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2008年  第32卷  第1期

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中国雨季的气候学特征
王遵娅, 丁一汇
2008, 32(1): 1-13. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.01
摘要:
利用中国740站气候平均逐候降雨量对中国的主雨季进行定义,并对雨季(包括主雨季,春雨和秋雨)的气候学特征进行了讨论。结果表明:全国主雨季最早爆发于华南中部,最晚结束于华西地区。主雨季能持续4到14候不等,雨量占年总降水的30%~60%。主雨季在中国东部为季风雨季,自南向北推进;在西部受西风带影响,北方略早于南方, 且局地性强。中国雨季具有明显的区域性和阶段性特征。中国气候的夏季降水时间序列主要反映了季节循环特征, 但气候季节内振荡(CISO)对东部雨季的持续和推进具有明显的调制作用,其中长江中下游及其以南地区以30~60天周期为主。
一个海洋环流模式模拟的北印度洋经向环流及其热输送
吴方华, 李薇, 刘海龙,
2008, 32(1): 14-26. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.02
摘要:
对比两个同化资料GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)和SODA(Simple Ocean Data Assimilation),考察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发展的气候系统海洋模式LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)模拟的北印度洋经向环流及热输送的气候态。LICOM能抓住北印度洋大尺度环流的季节变化特征,模拟的年平均越赤道热输送为-0.24 PW (1 PW=1015W),较之以往的数值模式结果更接近观测和同化资料。与同化资料的差异主要体现在季节变化强度,北半球夏季在赤道以南偏弱0.5 PW,这与模式夏季的纬向风应力偏弱,热输送中的大项Ekman热输送模拟偏弱,从而模拟的经圈翻转环流较浅有关。
利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 II. 实例分析
段民征, 吕达仁
2008, 32(1): 27-35. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.03
摘要:
由于陆地地表反照率的复杂性,陆地上空气溶胶的反演一直是卫星对地观测的一个难点,针对这个难点,作者提出联合利用偏振反射率和总反射率提取陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率及其区域分布的反演方案,提出了利用NCEP资料订正由海拔高度引起的Rayleigh散射变化的具体方法,并利用POLDER(POLarization and Directionality of Earth's Reflectance)的LEVEL-1B资料进行实际反演计算,给出中国华北地区气溶胶光学厚度和地表反照率的区域分布。反演结果与地基观测进行了对比验证分析,结果表明,综合利用标量辐射和偏振信息的可以实现区域乃至全球尺度的大气气溶胶和地表反照率的定量反演。
SMIP2试验对亚洲夏季风的模拟能力及其可预报性的分析
施洪波, 周天军, 万慧,
2008, 32(1): 36-52. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.04
摘要:
利用参加第二次季节预测模式比较计划(Phase 2 of the Seasonal Prediction Model Intercomparison Project,简称SMIP2)的五个大气环流模式的输出结果,比较了这些模式对亚洲夏季降水的模拟能力,并讨论了大气环流模式在季节尺度上对亚洲夏季风的可预报性。结果表明,各模式能够较好地模拟亚洲夏季降水的大尺度分布特征。除了模拟的东亚夏季降水异常经验正交函数分解第一模态(EOF1)的时间系数与观测之间的相关系数较低之外,多数模式可以大致再现东亚、南亚和西太平洋夏季降水异常EOF1及其对应的时间系数。分析表明,热带地区有很好的可预报性,北半球副热带地区的可预报性尽管也较好,但比热带地区要低,南半球热带以外地区的可预报性较差,陆地上的可预报性比海洋上低。在热带和北半球副热带地区,由海温强迫所产生的较大外部方差对此地高可预报性有很大的贡献。与正常年份相比,模式在强El Ni?o年和强La Ni?a年表现出较高的可预报性,在南亚和印度洋地区大多数模式在El Ni?o年比La Ni?a年产生了更好的可预报性,在中西太平洋区域El Ni?o年可预报性的高值中心较La Ni?a年位置偏西。
风向变化特征在季风模拟评估中的应用
张丽, 李建平
