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:
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, 齐道日娜
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21028
摘要(72) HTML(10) PDF (22866KB)(34)
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35°N向北跳到37°N,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。
基于EOF迭代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(71) HTML(11) PDF (8615KB)(23)
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00:00至7日23:00(北京时),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°C。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°C。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。
一个基于Eta垂直坐标的新WRF动力框架及其数值试验
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(202) HTML(27) PDF (7258KB)(34)
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。设计气柱质量变换方法,实现阶梯地形和追随地形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。阶梯地形的构造借鉴了AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)的设计思路,即首先构造参考大气,而后定义阶梯地形网格特征量,最后进行阶梯地形表达。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后,采用山脉波理想试验和实例试验对新动力框架的正确性和有效性进行了检验。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。
江淮地区夏季极端日降水事件变化特征及其与Rossby波活动的联系
孙思远, 管兆勇, 金大超
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20226
摘要(75) HTML(16) PDF (6891KB)(39)
摘要:
利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集,研究了1979~2016年(38年)夏季江淮地区区域性极端日降水事件的统计特征及其与Rossby波活动的联系。结果表明:在38年夏季(6~7月)中,江淮地区区域性极端日降水量的95百分位阈值为33.95 mm d−1,且共有63次极端日降水事件发生。江淮地区极端日降水事件发生时,在对流层中低层受气旋性异常环流控制,在对流层上层受反气旋性异常环流控制,为极端日降水事件的形成和维持提供了有利的斜压性环流背景。源于孟加拉湾和中国南海地区的水汽在江淮地区有较强的汇集,为极端日降水事件的发生、发展提供了有利的水汽条件。在极端日降水事件发生期间,引起江淮地区扰动涡度拟能显著变化的主要是时间平均气流对扰动涡度的平流输送项和扰动气流中的水平散度项;在极端日降水事件发生当天,对流层上层的扰动涡度拟能迅速减弱,同时在低层快速增强。波动起源于里海和黑海附近,有明显的下游频散效应,传至江淮地区约需3~5 d时间,为江淮地区极端日降水事件的形成提供了扰动能量。这些结果加深了对极端日降水事件成因的认识,并为预报预测提供了思路。
气象要素对华北地区夏季植被覆盖度的影响
白慧敏, 龚志强, 孙桂全, 李莉, 周莉
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20233
摘要(56) HTML(10) PDF (8894KB)(21)
摘要:
植被覆盖对气候变化极其敏感,华北区地处我国半干旱—半湿润过渡地区,气象因子对该地区植被覆盖有重要的影响,但缺少有效的数理模型定量刻画气象要素对植被的影响。因此,本文基于华北区2000~2018年中分辨率成像光谱仪的植被覆盖数据和主要气象要素数据,开展了多气象要素影响植被覆盖度的研究,初步建立了华北夏季植被覆盖度与气象要素的关系。研究表明:(1)华北存在向暖干转变的趋势,且夏季植被覆盖度与降水、相对湿度呈正相关,与气温、日照时数和地温呈负相关。(2)影响华北地区植被覆盖度最重要的气象要素是相对湿度,体现了温度和降水的共同作用。(3)基于多元回归法和最小二乘法可以定量描述气象要素变化对植被覆盖度的可能影响。其中,五变量影响模型对植被覆盖度模拟的相关系数略偏高,因此,基于五变量气象要素可以更好的模拟植被覆盖度的变化。研究结果有利于了解气象要素如何影响植被生态系统,进而为国家生态文明建设提供理论参考依据。
冬奥会延庆赛区降雪与边界层东风的关系
于波, 李桑, 郝翠, 刘郁珏, 杜佳, 卢俐
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21055
摘要(33) HTML(5) PDF (7347KB)(25)
摘要:
受特殊地理环境影响,北京地区冬季降雪常与边界层东风相伴,边界层东风所引起的水汽输送和动力辐合效应对降雪发生发展有重要意义。不同于已有边界层东风对平原地区降雪影响的研究,本文结合2022年冬奥会北京延庆赛区的地形特征,对比相似天气背景下不同温湿特性、不同发展高度的边界层东风对降雪的作用机制,研究表明:(1)途经渤海湾的路径较长有利于边界层东风的明显增湿,反之增湿效果则较弱;(2)“干冷”性质的偏东风可形成冷垫抬升北京平原及低海拔地区的暖湿空气;当偏东风在垂直方向发展较为深厚(600 m以上)时,能够翻越延庆东部海拔较低的军都山并在背风坡形成绕流汇合,同时受西部海拔较高的海陀山阻挡,形成迎风坡的强迫抬升,二者共同作用导致延庆区的辐合东强西弱,进而造成降雪分布呈东多西少的特征;(3)“暖湿”性质的边界层东风因垂直延展高度较低,无法向西越过军都山,对延庆赛区降雪基本无影响;(4)空中500 hPa为西北气流影响时,除考虑边界层东风能否越山之外,若存在与地形高度接近的、700 hPa高度附近饱和区与抬升运动的有利配合,将导致延庆赛区的高海拔山区出现明显降雪。
冬奥崇礼赛区一次冷湖过程形成及消散的数值模拟研究
王雨斐, 李国平, 王宗敏, 平凡
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21070
摘要(19) HTML(3) PDF (17195KB)(11)
摘要:
本文利用中尺度数值预报模式(WRF)并采用谱逼近方法,对2021年冬奥测试赛期间的一次冷湖过程进行模拟研究,探究了冷湖发展前后风温场的垂直变化规律,揭示了冷湖形成及消亡的具体原因。研究结果表明,静稳的天气形势是冷湖过程维持及发展的大背景条件。冷湖发展期间,逆温层由上至下迅速建立,谷底出现偏东—东南向的冷径流。受重力下坡风的影响,冷空气不断向谷底堆积,冷湖深度增加。日出后,越山的系统风重新建立,逆温层从底部消蚀,冷湖结构破坏。夜间的强辐射冷却作用是冷湖形成的主要原因之一。辐射冷却强度的差异会引起冷湖降温幅度的差异,后半夜辐射冷却作用的突然加强为冷湖中后期的维持及发展创造有利条件。通过分析冷湖发生前后位温廓线、摩擦速度及边界层高度随时间的演变,均可印证湍流活动的发展是逆温消散、冷湖结构破坏的重要影响因素。
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(89) HTML(16) PDF (19558KB)(35)
摘要:
基于GRAPES(Global and Regional Assimilation Prediction System)全球预报系统(GRAPES-GFS)的2018年9月至2019年8月的分析场和35天预报的试验数据,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2 m温度和500 hPa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2 m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2 m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2 m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500 hPa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,但地球向外长波辐射(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的距平相关系数(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。
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(98) HTML(12) PDF (7355KB)(56)
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年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5逐月再分析资料以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的逐6 h全球再分析资料,采用相关、回归、聚类、混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLITv5.0)模型模拟等方法对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海温的联系。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200 hPa上高空急流位置偏南,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,而西太平洋副热带高压(副高)明显西伸,有利于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。采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果表明2020年6~7月西南地区东部降水的水汽路径70.5%来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方路径,17.6%来自于北方路径,11.9%来自于局地。前冬赤道中东太平洋海温偏高和热带印度洋全区海温偏高,西太平洋副高明显偏西、偏强,孟加拉湾和南海地区为东风距平,有利于南海地区向西的水汽偏强,不利于孟加拉湾地区向东的水汽输送;与此同时,菲律宾至我国南海附近为异常反气旋,使得中南半岛北部地区为偏南风距平,有利于中南半岛北部地区向北的水汽输送偏强,共同造成该地区降水偏多。
冰雹云卫星早期识别与自动预警
徐小红, 余兴, 刘贵华, 岳治国, 朱延年
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21010
摘要(86) HTML(25) PDF (6584KB)(35)
摘要:
利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:(1)陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度(Tg)较冷,均值为−33°C;全部冰晶化时Tg对应的云粒子有效半径re(表征为reg)未饱和(<40 μm),均值36.9 μm,且reg 越小冰雹云越强;云顶呈现re随高度减小带。(2)各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。(3)在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。(4)经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。
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(79) HTML(21) PDF (13095KB)(36)
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。
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(91) HTML(27) PDF (13290KB)(30)
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K-均值聚类方法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。
2021年第6期
显示方式:
目录
2021-06期封面+目录+封底
2021, 45(6): 1-2.  
