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2005年  第29卷  第5期

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近代中国北方干湿变化趋势的多时段特征
马柱国, 黄刚, 甘文强, 陈明林
2005, 29(5): 671-681. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.01
摘要:
利用CRU(Climate Research Unit)月降水和月平均气温资料, 通过构造一个既包含降水变化又考虑温度变化对潜在蒸发影响的干湿指标, 对我国北方近100年(1901~1998年)、 50年(1951~2002年)、 20年(1981~2002年)和近10年(1991~2002年)干湿变化趋势进行了系统的检测和分析, 突出了在全球增暖背景下温度变化对干湿变化的重要影响, 揭示了中国北方四个不同时段干湿变化趋势的基本特征.结果表明: 由于受温度升高的影响, 近100年我国西部地区降水尽管增加但并不存在变湿趋势, 而东部地区降水显著增加的地区明显呈现出变湿趋势, 显著变湿的范围较降水增加的范围大, 且强度明显增强, 这与这个地区温度的降低有关.在近50年, 100°E以东的北方地区是明显的干旱化趋势; 西北西部显著变湿的范围较降水显著增加的范围为小, 而东部干旱化区域的范围较降水显著减少的区域大.这充分说明了增暖能够减弱降水增加对地表水分收支的贡献, 也就是加剧降水减少的干旱化程度.在近20年, 新疆北部尽管降水量有所增加, 但并未改变该地区干旱化的时空格局, 也未发现显著的变湿趋势存在, 这个时段北方大部分地区仍然以干旱化趋势为主.特别值得注意的是, 在有些地区干湿指标的变化趋势与降水的变化趋势完全相反.在20年和近100年时段上, 我国西部大部分地区仍处在一个干旱化的进程中, 而华北地区在20年和50年时段上均表现为一个干旱化的趋势.
关于北半球准定常行星波年际变化的资料分析和数值模拟
杨蕾, 陈文, 黄荣辉
2005, 29(5): 682-696. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.02
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料和大气环流模式(CCSR/NIES AGCM Ver.5.6), 对北半球冬季准定常行星波活动的年际变化进行了分析和模拟.基于以前对EP通量散度的遥相关分析, 作者将EP通量散度的EOF第一分量时间序列T1定义为年际变化指数.对应于T1的高指数, 在对流层和平流层低层, 准定常行星波更多地折向赤道传播, 从而在对流层出现一个EP通量散度的偶极子型异常, 这一形势主要来自2波和3波的贡献; 而折向高纬度经极地波导向上传播的行星波活动减弱了, 在高纬度产生异常辐散, 这一形势主要来自1波和2波的贡献.相关和回归分析发现, 准定常行星波的年际变化与北极涛动有密切联系, 与T1对应的纬向平均流场以及位势高度场的异常分布都与北极涛动下的异常形势非常相似.利用大气环流模式模拟的结果显示, 模式在对流层可以很好地模拟准定常行星波的年际变化以及北极涛动形势, 并且二者同样密切相关.但是模式还不能很好地模拟行星波经极地波导向平流层传播的年际变化, 对可能的成因也进行了探讨.
利用海气耦合模式模拟印度尼西亚贯穿流
李志强, 俞永强, 王谦谦
2005, 29(5): 697-708. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.03
摘要:
利用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)发展的全球耦合气候系统模式(FGCM-1.0)100年数值模拟结果, 分析了模式模拟的印度尼西亚贯穿流(ITF)的平均态、季节变化和年际变化, 并且利用这些资料对ITF季节变化和年际变化的成因做了初步分析.模式模拟的ITF平均态、季节变化和年际变化同已有的观测结果相比是合理的, 经作者分析认为ITF的季节变化主要是因为印度尼西亚海域地处亚澳季风区, 海流对于季风的响应使得ITF发生季节变化; ITF的年际变化主要是因为热带环流的年际变化及其所导致的洋流调整造成的, 太平洋和印度洋都有影响.