2008, 32(1): 53-66. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.05
摘要:
作者抓住季风风向具有季节性反转这一最本质的特征,引入了“有向转角”的新概念,它与传统盛行风夹角的概念不同,能够反映风向逐日变化的方向性和旋转角度的大小。用欧拉观点揭示了季风风矢量随时间演变的旋转特点, 体现了季风风向独具特色的季节演变过程。同时,发现不同地区风向的季节循环有6种基本类型:(I)先顺时针后逆时针旋转、(II)先逆时针后顺时针旋转、(III)完全顺时针旋转、(IV)完全逆时针旋转、(V)风向稳定型和(VI)风向变化不稳定型。且季风风向的季节性反转主要通过前四种旋转方式来实现。分析了这6种风向变化型的全球分布特征,研究了它们与大气环流系统演变的联系。并进一步将“有向转角” 概念用于IPCC第四次评估报告AMIP试验8个模式的模拟评估,结果表明,这一概念的引入能从逐日变化的角度凸显风向变化过程,不仅能够客观反映模式模拟季风风向逐日变化的动力过程以及风矢量旋转方式的全球分布,还能体现模式对大气环流系统季节演变的表征能力。研究还发现在这8个模式中,大多数模式基本能把风矢量旋转方式的全球分布形式模拟出来,但对于季风区风矢量旋转方式的模拟还有待于进一步提高。
用MODIS反演北京城市地区地表反照率精度以及算法改进
王开存, 王建凯, 王普才,
2008, 32(1): 67-74. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.06
摘要:
MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)地表反照率的精度在乡村地区已经得到了检验,但是至今没有在城市地区的有关研究。地表反照率的精度在很大程度上取决于大气订正的精度,作者利用2002年以来的北京AERONET(国际气溶胶检测网络)站点Cimel气溶胶观测资料对反射率进行大气订正,通过对比来评价MODIS地表反照率算法中大气订正的精度。结果发现,MODIS大气订正在蓝光波段具有明显的过度订正现象,MODIS大气订正后地表反射率平均偏低0.03。MODIS地表反照率在冬季有约75%的缺测,这是因为冬季严重的空气污染使得MODIS云检测得到晴空观测较少。MODIS使用三参数双向反射率函数(BRDF)要求16天以内至少有3次以上的晴空观测(MODIS算法中要求7次)。通过分析MODIS反演得到的三参数,发现虽然它们的绝对值具有明显的季节变化,但是它们的比值是十分稳定的,这样使BRDF函数降低到只需要一个参数,有效降低了对晴空观测次数的要求,这一思想可以应用到热带等晴空日数较少的地区。
年际时间尺度上全球植被与大气相互作用的诊断分析
李伟平, 季劲钧, 董文杰,
2008, 32(1): 75-89. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.07
摘要:
利用NOAA AVHRR得到的19年(1982~2000)全球月平均的叶面积指数(LAI)与ERA40近地面气温和CMAP降水进行时滞相关分析,并研究了LAI的年际变化对后期温度、降水的反馈作用。结果表明,大部分地区LAI与同期气温的相关性更好,30°N以北(以南)基本上为正(负)相关。LAI滞后一个月时,北半球中低纬度和20°S以南大部地区LAI与降水的正相关更强;而在北半球中纬度大陆东部和南半球热带地区,LAI与前一个月温度的关系更密切。LAI与温度的相关性在春、秋季最明显,LAI与降水的关系在雨季最密切。LAI对气温比较显著的正反馈主要分布在北半球中高纬度地区;20°S以南大部地区为比较显著的负反馈。LAI对降水比较显著的正反馈分散在北美大陆西北部、东欧平原南部、欧亚大陆东北部和热带沿海地区。中高纬度(尤其是北半球)大部分地区LAI 对气温、降水反馈部分的解释方差达到总方差的20%以上。
两种积云对流参数化方案对1998年区域气候季节变化模拟的影响研究
胡轶佳, 钟中, 闵锦忠
2008, 32(1): 90-100. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.08
摘要:
利用区域气候模式RegCM3,选择Kuo-Anthes积云对流参数化方案和基于FC80假设的Grell积云对流参数化方案,对1998年东亚气候分别进行年尺度模拟,模拟结果对比分析表明:在春、夏季转换时期, 两者模拟的降水形势差别较大, 对江淮、中南和华南地区的夏季降水量模拟差别最为明显。对流层上层模式变量和模式大气质量对积云对流参数化方案的选择不敏感, 而对流层中、下层模式变量对积云对流参数化方案比较敏感。不同积云对流参数化方案对8天时间尺度的天气系统模拟差别比较大。在积云对流比较活跃的夏季,不同参数化方案会导致模式大气出现不同的系统性偏差。由于模式在陡峭地形处动力过程计算方案存在缺陷,在高原与盆地的交界处,模式误差会产生明显的突变。
江淮地区梅雨的新定义及其气候特征
胡娅敏, 丁一汇, 廖菲
2008, 32(1): 101-112. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.09