摘要(22) HTML(1) PDF (3287KB)(9)
摘要:
论文
基于探空云识别方法的云垂直结构分布特征
李琦, 蔡淼, 周毓荃, 唐雅慧, 欧建军
2021, 45(6): 1161-1172.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.19246
摘要(108) HTML(21) PDF (6231KB)(46)
摘要:
云的垂直结构特征作为云重要的宏观特征之一,直接决定了云的类型,进而通过发射和吸收辐射的方式影响着地气系统的能量收支平衡,因此对云垂直结构特征的研究一直都是云物理研究的一个重要方向。作为观测云垂直结构特征的一种方式,探空气球通过获取沿路径方向高分辨率的廓线信息,采用一定反演方法从而能够较为准确的识别云的垂直结构。本文即利用我国业务布网探空站的观测资料,采用相对湿度阈值法识别云垂直结构,并同激光云高仪、“风云四号”静止卫星和毫米波云雷达对识别的云结构特征量进行了一致性检验。在此基础上,统计分析了2015~2017年单层、两层和三层云的垂直结构分布特征、日变化和季节变化特征以及全国区域分布特征,结果表明:(1)整体分布上,单层云在垂直方向上出现的高度范围介于多层云的高度范围内,并且随着云层数的增加,云在垂直方向上更为伸展,即高层云越高,低层云越低;(2)在日变化中,中午单层和多层云中最低层云的云底高度均高于早晨,而夜间单层和多层云中最高层云的云顶高度则高于早晨和中午,同时中间层云厚的变化要小于最上层和最下层云厚的变化;(3)在季节变化中,夏季云量较其他季节更多,云体发展也更为深厚,表明温暖的大气条件更有利于云的形成和发展;(4)我国云垂直结构分布特征具有明显的纬向变化趋势,从以青藏高原为中心的西南地区的云底较高云体较薄的云,逐步过渡到以东南沿海地区为中心的云底较低云体较为深厚的云,表明不同地形和气候带的差异与不同云类型的分布直接相关。
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, 梁亮, 韩芙蓉, 鹿翔
2021, 45(6): 1173-1186.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20101
摘要(187) HTML(38) PDF (6474KB)(63)
摘要:
本文使用CMORPH卫星反演降水资料、日本再分析资料JRA-55和FY-2E卫星的云顶亮温(TBB)资料等,选取了登陆前后季风强度差异很大、路径形似且登陆后均在湘南地区引发强降水的0604号强热带风暴“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,研究季风气流如何影响台风降水强度和分布。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”降水相比,“碧利斯”降水存在明显的非对称性,季风气流可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, 冯绚, 刘瑞霞
2021, 45(6): 1187-1195.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20214
摘要(95) HTML(21) PDF (4386KB)(35)
摘要:
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)。试验表明,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模,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。
太平洋年代际振荡、大西洋年代际振荡和全球变暖对北美地区降水的相对贡献
徐川, 张昊, 陶丽
2021, 45(6): 1196-1216.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20228
摘要(267) HTML(47) PDF (23480KB)(130)
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至次年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。
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
2021, 45(6): 1217-1231.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20230
摘要(145) HTML(46) PDF (3712KB)(49)
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,以及能见度与含水量、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、浓雾和强浓雾阶段含水量平均值分别为0.003 g m−3、0.01 g m−3和0.09 g m−3;当含水量大于0.02 g 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(增幅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4.7 μm,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21.5 μm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5 μm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。
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
2021, 45(6): 1232-1248.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20231
摘要(256) HTML(73) PDF (9253KB)(103)
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(Dm)较小,雨滴谱数浓度(NT)与Dm随海拔高度升高分别呈增加和减小的趋势,低海拔站点logNwNw为雨滴谱截断参数)和Dm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Dm下有着更低的Nw。低海拔站点由于碰并和小雨滴的蒸发,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,DmRR为降水强度)增大变化趋势不明显。M-P分布和Gamma分布在低海拔站点的拟合效果要优于高海拔站点,相较于Gamma分布,M-P分布对高海拔站点的小雨滴和大雨滴浓度有一定的高估和低估,因此更适用于高海拔站点雨滴谱的描述。对比于低海拔站点,高海拔站点的μΛμΛ分别为Gamma分布的形状参数和斜率参数)关系与相关研究的结果较为接近,但在Λ较小(<40 mm−1)时拟合结果较为接近。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ZRZ为雷达反射率因子)关系与其他地区或研究有着较大的区别。
气候学发展历程的回顾与若干启示
杨萍, 许小峰, 王志强
2021, 45(6): 1249-1258.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20238
摘要(146) HTML(44) PDF (1136KB)(77)
摘要:
在人类对气候的漫长认知过程中,因涉及学科之广、贡献人物之多、关键事件之复杂导致后人试图完整准确地把握其脉络走向的努力极为困难。这就使得梳理古今中外几千年以来气候学的发展进程变得尤为重要,也成为气候学学科建设不可或缺的重要组成部分。本文试图在前人大量研究成果基础上,回顾气候学发展历程中的重要事件和关键人物,以时间脉络为主线,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。
北半球夏季大气低频振荡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, 孙树鹏
2021, 45(6): 1259-1272.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20239
摘要(259) HTML(61) PDF (13208KB)(135)
摘要:
本文采用1981~2010年夏季5~10月逐日的(10°S~50°N,40°E~160°E)范围内向外长波辐射OLR(Outgoing Longwave Radiation)资料和850 hPa层纬向风速资料(简称U850)作经验EOF(Empirical Orthogonal Function)分解,重新计算北半球夏季大气低频振荡BSISO(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation)指数,并分析了其演变特征及其对华北夏季降水的影响规律。结果表明:(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45 d;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20 d。(2)BSISO主要是通过影响大气环流和水汽输送来影响华北夏季降水过程。在500 hPa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;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来影响华北夏季降水。(3)虽然热带大气季节内振荡MJO(Madden-Julian Oscillation)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。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降水过程预测,冬半年可以重点考虑MJO的影响,夏半年重点考虑BSISO的影响。
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
2021, 45(6): 1273-1291.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20240
摘要(224) HTML(65) PDF (13881KB)(89)
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,简称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8 h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 m高度气温(简称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 m相对湿度(简称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个气象要素是T2M和RH2M,其相对贡献分别为43.6%、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 a−1)。影响汾渭平原夏季MDA8_O3年际变化最主要的2个气象要素是T2M(正相关)和850 hPa风速(WS850,负相关),其相对贡献分别为71.7%、16.3%。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 a−1),但O3污染的总上升趋势(8.7 μg m−3 a−1)中,人为排放变化的贡献更大(7.5 μg m−3 a−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。
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, 崔春光, 胡扬, 康兆萍
2021, 45(6): 1292-1312.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21025
摘要(123) HTML(29) PDF (18277KB)(54)
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模式(3.4.1版本),针对2018年6月29~30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云微物理参数化方案进行对比分析,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、雨滴搜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,雨滴对云滴的搜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,使得雨滴搜集更多云滴。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,霰粒子搜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,霰粒子搜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。
青藏高原冬季1月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
2021, 45(6): 1313-1326.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20244
摘要(204) HTML(40) PDF (9916KB)(120)
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呈显著的负相关;北支(南支)绕流强、南支(北支)绕流弱时,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,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋(气旋)环流中心。(2)青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强(弱)时,中国除东北是气温偏低(高)、降水偏多(少)外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高(低)、降水偏少(多);当南支绕流强(弱)时,中国气温普遍偏低(高),东北及新疆北部是降水偏少(多),南方大部分地区是降水偏多(少)。(3)分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、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,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和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中国南海,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中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。
分析约束的集合预报初始扰动构造方案的研究
潘贤, 王秋萍, 张瑜, 何佩仪, 马旭林
2021, 45(6): 1327-1344.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21029
摘要(72) HTML(17) PDF (20728KB)(31)
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调整能力,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
2021, 45(6): 1345-1365.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21036
摘要(92) HTML(6) PDF (11847KB)(18)
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。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,上一代模式g2和s2的海表温度均方根误差大于2°C,新一代模式g3和f3-L模拟的均方根误差降低50%,为1°C左右。因为新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,南北温度和降水的不对称性都更加接近观测。f3-L比g3在上述方面改进更多,海温也更加合理。但是新一代版本模拟的降水均没有显著改进,赤道北侧ITCZ的降水偏大4 mm d−1。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,越赤道南风偏差抵消了一部分因为短波辐射偏大带来的海温偏暖,这说明海温平均态的改善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振幅仍旧偏弱。这是因为f3-L和g3模拟的经向风和潜热的年循环振幅比前版本要偏强,误差加大的同时也更大地抵消短波辐射的年循环偏差。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。
“极端降水”专题
2021年河南“7.20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析
冉令坤, 李舒文, 周玉淑, 杨帅, 马淑萍, 周括, 申冬冬, 焦宝峰, 李娜
2021, 45(6): 1366-1383.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21160
摘要(176) HTML(21) PDF (10565KB)(101)
摘要:
利用MICAPS观测降水数据、欧洲气象中心ERA5再分析资料和FY-4A卫星云顶亮温数据,对2021年7月20日河南极端暴雨进行综合分析。结果表明,此次暴雨受200 hPa两槽一脊、大陆高压、副热带高压(副高)西伸北抬和台风“烟花”西移、“查帕卡”台风倒槽等多尺度天气系统共同影响,黄淮气旋的西南气流与副高和“烟花”之间的东南气流稳定控制河南地区,边界层急流供应充沛水汽,在太行山和嵩山迎风坡辐合抬升,致使河南暴雨长时间维持,产生极端降水量。西南气流穿过从广东和广西延伸到河南的高湿带,副高和“烟花”引导东南气流经过从东海洋面延伸到河南的相对较弱湿区,这两条水汽输送带在太行山和嵩山地形阻挡下汇合在河南北部,为暴雨供应水汽。丰富的可降水量、水汽过饱和、深厚暖云层以及降水系统较强的水汽消耗率为郑州高降水效率提供有利条件。郑州低层大气经历多次从强层结不稳定到弱层结不稳定的转化,边界层急流引起的垂直风切变和气流辐合对层结稳定度变化有重要影响。黄淮气旋内部中尺度涡旋对河南暴雨发生发展至关重要,不但提供西南气流,还产生较强的位势高度纬向平流,增强边界层急流。嵩山与太行山余脉构成喇叭口地形,边界层急流在嵩山北侧和东侧爬坡,促使山前水汽堆积,激发和加强暴雨。中尺度云团合并小尺度云团,发展成结构密实的孤立云团,稳定少动,对暴雨有重要影响。降水区上空广义湿位涡异常,由于广义湿位涡能够刻画中尺度系统的垂直风切变、涡度以及大气湿斜压性和层结不稳定等动力和热力因素垂直结构特点,所以对中尺度系统和降水落区有一定指示意义。
基于遥感数据光流场的2021年郑州“7·20”特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析
孙跃, 肖辉, 杨慧玲, 丁建芳, 付丹红, 郭学良, 冯亮
2021, 45(6): 1384-1399.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21155
摘要(138) HTML(66) PDF (19247KB)(126)
摘要:
本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的“7·20”特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场(Optical Flow Field)。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北“西南—东北”走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时(北京时)最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。
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
2021, 45(6): 1400-1414.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.20183
摘要(140) HTML(23) PDF (17493KB)(76)
摘要:
利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH(CPC MORPHing technique)融合降水资料以及WRF(Weather Research and Forecasting)高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13~14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,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。
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
2021, 45(6): 1415-1432.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20223
摘要(241) HTML(88) PDF (16452KB)(205)
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32°~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。
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, 左金清, 熊开国, 陈丽娟
2021, 45(6): 1433-1450.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21011
摘要(219) HTML(35) PDF (21420KB)(94)
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月至2020年3月,赤道中东太平洋发生一次弱的中部型El Niño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。
总目录
2021年总目录
2021, 45(6): 1-8.  
