2012年 第36卷 第2期
2012, 36(2): 215-233.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11062
摘要:
本文首先扼要介绍了基于中国科学院大气物理研究所 (简称IAP) 第四代大气环流模式的新气候系统模式——CAS-ESM-C (中国科学院地球系统模式气候系统模式分量) 的发展和结构, 之后主要对该模式在模拟大气、 海洋、 陆面和海冰的气候平均态、 季节循环以及主要的年际变率等方面的能力做一个初步的评估。结果表明: 模式没有明显的气候漂移, 各分量的气候平均态整体上都比较合理。模式能相对真实地模拟出沿赤道SST的季节循环, 海冰覆盖的季节循环。东亚季风降水的季节迁徙特征在模式中的再现, 说明模式对东亚季风气候有着不错的模拟能力。除了ENSO周期略短, 平均振幅偏强外, 模式能够较好地模拟出热带太平洋SST的年际变率的各种特征。特别是得益于模式对于沿赤道SST的季节循环的较好模拟能力, 国际上公认较难模拟ENSO的季节锁相特征在CAS-ESM-C中得到了真实的再现。模式最主要的问题是存在以“双ITCZ (赤道辐合带)”现象为代表的热带偏差, 这是当今气候系统模式中常见的问题。进一步的分析表明: 单独大气模式IAP4对于降水和云的模拟存在一定的原有误差, 这些误差耦合后在海洋—大气反馈作用下演变, 最终形成了模式的热带偏差。CAS-ESM-C未来改进工作的重点宜首先放在云和降水过程, 可以考虑对大气模式中的低云方案和对积云对流参数化方案进行改进调整。
本文首先扼要介绍了基于中国科学院大气物理研究所 (简称IAP) 第四代大气环流模式的新气候系统模式——CAS-ESM-C (中国科学院地球系统模式气候系统模式分量) 的发展和结构, 之后主要对该模式在模拟大气、 海洋、 陆面和海冰的气候平均态、 季节循环以及主要的年际变率等方面的能力做一个初步的评估。结果表明: 模式没有明显的气候漂移, 各分量的气候平均态整体上都比较合理。模式能相对真实地模拟出沿赤道SST的季节循环, 海冰覆盖的季节循环。东亚季风降水的季节迁徙特征在模式中的再现, 说明模式对东亚季风气候有着不错的模拟能力。除了ENSO周期略短, 平均振幅偏强外, 模式能够较好地模拟出热带太平洋SST的年际变率的各种特征。特别是得益于模式对于沿赤道SST的季节循环的较好模拟能力, 国际上公认较难模拟ENSO的季节锁相特征在CAS-ESM-C中得到了真实的再现。模式最主要的问题是存在以“双ITCZ (赤道辐合带)”现象为代表的热带偏差, 这是当今气候系统模式中常见的问题。进一步的分析表明: 单独大气模式IAP4对于降水和云的模拟存在一定的原有误差, 这些误差耦合后在海洋—大气反馈作用下演变, 最终形成了模式的热带偏差。CAS-ESM-C未来改进工作的重点宜首先放在云和降水过程, 可以考虑对大气模式中的低云方案和对积云对流参数化方案进行改进调整。
2012, 36(2): 234-246.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11074
摘要:
相对于工业化革命前期, 全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注, 特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标。为此, 本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果, 采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况。根据模式集合平均结果, 三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年, 大气二氧化碳当量浓度分别为625 ppm、645 ppm和669 ppm (1 ppm=10-6)。对应着2℃全球变暖, 中国气候变暖幅度明显更大。从空间分布形势上看, 变暖从南向北加强, 在青藏高原地区存在一个升温大值区; 就整体而言, 中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃, 冬季升温幅度 (3.1～3.2℃) 要较其他季节更大。年平均降水量在华南大部分地区减少0～5%, 而在其余地区增加0～20%, 中国区域年平均降水增加3.4%～4.4%, 各季节增加量在0.5%～6.6%之间。
