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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(0) PDF (4392KB)(0)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19171
摘要(4) PDF (2685KB)(2)
摘要:

利用WRFv4.0五种边界层参数化方案(YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH),对2016年所有典型的并在川渝盆地东部造成灾害性暴雨的西南涡过程进行数值模拟,检验分析了它们对各量级降水的预报能力,并采用加密的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,尝试改善川渝盆地边界层与低涡降水预报。结果表明:ACM2和YSU方案Threat Score(TS)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似乎更适合盆地降水模拟,然而所有边界层方案都对西南涡降水空报较普遍,尤以大量级降水明显。精细的探空资料进一步显示,所有边界层方案都对白天边界层高度模拟偏高,湍流混合强度偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案,其边界层温湿结构更加符合实际观测,此时边界层下部温度更低、湿度更高,降低了大量级降水的空报,使盆地降水模拟有一定改善。不同边界层参数化方案对西南涡预报的差别主要体现在不同的低涡位置与降水强度,但归根结底都源于方案的局地或非局地特性,以及方案的混合强度这两方面原因,因此,根据不同下垫面环境与气候状况选择方案的特性和混合强度是对边界层结构准确模拟的关键。

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(2) PDF (8280KB)(1)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.19237
摘要(1) PDF (1736KB)(1)
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、36、48、60、72、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、9.3、8.9、6.5、6.9、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)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、36、48、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、11.7、10.0、7.6 km,比中央气象台官方预报(对应的时效为12、24、36、48 h)减小了0.7、2.0、3.9、2.4 km。

BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因研究
张洁, 董敏, 吴统文, 辛晓歌
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19230
摘要(0) PDF (6399KB)(0)
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(全球近110km) 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塞高压发生频率、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500hPa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,这也是制约阻高的预测水平的重要因素。

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(2) PDF (1653KB)(0)
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。

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(1) PDF (2901KB)(1)
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小时甚至3小时内)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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19214
摘要(1) PDF (6691KB)(0)
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。

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, Kalim Ullah
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219
摘要(6) PDF (4292KB)(2)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20139
摘要(0) PDF (2525KB)(0)
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月整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。

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(1) PDF (5255KB)(1)
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。

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, PENG Jingbei, JI Liren
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19235
摘要(1) PDF (7680KB)(0)
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、NCEP/NCAR再分析以及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,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。

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(1) PDF (894KB)(1)
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。

夏季次季节尺度副高东西变动特征及其与中国西南降水的关系
晏红明, 字俣丞
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19204
摘要(0) PDF (10032KB)(0)
摘要:

副高是影响中国气候的大尺度环流系统,本文研究了夏季次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响及其影响的物理过程。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)。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)变化的过程,次季节尺度上西南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运动有很大的关系。另外,分析发现对于西南地区而言,在副高影响背景下,贵州和重庆地区降水变化的一致性特征比较好,而云南和四川地区降水变化的区域差异比较大,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甚至呈现出与西南大部分地区,尤其是贵州和重庆地区的降水完全相反的特征,即副高偏西事件中,云南大部分地区的降水偏少,相反,副高偏东事件中云南大部地区的降水偏多;后夏,云南中北部地区的降水与其它地区的降水相反。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19251
摘要(2) PDF (924KB)(1)
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的向下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25m)年平均反照率为0.14,比中国北方地区(350N)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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19202
摘要(1) PDF (4942KB)(1)
摘要:

精细的云微物理特征是研究层状云降水机制的基础。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℃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℃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10-50μm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。

六盘山地区一次低槽低涡云系结构及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(3) PDF (5655KB)(3)
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08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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19216
摘要(1) PDF (3717KB)(2)
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、06、12、18 UTC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;u、v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。

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(3) PDF (10094KB)(3)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19208
摘要(5) PDF (1301KB)(2)
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主要有15~25, 25~40 和50~70 d 的周期振荡,其中长江下游气温的25~40 d 振荡强度年际变化和12~2月低温日数之间有显著的正相关。基于2001~2018年逐日长江下游气温实时25~40 d低频分量和东亚地区850hPa 低频温度主成分,建立了长江下游冬季温度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延拓的实时奇异谱(SSA)滤波,较好地抑制经典SSA滤波的边界效应,得到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分量的预测时效可达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。