摘要(20) HTML(2) PDF (430KB)(9)
摘要:
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。
我国冬季干、湿低温灾害的时空分布特征分析
虞越越, 张伶俐, 管兆勇, 杨汶雯
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21143
摘要(3) PDF (23074KB)(0)
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。
NUIST地球系统模式模拟ENSO对西北太平洋热带气旋活动的影响分析
吴启蒙, 吴立广, 曹 剑
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.20248
摘要(31) PDF (2297KB)(4)
摘要:
地球系统模式已经逐步成为研究热带气旋(TC)活动气候变化的重要工具之一,之前的研究发现南京信息工程大学地球系统模式(NESM)高分辨率版本可以较好地模拟全球海温分布及TC活动的气候特征。本研究进一步分析了NESM地球系统模式模拟西北太平洋TC活动的年际变化,并与1967-2016年观测的TC活动进行对比。NESM模式高分辨率版本能够较好地模拟西北太平洋平均海温及与ENSO事件联系的海温异常变化特点,对El Ni?o事件发生时西北太平洋TC的生成频数和路径分布的模拟较好,也能模拟El Ni?o年TC生成位置比La Ni?a年偏东的特征,但是未能模拟出TC平均生命周期和NINO3.4地区海温的相关性。并且模式模拟的La Ni?a年TC的生成位置偏东,主要原因是模拟La Ni?a年季风槽平均位置偏东。研究结果有助于进一步改进NESM模式和利用NESM模式研究TC活动。
2020年长江中下游地区梅汛期强降水特征及其与对流层上层斜压Rossby波的关系
孙思远, 管兆勇
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21006
摘要(5) PDF (3481KB)(7)
摘要:
2020年梅汛期(6–7月)长江中下游地区发生了严峻的汛情。2020年梅雨期长度和强度均远超历史平均水平。本文利用逐日NCEP/NCAR再分析资料和全球降水量网格数据集,研究了本次梅汛期降水特征及其与对流层上层斜压波动活动的联系。结果表明:本次梅汛期,长江中下游地区的总降水量和降水异常大值区位于安徽南部,共有7次连续的降水过程发生。长江中下游地区在对流层中低层辐合、高层辐散,且该地区上空有强的异常上升运动,有利于异常强降水的发生发展。同时,水汽自孟加拉湾和中国南海地区输送至长江中下游地区,为强降水的发生提供了充足水汽。利用小波分析该地区的逐日降水标准化时间序列时,发现其存在2–4天和6–14天的显著周期。高频(2–14天)扰动所显示的Rossby波动在对流层上层表现出向下游频散的特征,波动源于贝加尔湖附近。波扰动能量和通量所显示的波动向下游的传播过程与波包的传播过程较为一致,分别源于地中海和贝加尔湖附近的波扰能向东或向东南频散至长江中下游地区,有利于该地区扰动加强并进而有利于强降水的发生和维持。以上结果加深了人们对2020年超长“暴力梅”成因的认识并可为有效预测类似事件提供线索。
面向资料同化的FY - 4A GIIRS偏差特征分析和偏差订正
刘娟娟, 徐兰, 成巍, 巩欣亚, 邓中仁, 李亚云, 狄迪
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21034
摘要(5) PDF (9164KB)(1)
摘要:
干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,简称GIIRS)是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪,能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差(观测亮温减去模拟亮温,记为O – B)分布特征进行了全景分析,结果表明:长波通道O – B偏差和标准差普遍小于中波通道,且都存在一段受污染的通道。O – B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱,而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关,偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后,GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验,试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子,都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差,订正后O – B和O – A的系统性误差(偏差)都变小。该研究结果可为在全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。
地形对华南飑线升尺度前期可能影响机制的数值模拟研究
沈新勇, 王林, 乔娜, 尹宜舟, 李焕连
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21045
摘要(12) PDF (40341KB)(7)
摘要:
本文利用NCEP/NCAR提供的1°×1°的再分析资料,应用WRF4.0中尺度数值模式对2016年4月13日华南地区的一次飑线升尺度过程进行模拟,并设计一系列的敏感性试验,详细研究了南岭对飑线升尺度增长的影响以及可能的机制。结果表明:WRF模式较好的模拟了本次飑线过山前后的变化以及其降水的分布。强对流在过山后比过山前发展要强烈,水平的尺度增长快。但不同高度的地形敏感性试验表明,适宜的地形高度对于风暴的发展更有利。地形影响了飑线的尺度和组织,地形过高会使得广东北部的对流分散。地形可以通过改变水平流场、水汽场、垂直运动以及低层的垂直风切变等来间接影响飑线中的对流单体的分布和对流单体的强度。无地形阻挡时,有利于急流的北进,水汽输送更为有利。但是,一定的地形高度对低层的垂直运动是有利的。地形较高,则会利于高层的垂直运动,低层更多的可能以绕流为主。当地形超过一定高度时,低层的辐合场也相应的减弱。
中国东南地区热带气旋大风及其伴随天气的统计特征
刘婧茹, 李英, 孟青, 王洁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136
摘要(3) PDF (2760KB)(2)
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300km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。
FY4A闪电与ADTD闪电资料在四川冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟研究
赵婥, 徐国强, 黄守友
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21110
摘要(12) PDF (6880KB)(3)
摘要:
FY-4A卫星闪电与地基ADTD(Active Divectory Topology Diagrammer)闪电资料对于研究暴雨强对流天气具有一定的指示意义,通过对四川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。
中尺度涡旋客观识别与三维追踪的新方法及其效果评估
张敬萍, 傅慎明
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21178
摘要(9) PDF (3551KB)(4)
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。
对流层平流层往返式平漂探空气球系统的动力热力过程理论分析与数值试验
柳士俊, 杨荣康, 曹晓钟, 郭启云, 程凯琪, 谌志鹏, 王金成
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20252
摘要(11) PDF (2929KB)(4)
摘要:
往返式平漂探空观测是我国正在研究实施的一种新型探空观测方式,可有效提高观测效率和经济效益,对克服常规探空观测缺陷、改善数值预报质量具有重要的意义。本文针对平漂探空上升和平漂阶段的热力、动力过程特点及其主要影响因子,构建了平漂探空系统的热动力理论模型,并结合实际观测试验进一步分析验证了理论模型的可靠性。研究结果对往返平漂式探空系统的设计和完善具有重要的理论支撑和实用价值。
北京地区一次降雪系统大气水凝物输送特征及降雪微物理机制的数值模拟研究
刘香娥, 何晖, 陈羿辰, 高茜, 王永庆, 杨燕
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20212
摘要(14) PDF (2794KB)(4)
摘要:
北京冬季降雪云系存在丰富的可开发利用的云水资源。出于人工增雪研究和充分开发云水资源的需要,文中对北京2019 年 11 月29日发生的年度首场降雪进行了观测,对其资料做了分析和中尺度数值模拟,研究了降雪过程的宏观特征、水凝物输送及降雪的微物理机制。结果表明:影响本次北京降雪的是稳定性层状冷云云系,水凝物主要从北京区域的西边界和南边界输送到区域内,而从东边界和北边界流出,具有西向和南向分量的湿气流是降雪云系水物质的输送通道。降雪云中的水凝物基本全为冰晶和雪,有少量的云水,整层云系都含有非常丰富的水汽并且贯穿整个降雪时段。在冰面过饱和环境中,水汽凝华(Prds)是雪的主要增长过程;其次是云冰增长成雪(Prci)和云冰聚合成雪(Prai)的过程。
飑线系统中的闪电活动与雷达回波特征的相关性研究
于函, 张鸿波, 刘冬霞, 陈志雄, 田野, 袁善锋, 王东方, 卢晶雨, 周筠珺, 郄秀书
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2101.20243
摘要(8) PDF (1432KB)(3)
摘要:
基于北京宽频带闪电网(Beijing Broadband Lightning Network, BLNet)获得的全闪三维定位和多普勒天气雷达等资料,详细分析了2015~2017年北京暖季7次强飑线过程的闪电活动与雷达回波强度之间的关系。结果表明,闪电主要发生于前部线状对流云区内且集中分布在30 dBZ以上的强回波区域,少部分的闪电分布在后部的层状云区域内。从闪电辐射源三维分布结构可以发现,闪电活动大部分处在6~11 km的高度范围。将能够同时反映强回波深度和面积的0~-30℃温度区域内大于30 dBZ雷达回波体积(V30dBZ)作为强回波指标,并与闪电活动进行统计分析发现,整体上在7次飑线过程中,总闪频数和V30dBZ存在较好的相关性,其中5次过程的闪电频数峰值同时或提前于V30dBZ的峰值出现,二者的时滞相关系数超过0.61,提前时间为0~96 min。另外两次过程中闪电峰值落后于V30dBZ峰值,落后时间分别为30和60 min。研究结果不仅对认识闪电与对流活动的关系有重要的科学意义,也可为闪电资料在数值模式中的同化应用提供科学依据。
夏季热带大西洋海温变化对华南前汛期降水的影响
覃皓, 伍丽泉, 何慧
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21108
摘要(14) PDF (5242KB)(8)
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(35°W-10°E,10°S-5°N)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 Ni?a的发展。海温负异常时形势则大致相反,促进了El Ni?o的发展。冬季太平洋La Ni?a(El Ni?o)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。