1990~2002年北京地区大气臭氧垂直分布Umkehr观测反演研究
杨景梅, 邱金桓, 赵延亮
2005, 29(5): 709-716. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.04
摘要:
基于标准Umkehr反演算法, 利用北京地区Dobson仪器逆转观测资料, 反演计算出臭氧垂直分布.在反演过程中加入气溶胶订正因子, 使反演结果更加合理.利用臭氧垂直分布反演结果, 研究1990~2002年北京地区臭氧垂直分布特征和变化情况.结果表明在1992年秋季和1993年春季期间, 在10.3~23.5 km范围内臭氧浓度有较大幅度降低, 造成了这个期间月平均臭氧总量的明显偏低; 1990年到2002年期间, 臭氧总量的变化呈现出缓慢下降趋势, 但不同高度臭氧含量的变化趋势有所不同.
一种新型的中尺度暴雨集合预报初值扰动方法研究
陈静, 薛纪善, 颜宏
2005, 29(5): 717-726. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.05
摘要:
提出一种针对对流不稳定构造具有中尺度运动特征的集合预报扰动初值的新方法--异物理模态法, 介绍了异物理模态法产生初值扰动区域和扰动振幅的数学处理方案, 即由不同对流参数化方案预报离差获得集合预报初值扰动区域、扰动结构和扰动振幅的数学处理过程. 利用美国PSU/NCAR的MM5中尺度模式, 对一次典型暴雨进行异物理模态法初值扰动集合预报试验, 详细分析了扰动初值的结构和集合预报结果. 结果表明, 该方法产生的初值扰动场具有合理的中尺度环流结构, 可以反映对流敏感区域的对流不稳定的预报不确定性, 集合预报结果可以明显改善控制预报.
β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制I. 涡旋Rossby波的相速度
沈新勇, 倪允琪, 张铭, 赵南, 彭丽霞
2005, 29(5): 727-733. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.06
摘要:
使用纬向基流下横波型扰动的Boussinesq近似方程组, 分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动发生不稳定时, 大尺度背景流场在垂直方向上的各种分布特征.在大气层结比较稳定的情况下, 如果基本气流在低层和高层较大(有可能存在低空急流和高空急流), 此时产生的β中尺度不稳定扰动相对于基流向东传播, 甚至于快速向东传播.基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用.如果考虑基流的二次切变, 可以得到涡旋Rossby波的相速度表达式, 涡旋Rossby波相对于基本气流是单向传播的.涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速二次切变, 亦即基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀所致.涡旋Rossby波的相速度与纬向波数也有关, 它的能量是频散的, 其在纬向x方向也存在群速度.在基本流场的风速存在二次切变时, 横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby重力波的不稳定; 而在基本流场的风速仅仅存在线性切变, 不存在二次切变时, 横波型扰动的不稳定则是重力惯性波的不稳定.
中国及邻近地区污染排放对对流层臭氧变化与辐射影响的研究
王卫国, 吴涧, 刘红年, 郭世昌, 陈新梅, 罗燕
2005, 29(5): 734-746. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.07
摘要:
利用双向耦合的区域气候模式和大气化学模式系统, 研究了中国与邻近地区人为污染排放引起对流层臭氧变化和产生的辐射强迫.结果表明, 污染排放对对流层臭氧含量的影响有明显的季节变化, 对北方的影响不如南方显著, 西部的季节变化稳定且小于东部, 内陆污染地区各季节臭氧柱含量的变化量均较高.对整个模拟区域而言, 臭氧变化量的年平均值为30.928 DU, 春季最大为32.168 DU, 而空间分布变化在12~38 DU之间.臭氧变化量对北方地区辐射的影响较小, 而对低纬和华东地区影响较大, 臭氧变化量引起的晴空地气系统短波辐射强迫、长波辐射强迫的平均值分别是0.185 W·m-2和0.464 W·m-2, 标准化短波辐射强迫与净辐射强迫值为0.006 W·m-2·DU-1和0.021 W·m-2·DU-1.气候反馈过程对对流层臭氧含量的影响范围在-0.470~0.752 DU之间, 包含气候反馈过程的区域年平均臭氧变化量是30.942 DU.在气候反馈条件下, 臭氧变化量的短波和长波辐射强迫分别是0.249 W·m-2及 0.482 W·m-2, 标准化的短波与净辐射强迫值为0.008 W·m-2·DU-1和0.024 W·m-2·DU-1.臭氧变化量导致地表温度的变化范围在±0.80 K之间.