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因对比分析
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(4) PDF (4622KB)(0)
摘要:

本文根据国家气象信息中心提供的1979~2017 年2374站气象观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,利用现代统计学、物理量诊断和水汽收支方程分解等方法,探讨了华南夏季降水1993-2002年年代际增多以及2003-2013年年代际减少的水汽输送特征及其与东亚夏季风环流和关键区海表温度异常的关系,并从水汽收支平衡的角度分析华南夏季降水出现两次年代际转折的成因。研究结果表明:1993-2002年华南夏季降水增多主要受南亚高压东移和西太平洋副热带高压(简称西太副高)西伸的影响,来自菲律宾及西太副高西南侧水汽输送加强,使得华南地区低层出现强的水汽辐合; 2003-2013华南夏季降水减少主要受南亚高压异常偏西和西太副高偏东的影响,来自菲律宾及西太平副高西南侧水汽输送减弱,使得华南地区低层出现水汽辐散。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、及与台风等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。

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(1) PDF (1334KB)(0)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19226
摘要(3) PDF (4184KB)(2)
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。历史极端高温天的合成分析表明,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年极端暖异常强度和发生概率的贡献分别约为37.51%和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。

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(0) PDF (517KB)(0)
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(500μm以下)和大粒径(1000μm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300μm以下,而在对流云区,主要影响的小粒径段位于500μm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%。

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(0) PDF (2929KB)(0)
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。

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
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19209
摘要(2) PDF (4818KB)(0)
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1km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,导致催化模拟的前期霰的增长受到抑制,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100km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3.6ⅹ107kg,平均增雨率为1.1%,暖层霰粒浓度的增加是降水增加的主要原因。因为作业目标云系催化条件一般,而播撒的AgI剂量偏大,造成增雨作业效果偏低。

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(8) PDF (3233KB)(4)
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,最终形成强飑线的过程,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,城区边缘地面热力分布不均,配合局地风场辐合,触发了雷暴,出现对流冷池后,热力不均的范围扩大,温度梯度区向南发展,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学结构:一支入流位于飑线后侧中层(4500-5000m),另一支为冷池前侧低层、垂直于飑线的强入流,这两支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的同时加强,造成飑线前侧垂直环流不断强化,与之对应的垂直风切变也同步增强,这一动力学过程形成了有利于飑线组织化的中尺度垂直切变环境,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,前侧垂直环流也逐渐减弱,预示着飑线从成熟开始减弱消亡。(3)从热力学结构看,下山的线状对流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℃、厚度加深到1.5km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,进一步促进了平原地区的飑线发展加强,并出现阵风锋。

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(2) PDF (38650KB)(3)
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。

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(7) PDF (1605KB)(11)
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“三极子”分布形势,是维持2016年梅雨持续强降水的关键系统。“三极子”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副热带高压。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“极子”之间,是相对深厚的负距平区,有利于建立强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的水汽输送和汇聚作用对梅雨区持续降水起到非常重要的作用。(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,但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,“三极子”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(60天)环流稳定分量为持续强降水时段的“三极子”关键稳定分量提供了重要的环流背景。

1521号台风“杜鹃”生成阶段中尺度对流系统演变特征
吕欣宇, 陈光华, 王科, 李兴良
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19184
摘要(2) PDF (3277KB)(2)
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,并且在这一阶段低层涡度有突然增强的过程,使得热带扰动中产生深对流。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最大;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。

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(2) PDF (4607KB)(2)
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。

水平相关模型的性质及在GRAPES三维变分中的应用
庄照荣, 李兴良
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20107
摘要(1) PDF (1725KB)(1)
摘要:

文中分别从时域和频域空间比较高斯函数(gauss)?二阶自回归函数(soar)以及尺度叠加高斯函数(supergauss)的时域空间和不同尺度分布特点,同时在区域GRAPES-3DVar中比较三种类型的相关函数对分析的影响,研究表明高斯相关函数造成分析中小尺度信息的不足,同时造成风场观测负相关信息较大;soar相关函数能增加分析的中小尺度信息,但分析增量非各向同性,当采用supergauss相关函数时,不仅缓解单一高斯函数中不恰当的分析风场较大负偏差,并可增加分析增量中小尺度功率谱,同时在递归滤波实施中可获得各向同性的分析增量结构?

