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华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探
曲姝霖, 苏涛, 韩子轩, 赵俊虎, 封国林
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19231
摘要(34) HTML(5) PDF (27722KB)(17)
摘要:
本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段(2003~2013年时段),局地环流导致异常下沉(上升)气流,南亚高压偏东(偏西)和西太平洋副热带高压(简称副高)偏西(偏东),菲律宾及副高西南侧水汽输送加强(减弱),华南地区低层出现强的水汽辐合(辐散),导致降水偏多(偏少)。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。
台风“山竹”(2018)远距离暴雨的成因分析
陈淑琴, 李英, 范悦敏, 徐哲永, 李帆
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20126
摘要(37) HTML(10) PDF (52224KB)(8)
摘要:
热带气旋远距离暴雨(TRP)往往成为高影响天气,是业务预报难点。本文用地面、探空观测资料、雷达遥感资料以及NCEP一日四次0.5°×0.5°再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆广东期间在长江三角洲(简称长三角)地区引起的远距离暴雨过程进行分析。结果表明:(1)这是一次发生在副热带高压(简称副高)控制范围内的热带气旋远距离暴雨,低层受台风倒槽影响。(2)这次过程第一阶段暴雨主要是在强的对流不稳定条件下,由对流层低层“山竹”倒槽中的辐合线触发对流产生,同时对流层高层“山竹”的极向流出汇入加大了中纬度西风风速,在长三角地区上空产生辐散,有利于上升运动的维持。第二阶段,对流不稳定条件有所减弱,但前一阶段强回波产生的低层偏北外出气流与东南风形成辐合线,辐合线上还有中γ尺度的涡旋产生,又促进了对流发展。850 hPa台风倒槽北端形成一个低涡,500 hPa副高边缘发展出一个短波槽,暴雨的动力条件更为有利。(3)长三角的3个强降水中心分别在长江口、杭州湾北岸的嘉兴沿海及宁波沿海,都是在水陆边界附近。(4)远距离暴雨区的涡度收支诊断发现:暴雨的初始扰动主要由近地层水平辐合辐散项提供,850 hPa的水平辐合辐散项和扭曲项共同作用形成和加强低涡,并通过垂直运动上传使中层700~500 hPa附近涡度增长,进而发展出500 hPa短波槽。850 hPa涡度来自于台风倒槽和副高边缘的偏南急流。(5)在这次远距离暴雨过程中,台风“山竹”与海上西太平洋副高之间形成偏南低空急流,向长三角输送水汽,这与典型TRP事件相似。不同之处在于:典型TRP中暴雨的初始扰动一般由西风槽提供,而这次过程主要由低空台风倒槽和偏南急流提供,涡度上传形成高空短波槽,是不同于典型TRP事件的一个物理过程。
基于对流云/层状云划分的云分析方法改进
陈锋, 董美莹, 冀春晓
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.19240
摘要(37) HTML(7) PDF (29548KB)(25)
摘要:
本文基于实况融合降水和雷达反射率因子,采用模糊逻辑法提出了一个新的对流云/层状云判别方法,进而改进了GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统中的云分析方案(简称CUST方案)。以2019年6月19日影响浙江的一次梅雨过程为例,利用WRF(Weather and Forecast Research)模式与GSI同化系统开展了逐小时循环同化试验,分析了CUST方案对降水的模拟改进作用和可能影响过程,并与其他方案进行了对比,探讨了CUST方案的应用效果。结果表明:(1)新提出的CUST方案可较为准确地划分对流云和层状云,以此作为判别因子改进GSI同化系统中的云分析方案切实可行。(2)CUST方案在对流区域采用对流云分析方案,在非对流区域采用层云分析方案,减小了单纯对流云方案在非对流区域的空报现象、以及单纯层云方案在强对流区域的漏报现象,有效提升了短时降水的模拟能力。(3)CUST方案对模式起报初期(6 h甚至3 h内)的改进效果较为明显,且对小雨量级的改进幅度要大于大雨量级。(4)与基于地表感热和潜热通量确定的对流尺度速度作为对流判据的混合云分析方案(简称CSW方案)相比,CUST方案基于实况资料划分的对流云/层状云更为合理,模拟的降水结果占优,说明CUST方案方法有较好的应用前景。
济南冬季雾的微物理结构及其对能见度的影响
王庆, 樊明月, 李季, 张洪生
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.19248
摘要(21) HTML(14) PDF (8849KB)(3)
摘要:
2016年12月19日至2017年1月9日,受静稳天气影响,济南接连出现了10次大雾等级以上天气过程,期间最低能见度不足50 m,持续的大雾天气严重影响了工农业生产和人民生活。本文利用10次冬季雾期间雾滴谱仪、自动站等观测资料,分析了济南不同强度冬季雾的微物理结构特征,分析了其中的微物理过程及强度,探讨了微物理结构、微物理过程对能见度(V )的影响。结果表明:(1)济南冬季雾强度不同,其谱分布具有明显的差异,在雾变浓的过程中,谱型由“单峰”结构逐渐向“多峰”结构发展。(2)数浓度对能见度具有较好的指示意义,液态含水量、离散度等对能见度指示意义不稳定。(3)环境温度与核化、凝结和碰并增长(或蒸发)等微物理过程密切相关;核化、凝结增长是济南冬季雾发展过程中最主要的微物理过程,在整个雾过程中起主导作用。(4)碰并过程主要发生在发展和成熟阶段,在生成和减弱阶段很弱,以未碰并或偶发碰并为主。(5)自转化率计算结果表明,在V≥200 m的雾中,碰并过程很少发生;在100 m≤V<200 m的强浓雾中,以未碰并或间断碰并为主;碰并过程主要出现在V<100 m等级的强浓雾和特强浓雾中;与V<50 m的特强浓雾相比,50 m≤V<100 m的强浓雾中碰并过程发生的概率更大、强度更强。(6)在济南冬季特强浓雾中含有大量的小雾滴,但各微物理量的最大值、最大的起伏变化并未出现在特强浓雾中,而是出现在50 m≤V<100 m强浓雾中,这可能与强浓雾中较强的碰并过程有关,碰撞过程中产生的并合和破碎可能是微物理量起伏变化最大的主要原因。(7)利用雾滴谱资料计算的能见度与实测值在变化趋势上具有较好的一致性,但比实测值大1~2个数量级,这可能主要与雾中大量的气溶胶粒子有关,对于污染大气,基于雾滴谱仪观测资料来估算雾中的大气能见度是不够的,必须同时考虑气溶胶粒子对能见度的影响。
1323号台风“菲特”螺旋云带中“列车效应”特征及形成分析
薛煜, 李靓靓, 朱业, 张红蕾, 刘瑞, 翟国庆
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20102
摘要(35) HTML(4) PDF (26432KB)(6)
摘要:
本文针对1323号强台风“菲特”螺旋云带中出现“列车效应”的特征及形成开展了分析研究。研究发现,浙江钱塘江湾南岸持续性降水中具有“列车效应”特征,按照雨带的稳定位置,将其分为两次“列车效应”过程,时间跨度都在3~4小时左右,空间跨度在1~2个经度距离;暴雨区呈现出带状特征,降水效率高,每小时降水超过25 mm并向前线性传播;台风螺旋云带中强度在35 dBZ以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构;降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致在25°以上的向右偏离。从“列车效应”的形成来看,高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与“列车效应”中对流单体运动方向基本一致,为其呈近线性排列提供依据。沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋,为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件,形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制,对于“列车效应”的形成、发展和维持起了重要作用。
六盘山地区一次低槽低涡云系结构及其降水机制的数值模拟研究
高亮书, 姚展予, 贾烁, 张沛, 安琳, 常倬林, 桑建人, 赵文慧, 王伟健
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19225
摘要(30) HTML(5) PDF (34184KB)(15)
摘要:
六盘山是西北重要的水源涵养林基地,干旱少雨制约了该地区农业和经济发展。作为该地区人工增雨技术研究的基础,本文利用WRF模式对2018年8月21日发生在宁夏南部六盘山区的一次降水天气过程进行了数值模拟。根据模拟结果结合实测资料,分析了造成此次强降水过程的有利环流形势场,重点讨论了山区降水云系的微物理结构以及降水形成机制。结果表明:降水是在高空槽配合低涡的动力场作用下形成的,受六盘山地形的阻挡作用,低层低涡系统移速落后于高空槽;垂直方向上云系呈现“催化—供给”的分层结构,但在云系不同部位,各层水凝物配置不同,导致冷暖云过程对降水的贡献差异;六盘山东部迎风坡降水强于西坡。霰粒子融化和云水碰并是地面降水的主要来源;碰冻过冷雨水是霰增长的主要过程。迎风坡云水层深厚,含水量高,一方面促进过冷层中霰粒子的碰冻增长过程,一方面为雨滴碰并增长提供充沛的云水条件,即同时增强了冷暖云降水过程。地形对云的发展和降水的形成有明显影响,当降低地形高度后,云水量减少,暖云过程减弱,同时也影响了霰粒子的增长过程。
热带大西洋海温异常季节内演变对中国江南地区夏季持续性高温事件影响的初步研究
王慧美, 刘舸, 彭京备, 纪立人
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19235
摘要(31) HTML(4) PDF (15826KB)(16)
摘要:
中国江南地区是高温热浪灾害的高影响区。以往的一些研究发现了不同海域海温异常在年际或年代际尺度上的变化对中国南方夏季平均温度异常的影响效应。但是,关于这些关键海域海温季节内尺度变化对江南地区高温事件发生和维持影响的研究尚不多见。为此,本文利用中国站点观测、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温等资料,首先以2016年江南地区夏季2次高温事件为例(分别发生在7月21日至31日和8月15日至25日),重点探讨了热带大西洋海温季节内变化的可能贡献。在此基础上,基于1981~2016年多高温事件合成结果,进一步分析了热带大西洋海温季节内变化影响江南高温事件的可能链接过程。研究发现,热带西大西洋暖海温异常在季节内尺度上的发展与维持有利于在欧亚大陆激发出较为稳定的Rossby波列结构,使东亚及其沿海地区为深厚的高压系统控制,进而引发江南地区持续性高温事件。这种热带大西洋暖海温的阶段性增强与维持及其相应的稳定Rossby波列结构超前于持续性高温事件:在热带大西洋海温显著升高1个月之内,江南地区可能出现持续性高温事件。在季节内尺度上,热带大西洋显著暖海温异常出现明显的阶段性增强之后10天左右,北印度洋暖海温也出现了阶段性增强。这暗示热带大西洋热力异常除通过直接激发欧亚大陆Rossby波列之外,还有可能通过影响热带印度洋海温的阶段性异常,进而对江南地区高温事件的发生和维持产生一定影响。另外,在厄尔尼诺衰减并向拉尼娜转变阶段,热带中东太平洋冷海温异常和北印度洋暖海温异常在季节内的协同阶段性变化可能也对持续性高温事件有贡献。上述关键区海温的季节内变化对中国江南地区高温事件具有一定的前期指示意义,但它们的具体影响过程,特别是在季节内尺度上的协同影响效应和物理过程,尚需未来进一步研究。
中国东部夏季极端降水年代际变化特征及成因分析
杨涵洧, 龚志强, 王晓娟, 封国林
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19247
摘要(49) HTML(15) PDF (2962KB)(39)
摘要:
本研究利用逐日降水资料对中国东部夏季极端降水进行检测,并对转变前后的特征进行对比分析,进而从海、陆对增温的响应不同导致的环流调整给出成因分析。结果表明,(1)中国东部夏季极端降水在1990年前后出现显著的年代际转变,极端降水由偏少转为偏多。转折后与转折前相比,中国东部夏季极端降水落区南移,南方偶极子分布型加强,南方极端降水增加、北方极端降水减少,其中华南和华东地区,极端降水量和降水日数增加,对夏季降水的贡献率增大;华北地区,极端降水量和降水日数减少,对夏季降水的贡献率减小。(2)西太平洋暖池区异常升温造成的海陆温差减小是中国东部夏季极端降水1990年前后转变的重要驱动因素之一。它造成1990年之后低纬度季风强度减弱、西太平洋副热带高压增强并南移、南海副高增强,而中高纬度气旋性环流异常被破坏、东亚大槽增强,进而导致华北经向水汽输送减弱,下沉运动显著加强,极端降水量和降水日数减少。于此同时,华南和华东地区则水汽输送加强,上升运动显著,有利于降水偏多,并伴随极端降水量和降水日数有所增加。
云粒子的破碎对积层混合云微物理参量测量的影响
黄敏松, 雷恒池
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.19255
摘要(18) HTML(3) PDF (3637KB)(16)
摘要:
由层状云和镶嵌在层状云中的对流单体组成的积层混合云系是一种重要的降水系统,为研究云粒子破碎对积层混合云系中对流较强区域和层云区域中的云微物理参量测量影响的差异,本文提出了一个时变阈值的破碎粒子识别方法,并利用该方法研究了破碎云粒子在层云区域与对流区域对云微物理参量测量影响的异同。经研究发现破碎粒子对粒子谱影响在小粒径端(500 μm以下)和大粒径(1000 μm以上)两端都存在,其中在层云区,破碎粒子在小粒径端的主要影响位于300 μm以下,而在对流云区,主要影响的小粒径段位于500 μm以下。就整体平均而言,破碎粒子对对流云区粒子谱的影响要比对层云区的影响高出20%以上。在粒子数浓度测量上,破碎粒子对整个层云区粒子数浓度影响的平均值是4.56倍,对整个对流云区粒子数浓度影响的平均值是8.47。与层云区相比,破碎云粒子对对流云区的粒子数浓度影响更大,其影响程度就平均而言接近2倍的关系。在冰水含量测量上,破碎粒子对整个层云区冰水含量测量影响的平均值是1.34倍,对整个对流云区冰水含量测量影响的平均值是1.74倍。与层云区相比,破碎云粒子对对流云区的冰水含量测量影响大约增加了30%。
高空槽脊对台风“天兔”(0705)变性过程中非对称降水的影响
吴丹, 黄泓, 王春明, 马申佳
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19254
摘要(45) HTML(5) PDF (29140KB)(4)
摘要:
本文基于NCEP再分析资料、TRMM卫星降水资料和RSMC最佳路径集(Best-track Dataset)资料,分析了热带气旋(TC)“天兔”变性过程中降水分布和大尺度环流的演变,并结合片段位涡反演进行修改槽脊的数值试验,研究了环流调整对TC变性过程中非对称降水的影响。结果表明:(1)“天兔”变性前降水集中在路径左侧,伴随着纬向型向经向型调整的背景环流,副热带高压南退的同时减弱西进;(2)TC降水的非对称分布与冷暖锋的相对强弱、水汽输送情况以及高空冷空气下传的落区有直接关系;(3)加强环流调整后,系统斜压性加强,与LOT(降水集中于TC路径左侧)型降水相关的环流指数增大过程随之加强,有利于LOT型降水分布进一步加强。
黄河源区鄂陵湖湖面和湖边草地对流边界层湍流结构特征的大涡模拟研究
张蕴帅, 黄倩, 马耀明, 王蓉, 田红瑛, 王婵, 李照国
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20111
摘要(34) HTML(9) PDF (6425KB)(7)
摘要:
为研究黄河源区边界层湍流特征及其对物质和能量输送的影响,本文首次采用大涡模拟的方法,对比分析了黄河源区两种不同下垫面上(鄂陵湖和湖边草地)对流边界层(CBL)中精细的湍流结构特征。使用资料为2012年夏季黄河源区鄂陵湖流域野外观测实验的GPS探空资料、涡动相关观测资料。分析表明,模拟的黄河源区草地和湖上CBL的平均结构与实测结果吻合较好,但草地和湖上CBL的湍流结构特征差异较明显。模拟结果显示,草地CBL内湍能收支、湍流特征量的时空分布和湍涡结构特征均与陆地上热力驱动CBL的研究结果一致;湖上CBL顶部存在明显的对流卷特征,且夹卷层的湍流强度比草地的强,而草地近地面湍强则更大。通过改变水平分辨率的模拟试验,发现两个不同下垫面上模拟结果对模式分辨率的敏感性不同,湖面CBL的模拟要选择较高的水平分辨率(50~100 m),以提高近湖面和夹卷层对湍流动能和湍流通量模拟的精度,也充分模拟出各种尺度的波对湍流通量的累积贡献。考虑到计算时间等影响,模拟草地边界层精细的湍流结构时建议选择网格距为100~200 m。
新疆地区未来气候变化的区域气候模式集合预估
王政琪, 高学杰, 童尧, 韩振宇, 徐影
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.20108
摘要(29) HTML(4) PDF (23014KB)(14)
摘要:
本文基于一套在5个全球气候模式结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚25 km水平分辨率的集合预估,分析了中、高温室气体典型排放路径(RCP4.5和RCP8.5)下,21世纪不同时期新疆地区的未来气候变化。对模式当代气候模拟结果的检验表明,区域模式的模拟集合(ensR)总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水和极端气温、降水分布特征。ensR预估21世纪未来新疆平均气温和降水将不断升高或增加,RCP8.5下的变化大于RCP4.5。在21世纪末期RCP8.5下,区域年平均气温和降水将分别增加4.9°C和28%(102 mm),夏季(6~8月)的升温幅度略高于冬季(12~2月),降水则以冬季增加为主。极端温度以及高温日数同样将不断升高,其中年日最低气温最小值的增幅总体高于年日最高气温最大值,未来新疆地区的极端冷事件将减少,高温、热浪事件将增加。由极端降水指标日最大降水量反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数总体以减少为主。积雪变化存在一定区域差异,具体表现为除塔里木盆地外的普遍减少。对总径流量和表层土壤湿度的预估分析表明,二者在新疆地区均以增加为主,但水文干旱在北疆会加重。ensR各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出较好的一致性,但在变化的具体数量及个别情况下符号均存在一定差异。最后,综合考虑ensR对各要素的预估发现,总体而言新疆未来更趋向于“暖湿化”,但这不会改变其干旱、半干旱气候的本质,而且水文干旱频率在一些地区会增加,未来新疆的水资源状况仍不容乐观。
华北地区一次气溶胶与浅积云微物理特性的飞机观测研究
蔡兆鑫, 蔡淼, 李培仁, 李军霞, 孙鸿娉, 杨怡曼, 任刚, 高欣
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20162
摘要(44) HTML(10) PDF (15440KB)(15)
摘要:
2014年8月15日,山西省人工降雨防雹办公室在山西忻州开展了气溶胶和浅积云的飞机观测,本文利用机载云物理资料,详细分析了华北地区气溶胶、云凝结核(CCN)和浅积云微物理特性及其相互影响。主要结论有:(1)此次过程的边界层高度约为3600 m,不同层结情况下,0.1~3 μm尺度范围内的气溶胶粒子浓度Na、有效直径Da和CCN数浓度的垂直廓线明显不同,近地面Na可达2500 cm−3。(2)CCN的主要来源为积聚模态、爱根模态或者核模态的气溶胶颗粒,0.2%过饱和度下,气溶胶活化率(AR)在各高度层的结果变化不大;0.4%过饱和度下,AR随着高度增加而降低。(3)后向轨迹模式分析表明,2 km以下的气溶胶主要来自于当地城市排放,由细颗粒污染物组成;2 km以上的气溶胶主要来源于中国西北和蒙古地区的沙漠,由亚微米沙尘组成,溶解度相对较低,可作为潜在的冰核。(4)本文细致分析了两块相邻浅积云(Cu-1和Cu-2)的云物理特性。Cu-1云底高度约4500 m,云厚约600 m,云体松散,夹卷较多;云中液态含水量(LWC)基本保持在0.5 g m−3,云粒子浓度Nc平均值为278.3 cm−3,云滴有效直径Dc整体在15 μm以内;毛毛雨滴粒子浓度最大值为0.002 cm−3,云中几乎无降水粒子;粒子谱宽随着高度增加而增大,主要集中在30 μm以内。Cu-2云底高度约3900 m,云厚约1200 m,云体密实;云中过冷水丰沛,LWC有多个超过1 g m−3的区域,云顶附近出现冰晶,云中粒子从凝结增长状态直接进入到混合相态;积云内部粒子水平分布不均,同一高度Nc相差较大,最大可达1240 cm−3Dc随着高度增加而增大;粒子谱宽随着高度增加而拓展,最大可达1100 μm,谱型由单峰向多峰转变;降水粒子和冰晶图像大多为霰粒子、针状和板状。
基于OLR资料的青藏高原地区对流活动研究
刘俏华, 姚秀萍, 陈明诚
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20169
摘要(66) HTML(16) PDF (20184KB)(8)
摘要:
本文利用1980~2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射(OLR)月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原(以下简称高原)地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系。结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西部,高原东部对流活动显著强于西部;近40年高原OLR总体呈较平稳的增强趋势,存在显著的6年与2~3年的周期特征,对流活动总体呈缓慢减弱趋势,但不同区域不同季节对流活动的变化趋势存在差异,其中夏季高原对流活动呈增强趋势,其他季节则以减弱趋势为主。各季节在高原三江源地区附近对流活动均呈减弱趋势,在高原南部喜马拉雅山脉北侧地区,对流活动则呈一致的增强趋势。夏季高原地表潜热通量普遍强于地表感热通量,且二者分布型近似相反。高原对流活动演变与地表感热、潜热通量均有关,且与地表感热通量的关系更为密切,二者之间普遍存在负相关关系,且在高原西部最为显著;地表潜热通量与高原东西部对流活动间相关呈东西向偶极型分布,在高原西部二者之间存在正相关关系,在高原东部则表现为负相关。
北京地区一次飑线的组织化过程及热动力结构特征
雷蕾, 孙继松, 陈明轩, 秦睿, 荆浩
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19198
摘要(53) HTML(6) PDF (12824KB)(33)
摘要:
2015年8月7日华北西北部的一次断线状对流系统向东南方向移动,并与平原地区多单体雷暴合并、组织,最终形成强飑线,造成北京地区出现较大范围的风雹和局地短时强降水天气。基于多源资料的研究结果表明:(1)飑线形成有三个阶段:上游线状对流发展移动、平原多个单体雷暴的新生和合并、线状对流并入本地多单体后组织成飑线。第二阶段中,城区北部边缘地面热力分布不均,配合局地风场辐合,触发了雷暴。雷暴冷池范围不断扩大,温度梯度区向南扩展,造成新生对流向南传播。(2)飑线的组织化过程,呈现出两支强入流为典型特征的动力结构:一支位于雷暴冷池后侧中层(4500~5000 m),另一支位于低层飑线前侧,由强辐合区垂直于飑线指向云内。这两支强入流分别构成飑线前侧和后侧两个独立的顺时针垂直环流圈。后侧入流和前侧入流在同时加强,造成飑线前侧垂直环流不断加强,与之对应的环境垂直风切变也同步增强。这一动力过程形成了有利于飑线组织化的中尺度垂直切变环境,垂直风切变增大的本质实际上是飑线发展反馈的结果,同时也是驱动飑线快速向前移动和发展的重要因素。当后侧中层入流消失,前侧垂直环流也随之逐渐减弱,预示着飑线从成熟开始减弱消亡。(3)从热力结构看,下山的线状对流冷池与平原地区多单体雷暴的冷池合并,形成了扰动温度低于−8°C、厚度加深到1.5 km的强冷池,其前沿的β中尺度锋面附近的辐合上升运动加强,进一步促进了飑线在平原地区发展加强,并出现阵风锋。
2016年梅雨持续性强降水期间大气环流稳定分量研究
孙树鹏, 封国林, 郑志海, 谢均, 赵俊虎
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.19167
摘要(42) HTML(3) PDF (21917KB)(27)
摘要:
梅雨降水具有显著的阶段变化特征,研究持续强降水期间的关键环流稳定分量,对于分析和预测梅雨降水具有重要意义。利用NCEP-DOE1979~2016年逐日再分析资料,对2016年梅雨持续强降水期间位势高度场、风场和相对湿度场进行分析,提取环流系统的关键稳定分量,并对其空间结构、演变特征及更长时间尺度的背景形势进行分析,为梅雨区阶段性强降水的延伸期预报提供依据和参考。研究发现:(1)在位势高度场稳定分量中存在的“三极”分布形势,是维持2016年梅雨持续强降水的关键系统。“三极”分别对应着乌拉尔山阻塞高压、鄂霍茨克海阻塞高压以及偏东偏强的南亚高压和偏西偏强的西太平洋副热带高压(副高)。这种配置结构有利于冷暖空气在梅雨区交汇形成持续性强降水。(2)在中高纬度两个正距平区之间,是相对深厚的负距平区,有利于建立冷空气的向南输送通道,同时相对湿度场稳定分量表明北支气流对水汽的输送和汇聚作用对于梅雨区持续降水起到重要作用。(3)中低纬度的正距平区域呈纬向带状分布,且主要存在于对流层中高层,在梅雨区东西两侧各有一个正距平下沉支,它们共同加强了梅雨区南侧暖湿气流的汇聚输送作用。(4)通过对稳定分量的演变分析发现,“三极”系统的建立和演化与梅雨区降水强弱的阶段变化密切相关。(5)更长时间尺度(60d)环流稳定分量为持续强降水时段的“三极”关键稳定分量提供了重要的环流背景。
1961~2018年中国生长季变化
吴蓓蕾, 姜大膀, 王晓欣
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20110
摘要(43) HTML(11) PDF (14037KB)(16)
摘要:
在全球变暖背景下,中国区域生长季发生了改变,但以往研究时段偏短、数据分辨率低且空间覆盖相对有限。本文利用0.25°×0.25°高水平分辨率日平均气温资料CN05.1,研究了1961~2018年中国生长季开始日、结束日和长度的气候态特征、变化趋势及其与季节平均温度的关系。结果表明,1961~2018年中国平均生长季开始日和结束日分别为3月31日和10月29日,长度为212 d。空间上,开始日由东南向西北逐渐推迟,结束日呈反向变化,长度由东南向西北缩短。整体而言,1961~2018年中国平均生长季开始日提前、结束日推迟、长度延长,其速率分别为−1.3 d (10 a)−1、0.9 d (10 a)−1、2.2 d (10 a)−1,其中开始日提前对长度延长的影响更大。此外,中国平均生长季开始日提前和长度增加主要源于春季升温,而结束日推迟则与秋季变暖有关。
2021年第1期
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2021-01期封面+目录
2021, (1): 1-2.  
摘要(45) HTML(15) PDF (2068KB)(31)
摘要:
夏季副高次季节尺度东西变动特征及其与中国西南降水的关系
晏红明, 字俣丞
2021, 45(1): 1-20.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19204
摘要(226) HTML(47) PDF (18824KB)(94)
摘要:
西北太平洋副热带高压(以下简称副高)是影响中国气候的大尺度环流系统,研究次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响具有十分重要的意义。本文首先根据副高东西变动的关键区位置分别定义了前夏和后夏副高东西变动指数,指数具有显著的10~30天次季节周期,能够很好表征副高次季节东西变动的特征。根据指数的标准化值,共选取前夏和后夏东西事件195次(1374天)。进一步对东西事件的分析表明次季节尺度上副高东西变动与西南地区降水有十分密切的联系,在副高偏西(东)事件中,副高经历了由东→西→东(西→东→西)逐渐变化的过程,相应西南大部分地区的降水经历了逐渐由少→多→少(多→少→多)的演变,次季节尺度上西南地区降水对副高变化的响应与副高东西变动过程中副高北侧及副高主体区域的水汽和气流的垂直变化有很大的关系。另外,分析发现对于西南地区而言,受副高次季节东西变动的影响,贵州和重庆地区降水变化的一致性比较好,而云南和四川地区降水变化的区域差异较大,尤其是云南。前夏,在副高东西变动过程中云南大部分地区的降水呈现出与西南大部分地区,尤其与贵州和重庆地区的降水变化完全相反的特征,即副高偏西(东)事件中,云南大部分地区的降水偏少(多),西南其它大部地区降水偏多(少);后夏,除云南中北部地区,西南大部分地区的降水变化基本一致。
冬季长江下游地区气温低频振荡和低温天气的延伸期预报研究
杨秋明
2021, 45(1): 21-36.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19208
摘要(169) HTML(30) PDF (7984KB)(83)
摘要:
用1979/1980~2017/2018年冬季逐日长江下游气温资料研究长江下游冬季低温日数与温度低频振荡的联系。结果表明,冬季长江下游逐日气温存在较显著的季节内振荡周期(15~25 d、25~40 d和50~70 d振荡),其中与12~2月低温日数关系最密切的是25~40 d振荡。基于2001~2018年逐日长江下游实时气温的25~40 d低频分量和东亚地区850 hPa低频温度主成分,建立了冬季长江下游气温低频分量的延伸期预测的时变扩展复数自回归模型(ECAR)。其中,采用基于T-EOF(temporal empirical orthogonal functions)延拓的实时奇异谱(SSA,singular spectrum analysis)滤波,很好地抑制经典SSA滤波的边界效应,得到较稳定的实时低频振荡信号。对2001/2002~2017/2018年12~2月长江下游温度低频分量进行独立的实时延伸期预报试验的结果表明,这种数据驱动的简化的复数预测模型对25~40 d时间尺度的长江下游冬季低频温度的预测时效可达26 d左右,预报能力显著优于经典自回归模型(AR),能为提前3~4周预报长江下游地区冬季持续低温过程提供有价值的预测背景信息。
层状云催化宏微观物理响应的数值模拟研究
刘卫国, 陶玥, 周毓荃
2021, 45(1): 37-57.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19209
摘要(95) HTML(33) PDF (17260KB)(34)
摘要:
层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施,而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题,通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程,进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟,力图对实际作业过程进行合理再现,通过对模拟结果的分析,研究飞机播撒的AgI(Silver iodide)催化剂在空中的扩散传输特征,分析催化对云和降水宏微观特性的影响,并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明,播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上,垂直方向上,大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内,AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送;催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加,导致催化模拟前期的霰增长受到抑制,之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强,云中霰的总量逐渐增加;催化作业后,催化云的雷达回波强度有明显增强,且随时间变化表现出不同的结构特征;催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征,催化后3小时,作业影响区向作业区下游扩展100 km以上,总体呈现减雨—增雨的区域分布特征;数值模拟评估表明,整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。
WRF模式边界层参数化方案对川渝盆地西南涡降水模拟的影响
吴志鹏, 李跃清, 李晓岚, 胡小明, 周国兵, 邓承之
2021, 45(1): 58-72.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19171
摘要(273) HTML(45) PDF (4648KB)(102)
摘要:
应用WRF v4.0模式五种边界层参数化方案(YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH),对2016 年汛期(5~9月)在川渝盆地东部造成暴雨的所有西南涡过程进行了数值模拟,检验评估了它们对各量级降水的预报能力,并基于加密的L波段秒级探空资料对比分析了模拟与实况边界层结构的差异,结合各方案对湍流运动的算法特点探讨了其差异的原因,最后对ACM2方案进行了湍流强度调整,由此改善其对于川渝盆地边界层与西南涡降水的模拟能力。结果表明:ACM2和YSU方案TS评分表现较好,相对其它方案ACM2空报较少,这种可以根据周围环境的稳定性切换局地或非局地算法的方案更适合于盆地西南涡降水模拟,但边界层方案对西南涡降水的空报都较普遍,尤以大量级降水更明显;精细的探空资料进一步表明,所有方案模拟的白天边界层高度都偏高,湍流混合强度都偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案,模拟的边界层温湿结构则更符合实际观测,其边界层下部温度更低、湿度更高,减少了大量级降水的空报,使盆地西南涡降水模拟有一定改善;边界层参数化方案对西南涡模拟的差别主要体现为不同的西南涡位置与降水强度,但归根到底都源于方案的局地或非局地特性、不同的混合强度这两方面原因。因此,根据不同特定区域下垫面环境与气候状况合理选择方案的特性和混合强度是准确模拟边界层结构及其降水过程的关键。
1521号台风“杜鹃”生成阶段中尺度对流系统和降水演变特征
王科, 陈光华, 吕欣宇, 李兴良
2021, 45(1): 73-87.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19184
摘要(132) HTML(28) PDF (26752KB)(50)
摘要:
在热带气旋的生成过程中,从热带扰动向热带低压增强的过程研究较少,而这一过程必定伴随着中尺度对流系统(MCS)的生成、合并和发展。本文利用FNL分析资料和高分辨率模式对1521号台风“杜鹃”生成前3天进行数值模拟,着重探讨了“杜鹃”生成过程中MCS的发展演变特征。在“杜鹃”生成过程中,对流层上部槽(TUTT)位置偏东,“杜鹃”主要从季风涡旋(MG)的东南侧边缘向西北方向移动,因此,减弱的大尺度垂直风切和MG东南侧的低层辐合都为“杜鹃”的生成提供了有利的动力条件。在“杜鹃”生成前期阶段,新生成更多的MCS有利于在热带扰动阶段“杜鹃”的增强;“杜鹃”生成的中后期阶段,对流爆发,MCS发生合并使得MCS个数减少,MCS结构变得更加紧凑,面积最大的MCS逐渐向热带扰动中心区域收缩,“杜鹃”生成速度加快。对比MCS中的层云降水和对流云降水的特征发现,MCS中层云降水覆盖面积更大;对流云降水的降雨率比层云的降雨率更大,同时变化幅度更明显。层云降水百分比的增加与“杜鹃”增强的过程关系密切,但对流云降水的降雨率增加有利于MCS增强,层云和对流云的共同作用促进了“杜鹃”生成。
太行山东麓层状云微物理特征的飞机观测研究
杨洁帆, 胡向峰, 雷恒池, 段英, 吕峰, 赵利伟
2021, 45(1): 88-106.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19202
摘要(127) HTML(28) PDF (6165KB)(53)
摘要:
本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据,重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明,−5°C层的过冷水含量低于0.05 g m−3,冰粒子数浓度量级101~102 L−1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。−5°C层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主,凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10~50 μm的云滴为主,伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g m−3左右,冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明:零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内,混合层的过冷水含量很低,冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长,云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高,大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示,冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高,但平均直径比过冷水低值区小。
气溶胶对新疆冰雹形成物理过程影响的数值模拟研究
石茹琳, 银燕, 陈倩, 王旭, 况祥, 张昕, 王智敏
2021, 45(1): 107-122.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19214
摘要(80) HTML(9) PDF (25578KB)(47)
摘要:
利用带有分档微物理方案的中尺度模式(WRF-SBM)模拟了一次新疆夏季的冰雹天气过程,并通过敏感性试验研究了气溶胶浓度变化对雹云微物理特征、降水过程及冰雹形成机制的影响。结果表明:初始气溶胶浓度越大,对流云发展越旺盛。雹云发展阶段,云中液水含量随气溶胶浓度增加而增多,冰水含量在中度污染时最多。冰雹的含量随气溶胶浓度的增加呈现先增加后减小的趋势,相较而言中度污染条件下,云滴尺度适当,过冷云水含量相对充足,更有利于液相水成物向冰粒子的转化,也更有利于冰雹的生长。冰雹最初几乎全部由冰晶碰冻过冷水生成,随后该过程迅速减弱,液滴冻结过程短暂地成为主要来源,但冰雹一旦形成,自身就会迅速收集过冷水开始生长,成为冰雹生长的主导过程。重度污染条件导致各种成雹过程推迟发生。气溶胶浓度增大导致地面液相累积降水增加,冰相累积降水先增加减少,并且气溶胶浓度适当增大可使降雹量及冰相降水中冰雹的比重增加,过量则会减小。在此基础上,本文提出最适合冰雹生长的“最优气溶胶浓度”,同时也是人工防雹工作中应重点关注的浓度。
面向资料同化的风廓线雷达风场特征分析及其质控方法
王叶红, 张伟, 赵玉春
2021, 45(1): 123-147.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19216
摘要(89) HTML(26) PDF (9708KB)(45)
摘要:
以美国国家环境预报中心全球预报系统(National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS)0.5°×0.5°分析场作为数值预报背景场,结合地面降水资料,面向资料同化分析了2017年1~12月逐日00时、06时、12时、18时(协调世界时)福建12部L波段风廓线雷达(其中CFL-03系列3部、CFL-06系列9部)水平风产品质量特征,并初步探讨了不同质量控制方案的影响差异。结果表明:(1)CFL-06系列雷达在水平风的最大探测高度、有效数据获取率和低层水平风质量等方面明显优于CFL-03系列;(2)相同系列的不同风廓线雷达探测水平风的数据获取率、有效探测高度、标准差、相关系数及偏差的垂直分布特征等存在极大差异,该差异与风廓线雷达所处的地理位置(沿海或内陆)、海拔高度等并无直接关系;(3)各雷达站探测u风速相对背景场存在明显系统性负偏差,小于背景场,不满足资料同化对背景场的无偏需求,资料同化时需进行偏差订正;v风则相对较好;(4)降水对风廓线雷达探测影响较大,有降水时数据获取率在中低层有所减小,但在中高层则大幅提高;uv风标准差在中低层有所增加,而在中高层v风标准差有所增加,u风标准差则大幅降低;(5)针对不同风廓线雷达,提出了不同高可信度区间和不同有效探测高度两种质量控制方案,并与固定有效探测高度方案进行了对比,结果表明,这两种质量控制方案皆具有明显优势。不同高可信度区间方案的质量控制效果更为显著,不同雷达站水平测风数据得到更加充分和有效识别,既减少了雷达资料不必要损失,又可将质量差的数据进一步剔除;该方案在有降水情形下也有较好效果。
一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析
黄昕, 周玉淑, 冉令坤, KALIMUllah, 曾勇
2021, 45(1): 148-164.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219
摘要(131) HTML(27) PDF (20785KB)(51)
摘要:
伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:(1)此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。(2)WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。
2019年4~6月云南持续性高温天气的大气环流异常成因
马双梅, 祝从文, 刘伯奇
2021, 45(1): 165-180.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19226
摘要(102) HTML(56) PDF (18600KB)(57)
摘要:
2019年4~6月云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气,并引发了严重气象干旱。本文利用1961~2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划(Community Earth System Model Large Ensemble Project)模式模拟结果,分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征,探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温日的合成分析表明,云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加,是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度的贡献约为37.51%,同时对类似2019年以及更强极端暖事件发生概率的贡献为56.32%,内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4~6月北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面,在AO强负位相影响下,极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原,有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面,ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流,令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区,维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用,造成了2019年4~6月云南上空持续的深厚异常反气旋,云南地区继而出现持续性极端高温事件。
BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因
张洁, 董敏, 吴统文, 辛晓歌
2021, 45(1): 181-194.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19230
摘要(83) HTML(10) PDF (11823KB)(33)
摘要:
基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心(ECMWF)最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率(约110 km)的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压(阻高)的模拟能力。再分析数据分析结果表明:“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节,夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高预测水平的重要因素。
台风路径数值预报实时订正技术及其集成应用
危国飞, 刘会军, 潘宁, 冷典颂, 吴启树
2021, 45(1): 195-204.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.19237
摘要(120) HTML(13) PDF (2306KB)(48)
摘要:
以台风路径数值预报的短时效预报偏差和目标时效(指所需订正的时效)的纬度预报为预报因子,采用多元线性回归方法建立了台风路径预报的偏差预估方程,继而对台风路径预报进行实时订正。本文以12 h为短时效,通过对欧洲中期天气预报中心确定性预报模式(ECMWF-IFS)和集合预报模式(ECMWF-EPS)的台风路径预报的应用,得到以下结论:2018年试报结果表明,24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h订正后的ECMWF-IFS台风路径预报的平均距离误差分别比订正前减小了7.3 km、9.3 km、8.9 km、6.5 km、6.9 km、2.6 km,总体来说较强台风(指12 h的台风强度实况≥32.7 m s−1)路径预报的订正效果更好。尝试了先对ECMWF-EPS各成员的台风路径预报进行订正,再进行集成预报,并对比了以下5种方式得到的台风路径预报:“订正后的确定性预报”、“所有集合预报成员集合平均”、“优选集合预报成员集合平均”、“所有集合预报成员先订正再集合平均”和“优选集合预报成员先订正再集合平均”,2018年试报结果表明,对于平均距离误差,24 h和36 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”最小,48 h和60 h“所有集合预报成员先订正再集合平均”最小,72 h和84 h“优选集合预报成员集合平均”最小,如果在业务中有针对性地进行应用,有望获得一个在各预报时效表现都较优异的台风路径客观综合预报结果。24 h、36 h、48 h、60 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”的平均距离误差分别比“所有集合预报成员集合平均”减小了13.3 km、11.7 km、10.0 km、7.6 km,比中央气象台官方预报(对应的时效为12 h、24 h、36 h、48 h)减小了0.7 km、2.0 km、3.9 km、2.4 km。
安徽省淮南森林冠层辐射传输过程的特征
戴秋丹, 郭振海, 孙菽芬, 肖霞
2021, 45(1): 205-216.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19251
摘要(51) HTML(4) PDF (3592KB)(17)
摘要:
本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测,分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明:(1)从春季到夏季,栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加,到冬季逐渐减少。从早春开始,由于叶片生长增多,冠层中间和冠层之下向下的太阳短波辐射下降,从秋季到冬季树叶凋落,其向下的太阳辐射增加,与冠层之上的变化趋势相反;对于向上的短波辐射,无论冠层之上、冠层中间还是冠层之下,随季节的变化都与向下的短波辐射相似,只是数值小很多。(2)冠层之上、冠层中间和冠层之下向下的长波辐射,随时间的变化从春季逐渐开始增大至夏季达到最大,随后逐渐减小并在冬季达到最小;就空间变化而言,冠层中间和冠层之下向下的长波辐射值比冠层之上的辐射值高,使得冠层对长波辐射的振幅增大,晴空条件最高可达1.3倍。(3)淮南森林区冠层之上(距地面25 m)年平均反照率为0.14,比中国北方地区(35°N)温带季风气候区(混交林为主)反照率的整体水平低0.01,表明淮南的森林茂密、灌丛更多些。(4)冠层上部分和整层的短波辐射透射率主要受叶片的影响。夏季,冠层的短波透射率平均为0.1。到了冬天,叶子凋落,透射率增加并趋于一个平稳的波动。冠层的短波辐射吸收率在夏季最高,秋季逐渐降低,随着叶子凋落在冬季迅速减小,趋于一常值。