崇左和防城港两地的台风韦帕(201907)降雨雨滴谱对比分析
毛家燊, 陈逸伦, 张奡祺, 陈淑敏, 方容, 黎伟标, 李明学
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21116
摘要(22) PDF (15036KB)(7)
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日至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。
2020年夏季川渝地区洪涝灾害及暴雨过程研究
熊德方, 孙淑清, 彭京备, 巩远发
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21133
摘要(19) PDF (4647KB)(13)
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。
亚洲季风降水季节演变特征的气候系统模式模拟:基于FGOALS-g3和FGOALS-g2的比较评估
王泽毅, 陈晓龙, 周天军, 邹立维, 李立娟, 林鹏飞, 何林强
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21144
摘要(3) PDF (4714KB)(2)
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。
西天山地区一次冷锋暴雪微物理特征分析
刘凡, 张晋茹, 刘晶, 杨莲梅
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.20220
摘要(38) PDF (3623KB)(16)
摘要:
基于二维视频雨滴谱仪联合毫米波云雷达、风廓线雷达、微波辐射计、GPS/MET水汽等垂直探测设备,对2020年2月18-19日西天山地区一次冷锋暴雪过程进行了微物理特征研究。设计了雪花及霰粒子分类算法,用于定量研究降雪微物理特征。结果表明:(1)冷锋入侵、动力强迫阶段,降雪粒子类型主要为雪花,微物理过程主要为凝华增长及聚并增长;(2)冷锋控制、大风降温阶段,降雪粒子类型主要为雪花、霰粒子,微物理过程主要是聚并增长及淞附过程,同时聚并增长有利于淞附过程的发生;(3)在冷锋过境阶段,由于云顶温度升高、大气冰核减少、充足的过冷水,有利于淞附过程的发生。不同于南京地区的降雪,西天山地区降雪,雪花直径及雪强偏小,但霰粒子对雪强有较大贡献。通过两种融化模型,拟合出相应的雨滴谱及其gamma分布,发现与本地层状云降水的特征相似。
加利福尼亚附近海温的独特性及其与PDO短周期的可能联系
张海燕, 陶丽, 徐川
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21012
摘要(33) PDF (3221KB)(12)
摘要:
本文利用1958-2018年期间海表面温度(SST)异常和湍流热通量异常变化的关系,探讨了与北太平洋年代际振荡(PDO)相关的年际和年代际时间尺度上在不同海域的海气相互作用特征。结果表明:在年际尺度上,黑潮—亲潮延伸区(KOE)表现为显著大气强迫海洋,赤道中东太平洋表现为显著海洋强迫大气。在年代际尺度上,PDO北中心表现为大气强迫海洋,加利福尼亚附近则表现为显著海洋强迫大气。进一步分析表明:加利福尼亚附近是北太平洋准12年振荡的关键区域之一,与PDO准十年的周期类似,加利福尼亚附近的冷(暖)海温对应其上有反气旋(气旋)型环流,赤道中太平洋海水上翻和北太平洋东部副热带区域经向风应力的变化是北太平洋准12年振荡的另外两个重要环节。
近百年及未来百年PDO位相年代际转变检测及其早期预警信号研究
吴浩, 颜鹏程, 侯威, 封国林, 赵俊虎
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20127
摘要(34) PDF (1068KB)(19)
摘要:
本文基于临界慢化的理论,采用PDO近百年历史监测数据(1900~2019年)及未来百年模式模拟数据(2006~2100年),首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间,进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数,研究了PDO年代际位相转折的早期预警信号。结果表明:(1)近百年来PDO发生了4次显著的位相转变,每次位相转变前的5~10年可以提取到位相转变的早期预警信号;(2)未来百年检测结果表明,PDO将分别在2040年和2080年前后发生年代际转折,同样可提前5~10年检测到位相转变的早期预警信号;(3)通过对近百年和未来百年PDO序列的位相转变检测及早期预警信号的研究,论证了表征临界慢化现象的方差和自相关系数作为突变早期预警信号的可靠性,为该方法的广泛应用提供了实验基础。
四川盆地西部一次暖区山地暴雨事件的动力过程分析与局地环流数值模拟
付智龙, 李国平, 姜凤友, 郭洁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21054
摘要(31) PDF (3463KB)(14)
摘要:
本文利用国家和区域自动站逐小时雨量、FY-2G卫星TBB、ERA5再分析等资料,对2017年7月23日发生在四川盆地西部的一次暖区山地暴雨事件进行动力诊断分析和数值模拟试验。得到以下主要结果:此次暖区山地突发性暴雨发生在西太副高边缘的弱天气形势背景下,盆地西部前期高温、高能的环境条件与伸入盆地的东南风受到龙门山脉的强迫抬升是这次暴雨触发的诱因。山地-平原环流在夜间的转换使背景东南风形成深厚的倾斜上升运动,是暴雨增强和中尺度对流云团重组发展的原因。进一步通过数值模拟得出,山地-平原环流受近地面热力扰动驱动。在白天,盆地西部山坡为正虚温扰动区,而同一高度的平原则是负虚温扰动,山地-平原环流从平原吹向山地;到了夜晚,虚温扰动在山地、平原两侧的分布发生反转,山地-平原环流因此转为从山地吹向平原。当去除模式地面热源时,近地面的热力扰动几乎消失,盆地西部山地-平原环流无法形成,与山地-平原环流对应的辐合区随之消失,导致模拟的过程累计降水量显著减少、强降水中心消失。
物理协调大气变分客观分析模型及其在青藏高原的应用(II):那曲试验区云-降水、热量和水汽的变化特征
张春燕, 王东海, 庞紫豪, 姜晓玲, 马千惠
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21078
摘要(13) PDF (3889KB)(7)
摘要:
本文利用约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,通过融合地面、探空、卫星等多源观测资料和ERA-Interim再分析资料,建立了青藏高原那曲试验区2013~2017年5年长时间序列的热力、动力相协调的大气分析数据集,并以此分析那曲试验区大气的基本环境特征与云-降水演变和大气动力、热力的垂直结构。分析表明:1)试验区350hPa以上风速的季节变化非常明显,风速在冬季11月~次年2月达到最大(>50m/s),盛夏7~8月风速的垂直变化最弱,温度的垂直变化最强,大气高湿区在夏秋雨季位于350~550hPa,在冬春干季升至300~400hPa。2)试验区6月~7月上旬降水最多;春、秋、冬三季,300~400hPa高度层作为大气上升运动和下沉运动的交界处,是云量的集中区,夏季,增多的水汽和增强的大气上升运动导致总云量和高云明显增多,中、低云减少。3)夏季的地表潜热通量与大气总的潜热释放最强,大气净辐射冷却最弱,高原地区较强的地面感热导致试验区500hPa以下的近地面全年存在暖平流,500hPa以上则由于强烈的西风和辐射冷却存在冷平流。此外,试验区整层大气全年以干平流为主,但在夏季出现了较弱的湿平流。4)视热源Q1具有明显的垂直分层特征:全年500hPa以下大气表现为冷源,300~500hPa和100~150hPa表现为热源,150~300hPa则在冬春干季表现为冷源,在夏秋雨季表现为热源,不同高度层的冷、热源的形成原因不同,其中夏季由于增强的上升运动、感热垂直输送和水汽凝结潜热以及高云的形成,因此几乎整层大气表现为热源。
一次基于风廓线雷达的北京夏季降水的垂直观测研究
黄钰, 郭学良
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.20245
摘要(22) PDF (3358KB)(19)
摘要:
本文利用风廓线雷达数据反演了降水云体的大气垂直速度、雨滴下落末速度等云动力特征和云水混合比、雨水混合比等云微物理参数,并结合天气雷达、探空、自动站、雨滴谱仪和微波辐射计等数据对2020年5月7日-8日发生在北京海淀的一次夏季降水过程进行垂直综合观测,结果表明:垂直探测仪器观测及其反演的数据可以获得降水云体的详细动力参数和微物理特征。站点位于主体降水回波边缘,降水为层状云类型,整体回波较弱(主要在0-20dBZ),4km高度的水平风垂直切变贯穿整个降水过程,降水分为两个阶段:前期7日20时-8日02时低层存在浅对流结构,云顶较高(平均高度8207m),低层水平风切变促进了对流发展,10-20dBZ的比重较大,粒子谱较窄,直径<1mm,雨强较弱,但粒子数浓度值大,最大值26305 m-3,2-3km处存在暖平流,水汽和液水值大,雨水混合比0.02-0.15g/kg,云水混合比0.5-2g/kg,且强值区域大,雨滴下落末速度3.2-4.2m/s,大气垂直速度在 0.6m/s之间,上升气流和下沉气流变换剧烈;后期8日02时-10时转为典型层状云降水,云顶较低(平均高度7831m),<10dBZ的比重较大,3100m处形成亮带的强值中心,粒子谱展宽,最大直径接近1.5mm,粒子数浓度值减小,最大值<3000 m-3,雨水和云水值比对流期小了一个量级,且强值范围变窄,雨滴下落末速度减小为2.8-3.6m/s,大气垂直速度也比对流时期小了一个量级,并且在亮带高度以下(2.5-2.8km)范围内出现明显横向带状的上升和下沉气流区。
基于飞机观测的美国落基山地区冬季混合相态层状云与夏季对流云的微物理特征
范雯露, 景晓琴, 杨璟, 周思雨
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21046
摘要(29) PDF (9969KB)(19)
摘要:
混合相态层状云与对流云的微物理特征有很大的差异性,但现阶段数值模式中并没有充分考虑两者的区别,这是导致云降水的模拟有较大不确定性的原因之一。为了加深对层状云与对流云的微物理特征差异的理解,并为模式的验证和参数化开发提供支撑,本文基于在中落基山地区进行的Ice in Clouds Experiment—Layer Clouds(ICE-L)项目和High Plain Cumulus(HiCu)项目的飞机观测资料,定量对比分析了该地区大陆性混合相态冬季较浅薄的层状云与较弱及中等强度的夏季对流云的微物理特征。其中,粒子图像和粒子谱通过2D-Cloud和2D-Precipitation探头得到,液水含量通过热线式King探头测量得到,冰水含量基于粒子谱计算得到。主要结论有:(1)在-30°C~0°C的温度层范围内,夏季对流云内的液水含量比冬季层状云高一个数量级,冰水含量高一到两个数量级,并且在对流云云顶附近观测到更多的过冷水。此外,夏季对流云中液水含量在-20°C~0°C上随温度降低而升高,而冬季层状云则相反。夏季对流云中更活跃的冰晶生成和生长过程使得云内液水质量分数小于层状云。(2)冬季层状云与夏季对流云内相态空间分布极不均匀。随着温度从0°C降低到-30°C,在冬季层状云中冰晶发生贝吉龙过程,云中的过冷水为主的区域向混合相态和冰相转化。而夏季对流云中相态结构更为复杂,体现了对流云中复杂的冰水相互作用。(3)在-30°C~0°C的温度范围内,夏季对流云的粒子谱宽度大于冬季层状云。随着温度的降低,冬季层状云与夏季对流云均存在粒子谱增宽的现象。(4)冬季层状云中,温度低于-20°C时冰晶主要为无规则状,在-20°C~-10°C观测到了辐枝状和无规则状冰晶,在-10°C以上观测到了柱状和无规则状冰晶,说明冰晶的生长主要为凝华增长和碰并增长。而夏季对流云以冻滴、霰粒子与不规则冰晶为主,说明主要为液滴冻结、淞附增长和碰冰增长为主。(5)在夏季对流云较强的上升气流中存在较高的液水含量,但垂直速度与云内冰水含量没有明显的相关性。