相对于工业化革命前期, 全球年平均地表气温上升2℃的时间和相应的气候变化受到了广泛关注, 特别是包括欧盟成员国在内的许多国家和国际组织已经将避免2℃全球变暖作为温室气体减排的首要目标。为此, 本文作者基于16个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟试验结果, 采用多模式集合方法预估研究了2℃全球变暖发生的时间、对应的大气中主要温室气体浓度以及中国气候变化情况。根据模式集合平均结果, 三种排放情景下2℃全球变暖分别发生在2064年、2046年和2049年, 大气二氧化碳当量浓度分别为625 ppm、645 ppm和669 ppm (1 ppm=10-6)。对应着2℃全球变暖, 中国气候变暖幅度明显更大。从空间分布形势上看, 变暖从南向北加强, 在青藏高原地区存在一个升温大值区; 就整体而言, 中国区域平均的年平均地表气温上升2.7～2.9℃, 冬季升温幅度 (3.1～3.2℃) 要较其他季节更大。年平均降水量在华南大部分地区减少0～5%, 而在其余地区增加0～20%, 中国区域年平均降水增加3.4%～4.4%, 各季节增加量在0.5%～6.6%之间。
2012, 36(2): 247-258.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.10222
摘要:
利用移动新一代天气雷达 (CINRAD/CCJ) 和长乐新一代天气雷达 (CINRAD/SA) 基数据, 采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术, 重点分析了2007年8月18日凌晨超强台风 “圣帕” 外围强带状回波的风场特征。结果表明, 带状回波具有以下特征: (1) 强盛阶段, 每个强回波中心在前进方向的右侧或右后侧对应于强东偏北风速中心 (强风核), 其中最强回波中心前侧还存在弱风速中心。这样的水平风场结构从低层一直保持到中层, 使得强回波区对应于水平辐合和正涡度区, 产生明显的上升运动, 有助于对流的发展和维持。强盛阶段云体快速移动。相对于移动的云体来说, 前侧及后侧中低层气流均指向强回波, 在强回波区及后侧水平辐合形成上升气流, 最大上升速度出现在强回波中心与北侧强风核之间。同时在强回波上空高层出现辐散, 气流主要向后流出。 (2) 减弱阶段, 较强回波中心或其北侧对应于弱风速中心, 回波中心出现负涡度区。云体移速变慢。相对于移动的云体来说, 偏东气流穿过云体。回波区气流辐合较弱, 明显的上升区出现在中层较强回波近台风中心一侧。(3) 强风核可以将位于带状回波前进方向后侧的处于减弱阶段螺旋云带的动量和水汽向带状回波发展区输送, 因此, 强风核结构很可能是带状回波快速发展的主要原因。
利用移动新一代天气雷达 (CINRAD/CCJ) 和长乐新一代天气雷达 (CINRAD/SA) 基数据, 采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术, 重点分析了2007年8月18日凌晨超强台风 “圣帕” 外围强带状回波的风场特征。结果表明, 带状回波具有以下特征: (1) 强盛阶段, 每个强回波中心在前进方向的右侧或右后侧对应于强东偏北风速中心 (强风核), 其中最强回波中心前侧还存在弱风速中心。这样的水平风场结构从低层一直保持到中层, 使得强回波区对应于水平辐合和正涡度区, 产生明显的上升运动, 有助于对流的发展和维持。强盛阶段云体快速移动。相对于移动的云体来说, 前侧及后侧中低层气流均指向强回波, 在强回波区及后侧水平辐合形成上升气流, 最大上升速度出现在强回波中心与北侧强风核之间。同时在强回波上空高层出现辐散, 气流主要向后流出。 (2) 减弱阶段, 较强回波中心或其北侧对应于弱风速中心, 回波中心出现负涡度区。云体移速变慢。相对于移动的云体来说, 偏东气流穿过云体。回波区气流辐合较弱, 明显的上升区出现在中层较强回波近台风中心一侧。(3) 强风核可以将位于带状回波前进方向后侧的处于减弱阶段螺旋云带的动量和水汽向带状回波发展区输送, 因此, 强风核结构很可能是带状回波快速发展的主要原因。
2012, 36(2): 259-270.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11046
摘要:
本文通过分辨太阳辐射日变化, 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/IAP) 气候系统海洋环流模式 (LICOM), 模拟了东太平洋冷舌区海表面温度 (SST) 的日变化特征并研究了弱混合对其影响。采用理想的太阳辐射日变化强迫上层垂向分辨率为10 m的海洋模式LICOM, 模拟出了SST日变化一些特征, 同时海洋的上层流场也产生明显日变化。模拟的SST日变化振幅水平分布与观测接近, 且受太阳辐射日变化振幅水平分布调制。在赤道中东太平洋区, 模拟的SST日变化振幅 (约为0.3～0.4℃) 比观测偏小约0.1～0.2℃。模拟的SST日变化峰值出现在15～16 时 (当地标准时间), 落后于太阳辐射峰值2～3个小时, 接近观测。进一步减弱混合后, 模拟的日变化振幅增加约0.1℃, 更接近观测。这说明在东太平洋冷舌区SST日变化主要受太阳辐射日变化和垂直混合影响。此外, 混合减小后, 在太阳辐射日变化调制下, 平均态 (如混合层、温度和流场) 也出现明显变化。在赤道东太平洋冷舌区北侧, 弱混合导致混合层变浅, 变浅使热量堆积进而使平均SST升高约0.3℃; 在赤道东太平洋冷舌南侧, 经向平流加强导致平均SST降低约0.2℃。
本文通过分辨太阳辐射日变化, 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/IAP) 气候系统海洋环流模式 (LICOM), 模拟了东太平洋冷舌区海表面温度 (SST) 的日变化特征并研究了弱混合对其影响。采用理想的太阳辐射日变化强迫上层垂向分辨率为10 m的海洋模式LICOM, 模拟出了SST日变化一些特征, 同时海洋的上层流场也产生明显日变化。模拟的SST日变化振幅水平分布与观测接近, 且受太阳辐射日变化振幅水平分布调制。在赤道中东太平洋区, 模拟的SST日变化振幅 (约为0.3～0.4℃) 比观测偏小约0.1～0.2℃。模拟的SST日变化峰值出现在15～16 时 (当地标准时间), 落后于太阳辐射峰值2～3个小时, 接近观测。进一步减弱混合后, 模拟的日变化振幅增加约0.1℃, 更接近观测。这说明在东太平洋冷舌区SST日变化主要受太阳辐射日变化和垂直混合影响。此外, 混合减小后, 在太阳辐射日变化调制下, 平均态 (如混合层、温度和流场) 也出现明显变化。在赤道东太平洋冷舌区北侧, 弱混合导致混合层变浅, 变浅使热量堆积进而使平均SST升高约0.3℃; 在赤道东太平洋冷舌南侧, 经向平流加强导致平均SST降低约0.2℃。
2012, 36(2): 271-282.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11054
摘要:
本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。
本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。
2012, 36(2): 283-296.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11044
摘要:
应用NOAA提供的1950～2008年月平均500 hPa高度场再分析资料、海表温度、太平洋年代际振荡(PDO)指数和大西洋三极模(ATM)指数, 研究了20世纪70年代末前后北半球冬季对流层遥相关的时空演变规律。相关分析、Mann-Kendall分析和凝聚小波分析的结果表明, 20世纪70年代末以来, 太平洋—北美(PNA)型、欧亚(EUP)型、西太平洋(WP)型和西大西洋(WA)型四种遥相关空间分布和时间演变产生较为显著的变化。空间分布的变化既体现在遥相关正、负异常中心的强度上, 也体现在正、负异常的范围上; 时间演变方面的变化则体现在PNA和WP遥相关指数具有上升趋势, EUP和WA遥相关指数具有一定下降趋势。20世纪70年代末以来, 影响北半球冬季5种遥相关型的海温关键区均有所改变。其中, 各大洋上影响EUP遥相关型的海温关键区面积显著缩小, 影响WA遥相关型的太平洋海温关键区面积显著缩小, 影响EA遥相关型海温关键区在北大西洋中南部改变明显; 在16年以上时间尺度上, PDO变化是造成北半球冬季PNA、 EUP、 WP三种遥相关型变化的主要原因; ATM变化是造成北半球冬季WA和EA两种遥相关型变化的主要原因。
