽输送异常来影响华北夏季降水过程。在500hPa层,BSISO信号会造成华北地区东部副热带高压位置南北移动和强度发生变化来影响华北夏季降水过程的;在850 hPa层,BSISO信号会通过伴随的气旋性或反气旋性异常环流影响向华北的水汽输送以及辐合辐散来影响华北夏季降水过程的。(3)虽然MJO信号在全年都存在,但其变化在冬半年尤其冬季振幅最大,在夏季最小。而BSISO信号变化在夏半年尤其夏季振幅最大。因此,利用热带大气低频信号开展延伸期预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。
东亚气温前、后冬反相的变化特征及可能影响因子
祁莉, 泮琬楠
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20181
摘要(126) PDF (7051KB)(81)
摘要:
东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959-2018年台站及再分析资料,使用S-EOF(season-reliant Empirical Orthogonal Function)方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态,其主要模态表现为前冬暖(冷)、后冬冷(暖),即为前、后冬反相,其方差贡献达到31.1%。这种前后冬反相的特征并非局地现象,在北半球大尺度均存在。环流场上它表现为欧亚遥相关型波列(Eurasian teleconnection, EU)从前冬12月的负位相(正位相)向后冬2月正位相(负位相)的转变,相伴随的是低层西伯利亚高压与阿留申低压的强度在前、后冬转折,高层副热带急流的变化也与之匹配。分析发现,欧亚遥相关型的季内转向可能与北大西洋涛动(North Atlantic oscillation, NAO)在前冬12月与后冬2月的转向有关,后者通过北大西洋热通量作用进而影响下游EU波列的转向。此外,宽窄厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)事件也有一定贡献,当厄尔尼诺(El Ni?o)发生时,经向上更宽(窄)的海温异常利于前冬气温偏高(低)向后冬气温偏低(高)的转向;而当拉尼娜(La Ni?a)事件发生时,情况与厄尔尼诺年相反。
结合Ka和X波段双偏振雷达对北京一次锋面降雪过程雪带的观测分析
武静雅, 毕永恒, 孙强, 吕达仁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20103
摘要(71) PDF (2059KB)(54)
摘要:
本文设计了中国科学院大气物理研究所位于同一观测站内的一部单发双收Ka波段双偏振雷达和一部双发双收X波段双偏振雷达高效结合观测的方法,并首次将Ka和X波段双偏振雷达结合应用在降雪过程的观测中,对2019年2月14日锋面气旋系统在北京地区降雪过程中雪带的形成、发展、消亡过程的宏微观结构进行了分析。结果表明,雪带的垂直结构符合以往对层状云垂直分层的物理认识,类似但不同于雨带由凝结增长层、丛集层、淞附层、融化层组成的四层结构,雪带只包含由上层“播种”至下层的冰晶形成的凝结增长层、丛集层和淞附层三层。由于各层水平风速不同,雪带的三层结构并非垂直排列。多个雪带不断生成发展维持降雪,直至冰晶凝结生长层变空,云从冰晶凝结生长层分裂为多层云后各自消散。证明了Ka和X波段双偏振雷达结合的必要性和高效性,丰富了对锋面气旋系统雪带的认识,补充了Ka波段和X波段雷达对降雪的观测研究。
两次不同季风强度背景下的西行台风登陆过程降水特征对比分析
吴天贻, 周玉淑, 王咏青
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20101
摘要(52) PDF (3476KB)(21)
摘要:
本文使用CMORPH卫星反演降水资料和日本再分析资料JRA-55等,选取了登陆前后季风强度不同,路径形似且登陆后均在湘南地区引发强降水的0604号台风“碧利斯”和0708号台风“圣帕”,从对流发展的不稳定能量来源、抬升机制和环境风垂直切变方面进行对比。分析表明,在下垫面和地形基本一致的情况下,两台风导致强降水的主要成因却不同,主要体现在引发对流并使对流维持的主要影响因子不同。与强季风背景密切相关的低层强烈辐合抬升和对流不稳定层结是导致“碧利斯”暴雨形成的主要因素,而弱季风背景下“圣帕”的暴雨则主要是局地地形抬升和斜压不稳定导致的。而且与“圣帕”相比,“碧利斯”降水存在明显的非对称性,季风气流间接通过改变环境风垂直切变导致这种降水分布特征。
云微物理对一次吉林暖区降水过程的影响
祁璇, 平凡, 沈新勇
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20128
摘要(85) PDF (10263KB)(32)
摘要:
本文运用WRF3.9区域数值模式模拟了2017年7月13日吉林省永吉县暖区暴雨,较好地再现了此次暴雨过程的中尺度对流系统的单体触发、线状对流群触发、组织化发展以及弓状回波等典型阶段的细致过程;在此基础上,分析了造成暖区降水的中尺度对流系统的云微物理特征,探讨了其影响暖区降水的可能机制。结果表明:吉林永吉暖区降水发生在东北冷涡主导的有利的多尺度环境配置下,引发暖区降水的中尺度系统主要是冷云系统,暖区范围大,过冷水分布位置高,冰晶粒子与过冷水并存,并存区的“播种”效应使得其下方生成大量霰。雨水质量收支及热量收支分析表明:暖区降水系统的触发及组织化阶段,雨水的主要来源是云滴碰并增长,主要汇项是冰晶对雨水的收集;而弓状回波阶段,降水的主要源项除了云滴碰并增长之外,霰融化作用也起到关键的作用,降水主要汇项在低层为雨水蒸发,高层为霰对雨滴的收集;暖区降水的主要热源是水汽凝结潜热释放,主要冷却项是雨水和云水的蒸发。弓状回波阶段,其前部的入流与地面冷垫上方的后向入流汇合后将水汽带入高层;“播种”效应使距地面8km高度附近的霰粒子含量显著增多,该高度与水汽凝结释放大量潜热形成的高温区重合,故霰粒子大量融化为雨水,产生强降水过程。
2016年秋季中国南方降水异常的环流特征及海温影响
蒋子瑶, 徐海明, 马静
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20180
摘要(51) PDF (2471KB)(14)
摘要:
本文利用中国气象台站观测降水、英国Hadley中心海温和NCEP/NCAR再分析数据集等资料,研究了2016年秋季中国南方降水异常偏多的环流特征及其海温影响。结果表明,2016年秋季东亚副热带西风急流偏强,我国南方地区位于急流入口区的右侧,有利于产生上升运动;同时西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、位置偏北偏西,对应副高西南侧的东南风将热带太平洋的暖湿气流向我国南方输送,有利于降水偏多。另外,2016年秋季登陆我国的台风异常偏多,频繁活动的台风给我国南方带来了大量降水,也是导致我国南方降水异常偏多的原因之一。进一步研究表明,2016年秋季南方降水异常偏多主要与同期赤道西太平洋和东南太平洋海温异常偏高有关,上述海区的海温异常通过激发向下游传播的遥相关波列或通过Gill响应对东亚环流产生影响,进而有利于中国南方降水增多。通过CAM5.3(Community Atmosphere Model Version 5.3)一系列的敏感性试验,验证了上述的结果。

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

微信扫一扫

审稿专家和作者绑定微信公众号可体验移动端新功能