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(2) PDF (3622KB)(3)
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0.25o×0.25o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天。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天/10年、0.9天/10年、2.2天/10年,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。

21世纪新疆地区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(2) PDF (4689KB)(0)
摘要:

本文基于一套在5个全球气候模式RCP4.5和RCP8.5排放路径气候变化模拟结果驱动下,RegCM4区域气候模式对东亚区域25 km水平分辨率的集合预估,在模式检验基础上,分析了中、高两种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。结果表明,区域模式的模拟集合(MME_R)总体上能够很好地再现当代新疆平均气温、降水分布特征。MME_R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4.9oC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。极端温度同样将不断升高,其中TNn(年日最低气温的最小值)的增幅总体高于TXx(年日最高气温的最大值),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RX1day(一日最大降水量)反应的强降水事件将普遍增加,连续无降水日数(CDD)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。MME_R各模拟间无论是在当代模拟还是未来预估中都表现出很好的一致性。最后,综合考虑MME_R对各要素的预估发现,总体而言新疆未来气候更趋向于“暖湿化”,但这不会改变这一地区干旱、半干旱的本质,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。

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(4) PDF (3287KB)(0)
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(2) PDF (2170KB)(2)
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。

2020年第6期
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2020-06期封面+目录
2020, (6): 1-2.  
摘要(27) PDF (11158KB)(12)
摘要:
副热带东亚季风区一次穿透性对流过程影响下平流层成分变化的个例分析
孙宁, 周天军, 郭准, 李普曦
2020, 44(6): 1155-1166.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.19148
摘要(60) HTML(33) PDF (6821KB)(28)
摘要:
穿透性对流是导致北半球夏季平流层低层南亚高压内水汽极值形成的重要机制之一,关于副热带东亚季风区穿透性对流是否对平流层低层水汽等物质分布存在影响目前尚不清楚。本文选取2016年的武汉暴雨事件,采用Cloudsat和Aura Microwave Limb Sounder(MLS)卫星数据,分析了东亚季风区的穿透性对流活动对上对流层/下平流层物质分布的影响。利用CloudSat卫星资料云分类产品和Aura MLS卫星数据联合分析武汉暴雨过程中捕捉到1次穿透性对流事件,该事件发生于2016年7月4日05时(协调世界时)的穿透性对流,中心位于海上梅雨带区域。分析表明,这次对流穿透事件对上对流层/下平流层物质分布有显著影响,穿透性对流活动影响到对流层顶以上的物质分布,具体表现是:首先,穿透性对流显著减少了局地对流层顶附近的臭氧含量,较之气候态对流层顶臭氧含量偏少32.53%;其次,穿透性对流能够增加局地对流层顶附近的水汽混合比含量,它通过更多的云冰粒子蒸发来增强局地平流层水汽含量,同时通过更强的垂直水汽输送来直接加湿平流层。此次穿透性对流事件对水汽变化影响较之对臭氧含量变化的影响更为显著,它使得对流层顶水汽混合比增加近乎一倍(98.15%)。因此,副热带东亚季风区的穿透性对流活动对于对流层向平流层的物质输送起着重要的作用。