云海-2掩星资料在区域数值预报中的同化应用评估
蔡其发, 王业桂, 张斌, 李娟, 兰伟仁, 王广杰
2021, 45(1): 217-228.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20139
摘要(78) HTML(15) PDF (8446KB)(20)
摘要:
针对中国自主的云海-2掩星资料,基于WRF模式和GSI三维变分同化系统,以2019年5月首次开展了区域同化预报试验,试验结果表明:同化云海-2掩星资料后,风场、温度场的改善主要体现在预报的中后期,而湿度场的改善则贯穿于整个预报时间段,风场、温度场和湿度场的改善程度随着预报时间延长趋于一致;风场和温度场的改善主要体现在模式中层,而水汽混合比的改善则主要体现在模式的中低层;同化云海-2掩星资料能够合理的调整模式的位势高度场、湿度场、温度场和风场,进而改善降水预报结果。
水平相关模型的性质及其在GRAPES三维变分系统中的应用
庄照荣, 李兴良, 陈春刚
2021, 45(1): 229-244.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20107
摘要(70) HTML(12) PDF (7062KB)(20)
摘要:
在变分资料同化中背景误差水平相关模型不仅决定着观测信息传播到格点空间的远近,而且影响着频谱空间中不同尺度上的分析增量信息的多少。本文比较高斯(Gauss)、二阶自回归(Soar)以及尺度叠加高斯模型(Supergauss)在时空域随着空间距离和在频谱域随着不同尺度分布的特点,阐述三种相关模型在区域GRAPES三维变分分析(GRAPES-3DVar)中的实施方案,同时通过单点观测试验研究不同相关模型对分析的影响。研究表明Gauss相关模型造成分析中小尺度信息的不足,同时当流函数和非平衡的势函数作为分析变量时,依据动力场变量之间的相关关系,会造成风场观测不合理的较大负相关信息。Soar相关模型能增加分析的中小尺度信息,但在三维变分分析实施中只能采用一阶递归滤波方案,由于计算精度不够会造成风场分析增量异常。当采用Supergauss相关模型时,不仅缓解单一高斯模型造成的不恰当风场观测负相关信息,并可增加分析增量的中小尺度信息,同时在递归滤波实施中可获得合理的分析增量。因而Supergauss相关模型在三种模型中最适合描述背景误差水平相关,对高分辨率3DVar系统的中小尺度分析有益。
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(1) PDF (5789KB)(2)
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。
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(4) PDF (6843KB)(4)
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。
利用星载和地基激光雷达分析2019年5月东亚沙尘天气过程
黄 悦, 陈 斌, 董 莉, 张芝娟
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.19249
摘要(2) PDF (2363KB)(3)
摘要:
2019年5月中旬,中国北方出现大范围沙尘暴天气,此次天气过程持续时间较长,影响范围较大。利用星载激光雷达CALIPSO和地基激光雷达AD-NET数据,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的分布特征以及沙尘传输过程进行分析;利用国家气象信息中心提供的小时天气实况数据对星载激光雷达资料得到的传输路径进行验证,同时结合空气质量数据分析此次天气过程对空气质量的影响;利用ERA-Interim再分析资料对此次沙尘天气成因进行分析。结果表明:(1)世界时间2019年5月10-16日沙尘天气主要分为两阶段,第一阶段为世界时间5月10日至12日,第二阶段为13日至16日;(2)通过CALIPSO垂直特征层产品,发现在太平洋地区5-10km的较高高度上,存在沙尘气溶胶,到达日本地区时,沙尘气溶胶的退偏比和色比平均值分别为0.14和1.29;(3)经过星载和地基激光雷达数据的综合分析,发现世界时间5月13日至18日期间,沙尘气溶胶对日本长崎站点和韩国济州岛地基激光雷达站点的平均贡献率均值分别为42.16%和39.25%;(4)筛选了星载激光雷达经过日本和韩国站点的轨迹,对比分析两种数据的衰减后向散射系数以及表观散射比,发现两种数据的表观散射比廓线分布具有相近的变化趋势;(5)在沙尘天气期间,颗粒物浓度显著增加,PM10浓度最大值超过1500μg/m3,是国家一级浓度标准的30倍;而世界时间5月11日PM2.5浓度在甘肃省最大,最大值达到国家一级浓度标准的7倍,14日最大值甚至达到12倍;PM10/PM2.5值也在甘肃新疆多地达到6以上;(6)内蒙古西部的小槽的加深以及南压,使得西北冷空气稳定南下;在世界时间14日,不稳定层结加深导致沙尘天气再一次爆发。
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(0) PDF (3893KB)(0)
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。
GRAPES-GEPS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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20164
摘要(1) PDF (2072KB)(1)
摘要:
湿奇异向量(Moist Singular Vectors,简称Moist SVs)是包含了湿物理切线性过程计算得到的奇异向量。研究Moist SVs对最优化时间间隔(optimization time interval: 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GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-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Moist SVs,从能量模、能量谱、空间剖面等方面分析热带外Moist SVs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Moist SVs水平分辨率可使其扰动具有较大的增长率,缩短OTI后Moist SVs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Moist SVs相似性较低,结构差异较大。从集合预报的结果来看,OTI为24h试验的集合扰动能量增长较大,集合离散度在预报的0-96h有显著提升,特别是2米温度,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Moist SVs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Moist SVs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。
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(1) PDF (2735KB)(0)
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(3) PDF (4588KB)(2)
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。
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(0) PDF (3208KB)(1)
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;此时,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其影响中起着非常重要的作用。
2019年广东前汛期连续暴雨与大气季节内振荡的联系
纪忠萍, 源艳芬, 徐艳虹, 韩浦城, 方一川
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20136
摘要(13) PDF (4175KB)(7)
摘要:
为了做好连续回流暴雨的中期与延伸期预报,采用小波分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了2019年广东前汛期降水与大气季节内振荡的关系,分析了4-5月发生在西南部的两次连续回流暴雨的平均环流场及其低频传播特征的差异,并与6月广东北部锋面型连续暴雨进行对比分析。结果表明,4~5月两次以阳江为中心的西南部连续暴雨及前汛期降水均具有准23天振荡,它们分别为有、无明显冷空气影响的连续回流暴雨且对应的大气环流场及低频传播特征具有明显的不同:4月12~14日连续回流暴雨期间,500hPa中高纬度具有稳定的“西阻”和“东阻”,使冷空气不断地从东海入海高压的南部东移南下, 925hPa形成以阳江为中心相对干冷的强东南风与来自南海中南部从中南半岛转向的暖湿偏南风的辐合渐近线;而5月23~26 日连续回流暴雨期间,500hPa华东~东海~黄海为稳定高压坝,广东长时间处于高原槽前西南气流中,地面上处于东海出海变性高压脊西南部及北部湾~西南低槽前,925hPa形成以阳江为中心来自孟加拉湾的强偏南风与珠江口以东东南风的辐合渐近线。来自我国中部(东海以东)低频反气旋南侧(西南侧)逐渐加强南传的低频东北风(东南风)与从140oE附近的西太平洋西传(孟加拉湾东传)到广东并加强的低频北风(南风)汇合在广东西南部,并有(无)与从南海中北部北传的低频气旋北侧低频东风相遇,导致4月12~14日(5月23~26日)有(无)明显冷空气影响的连续回流暴雨发生。而6月广东北部为东亚深槽引导的冷空气与来自孟加拉强盛西南风交汇所产生的锋面型连续暴雨,来自我国中部、孟加拉湾分别逐渐加强向南、向东传播到达广东的低频西南风,与来自中纬度低频反气旋外围的干冷东北风交汇在江南或南海北部,导致广东北部6月9~13日连续暴雨的发生。
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(8) PDF (3105KB)(3)
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。
基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估
王金成, 王丹, 杨荣康, 曹晓钟, 郭启云
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.20186
摘要(9) PDF (1475KB)(2)
摘要:
为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法。基于我国自主研发的区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统。该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂段和下降段的轨迹方程,以及下降段降落伞的动力学方程,直接嵌入到高分辨率数值天气模式中,实现对往返平飘式探空轨迹的模拟和预报。利用轨迹预测系统开展了往返平飘式探空轨迹预报初步试验,试验结果表明,该系统的轨迹预测结果合理可信,6小时的轨迹预报平均误差小于40km。
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, 蔡其发, 兰伟仁, 郭贤鹏, 王广杰, 李娟