基于拉格朗日方法的中国东部雨季水汽输送垂直特征
施逸, 江志红, 李肇新
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20236
摘要(19) PDF (3541KB)(21)
摘要:
利用基于拉格朗日轨迹追踪模式(HYSPLIT),结合区域源汇归属法,追踪1961-2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹,定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期,低层最主要水汽通道为太平洋通道,轨迹占比达到52.3%,中高层最主要的水汽通道为印度洋通道,占比超过37%;水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区,水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期,低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道,特别是中层,轨迹数量达到了65.6%;印度洋源地的贡献明显增加,中高层水汽主要源自印度洋,低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道,中高层最主要通道为印度洋通道,相比华南前汛期,在中高层印度洋通道减弱,而西风通道增强。华北雨季中,低层最主要水汽通道为太平洋通道,而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中,最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区,特别是华北雨季中,来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%,表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。
内蒙古呼包鄂区域冬季大气细颗粒物污染成因解析
杨颖川, 叶倩, 魏颖, 陈学舜, 陈焕盛, 王威, 吴林, 王自发
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21049
摘要(15) PDF (4455KB)(15)
摘要:
利用气象模式WRF和中科院大气所自主发展的大气气溶胶与大气化学模式IAP-AACM对2016年冬季内蒙古中部呼包鄂地区大气细颗粒物(PM2.5)的典型污染过程进行了模拟分析。结果表明,呼包鄂地区的空气质量变化主要受大范围天气形势影响。污染累积阶段,500hPa高度上该区域受阻塞高压或弱高压脊前平直的偏西气流控制,地面为弱高压或均压场,风速较小,边界层高度低,污染物不易扩散,且气温和相对湿度较高,利于二次颗粒物生成;污染消散阶段,天气形势发生明显变化,550hPa以下有强冷平流,地面易形成大风天气,利于污染物消散,伴随着冷空气的南下,下游地区的污染物也得到清除。呼包鄂区域PM2.5主要来源于本地排放,鄂尔多斯本地排放贡献大于60%,呼和浩特本地排放贡献大于80%,包头本地排放贡献达到90%,该区域空气质量的变化可以反映区域大气污染气象条件的变化。交叉相关分析发现,呼包鄂区域的PM2.5浓度与其下游的山西、河北、河南地区的PM2.5浓度具有高度的时间相关性(p<0.0001),相位差在6-24小时。呼包鄂区域PM2.5污染的改善有赖于本地污染源的管控,该区域冬季空气质量变化可作为下游地区空气质量变化的前兆因子,有助于下游地区空气质量的预报预警。
辐射对高原涡形成和发展影响的模拟研究
邓中仁, 葛旭阳, 姚秀萍, 陈明诚
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20215
摘要(23) PDF (3021KB)(17)
摘要:
本文利用ERA-Interim再分析资料,通过中尺度数值模式(WRF-ARW)研究了辐射日变化对高原涡个例发展的影响机制。模拟结果表明,太阳短波辐射对高原涡的发生发展具有明显的调制作用。控制试验(CTL;即保留太阳辐射日变化)较好的再现了高原涡的发展过程。在去掉短波辐射过程的夜间试验(All_night)中,前期高原涡发展速度较快。而在白天(All_day)试验中,短波辐射过程抑制了高原涡的发展。诊断分析表明,夜间长波辐射冷却加强对流层温度递减率,减弱大气静力稳定度;同时,大气温度的降低使得夜间相对湿度增大,有利于对流层低层出现位势不稳定,进而促使高原涡的形成和发展。反之,太阳短波辐射有利于对流层高层增温,加强大气静力稳定度,从而抑制对流活动发展。夜间低层辐合更为强盛,有利于上升运动的加强并诱发高原涡形成;非平衡项结果显示,在高原涡环流中心区域存在正值区,而低涡四周为明显的负值区。从动力学和热力学特征来看,高原涡的发展与热带气旋具有一定的相似性。上述结论与前人研究辐射对强对流日变化调制作用相符。
人工增雨效果物理检验方法的建立及应用
沙修竹, 黄毅梅, 褚荣浩
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20237
摘要(20) PDF (3372KB)(11)
摘要:
本文针对基于多源探测数据的人工增雨效果物理检验,建立对比区选取的相似性度量系数APC,建立人工增雨效果物理检验的无量纲化PIDI指数方法。结果表明:(1)人工增雨效果物理检验PIDI指数方法,能够实现以相似性度量系数APC最大程度削减增雨作业催化云体及降水的自然变率影响,以无量纲化处理方法综合多种具有量纲差异的云物理探测参数,最终以一个百分数变化率的数值形式综合度量多种云物理参数的整体变化趋势及程度。(2)应用PIDI指数方法对2014~2019年24架次飞机增雨作业进行增雨效果物理检验。人工增雨催化引起作业后3h的云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、组合反射率、≥30dBZ回波面积、垂直累积液态含水量7项指标平均变化率3.4%~19.6%。18次作业呈降水量变化率0~58.3%的增雨效果,6次作业呈降水量变化率-37.5%~0的减雨效果。多数增雨作业引起的云物理参数变化明显小于降水变化。(3)具有增雨正效果的18次增雨作业,人工催化引起多数作业的云顶温度、组合反射率、垂直累积液态含水量呈增加趋势,多数作业的云粒子有效半径、光学厚度、液水路径呈减小趋势。(4)利用飞机增雨个例对比PIDI指数方法与K值方法异同。对于降水量变化趋势的检验二者具有一致性。二者差别在于PIDI指数方法能够反映人工催化引起的所有检验指标平均变化率。
华北中部夏季气溶胶垂直分布及其与CCN和云滴转化关系的飞机观测研究
李义宇, 郭学良, 金莲姬, 李培仁, 孙鸿娉, 赵德龙, 马新成
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20255
摘要(22) PDF (1568KB)(20)
摘要:
气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013-2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核(CCN)及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率(CCN/CN)与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x-616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x-473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。
北京和邢台新粒子生成的差别及其对CCN活性的影响
高颖, 王玉莹, 李占清, 金筱艾, 王靖凌, 胡嵘, 曾思琪, 张睿, 陈曦, 许嘉璐
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21013
摘要(11) PDF (763KB)(13)
摘要:
基于2016年冬季和2017年夏季在北京、2016年夏季在邢台的三次气溶胶外场观测实验,选取三次观测期间典型的新粒子生成事件,分析其对气溶胶吸湿和云凝结核(CCN)活化特性的影响。两地分别位于华北平原北部超大城市区域和中南部工业化区域,两地不同季节新粒子形成机制不同,对应的凝结汇(CS)、生长速率(GR)以及气溶胶化学组分也不同。北京站点新粒子生成事件的发生以有机物的生成主导,而邢台站点新粒子生成事件的发生则以硫酸盐和有机物的生成共同主导。邢台站点新粒子生成过程中气溶胶吸湿性及云凝结核活化能力明显强于北京站点,此特点在核模态尺度粒子中表现尤为明显。以上结果表明,在估算新粒子生成对CCN数浓度的影响时,应充分考虑气溶胶吸湿和活化特性的差异。
FGOALS-g3模拟的南亚夏季风:气候态和年际变率
何林强, 周天军, 李立娟, 林鹏飞, 陈晓龙, 邹立维
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21042
摘要(23) PDF (3275KB)(9)
摘要:
南亚夏季风的变化决定着印度半岛的旱涝状况,气候系统模式则是研究南亚夏季风变化规律的重要工具。本文基于观测和JRA55再分析资料,系统评估了FGOALS-g3模拟的南亚夏季风气候态和年际变率,并重点关注FGOALS-g3与FGOALS-g2以及是否考虑海气相互作用的模拟差异。结果表明,由于局地海温模拟的变化,相比于FGOALS-g2,FGOALS-g3模拟的南亚夏季风在气候态热带印度洋信风和El Nin ?o期间沃克环流下沉支上有明显改进。同时,由于对流层系统性冷偏差持续存在并且中心位于副热带300hPa附近,造成气候态上经向温度梯度减弱,使季风环流减弱,导致FGOALS-g3中陆地季风槽的水汽辐散偏差和降水干偏差仍然存在;在年际变率上,FGOALS-g3模拟的El Nin ?o期间赤道西太平洋海温冷异常偏弱,印度洋偶极子偏强,导致印度半岛下沉运动减弱,FGOALS-g3中ENSO—印度降水负相关关系也依然偏弱。研究表明,耦合过程导致的气候态海温偏差通过改变环流和水汽输送,有效补偿了大气模式中印度半岛中部和中南半岛的降水湿偏差;在年际变率上,耦合模式由于考虑了SST—降水—云短波辐射的负反馈过程,能够减小大气模式模拟偏差的强度,但印太暖池区海温模拟偏差导致沃克环流下沉支偏西,使得印度半岛的降水响应出现更大的湿偏差。
华北雨季降水年代际变化与水汽输送的联系
崔童, 张若楠, 郝立生, 孙丞虎
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21059
摘要(27) PDF (5911KB)(18)
摘要:
本文基于1961~2018年华北地区均一化逐日降水资料和ECMWF(欧洲中期天气预报中心)ERA5全球再分析环流资料,采用一种综合考虑降水量和西太平洋副热带高压脊线影响的雨季监测标准,计算了华北雨季起讫日期和降水量,在此基础上讨论了华北雨季季节内进程的水汽输送特征。重点分析了降水量与水汽收支的年代际变化关系,揭示了水汽输送的时空变化规律及其对华北雨季降水的影响。研究结果表明:(1)华北雨季每年的起讫日期不同,从而每年雨季发生时段和季节内进程不同。(2)降水的形成与水汽输送及其辐合密切相关,有四个水汽通道维持华北雨季降水,即印度季风水汽、东亚季风水汽、110°E~120°E之间越赤道气流向北的水汽输送和40°N附近中纬度西风带水汽。(3)华北雨季降水和净水汽收支具有相似的年代际变化特征,分别在1977、1987、1999年发生突变,总体呈现“减–增–减”的阶段性变化趋势,两者位相转变相关性很强。(4)水汽输送的强弱和到达华北时间的早晚均对雨季降水多寡有重要影响。华北多雨年代与少雨年代水汽通量有明显的差异,主要表现在:在多雨年代,西北太平洋为反气旋式环流异常,偏南水汽强盛,并且与中高纬西风带异常偏西水汽汇聚于华北,华北地区水汽辐合偏强;考虑季节内进程,水汽到达华北的时间早、强度大,停留时间长、辐合强,减弱的时间晚;而在少雨年代,我国东北地区、朝鲜半岛及日本海附近为气旋式环流异常,华北地区由南向北的水汽输送偏弱,水汽辐散明显加强;季节内进程表现出与多雨年代相反的特征。(5)考虑华北地区四个边界的水汽收支,南边界和西边界有最大、次大水汽输入,二者的年代际变化是影响雨季降水年代际变化的重要因素。在多雨年代,南边界和西边界水汽净输入很强,但北边界的输出也很强;在少雨年代,南边界和西边界水汽净输入很弱,但北边界转为输入,这是区别于多雨年代的重要特征。
太平洋上云水路径反演产品及其气候变化特征分析
钱小立, 秦正坤, 张文君
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21063
摘要(12) PDF (2950KB)(5)
摘要:
基于极轨卫星NOAA-15上的微波温度计AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A)多年亮温观测资料,建立了全球海洋上的云液态水路径反演产品,并通过对比ERA5和FNL/NCEP再分析资料的云水路径产品,分析了反演产品对云液态水路径气候变化特征的再现能力,进一步通过线性回归和EEMD (Ensemble Empirical Mode Decomposition)方法分别分析了太平洋地区大气云水路径的线性和非线性气候变化趋势特征。结果表明,云水路径反演资料可以很好的再现多年平均空间分布特征及相应的气候变化趋势,云水路径气候趋势表现出明显的纬度带特征,增多和减小趋势随纬度带间隔出现,而且在北半球东太平洋地区,云水路径气候趋势的纬度带特征有向北迁移的现象。相比而言,反演产品的气候趋势与ERA5再分析资料有更好的相似性,而FNL资料对趋势的纬度带特征,尤其是纬度带特征的北移现象未能很好的再现,只是表现为赤道地区水汽减少,而两侧云水路径显著增加的特征。
夏季南亚高压两类东–西振荡过程的联系及其天气效应对比
祝传栋, 任荣彩
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21075
摘要(22) PDF (6228KB)(8)
摘要:
夏季南亚高压(SAH)中心呈青藏高原和伊朗高原双模态分布,表现为东–西振荡的形式。同时,SAH的东缘还存在规律性的向东亚地区东伸或西退至青藏高原,表现为另一种形式的东西振荡。本文利用NCEP1逐日再分析资料、APHRODITE逐日降水数据以及印度地区逐日降水数据,研究了SAH这两类东–西振荡的联系以及它们对亚洲地区环流和天气影响的差异。结果表明,SAH中心的双模态东–西振荡位相可显著影响其东缘东伸/西退的发生及其幅度。尽管在SAH中心呈青藏高原和伊朗高原模态时,均可以出现SAH东缘的向东亚东伸,但青藏高原模态下发生东伸的频率明显高于伊朗高原模态;在伊朗高原模态时则更容易出现SAH东缘的西退。而且,在青藏高原模态下发生的SAH东缘东伸的幅度也比伊朗高原模态时更大。进一步研究发现,SAH中心的双模态东–西振荡主要与印度北部及整个青藏高原地区的降水异常型密切联系,并与异常降水有关的热力和动力作用变化相耦合。而SAH东缘的东伸/西退则通过引起西太副高的西进/东退,与东亚地区偶极子型的降水异常(青藏高原中东部、长江与黄河之间的中下游地区的降水异常与长江以南地区的相反)相联系。此外,SAH中心为青藏高原模态且东缘发生东伸时,与SAH中心为伊朗高原模态且东缘发生西退时,青藏高原西部与中东部的降水异常总是呈显著反位相变化。
雷暴电荷分布对正极性云闪放电特征影响的数值模拟研究
郑天雪, 谭涌波, 罗林洁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21079
摘要(12) PDF (1612KB)(20)
摘要:
本研究将云闪随机放电参数化方案植入到偶极电荷结构中,固定主负电荷区的参数和位置,通过不断调整上部正电荷区的参数(电荷浓度和水平范围)和位置以此来模拟不同高度处起始的正极性云闪,进而探讨正云闪放电特征与雷暴电荷分布之间的关系。模拟结果表明在偶极电荷结构中,抬升上部正电荷区的高度,能够产生如观测所示的高海拔正云闪,不同于普通正云闪起始于向上传播的负先导及水平或稍向下延伸的正先导,高海拔处起始的正云闪以大范围向下传播的正先导及水平或轻微向上延伸的负先导为主要特征。随着上部正电荷区位置的抬升,正云闪起始高度也随之升高,当上部正电荷区抬升到一定高度后(本研究中当上部正电荷区下边界超过12 km),云闪通常起始于主正电荷区内,且上部正电荷区的浓度以及水平半径对于云闪的起始高度没有显著影响。此外,云闪正、负先导通道的长度与电荷区的浓度、水平半径以及起始点和负、正电荷区之间的距离存在显著的正相关关系。
热带大气对流垂直结构与降水模拟偏差的关系:基于GAMIL3的分析
任子坤, 周天军, 郭准, 陈晓龙, 李立娟, 吴波
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21098
摘要(10) PDF (6269KB)(8)
摘要:
针对 LASG/IAP 发展的大气环流模式 GAMIL2 (G2)和 GAMIL3(G3),评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力,在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL都较好地捕捉到了热带降水的主要特征,且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示,模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项,而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域,表现为大气低层辐合分量偏小,对流卷出层高度偏高;在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域,模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构,但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能(MSE)收支显示,热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度(gross moist stability,GMS)偏大,在一定程度上抵消了模式中的净能量通量偏差,抑制了模拟的对流强度。诊断结果显示,G3中热带西北太平洋区域的降水改善主要源于对流强度正偏差的减小。G3中对流阈值和层云阈值的下调,使得对流发生频率增加,从而抑制了过大的对流强度。热带对流垂直结构与降水偏差有着紧密且多样的联系,在未来模式发展中应当予以重视。
中国东部地区大气水汽稳定同位素的影响因子追踪研究
刘宇佳, 满文敏, 周天军, 彭冬冬
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21119
摘要(11) PDF (1556KB)(9)
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δD数据,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,El Ni?o年夏季中国东部水汽δD较高,La Ni?a年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO不同位相的变化较小,而水汽输送路径上的累积降水在La Ni?a年较之El Ni?o年偏多,表明La Ni?a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。
基于多源资料的积层混合云降水微物理特征
王洪, 张佃国, 王文青, 王俊, 王烁
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21043
摘要(31) PDF (2740KB)(38)
摘要:
基于地基云雷达、地基微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5~6km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;零度层以上,5~6km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。
理想模拟的温带气旋中冷暖输送带特征分析
王迪, 张熠, 储可宽, 王新敏
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20190
摘要(47) PDF (3809KB)(21)
摘要:
本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程,采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构,分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征,探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上,发现了更精细的输送带结构特征,尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。 研究表明,根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内,旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动,并在中高层产生负位涡扰动,促进高空系统发展。同时,暖输送带向上层输送水汽,影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中,本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征,而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋,上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动,利于促进暖锋附近降水形成;而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动,初始远离暖锋朝向气旋中心运动,水汽含量增加,随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉,这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。
基于慢特征分析方法研究陆地表面气温变率的驱动力
朱丽飞, 孙诚, 李建平, 张静, 刘雨森, 宫湛秋
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.20213
摘要(42) PDF (2597KB)(16)
摘要:
慢特征分析(SFA)方法可以从非平稳时间序列中提取出慢变的外强迫信息。近年来,SFA方法被应用于气候变化研究领域,用于探究气候变化的潜在驱动力及相关的动力学机制。本文基于SFA方法,提取全球陆地表面气温(LSAT)的慢变外强迫信息,研究全球LSAT慢变驱动力的空间结构特征及低频变率的主要驱动因子。SFA方法提取的LSAT慢变驱动力与历史时期全球辐射强迫(GRF)和全球海表温度(SST)的主模态(大西洋多年代际振荡AMO、热带太平洋ENSO变率和太平洋年代际振荡IPO)有显著的相关关系,表明全球大部分地区LSAT的变率受到GRF和三个SST模态的显著影响。GRF对LSAT变率的影响有全球一致性的特征,而三个SST模态对LSAT变率的影响则呈现出明显的区域特点。此外,由于SFA方法可以有效降低原始LSAT序列中随机噪声的干扰,GRF和SST模态对LSAT变率的解释方差显著提高,进一步表明GRF和SST模态是全球LSAT低频变率主要的驱动因子。最后,利用历史海温驱动AGCM试验(即AMIP试验)的结果,验证了三个SST模态对区域LSAT变率的显著影响。
基于伴随敏感性的WPRD和MWR观测对模式预报的影响评估研究
唐兆康, 鲍艳松, 顾英杰, 范水勇, 齐亚杰
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.20222
摘要(27) PDF (2730KB)(10)
摘要:
同化大量观测资料可以有效地改进模式预报结果,但不同观测对预报的影响有着显著差异,合理评估观测对预报的贡献是数值模式中最具挑战性的诊断之一。本文采用基于伴随的预报对观测的敏感性(Forecast Sensitivity to Observation,简称FSO)方法,构建WRFDA-FSO系统。基于2019年9月超大城市项目在北京地区获取的风廓线雷达(Wind Profile Radar Detection,简称WPRD)和地基微波辐射计(Microwave Radiometer,简称MWR)观测数据,利用WRFDA-FSO系统,开展观测对WRF模式12h预报的影响试验,并分析风温湿观测对预报的贡献。结果表明:(1)同化的观测资料(MWR、WPRD、Sound、Synop和Geoamv)均减小了WRF模式12h预报误差,对预报为正贡献,其中MWR观测对预报的影响最大,WPRD风场观测对预报的改进效果优于Sound的风场观测。(2)WPRD的U、V观测和MWR的T、Q观测中,V观测和T观测对预报的正贡献值更高,对预报的改进效果更优。(3)WPRD和MWR多数高度层的观测均减小了预报误差,对预报为正贡献,其中MWR的T观测对预报的正贡献主要位于近地面800 hPa以下。
深度学习模型TAGAN在强对流回波临近预报中的应用
胡家晖, 卢楚翰, 姜有山, 何婧
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20225
摘要(80) PDF (2265KB)(30)
摘要:
近年来深度学习模型在解决对防灾减灾影响巨大且极具挑战性的临近预报问题的应用中日益增多。本文中,我们把临近预报作为一个时空序列预测的任务,将雷达反射率因子作为试验对象,使用基于对抗神经网络(GAN)优化构建的TAGAN深度学习模型预测未来1h的雷达回波图像,并且与Rover光流法、基于卷积神经网络的3DUnet模型进行对比试验。选取2018年全球气象AI挑战赛雷达回波数据集进行训练与测试,检验结果表明TAGAN模型在命中率(POD),虚警率(FAR),临界成功指数(CSI)以及相关系数等多种评分上要优于传统的光流法和对比的3DUnet深度学习模型,TAGAN模型在以上的检验评分表现出色,并且随预测时间的增加较之传统光流模型效果更优,这为拓展和提升深度学习模型在临近天气预报中的应用提供了参考依据。
北京“7·20”特大暴雨降水物理过程模拟诊断研究
陆婷婷, 崔晓鹏
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20232
摘要(68) PDF (10359KB)(45)
摘要:
利用WRF模式,结合三维降水诊断方程,对北京“7·20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析,结果显示,降水峰值时刻前,强盛水汽辐合支撑强降水,同时加湿大气,后期,水汽辐合显著减弱,降水造成局地大气中水汽含量明显减少;降水峰值时刻前,水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展,后期,动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散,导致水凝物含量显著减少,降水系统逐步瓦解;主降水时段,垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大,并在降水峰值时刻达最大,之后减弱收缩;上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近,进而回落到零度层之下,伴随“弱-强-弱”的降水强度变化;上升运动控制下,水凝物含量变化明显,但不同水凝物变化幅度不一,霰粒子和雨滴增幅最显著,并于降水峰值时刻含量达最大,随后减小,其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程,导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出,不同微物理参数化方案对“7·20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异,值得深入研究。
影响夏季青藏高原横切变线演变的动力和热力作用分析
高媛, 姚秀萍, 李山山, 王晓芳
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21053
摘要(21) PDF (2794KB)(12)
摘要:
青藏高原横切变线(简称切变线)是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF)提供的ERA-5再分析资料,选取14个生成于6-8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析,探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明:(1)500hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中,处于580dagpm闭合低值中心和272K高温中心内、比湿大值区的北侧;200hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。(2)切变线强度表现出明显的日变化特征,在当地时间(LT=UTC+6h)23时最强,13时最弱。(3)涡度收支诊断表明,青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义,500hPa涡度最大值(最小值)出现时间滞后于辐合作用最大值(最小值)3小时。(4)切变线演变过程中,切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明,青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时,低层辐合增强,上升运动增强,在充足的水汽配合下,凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层,有利于切变线生成及发展。
崇礼云顶冬奥赛场夜间增温事件的统计特征及其形成机制研究
孔凡超, 连志鸾
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21057
摘要(28) PDF (3387KB)(7)
摘要:
本文利用2018年11月-2019年3月、2019年11月-2020年3月期间的自动站资料,对发生在河北崇礼云顶冬奥赛场的夜间增温事件进行了统计分析,并基于地基微波辐射、激光测风雷达、风廓线仪以及NCEP/NCAR逐6小时再分析资料探讨了夜间增温事件可能的形成机制。研究得出:云顶赛场11月到次年三月,夜间增温事件的发生概率高达76.9%,揭示了冬季夜间增温在云顶赛场是一种常见现象,同时增温次数和增温幅度均随站点海拔高度增加而减小。云顶赛场夜间增温的形成机制可归为四类,分别为风垂直切变造成的逆温层混合增温、焚风增温、整层下沉增温、中低层暖平流增温。其中第二~四类增温过程中,增温开始前谷内存在逆温时,谷底增温幅度可能会明显大于山顶,从而导致增温幅度随高度增加而减小。此外,山顶仅受第三类和第四类形成机制影响,而四类增温机制均可引发山谷增温事件,这也是增温事件发生频次随高度升高而明显减少的原因。
不同微物理参数化方案对我国北方一次大范围暴雪天气过程的数值模拟研究*
王淑彩, 平凡, 孟雪峰, 李玉鹏
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21064
摘要(34) PDF (5668KB)(23)
摘要:
本文以ERA5再分析资料为初始场,利用WRF模式对2020年4月19-20日的一次大范围暴雪天气过程进行数值模拟研究。模式采用不同云微物理参数化方案进行敏感性实验,并与实测数据(自动站降水数据、雷达基数据)进行对比,分析了暴雪天气的降水、雷达反射率、动热力和水凝物的时空演变特征。研究表明:上述不同微物理参数化方案基本都模拟出了本次降雪的强度和范围,但其模拟的动力及云微物理细致结构存在明显差别,表现在不同云微物理方案模拟的垂直速度和水凝物的时空分布上。bin方案模拟的云水较强,有明显的下沉运动,对流范围较为集中,霰和冰晶过程明显偏弱;而bulk方案模拟的雨水和霰较强,呈现出大范围的上升运动,对流范围宽广。上述动力与云水凝物的分布与云微物理方案的特性有关,bulk方案由于采取了总体云群设计,捆绑了不同粒子类型的运动,不能细致的描述出不同粒子的下沉拖曳过程,反映出没有明显的垂直下沉运动,也造成霰粒子明显增多。对于不同的bulk方案,尽管其水凝物总含量时空分布相似,都有较大范围的时空分布,但其水凝物的各分量(云水、雨水、冰、雪、霰)有显著差异,这与各不同云微物理过程的描述有关。
碳卫星高光谱二氧化碳探测仪基于太阳夫琅禾费吸收线的在轨光谱定标
毕研盟, 王倩, 杨忠东, 刘成保, 蔺超, 田龙飞, 张乃强, 王雅澄
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21069
摘要(20) PDF (1358KB)(8)
摘要:
大气二氧化碳(CO2)探测仪(Atmospheric Carbon dioxide Grating Spectrometer-ACGS)搭载于中国二氧化碳观测卫星(TanSat),通过探测0.76μm,1.61μm,2.06μm波段的反射太阳光谱,采用最优估计算法反演大气CO2浓度。满足高光谱分辨率和高精度CO2浓度反演需求,精确探测光谱中心波长的变化非常重要。本文以高分辨率太阳参考光谱的夫朗禾费吸收线作为参考基准,利用ACGS对太阳的观测光谱计算了ACGS三个谱段通道中心波长位置在一年内的变化情况。结果显示,三个谱段的波长变化在光谱分辨率10%的以内,满足光谱定标精度需求。这种变化可能是由于在轨仪器状态变化引起,特别是在轨运行温度变化引起的。ACGS波长的微小变化需要在产品反演中进行修正。基于独立太阳夫琅禾费吸收线的在轨光谱定标方法不仅可以有效监测ACGS的光谱稳定性,还可以为L2产品的处理的提供参考信息 。
1981~2019年吉林省暖季冷涡降水时空变化特征
李尚锋, 任航, 高枞亭, 尹路婷, 杨旭
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.20217
摘要(106) PDF (2808KB)(28)
摘要:
利用1981—2019年吉林省气象局信息中心提供的吉林省51个测站逐时降水数据,系统分析了暖季吉林省地区冷涡降水的时空分布特征。结果表明:(1)吉林省地区降水量日变化和频次的峰值均发生在下午16—17时;0.1—5mm/h的降水频次大值区主要集中在吉林省东部山区,而5—10mm/h和>10mm/h降水的频次大值区则在吉林省中南部地区。(2)0.1—5mm/h降水占冷涡降水总量百分比(简称:降水贡献)的空间分布特征中,白天降水贡献的空间分布比较一致,夜间大值区在吉林省东部山区;5—10mm/h的降水贡献大值区集中在吉林省中部地区,且白天贡献大于夜间;>10mm/h的降水贡献大值区位于吉林省中西部地区,白天贡献也大于夜间。(3)0.1—5mm/h降水占暖季冷涡降水总量的60%,5—10mm/h和>10mm/h均在20%左右;0.1—5mm/h降水贡献随时间变化减弱趋势明显,而>10mm/h降水贡献增加趋势明显,且这两种量级降水年际变化呈反位相特征。
近32年泰国降水的主要变化趋势研究
杨雯婷, 傅慎明
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21001
摘要(66) PDF (4235KB)(21)
摘要:
基于泰国气象局提供的近32年(1981-2012)站点逐日降水观测资料,利用线性趋势和集合经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition, EEMD)等分析方法,本文重点研究了泰国及其五个地理分区内各等级降水量与降水日数出现正异常(第95%分位及以上)的站点比例变化,并深入分析了泰国逐年降水量与暴雨以上持续性和非持续性降水量相对贡献的变化。主要结论如下:(1)泰国东部和南部地区是其降水最强的区域,而泰国北部地区降水相对最弱,在研究的32年时段内,泰国境内有87%的站点出现了逐年降水增加的趋势(共有22个站通过了95%的信度检验),其中泰国南部是增加最快的区域,而泰国东部地区则是出现降水增加趋势最少的地区。位于泰国湾沿岸的曼谷站和洛坤站是整个泰国境内逐年降水增加最快的站点。(2)泰国北部地区的逐年降水量、逐年降水日数与平均降水强度出现正异常的站点比例显著增加,表明极端降水的影响范围在扩大,而泰国南部地区仅大暴雨以上的极端降水出现了范围扩大的趋势。(3)暴雨以上的降水在泰国不同地区存在着显著差异,其中泰国北部、东北部和中部地区,非持续性降水占主导地位,而在泰国东部和南部地区,持续性与非持续性降水的贡献相当。暴雨以上持续性降水出现正异常的站点比例在泰国北部和南部地区有显著的增加趋势,表明这些地区受稳定系统影响所发生强降水的范围有着显著的扩大趋势。
CMIP6模式对中国东部地区水循环的模拟能力评估
赵丹, 张丽霞, 周天军
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21030
摘要(65) PDF (2840KB)(24)
摘要:
本文基于观测和再分析资料,采用Brubaker二元模型评估了第六次“国际耦合模式比较计划”(CMIP6)中19个模式对中国东部季风区气候态水循环过程的模拟能力,并分析了模拟误差来源。结果表明,CMIP6模式集合平均(MME)能够合理再现观测降水和蒸发的年平均气候态空间分布及年循环特征,与观测值的空间相关系数分别为0.92和0.87。较之观测,MME高估了华北地区降水,低估了华南沿海地区降水(-0.3 mm day-1)。所有CMIP6模式均高估蒸发强度(偏差0.03~0.98 mm day-1),使得模拟的降水与蒸发之差偏少。模式整体能够模拟出我国东部季风区降水再循环率及不同边界水汽来源的贡献率,但低估了由南边界进入季风区的水汽贡献,导致东亚季风区偏干。通过分析模式对影响水汽通量的两个气象要素(风速和大气比湿)的模拟能力,发现研究区南边界的风速大小决定了模式间水汽输送差异。南边界风速越大的模式,由南边界进入的水汽通量越大,模式模拟的降水越多。西北太平洋辐合带的东西位置是影响南边界南风风速的重要系统之一,辐合带位置偏东的模式模拟的南风强度较弱,使得水汽输送偏弱、降水偏少;反之,南边界水汽输送偏强、降水偏多。本文通过评估最新一代CMIP6模式在东亚水循环方面的模拟性能,指出了当前气候模式在模拟西太平洋辐合带位置方面存在的偏差及其对东亚水循环的影响。
南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展
王东海, 曾智琳, 杨帅, 张春燕, 梁必骐
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21041
摘要(32) PDF (5654KB)(10)
摘要:
本文总结了近几十年来暖季(5-10月)南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展。聚焦暖季南海中尺度对流过程,概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征、影响南海中尺度对流发生发展的重要天气系统,并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理。在此基础上,探讨了当前及未来南海中尺度对流过程研究面临的机遇与挑战,并指明了未来该领域的研究方向。
昆明城市热岛效应的数值模拟研究
周晓宇, 王咏薇, 孙绩华, 杨大虎
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21062
摘要(43) PDF (5022KB)(9)
摘要:
本文利用WRF(V3.9.1)模式中耦合Noah/SLUCM方案作为Control案例,研究土地利用类型(Md04案例)、陆面过程(NoUCM案例)和湖泊(Nolake案例)对城市热岛强度及昆明城市气象要素水平、垂直的时空分布特征的影响。主要结论如下:(1)四种案例城市热岛强度的平均日变化基本一致。白天城市热岛强度较弱、夜间较强,在20:00时左右达到最大值。城市冠层(湖泊)对城市热岛有较明显的减(增)温,Control-NoUCM(Nolake)案例中,平均日最大差值为-0.79oC(+1.07oC)。(2)从能量平衡方程分析Control-Md04案例,感热(潜热)通量的差值为+46.18(-79.71)W/m2,潜热通量释放大于感热通量的绝对值。Control-NoUCM案例中,感热(潜热)通量的差值为-40.88(+29.60)W/m2,NoUCM案例未考虑几何建筑物储热与遮挡,大部分被地表所吸收,导致感热通量较大。(3)四种案例中,15:00(07:00)时边界层高度达到最大(小)值。NoUCM(Nolake)案例中城市边界层高度分别降低103m(32m)左右,而Md04案例中城市边界层高度增加102m左右。(4)湖泊对城市热岛环流影响的试验表明,湖泊上空垂直运动较弱,而水平方向湖陆风较大,有利于向城市输送水汽,增加干空气湿度,使水汽含量较高;从而增加潜热能量释放,降低感热通量,温度梯度减小。
物理协调大气变分客观分析模型及其在青藏高原的应用(I):方法与评估
王东海, 姜晓玲, 张春燕, 庞紫豪, 梁钊明, 张明华
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21068
摘要(37) PDF (5459KB)(5)
摘要:
本文系统地介绍了基于约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,并将模型首次应用于青藏高原那曲试验区。该模型可融合不同时空分辨率的多来源数据,通过利用地面降水和地面、大气顶部的热通量等大气上下边界的观测资料来约束调整探空观测变量,从而尽可能保证气柱内的质量、热量、水汽和动量收支平衡。对模型及其产生的第三次青藏高原大气科学试验那曲试验区2014年8月期间的大气分析数据集进行评估分析,结果表明模型生成的常规状态量很好地保留了观测特征,模型生成的重要大尺度衍生量(如垂直速度、散度、温度/水汽平流、视热源、视水汽汇等)可以较好地反映试验期内大气柱的动力、热力和水汽结构特征,有利于对大气降水过程的分析研究。分析发现,350~400hPa高度层是该时期那曲试验区的动力、热量和水汽的重要变化中心。从各种观测资料对模型生成的分析场的影响来看,探空观测对高空风场的影响最大,但这种影响的幅度在1m/s以内;降水和上下边界通量观测主要影响大尺度衍生量如垂直速度,其中降水主要影响降水时期的上升运动,通量观测主要影响弱/无降水时期的下沉运动。总体而言,物理协调大气变分客观分析模型具备较好的稳定性和合理性。
登陆台风影响下离地300 m高度内的强风特征研究
常蕊, 朱蓉, 赵大军
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21071
摘要(71) PDF (3563KB)(14)
摘要:
利用台风山竹(1822)和利奇马(1909)登陆期间固定式风廓线雷达、WindCubeV2激光雷达和测风塔的梯度观测数据,结合山竹(1822)登陆前后精细化风场模拟资料,分析了登陆台风不同影响象限内,离地300 m高度内的强风参数及其随距离、海拔高度及下垫面的变化特征。结果表明:距离台风中心200 km水平范围内,最大风速所在高度及风切变指数沿台风半径向外增加,且陆地强风切变指数普遍高于0.12,而海洋下垫面拖曳作用弱,风切变较小,仅在岛屿群附近存在超出国标设计阈值的高切变区域;台风移动方向的右前象限内强风切变指数稳定维持在0.17左右,且对海拔高度不敏感,左后象限存在类似于急流的风廓线,而左前象限内强风的垂直变化在空间上具有较强的非线性特征,边界层低层强风结构较复杂;阵风因子和湍流强度随平均风速增大、离地高度升高而减小;过程最大风向变差角沿台风半径向外减小,且在空间上具有显著的非对称性,其中右后象限的风向变差角最大,半小时风向变化超过30°,且大多发生在台风登陆前或登陆时。研究成果可为我国近海及沿海风电场的微尺度风场模拟及台风风险防御提供帮助。
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(83) PDF (4897KB)(55)
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。
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(177) PDF (4520KB)(104)
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(80) PDF (2147KB)(34)
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(75) PDF (4562KB)(26)
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(61) PDF (7862KB)(24)
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(97) PDF (7226KB)(33)
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。
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(196) PDF (3569KB)(142)
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。
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(53) PDF (2832KB)(18)
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。
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(118) PDF (2447KB)(32)
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。

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