20世纪90年代以后华北初春低温增强和北大西洋海温关系
徐玮平, 张杰, 刘晨, 孟祥新
2020, 44(6): 1167-1187.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19127
摘要(49) HTML(24) PDF (5980KB)(22)
摘要:
本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋“马蹄型”海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量有着较密切的相关关系,1997年以后北大西洋地区的500 hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法(Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA)证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“马蹄型”海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。
绿洲灌溉对垂直湍流热通量影响的大涡模拟研究
曹帮军, 吕世华, 张宇, 李彦霖
2020, 44(6): 1188-1202.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19163
摘要(37) HTML(21) PDF (9570KB)(14)
摘要:
为了研究湍涡对中尺度绿洲灌溉的响应,利用WRF模式大涡模拟模块(WRF-LES)在西北半干旱区绿洲区开展灌溉前和灌溉后两个大涡模拟试验(分别简称为BI和AI),其中灌溉可能会改变绿洲非均匀强度。利用面积平均的办法计算湍流热通量并利用小波分析将湍流热通量模态分解到不同的尺度。结果表明灌溉增加了土壤湿度,引起绿洲内部非均匀强度增加,灌溉对垂直热通量以及通量频散都有较大影响。AI中的湍涡为网状,与BI中一致。AI与BI中的感热通量的频散高度都随着感热通量的减小而减小。AI与BI中感热通量小波能量谱尺度一致,但是BI中强度比AI小。潜热通量的频散高度依赖于感热通量,且潜热通量能量谱随高度减小。空间滞后相关系数的结果表明由于灌溉前地表加热较强,感热通量对地表热通量的响应高度在灌溉之前(BI)比灌溉后(AI)更高。灌溉后的通量模态的飘移距离小于灌溉前的。
中国干湿变化的高分辨率区域气候模式预估
王恺曦, 姜大膀, 华维
2020, 44(6): 1203-1212.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19176
摘要(31) HTML(6) PDF (6625KB)(18)
摘要:
本文使用三个全球气候模式驱动下的高分辨率区域气候模式RegCM4的试验数据,首先评估了RegCM4对参考时段(1986~2005年)中国干燥度指数(AI)的模拟能力,而后根据典型浓度路径中等排放(RCP4.5)情景下RegCM4试验对中国未来干湿变化进行了预估研究。结果表明,RegCM4能够合理模拟中国区域AI的空间分布。两种潜在蒸散发计算方法得到的参考时段AI在空间分布和数值上存在一定差异,尤其是在中国西部高海拔地区和北方地区。在三个全球气候模式驱动场作用下的RegCM4预估试验中,21世纪中期(2046~2065年)和末期(2081~2098年)中国区域平均AI较参考时段分别减小2%~4%和2%~5%,其中西北中部变湿,其他地区均变干。不同地区未来干湿变化的主要影响因素存在差异,西北中部降水变化为主导因素,其他地区主要受控于升温所引起的潜在蒸散发变化。
气溶胶辐射效应对边界层结构及夹卷特征影响的观测分析
陶昕宇, 黄建平, 谢晓金, 王咏薇, 包云轩, 刘诚, 张潇艳, 徐家平
2020, 44(6): 1213-1223.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19180
摘要(47) HTML(9) PDF (3283KB)(20)
摘要:
2017年12月22日至2018年1月18日利用无人机携带温、湿和颗粒物浓度探测仪对南京地区灰霾污染条件下大气边界层垂直结构开展加密观测。通过比较不同灰霾污染条件下温度、湿度和PM2.5(直径小于2.5微米的颗粒物)浓度的垂直结构差异,结合地面热通量、2米空气温度、相对湿度、风速、风向及主要大气污染物(如臭氧和PM2.5)浓度,定量评估了气溶胶辐射效应对边界层和夹卷过程的影响。分析表明,灰霾或气溶胶削弱到达地表太阳辐射,减小地表感热通量,延迟边界层发展,增加近地层大气稳定度,降低边界层高度,并加重灰霾污染。灰霾污染物在混合层顶处累积,导致PM2.5浓度最大变化出现在边界层顶部而不是近地层。气溶胶辐射效应对夹卷特征及其特征参数有重要影响。灰霾浓度升高时,夹卷区厚度增加;无量纲化夹卷速度随对流理查逊数的变化不再符合负1次方幂函数关系,与大涡模拟结果一致。本研究进一步指出,为提高重霾污染条件下天气和空气质量数值预报水平,必须考虑气溶胶辐射效应对边界层和夹卷参数化的影响。