摘要:
用Cressman客观分析方法得到我国1954~2005年0.5°×0.5°的逐日降水格点资料,并定义了一个新的江淮地区的 “广义梅雨评定标准”,研究了包括长江中下游地区和淮河流域地区的整个江淮地区(28°N~34°N,110°E~122°E)梅雨期降水的气候特征。结果表明:江淮梅雨有显著的年际和年代际变化特征,主要存在2~3年、6~8年、 12~15年和18~20年的周期变化,2~3年的显著周期主要集中在20世纪70年代末以后。江淮地区梅雨在1965年前后、70年代末~80年代初和90年代初发生了三次显著的气候跃变。最后,从季风气流的水汽输送和副热带高压及阻塞高压的稳定维持三个方面讨论了江淮梅雨丰梅年和弱梅年时大气环流的异常特征。
长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征
竺夏英, 何金海, 吴志伟
2008, 32(1): 113-122. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.10
摘要:
利用1957~2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA-40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期(6~7月份)和前期(前一年12月份至当年5月份)的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾-印度尼西亚-副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1~4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。
湍流微气象观测的印痕分析方法及其应用拓展
蔡旭晖
2008, 32(1): 123-132. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.11
摘要:
在地面与大气间湍流相互作用的研究工作中,印痕(footprint)与印痕分析发挥着越来越重要的作用。文中介绍微气象学意义下印痕与印痕分析的理论、方法、历史和最新研究进展。着重介绍了具有理论和实用意义的数学解析印痕模型和拉格朗日数值印痕模型。对印痕分析在实际工作中的应用与问题进行了评述。文中明确指出了印痕概念的三维空间性质,探讨了将印痕分析从微气象学范畴拓展到中尺度范围的可能性, 及其在大气环境问题研究中的意义。
风廓线雷达对大气折射率结构常数的探测研究
阮征, 何平, 葛润生
2008, 32(1): 133-140. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.12
摘要:
基于湍流散射理论,构建了风廓线雷达(WPR)强度信息对大气折射率结构常数的估算方法。经过对WPR多种探测模式探测数据的估算分析,发现雷达参数的确切选用、信噪比(SNR)测量方法的合理性以及信号累积得益的认定对大气折射率结构常数的准确估算有较大的影响,为此提出适合WPR多种探测模式对该估算值规范化处理方法。利用北京两部对流层风廓线雷达五种探测模式于2005年获取的部分观测数据,进行了规范化计算及对比分析。结果表明,邻近时刻的不同风廓线雷达探测估算结果有较好的一致性,其垂直分布结构合理,呈指数形式, 统计结果与国内外的分析研究结果较为吻合。
引发川东暴雨的西南低涡演变特征个例分析
于波, 林永辉
2008, 32(1): 141-154. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.13
摘要:
利用NCEP格点再分析资料、观测资料和MM5模式的高分辨率输出资料,对2004年9月4~6日发生在四川盆地东部地区的大暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟,重点分析引发这次大暴雨的西南低涡的结构和演变特征及其在暴雨发生发展过程中的作用。对低层850 hPa、700 hPa 候平均水汽通量和各时刻整层水汽通量的分析表明,此次西南低涡暴雨的水汽主要来自于南海,水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经青藏高原东部流入四川盆地。在西南低涡的发展过程中,“桑达”台风向西北移动, 阻断了西太平洋副热带高压的东退并切断副高,被切断的高压部分滞留在西南低涡东侧,导致低涡不能顺利东移。数值模拟研究发现,在西南低涡的发展过程中,中层400~500 hPa 附近一直伴有涡旋的存在,且此涡旋的发展演变过程与低层涡旋明显不同;中层涡旋的发展不像低层涡旋那样呈现单边持续地增长或衰减的特征,而是呈现明显的增长-衰减-再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层涡旋也并不一致。 分析表明这个中层涡旋实际上是中层大气里一个中尺度闭合低压造成的,这个闭合低压是由高空槽加深发展而来的。数值模拟输出结果还显示,发生在西南低涡东侧切变线里的对流垂直运动是由高空槽里的闭合低压激发出来的。