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20187
摘要(5) PDF (3586KB)(2)
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月开展了一个月的云海-2掩星探测资料同化预报试验,对东亚区、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改善预报场的精度,随着预报时效的延长和预报日数的增加,改善幅度逐渐增大;在更长时效的72小时、120小时、168小时预报中,云海-2掩星探测资料与GPS掩星探测资料的同化效果在日数的中前期相当,在日数的中后期,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掩星资料探测资料的优势逐步显现。
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(4) PDF (12702KB)(1)
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(10) PDF (3528KB)(8)
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。
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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20216
摘要(57) PDF (2064KB)(41)
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,本文分析了西北地区的降水变化特征及趋势。结果表明,近60年以来,西北地区92%的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。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。另一个特征是,进入21世纪以来,西北地区夏季和年降水量仍然维持准3a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近3a周期。因此,自然周期变化对降水增加的贡献并不大。本文的结果也显示,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。
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(56) PDF (7051KB)(57)
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(32) PDF (2059KB)(28)
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(26) PDF (3476KB)(8)
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。
基于X波段双线偏振雷达的贵州威宁雹胚演变特征观测研究
黄海迅, 周筠珺
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20105
摘要(31) PDF (3219KB)(3)
摘要:
为探究威宁地区雹暴过程中雹胚粒子的演变特征,本文在对X波段双线偏振雷达数据经过退折叠、滤波、自适应衰减订正后,运用Barnes插值方法对偏振参量进行插值,并结合模糊逻辑算法进行水成物粒子识别,然后对威宁县的两次典型雹暴过程进行了系统的分析,得到以下结论:(1)两次过程中高密度霰的来源均为冰晶聚合物和冻滴,低密度霰粒子的来源均为冰晶粒子;单体雹暴过程中高密度霰粒子对冰雹的产生贡献最大,多单体雹暴过程中低密度霰粒子对冰雹的产生贡献最大。(2)多单体雹暴中,衰减单体的高空辐合以及低空辐散对发展单体的雹胚形成有促进作用。(3)单体雹暴降雹前:低密度霰粒子数量近乎不变;由于冰晶聚合物增多使得消耗过冷水粒子速度加快,导致过冷水粒子减少,而且有部分高密度霰粒子坠落至地面,导致高密度霰粒子数量减少,变化率为-10库/分钟(库为单体的粒子识别结果中水成物粒子的所占的库数);降雹时:高密度霰粒子淞附过冷水粒子增长形成冰雹,导致高密度霰粒子减少,变化率为-12.1库/分钟;而在‘贝吉龙过程’以及冰晶聚合物的淞附作用下,低密度霰粒子迅速增多,变化率为36库/分钟;降雹后:低密度霰粒子坠落,数量快速减少,变化率为-36.6库/分钟;低密度霰粒子在下降过程中淞附过冷水、冰晶聚合物等粒子转化成高密度霰粒子,导致高密度霰粒子总量几乎不变,变化率为2库/分钟。(4)多单体雹暴降雹前与单体雹暴类似,不同的是在消散单体的促进作用下,发展单体的发展速度、雹胚数量、回波强度均高于单体雹暴;降雹时:低密度霰粒子在下落过程中淞附过冷水滴增长形成冰雹,导致数量迅速减少,变化率为-62.6库/分钟;高密度霰粒子数量增加,变化率为16.5库;由成熟到降雹的时间比单体雹暴长15分钟左右;降雹后与单体雹暴类似。(5)通过对威宁地区雹暴机制的分析,分别建立了单体雹暴、多单体雹暴的概念模型。本文针对两种典型雹暴的各个过程中雹胚的演变特征研究得到了初步结果,这对于雹暴预警、预报以及人工消雹具有较高的应用价值。
一次梅汛期极端降雨过程雨带位置模式预报性能对比分析
马杰, 尹姗, 金荣花, 李勇, 任宏昌, 梅双丽
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20116
摘要(51) PDF (5295KB)(10)
摘要:
2016年6月30日-7月4日出现了当年入汛以来最强降雨过程,然而业务预报却出现了明显误差。为此,本文首先对比和分析了当今预报性能最优越的欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium Range Weather Forecasting ,简称ECMWF)模式和美国环境预报中心/全球预报系统(National Centers for Environmental Prediction / Global Forecast System,简称NCEP)的确定性和集合预报差异及误差原因。结果显示,针对雨带位置,NCEP模式预报较为准确,ECMWF模式存在明显的偏北误差。基于集合预报的进一步分析表明,前者预报偏差小,源于误差在逐日变化中呈现偏北、偏南交替出现所致。而后者偏北误差却呈稳定维持的特征。接着,将集合预报成员划分为了准确组和偏差组,通过二者合成分析揭示出,当雨带位置的预报偏北时,对应降雨较强,反之亦然。最后,讨论了500hPa层西风槽与雨带位置之间的联系。结果表明,当西风槽强度预报偏强时,雨带位置偏北、降雨强度偏强。ECMWF模式的西风槽持续偏强,因而雨带位置稳定偏北。NCEP模式的西风槽偏强、偏弱交替出现,导致了雨带位置的偏北、偏南误差。研究结果对在实际业务中开展误差订正具有很好的参考意义,也有助于提高梅汛期预报准确率。
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(45) PDF (10263KB)(9)
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。
重力波与对流耦合作用在一次山地突发性暴雨触发中的机理分析
谢家旭, 李国平
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20137
摘要(69) PDF (4009KB)(18)
摘要:
利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)开发的新一代ERA5再分析资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水资料以及国家卫星气象中心FY-2G卫星云图资料,对2018年5月21-22日发生在四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨过程中的重力波特征进行天气动力学分析。得到以下结果:此次山地突发性暴雨受到了波长约为150km,周期为5h的重力波活动的影响,是典型的β中尺度天气系统诱发的暴雨事件。此过程中的重力波主要是在地形和切变不稳定的共同作用下触发的。切变不稳定先于重力波的传播出现在下游降水区域,可表征切变不稳定的理查逊数对重力波传播方向及降水落区有很好指示作用。此次暴雨发生前,重力波中的上升支气流输送低层水汽到高空助力对流发展,而下沉支气流使得低层不稳定能量不断累积。随着东北低空急流的发展,在大气低层(700-800hPa)东西风切变的过渡带内形成临界层,临界层不断吸收高空波动能量造成重力波能量下传,触发低层不稳定能量释放,促使对流不断加强,最终引发此次山地突发性暴雨。
南亚高压季节内变化与热带季节内振荡之间关系
林爱兰, Tim LI, 王璐, 李春晖
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20144
摘要(23) PDF (2636KB)(3)
摘要:
采用观测分析和数值试验等方法,分析夏季南亚高压与热带季节内振荡(ISO)之间的关系,并对两者之间的相互作用进行量化诊断,探讨其物理过程。主要结果表明:南亚高压ISO与热带ISO活动关系密切,当热带ISO处于印度洋位相(第1、2、3位相),则南亚高压东脊点位置偏西,当ISO处于太平洋位相(第5、6、7位相),则南亚高压东脊点位置偏东。与热带ISO关系最密切的是南亚高压东部附近区域,即东亚-西太平洋地区(110o-140oE,15o-25oN),该关键区也是南亚高压ISO最显著区域。在热带ISO的调制下,关键区对流层大气垂直结构产生斜压性异常变化,导致高层南亚高压东脊点的东伸(西退)对应中低层西太平洋副热带高压西脊点的东退(西伸)。在南亚高压与热带ISO之间关系中,主要是热带ISO对南亚高压的影响,南亚高压东部关键区ISO强度40%来源于热带ISO的贡献,而南亚高压对热带ISO平均强度的影响很弱。热带ISO影响南亚高压的物理过程如下,热带ISO从印度洋向东传播至西太平洋时,强对流产生分支,部分由于东亚-西太平洋的有利夏季风背景转为向北传播,ISO向北传播过程中对流强度进一度加强,这就相当于存在一赤道非对称热源。在热源的作用下,大气产生异常响应,在热源的西北侧,即东亚-西太平洋地区,对流层低层为气旋性环流异常、位势高度负异常,对流层高层为反气旋性环流异常、位势高度正异常,从而导致南亚高压东脊点偏东。而当热带ISO处于印度洋位相时,大气异常响应与上述相反,南亚高压东部位势高度降低,南亚高压东脊点西撤。
亚洲中纬度冬季极端低温事件对巴伦支-喀拉海异常增暖的响应及可能机制
李言蹊, 陈海山
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20168
摘要(35) PDF (2800KB)(5)
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对巴伦支-喀拉海异常增暖的响应及可能机制。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。
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(18) PDF (2471KB)(4)
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。
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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20112
摘要(21) PDF (2356KB)(13)
摘要:
本文利用中尺度模式WRF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,分析不同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9:00时出现谷风环流,夜间19:00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。
GRAPES区域集合预报对2019年中国汛期降水预报评估
王婧卓, 陈法敬, 陈静, 刘雪晴, 李红祺, 邓国, 李晓莉, 王远哲
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20146
摘要(51) PDF (4392KB)(34)
摘要:

2019年,数值预报中心开发了以GRAPES全球模式为驱动场,集合变换卡尔曼滤波为初值扰动方法,随机物理过程倾向项为模式扰动方法的10km水平分辨率GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式,并投入业务运行。基于该模式,作者开展了2019年7-9月夏季降水不确定性的集合预报实时试验,并从统计检验和个例分析角度,与GRAPES-REPS V2.0和ECMWF全球集合预报模式进行对比,由此对GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式的降水预报能力给予客观评价,并分析了引起中尺度强降水预报不确定性的物理机制,研究结论可为诊断集合预报模式及改进集合预报方法提供依据。结果表明:(1)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统的降水ETS评分在所有预报时效和量级内均优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式,降水成员具有明显等同性,且概率预报技巧FSS评分较高,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式降水预报效果全面优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式。(2)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报的集合平均降水BIAS评分及小雨和暴雨ETS评分均明显优于ECMWF全球集合预报系统,降水概率预报与ECMWF降水概率具有一定可比性。(3)个例分析结果表明,不同集合预报模式通过刻画中尺度特征物理量不确定性来捕捉降水预报不确定性,初始时刻,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式和ECMWF全球集合预报模式环流形势分布较为相似,随预报时效演变,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式对中尺度动力、热力场捕捉更为准确,相应地对降水落区与量级预报较好,概率预报技巧较优。(4)与ECMWF全球集合预报模式相比,GRAPES区域集合预报模式集合成员能很好地预报降水发生、发展、消亡整个过程,故GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统对中国汛期降水具有较强的预报能力。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20149
摘要(40) PDF (8280KB)(17)
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Pearson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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20121
摘要(32) PDF (1653KB)(27)
摘要:

大气冰核参与初始冰晶的异质形成过程,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。

观测分析厄尔尼诺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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20141
摘要(20) PDF (5255KB)(13)
摘要:

厄尔尼诺(El Ni?o)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 Ni?o事件次年衰减期演变速度,对比分析衰减早型与晚型El Ni?o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拉尼娜 (La Ni?a) 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 Ni?o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 Ni?o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 Ni?o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。

高阶精度有限差分方案下的非跳点网格试验:基于浅水波方程
徐道生, 陈德辉, 吴凯昕
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19236
摘要(24) PDF (894KB)(3)
摘要:

非跳点网格在模式动力-物理过程的耦合方面具有独特的优势,但是由于二阶精度差分方案下非跳点网格频散误差较大而很少被使用于数值天气预报模式。随着近年来数值模式计算精度的不断提高,非跳点网格在频散关系方面的计算误差是否会发生变化还有待研究。本文在高阶精度差分格式下通过浅水波方程对跳点网格和非跳点网格的频散关系进行理论分析和数值试验,主要得到以下结论:(1)在低波数区跳点网格的频散关系基本不随计算精度的提高而变化,但是非跳点网格下的频散关系则随着计算精度的提高而更加接近真实解。在四阶精度下,非跳点网格的频散关系已经非常接近跳点网格。(2)差分精度提高以后,在高波数区非跳点网格仍然存在频率极大值,而且极值中心随着计算精度的提高而逐渐向更高波数区移动。跳点网格在计算精度提高以后高波数区的频率仍然随波数单调增加,且更接近真实解。(3)在高阶精度非跳点网格模拟试验的基础上,结合高阶扩散项对高频短波进行滤除,可以得到与二阶精度跳点网格相接近的模拟结果。总之,在高阶精度有限差分方案下利用非跳点网格构造模式动力框架是一种比较可行的做法。

冬季全国性持续低温事件过程中的平流层—对流层相互作用
吴嘉蕙, 任荣彩
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.20125
摘要(24) PDF (7457KB)(22)
摘要:

利用1959–2017年ERA40/ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心的逐日站点资料,针对发生在冬季(NDJFM)的全国性持续低温事件(EPECEs),分析了热带外环流的变化特征,以及平流层—对流层相互作用。结果表明,全国性EPECEs可划分为冷空气在乌拉尔山–西伯利亚关键区堆积和冷空气爆发以及消亡三个阶段,分别与对流层中层乌拉尔山–西伯利亚一带大型斜脊的建立、发展和崩溃以及平流层极涡强度的恢复、维持和再次减弱相对应,其中伴随着显著的平流层—对流层相互作用。首先,以大西洋地区异常扰动为主的热带外对流层形成2波型行星波异常,并上传影响平流层;随后在平流层2波调整为1波型的过程中,出现了行星波的异常下传以及平流层极涡强度的恢复,在对流层形成的1波型的高度正异常中心位于东欧地区,有利于乌拉尔山高度脊的建立以及源于北冰洋的冷空气在高压脊前形成堆积;随后由于平流层极涡强度维持,对流层行星波上传持续受到抑制,并主要在欧洲一带出现显著的异常向下反射,对应对流层1波型高度正异常中心逐步东移至中西伯利亚地区,从而有助于乌拉尔山脊向下游发展成一个横跨西伯利亚地区的大型斜脊,冷空气堆积区也东移到中西伯利亚地区。进入冷空气爆发阶段,随着斜脊前的大型横槽与上游移来的短波槽形成阶梯槽形势,横槽很快转竖引导低层冷空气向我国大范围爆发;同时大型斜脊的维持也使行星波再次出现1波型异常上传,影响平流层极涡再次减弱。最后,随着冷空气爆发,大型槽脊迅速崩溃,对流层波动减弱,低层气团的经向输送也随之减弱,EPECEs消亡。

辐射传输模式对地基微波辐射计观测的模拟能力分析*
邹荣士, 何文英, 王普才, 茆佳佳, 陈洪滨, 李军, 南卫东, 常越
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20134
摘要(17) PDF (1334KB)(7)
摘要:

提供高时间分辨率大气温度湿度廓线的地基微波辐射计近年来广泛使用,多通道观测亮温的数据质量是大气廓线产品合理性的基本保障。一般定期液氮绝对定标可以更好维护亮温数据质量,但实际操作颇为不易。辐射传输模式作为一种辅助工具,可以检验和认识地基微波辐射计观测亮温的数据质量。本文针对三个辐射传输模式:MonoRTM、ARTS和MWRT,结合北京探空观测资料、北京观象台和河北香河站同类型的德国RPG地基微波辐射计观测资料,分析比较了三个模式的模拟与观测亮温差异,评估不同辐射传输模式对地基微波辐射计观测的模拟能力。地基微波辐射计14个通道观测亮温与模式模拟的差异统计比较发现:三个模式的模拟结果与地基微波辐射计大部分通道的观测亮温都很接近,与观测结果具有很好一致性(如相关系数高达0.99),而对温度通道ch8(51.26 GHz)和ch9(52.28 GHz),三个模式模拟与观测相关系数明显较低(<0.80),并且存在显著的绝对偏差(4~5K),表明模式在这两个通道的模拟能力有待提高。三个模式中,MonoRTM模式在温度通道ch8、ch9和ch10(53.86 GHz)存在明显的系统性偏差,尤其是ch8高达5 K;ARTS模式对水汽通道ch1(22.24 GHz)的模拟能力相对较弱;MWRT模拟与观测亮温在多个通道上相对更为接近和稳定,尤其系统性偏差最小。此外,探空廓线与地基观测站的空间位置不一致,对地基微波辐射计水汽通道的模拟结果影响较为显著,而对水汽不敏感的温度通道影响甚微。两地观测亮温与模式模拟的比对,初步表明北京观象台地基微波辐射水汽通道的观测质量有待改进。

西南夏季降水多因子降维客观预测方法研究
庞轶舒, 周斌, 祝从文, 秦宁生, 杨严
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.20120
摘要(14) PDF (2418KB)(11)
摘要:

本文改进了现有的多模态时间稳定性判别标准,提出一种筛选稳定高相关预测信号的思路,对西南夏季降水多模态的时间稳定性,时空特征,可预测模态关键信号等进行了分析研究,在此基础上构建了多因子降维预测模型。结果表明,前9个模态在预测时效为3年和近10年内稳定,累计方差贡献率占70%,是西南夏季降水的主要模态。结合稳定高相关概念和最优子集方法得到主模态PC系数的最优预测信号和预测方程。经过回报检验,各方程对PC系数有较好的拟合效果,复相关系数均通过了99.99%的显著性检验,同号率均大于69%。在此基础上构建的多因子降维预测模型对西南夏季降水的空间分布,正负趋势和异常级有较好的回报效果,ACC平均分为0.58,PS平均分为84,TCC在除零星站点外的整个区域通过90%的显著性检验,且大部分区域通过99.9%的显著性检验。经过13年的预报检验,该模型的PS平均分为72。其中2017~2019年的PS均分为77,优于发布预测评分。

夏季长白山天池站降水量年际变化特征及其对应的环流异常
凌思宁, 陈卫, 陆日宇, 高枞亭
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20117
摘要(25) PDF (4607KB)(17)
摘要:

长白山地处吉林省东南部,作为国家级重点生态功能区,其降水变化特征对该地森林生态系统和水资源结构变化有重要影响。本文基于1979–2016年吉林省47个台站逐月降水资料,探究了长白山天池站夏季降水的气候特征及其相关的环流异常,并与吉林省降水进行对比。分析结果表明天池夏季降水量以及年际变率高出吉林省其它站点一倍左右。此外,天池降水年际变化对应的环流异常与吉林省降水一致,即6月东北亚气旋式异常和东亚高空急流的增强,以及7、8月西太副高增强和东亚高空西风急流偏北,均可引起吉林省和天池降水偏多。另一方面,天池降水变异还表现出其独特的环流异常,与吉林省降水对应的环流异常显著不同或者甚至近乎相反,究其原因为长白山地形所致。本文的结果说明山地的气候和大气环流的关系复杂、多变。

增强副热带高压对西南涡影响的一次数值试验研究
卢萍, 李跃清
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20161
摘要(33) PDF (3287KB)(8)
摘要:

本文通过对伴随副高东退而东移一次典型西南涡天气过程(“20150721”)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,可长时间的稳定维持,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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20106
摘要(53) PDF (2170KB)(18)
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。

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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