基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用
李宏宇, 张强, 王春玲, 马贵东, 井元元, 岳平, 张良
2020, 44(6): 1224-1242.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19192
摘要(55) HTML(1) PDF (5736KB)(18)
摘要:
夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。
在线连续流量扩散云室对华北冬季大气冰核的观测分析
毕凯, 黄梦宇, 马新成, 田平, 陈羿辰, 丁德平
2020, 44(6): 1243-1257.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19194
摘要(25) HTML(24) PDF (2523KB)(11)
摘要:
利用国内首台在线连续流量扩散云室,2017年冬季在华北地区高山站开展了大气冰核观测;结合常规气象要素、降水滴谱、气溶胶观测,分析了大气冰核数浓度特征,并对冰核活化参数化方法以及降雪对冰核的影响进行了研究。结果表明:(1)大气冰核在不同时间的浓度差异较大,−20°C时数浓度变化范围为2.50~76.8 L−1,平均值为18.347 L−1;(2)大气冰核浓度随活化温度降低呈指数增加趋势,随过饱和度增加呈指数增加,凝华核化所占比例约为18.64%;(3)大气冰核与粒径大于0.5 μm的气溶胶数浓度的关系可用参数化表示,相关性大于仅基于活化温度建立的参数化公式;(4)降雪过程大气冰核具有先增加后减少的特征。降雪开始后大气冰核数浓度增加,降雪后期系统过境伴随的大风,对气溶胶的清洗作用明显,大气冰核随之减少。本研究为在线连续流量扩散云室类型的冰核观测仪在国内首次使用,所建立的冰核参数化公式有助于华北地区冬季地形云及其降水的微物理特征研究,同时在云模式的发展和人工影响天气研究中也有重要的参考意义。
2014年南京青奥会开幕式日降水过程数值模拟研究
查思佳, 张慧娇, 李逍潇, 花少烽, 陈宝君
2020, 44(6): 1258-1274.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2002.19200
摘要(19) HTML(4) PDF (9951KB)(13)
摘要:
为评估2014年南京青奥会开幕式日的人工催化消减雨作业效果,利用中尺度数值模式WRF对当日的云降水过程和催化作业开展数值模拟。本文系第一部分工作。首先对常用的八种云微物理方案的降水模拟效果进行评估,进一步选取Thompson和Milbrandt-Yau两个微物理方案对此次降水过程的云系结构和降水形成机制进行对比分析。模拟结果表明,采用Thompson和Milbrandt-Yau两个方案模拟的云系结构和降水形成的微物理机制是一致的。开幕式当天影响奥体场馆的降水由弱的积层混合云系产生,降水过程以冰相微物理过程为主。雪的融化是雨水的主要源项,Thompson方案中雪的融化对雨水的贡献率为72%,Milbrandt-Yau方案为60%,蒸发则是雨水的主要汇项,Thompson方案中蒸发对雨水的消耗率达94%,Milbrandt-Yau方案为95.6%。
一次高原东移MCS与下游西南低涡作用并产生强降水事件的研究
汤欢, 傅慎明, 孙建华, 麦子, 靳双龙, 张元春
2020, 44(6): 1275-1290.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1911.19206
摘要(4071) HTML(7) PDF (3503KB)(3435)
摘要:
基于加密自动站降水、葵花8卫星和ECMWF ERA5再分析等多种资料,本文对2018年6月17日08时至18日22时(协调世界时,下同)一次青藏高原(简称高原)中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)东移与下游西南低涡作用并引起四川盆地强降水的典型事件进行了研究(四川盆地附近最大6小时降水量高达88.5 mm)。研究表明,本次事件四川盆地的强降水主要由高原东移MCS与西南低涡作用引起,高原MCS与西南低涡的耦合期是本次降水的强盛时段,暴雨区主要集中在高原东移MCS的冷云区。高原东移MCS整个生命史长达33 h,在其生命史中,它经历了强度起伏变化的数个阶段,总体而言,移出高原前后,高原MCS对流的重心显著降低,但对流强度大大增强。在高原MCS的演变过程中,四川盆地有西南低涡发展,该涡旋生命史约为21h,所在层次比较浅薄,主要位于对流层低层。西南低涡与高原MCS存在显著的作用,在高原MCS与西南低涡耦合阶段,两者的上升运动区相叠加直接造成了强降水。此后,由于高原MCS系统东移而西南低涡维持准静止,高原MCS与西南低涡解耦,西南低涡由此减弱消亡,东移高原MCS所伴随的降水也随之减弱。涡度收支表明,散度项是西南低涡发展和维持的最主导因子,此外,倾斜项是800 hPa以下正涡度制造的第二贡献项,而垂直输送项则是西南低涡800hPa以上正涡度增长的另一个主导项,这两项分别有利于西南低涡向下和向上的伸展。相关分析表明,在西南低涡发展期间,高原MCS中冷云面积(相当黑体亮度温度TBB≤−52°C)可以有效地指示西南低涡强度(涡度)的变化,超前两小时的相关最显著,相关系数可达0.83。
基于骨架的线状对流系统客观量化识别算法研究
盛杰, 郑永光, 沈新勇, 张小雯
2020, 44(6): 1291-1304.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19210
摘要(4) HTML(1) PDF (6175KB)(4)
摘要:
本文将计算机图形学骨架概念应用到气象学领域,发展了回波图像预处理、骨架修剪处理以及长宽比量化处理技术,该方法能自动识别出雷达回波拼图中符合气象学标准的线状对流系统(quasi-linear convective systems,QLCSs)。首先结合2016年黄淮地区一次双QLCSs过程给出了基于骨架的QLCSs客观量化算法的具体技术流程,然后利用该方法对2016年6月安徽地区的QLCSs进行客观筛选,并进一步量化识别QLCSs的移动特征,结合灾害天气实况与主观识别进行对比评估,结果表明:结合气象学标准改造的骨架图像识别算法,较好保留了气象回波形状信息,在准确量化对流系统长短轴的基础上,实现QLCSs的有效识别。而获得的量化移动矢量等特征,一方面可应用于致灾QLCSs的分类研究,为开展长序列统计及致灾机理分析提供个例识别方法和量化特征,另一方面也为QLCSs的短临监测预警业务提供新的思路。
1961~2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析
艾雅雯, 孙建奇, 韩双泽, 张梦琪, 华维
2020, 44(6): 1305-1319.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19223
摘要(35) HTML(3) PDF (4061KB)(27)
摘要:
利用1961~2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2~4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2~4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2~4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。
“威马逊”(1409)强降水物理过程模拟诊断研究
薛一迪, 崔晓鹏
2020, 44(6): 1320-1336.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19224
摘要(20) HTML(2) PDF (14574KB)(9)
摘要:
利用WRF模式,结合三维降水诊断方程和降水效率定义,针对1409号超强台风“威马逊”临岸迅速加强为超强台风并登陆我国华南沿海这一时段的强降水物理过程开展了高分辨率数值模拟诊断研究。结果表明,“威马逊”主体环流区域内一直维持很强的平均降水强度(PS),陆地和海洋PS的相对贡献基本呈反向变化,登陆期间陆面摩擦辐合增强,有利于水汽更多地向陆地区域辐合(QWVA代表垂直积分的三维水汽通量辐合/辐散率,此时段QWVA为正值),造成登陆前短时段内陆地上空局地大气增湿(QWVL代表垂直积分的水汽局地变化率的负值,此时段Q WVL为负值),借助云微物理过程快速转化为液相和固相云水凝物(QCLLQCIL分别代表垂直积分的液相和固相云水凝物局地变化率的负值,此时段QCLLQCIL为负值),促使陆地上空降水云系快速发展和降水强度增强,而当环流中心位于北部湾洋面时,海洋QWVA的相对贡献显著增强,登陆期间下垫面的变化导致水汽相关物理过程明显变化,进而造成降水云系和强降水中心的显著变化;与陆地相比,海洋表面蒸发的作用更强,变化更明显;“威马逊”影响华南沿海期间,主体环流圈内平均的QCLLQCIL均基本呈现“正—负—正”的变化特征,当环流中心位于北部湾洋面(三次登陆时期)时水凝物含量以增加(减少)为主;“威马逊”主体环流区域内一直维持高降水效率,从主体环流圈接触陆地开始,陆地降水效率迅速升高,而海洋降水效率在绝大多数积分时段内维持较高数值,只在第二和第三次登陆后有所降低。