华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系
谷德军, 梁建茵, 郑彬,
2008, 32(1): 155-164. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.14
摘要:
利用1951~2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2~3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。
气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系
祁莉, 管兆勇, 张祖强,
2008, 32(1): 165-174. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.15
摘要:
副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其“季节锁相”与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5~10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5~10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线(原脊线)继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8~10天周期的“间歇性增强东伸”密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的“季节锁相”。进一步分析发现,季风槽8~10天的“间歇性增强东伸”与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区(10°N~15°N,110°E~120°E),共同作用,引起季风槽的“间歇性增强东伸”。
一次东风波及其诱生低涡的螺旋度特征分析
郑峰, 徐海明, 丁一汇
2008, 32(1): 175-183. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.16
摘要:
利用美国国家环境预报中心NCEP 1°×1°再分析资料,详细阐述了2001年8月3~4日浙南闽北的东风波暴雨过程的螺旋度的计算方法,并根据螺旋度(Helicity)和Q矢量(Q vector divergence)分析了过程中的暴雨演变以及雁荡山脉诱生中尺度低涡发生发展的原因。同时,利用中尺度有限区域模式MM5V2对该东风波诱生中尺度低涡进行模拟。结果表明:螺旋度大值中心强度和位置的演变较好地反映了暴雨落区和中尺度低涡的诱生、移动,螺旋度的时空演变对暴雨发生有一定的预示意义,螺旋度计算较中尺度模式诱生低涡的初生位置、路径预报准确率高,两者集成可以提高诱生低涡的预报准确率。同时,螺旋度梯度大值区和Q矢量散度梯度大值区叠加区的时空演变对暴雨发生、 诱生低涡的初生位置预示准确,说明该叠加区对降水和系统的诊断能力强,具有很好的指示意义。
2005年6月广东一次暴雨过程的中尺度对流系统的数值研究
王婷, 吴池胜, 冯瑞权
2008, 32(1): 184-196. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.01.17
摘要:
2005年6月20~21日,一个活动在锋前暖区的长生命史的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)给广东地区带来一次大范围的暴雨降水过程。天气学分析表明,从北部湾指向广西东部的低空急流核前方的水汽通量辐合对MCS初始的发展加强有重要作用。作者利用MM5模式成功地模拟出与此MCS相联系的天气尺度背景场和中尺度的降雨分布,利用高分辨的模式输出结果分析了成熟阶段MCS的β中尺度系统的结构和演变特征,结果表明: (1)在MCS的发展加强过程中,其内的β中尺度对流中心经历了此消彼长的更替过程,伴随着β中尺度对流中心的发展,与之相联系的正涡度中心由对流层的下部向中上部伸展,形成高达300 hPa 附近的下宽上窄的强涡柱;在成熟阶段,沿系统移动方向上的对流层中部的涡度场呈正负相间,宽约50 km,且与对流带近于平行的带状分布。(2)MCS的海平面气压场呈跷跷板型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内。(3)成熟阶段MCS的β中尺度环流特征主要包括:强对流区内是一支近于垂直的深厚的对流尺度的上升流,紧接在其后方的对流层下部有一支对流尺度的下沉气流;系统前部有深厚的入流,其中较强的两支入流分别出现在900 hPa和300 hPa高度附近;层状降雨区内有中尺度的上升气流和下沉气流,二者的分界线在0℃层高度附近;对流层下(上)部强大的水平辐合(散)流中最大的水平辐合(散)约出现在900 hPa(200 hPa)。