2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较
武炳义
2005, 29(5): 747-760. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.08
摘要:
利用国际北极浮冰运动观测资料 (IABP)(1979~1998)以及NCEP/NCAR月平均海平面气压再分析资料(1960~2002), 通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵, 研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系.冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成, 与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区.尽管北极涛动(北大西洋涛动)通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动, 但是, 北极涛动(北大西洋涛动)并不是决定海冰运动主模态的关键性因素.
2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较
陈奕德, 蒋国荣, 张韧, 闫俊岳, 姚华栋, 唐志毅
2005, 29(5): 761-770. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.09
摘要:
基于2002年南海夏季风期间西沙海气通量观测试验, 采用梯度廓线法计算了观测期间的动量通量、潜热通量、感热通量及其相关要素, 并进行了分析与对比.结果表明: 南海夏季风爆发前后, 南海北部海气通量及其相关要素等都存在显著差异, 不同天气形势下也有较大变化; 南海北部海域在全球海气相互作用中的影响可能不如西太平洋显著; 平均而言, 三次试验的南海北部海气通量变化较小, 感热通量与潜热通量之间存在比较稳定的比例关系, 鲍恩比(Bowen Ratio)维持在大约0.05.
2003年夏季淮河流域梅雨期西太平洋副高结构和活动特征及动力机制分析
赵兵科, 姚秀萍, 吴国雄
2005, 29(5): 771-779. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.10
摘要:
通过资料分析和诊断, 揭示了在2003年6~7月淮河流域暴雨期间, 西太平洋副高相对偏北并且呈现南北变化相对稳定、东西变化明显的特征; 强劲而稳定少动的中纬度西风急流使得西太平洋副高难以北抬, 从而造成了淮河流域降雨带的稳定少动. 同时, 分析表明每一次雨锋的出现伴有高层南亚高压的东伸, 并诱发500 hPa西太平洋副高西伸至我国沿海, 导致淮河流域多雨, 江南干旱高温.分析还发现高、低空副热带高压影响天气系统发展的如下机制: (1) 沿30°N东伸的高层南亚高压脊在东部30°N以北地区引起辐散和上升, 在30°N以南地区引起辐合和下沉; (2) 江南高层的辐合下沉气流在中低空的辐散增强了局地的负涡度, 诱发西太平洋副高西伸; (3) 沿增强了的西太平洋副高西北侧的偏西南气流在30°N以北辐合, 增强了局地的上升运动, 为暴雨的产生创造了大尺度的背景流场; (4) 副高西北侧的暴雨加强了低空的南风和高层的北风, 从而使高层东伸的南亚高压和低层西伸的西太平洋副高在我国东部稳定维持.
ATOVS资料在长江流域一次暴雨过程模拟中的应用
齐琳琳, 孙建华, 张小玲, 赵思雄
2005, 29(5): 780-794. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.11
摘要:
利用2002年 "973" 中国暴雨试验(CHeRES)期间获取的常规、非常规观测资料, 对7月22~23日长江中下游地区的一次大暴雨过程进行了分析和模拟研究.分析表明, 此次降雨过程是由东北-西南向梅雨锋上发生发展的β中尺度对流云团造成.在高低空环流的共同作用下, 高空槽后干冷气流与西南暖湿气流在长江中下游地区频繁交汇, 使得中尺度对流系统得以持续发展.模拟研究发现, 由于梅雨锋云带结构比较松散, 造成降雨的强对流系统尺度较小, 仅利用常规探空资料难以理想地模拟出降雨过程中对流云团的强度、演变.为此, 采用不同同化方案同化NOAA16卫星的ATOVS资料, 对此次降雨过程进行了对比模拟试验.结果发现, 形成模式初始场时考虑间接同化ATOVS反演得出的温、湿资料, 模式虽然同样能较好地对造成暴雨的主要天气系统、降雨的主要落区以及暴雨发生的时段进行模拟, 但雨区和雨强的模拟效果没有明显改进.相比而言, 采用增量三维变分同化系统, 直接同化ATOVS资料形成初始场, 不仅可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 而且对降雨的落区、强度、暴雨发生时段均有较好的反映.模拟试验结果表明, 直接同化ATOVS资料, 模拟的梅雨锋上局地暴雨强度与实际降雨量级基本一致, 且可以有效改进对流层温、湿场分布.这不仅说明ATOVS资料的使用对于提高梅雨锋上局地暴雨过程模拟效果是可行的、必要的, 而且也为该资料用于梅雨锋暴雨的预报奠定了基础.