一次粤西南暴雨过程的预报误差来源分析
卢楚翰, 林琳, 周菲凡
2020, 44(6): 1337-1348.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20130
摘要(22) HTML(2) PDF (6707KB)(11)
摘要:
本文基于WRF模式研究了2015年5月16~17日广东西南地区的一次暴雨过程的预报误差来源。首先比较了以NCEP_FNL为初始资料的WRF模式的模拟预报(记为WRF_FNL)和ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)关于该次暴雨过程的确定性预报。结果表明,ECMWF具有较高的预报技巧,因此,认为ECMWF的模式和初始场都较为准确。进一步,以ECMWF的初值作为初始场,选用相同的物理参数化方案,再次用WRF模式进行预报(预报结果记为WRF_EC)。结果表明相对WRF_FNL,WRF_EC的预报结果有明显改善。这表明,初始场的改进对预报有较大的影响,初始误差是预报误差的重要来源。进一步,分析了初始误差的主要来源区域和来源变量。结果表明,南海北部湾至广西西南区域为本次暴雨预报初始误差的主要来源区域,而初始温度场和初始湿度场则为此次暴雨预报初始误差的主要来源变量。同时改进初始温度场和湿度场可以较大程度提高本次暴雨过程的预报技巧。
集合变分混合同化方案在快速循环同化系统中的应用研究
张涵斌, 李玉焕, 陈敏, 冯琎, 范水勇, 沈海波
2020, 44(6): 1349-1363.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20118
摘要(44) HTML(3) PDF (9819KB)(20)
摘要:
基于北京市气象局快速循环同化系统RMAPS-ST以及对流尺度集合预报系统RMAPS-EN,构建了En-3DVAR集合变分混合同化系统,将该系统应用到业务快速循环同化系统中并进行试验,分别在冷启动与循环启动环境下对比了混合同化系统(Hybrid)与三维变分(3DVAR)的同化预报效果。获得的结论如下:单点试验结果表明,混合同化系统分析增量的分布与集合预报离散度分布具有较好的对应关系;在冷启动和循环启动中,三维变分的分析增量都表现出各向同性的特点,混合同化分析增量均表现出一定的流依赖特征;降水个例分析表明,在冷启动环境中,Hybrid与3DVAR效果相当,而在循环启动中,Hybrid的降水预报相对于3DVAR有较明显的改进效果;批量试验检验结果表明,冷启动中,Hybrid与3DVAR的评分大致相当,而在循环启动中,Hybrid相对于3DVAR的评分有明显改进;集合离散度和背景场误差的相关性分析表明二者在循环启动环境下具有更好的相关性。
El Niño衰减年夏季西太平洋副热带高压的季节内变化
段欣妤, 薛峰, 郑飞
2020, 44(6): 1364-1376.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19196
摘要(20) HTML(0) PDF (6213KB)(8)
摘要:
本文分析了El Niño衰减年夏季西太平洋副热带高压(副高)的季节内变化,发现其季节内变化存在两种模态,一种是6~8月的一致偏西,另一种是6~7月偏西,而8月逆转为偏东,其中偏西模态的异常要远大于偏东模态。对偏西模态而言,由于热带北大西洋海温正异常的强迫影响,激发出一个从北大西洋经过欧亚大陆高纬度到东亚的遥相关,抑制了暖池地区的对流,东亚地区位势高度增加,从而导致副高加强西伸。在偏东模态下,热带印度洋海温异常演变与偏西模态类似,但强度偏低,同时热带北大西洋海温正异常在4月达到峰值后衰减,导致两大洋对8月暖池地区对流的抑制作用减弱。此外,由于6~7月暖池海温持续升高,在局地海气相互作用下,8月暖池对流发展,位势高度场降低,从而造成副高减弱东退。因此,副高8月异常主要取决于热带北大西洋海温异常。在预测El Niño 衰减年副高异常变化时,要综合考虑两大洋海温异常的影响。
2020zML 目录
2020, 44(6): 1-8.  
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摘要:

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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