一个海-冰-气耦合模式中格陵兰海海冰年际变异及其成因的个例分
刘喜迎, 张学洪, 宇如聪, 俞永强
2005, 29(5): 795-804. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.12
摘要:
利用一个全球海-冰-气耦合模式模拟结果, 选取冬季年际变率最大的海冰区--格陵兰海海冰区中的一个4年海冰剧烈变化过程展开分析, 试图探讨此个例过程中海冰剧烈变化的原因.结果表明, 在此个例中, 该区域海冰年际变异主要是由大气环流异常驱动的, 海表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应.海表面温度变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化, 但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对海表面温度变化有一定影响.
多尺度空气质量模式系统及其验证I. 模式系统介绍与气象要素模拟
张美根
2005, 29(5): 805-813. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.13
摘要:
主要介绍一个多尺度空气质量模式系统及其在东亚地区的应用. 这套模式系统充分考虑了天气系统与中、小尺度气象过程对污染物的输送、扩散、转化和迁移过程的影响, 区域与城市尺度之间大气污染物的相互影响, 以及污染物在大气中的气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉积过程对浓度分布的影响, 可用于区域与城市尺度对流层臭氧、大气气溶胶、能见度和其他空气污染物的预报和环境评价. 模拟的气象要素(风向、风速、温度和湿度)与TRACE-P 和ACE-Asia期间三架飞机上获取的观测资料的比较结果表明, 模拟值与其相应的观测值具有非常好的一致性, 它们的相关系数都超过了0.96.
2002年6月8~9日陕南大暴雨数值模拟研究
毕宝贵, 刘月巍, 李泽椿
2005, 29(5): 814-826. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.14
摘要:
通过对2002年6月8~9日陕南大暴雨过程进行数值模拟, 模拟结果较好地复制了这次陕南大暴雨过程以及与之相联系的影响陕南地区中尺度对流系统的发生、发展过程.位涡分析结果表明, 低层正值位涡扰动的存在是暴雨发生发展的重要条件.冷空气是从中层侵入西北地区东部, 这样就形成了较强的对流不稳定层结, 有利于对流降水的发生. 大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小, 使秦岭东南坡和渭河河谷下游降水增加; 而秦岭使汉江河谷、秦岭南坡降水增加, 使秦岭山脉本身和陕北地区降水减少, 秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的.
模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究
曹俊武, 刘黎平, 葛润生
2005, 29(5): 827-836. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.15
摘要:
根据不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了基本形式为不对称的T型函数的模糊逻辑识别的隶属函数, 完善了该识别方法的流程, 并利用美国KOUN雷达的观测资料, 详细讨论了利用双线偏振雷达观测资料识别降水粒子相态的方法, 并对其在实际业务运用中的合理性和可行性进行分析探讨.通过分析, 作者认为: (1)利用模糊逻辑方法处理双线偏振雷达测量到的偏振参数, 可以识别降水区域的降水粒子相态, 反映降水区域的相态结构, 识别的结果基本合理, 但还需要资料作进一步的研究.(2)从实际资料的分析结果来看, 虽然利用模糊逻辑法识别降水粒子相态得到的结果比较粗, 没有明确的数据特征值, 但是它基本上能反映各种降水粒子的相态结构, 其识别的结果对目前日常的天气预报参考和人工影响天气的作业指挥和效果评估来说还是符合可用的.为中国国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助.(3)根据有限的观测资料分析表明, 降水区域中出现60 dBZ以上的回波强度, 并不一定就会出现冰雹, 还有可能是大粒子的液态降水.综合考虑双线偏振雷达的测量参数, 可以得到更合理的结果.
用模糊神经网络自动识别云的技术研究
陈刚毅, 丁旭羲, 赵丽妍
2005, 29(5): 837-844. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.05.16
摘要:
采用模糊逻辑理论与神经网络技术方法, 构建一种新的分类识别方法--模糊神经网络 (FNN), 运用10.5~12.5 μm通道的红外卫星云图资料, 对(70°N~70°S, 70°E~150°W)范围不同的云类进行定量自动模式识别高云、中云、低云区和无云区以及相关的云量, 并结合数字图像处理的相关知识和技术, 将分类结果用直观的图像输出.