应用NOAA提供的1950～2008年月平均500 hPa高度场再分析资料、海表温度、太平洋年代际振荡(PDO)指数和大西洋三极模(ATM)指数, 研究了20世纪70年代末前后北半球冬季对流层遥相关的时空演变规律。相关分析、Mann-Kendall分析和凝聚小波分析的结果表明, 20世纪70年代末以来, 太平洋—北美(PNA)型、欧亚(EUP)型、西太平洋(WP)型和西大西洋(WA)型四种遥相关空间分布和时间演变产生较为显著的变化。空间分布的变化既体现在遥相关正、负异常中心的强度上, 也体现在正、负异常的范围上; 时间演变方面的变化则体现在PNA和WP遥相关指数具有上升趋势, EUP和WA遥相关指数具有一定下降趋势。20世纪70年代末以来, 影响北半球冬季5种遥相关型的海温关键区均有所改变。其中, 各大洋上影响EUP遥相关型的海温关键区面积显著缩小, 影响WA遥相关型的太平洋海温关键区面积显著缩小, 影响EA遥相关型海温关键区在北大西洋中南部改变明显; 在16年以上时间尺度上, PDO变化是造成北半球冬季PNA、 EUP、 WP三种遥相关型变化的主要原因; ATM变化是造成北半球冬季WA和EA两种遥相关型变化的主要原因。
2012, 36(2): 297-315.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11015
摘要:
本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。
本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。
2012, 36(2): 316-336.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11017
摘要:
对2009年6月3～4日一次产生地面大风的人字形强飑线过程进行了观测资料分析和数值模拟研究。观测资料的分析表明: 人字形回波系统的右半支的结构与一般的飑线系统类似, 在系统成熟阶段地面存在明显的雷暴高压、 冷池、 出流边界、 尾流低压等特征; 人字形回波的左半支对应的地面风速比右半分支弱, 且强对流区后部没有对应层状云、 地面雷暴高压、 冷池等; 灾害性大风的产生主要由这个人字形系统的右半支造成的。高分辨率模拟结果的分析表明: 系统由线状转变为人字形系统的原因是由于气旋扰动的冷暖切变的作用, 冷、 暖切变上分别形成了有层状云和无层状云的飑线分支。系统的右半分支在发展阶段和成熟阶段对流区有比较强烈的下沉气流, 系统的后部的中层入流可能会加强这个下沉气流。中层入流是地面大风形成的重要原因之一; 成熟阶段垂直于飑线系统主要有三股气流, 包括从飑线前部向后的入流和中层从后部到前部的入流, 以及前部的低层入流到高层的出流。
对2009年6月3～4日一次产生地面大风的人字形强飑线过程进行了观测资料分析和数值模拟研究。观测资料的分析表明: 人字形回波系统的右半支的结构与一般的飑线系统类似, 在系统成熟阶段地面存在明显的雷暴高压、 冷池、 出流边界、 尾流低压等特征; 人字形回波的左半支对应的地面风速比右半分支弱, 且强对流区后部没有对应层状云、 地面雷暴高压、 冷池等; 灾害性大风的产生主要由这个人字形系统的右半支造成的。高分辨率模拟结果的分析表明: 系统由线状转变为人字形系统的原因是由于气旋扰动的冷暖切变的作用, 冷、 暖切变上分别形成了有层状云和无层状云的飑线分支。系统的右半分支在发展阶段和成熟阶段对流区有比较强烈的下沉气流, 系统的后部的中层入流可能会加强这个下沉气流。中层入流是地面大风形成的重要原因之一; 成熟阶段垂直于飑线系统主要有三股气流, 包括从飑线前部向后的入流和中层从后部到前部的入流, 以及前部的低层入流到高层的出流。
2012, 36(2): 337-349.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11060
摘要:
利用1951～2006年美国NOAA海温资料、 NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原雪深等资料, 根据前期海—陆—气因子对夏季长江流域降水的影响, 本文搜集并整理了影响长江中下游夏季降水的40个预报因子, 并讨论了前期因子与夏季降水在不同阶段的相关稳定性。通过相关和历史回报方法, 讨论了前期关键因子与东亚夏季大气环流之间的关系和对夏季长江中下游降水的潜在预报能力。分析发现, 冬季影响因子主要包括Ni〖AKn~D〗o3区海温、 黑潮海温、 青藏高原积雪等外源强迫因子, 而春季影响因子主要体现在北极涛动、 极涡、 西北太平洋副高等大气环流的异常。上述冬春影响因子与夏季长江中下游降水的相关呈现出年代际的变化特征, 其中冬季黑潮海温、 青藏高原积雪和贝加尔湖地表气温通过影响东亚夏季风环流系统, 进而对夏季长江流域降水产生影响。综合考虑上述三个因子的权重时间变化, 对1979年之后的夏季长江中下游降水具有较好的预报能力。
利用1951～2006年美国NOAA海温资料、 NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原雪深等资料, 根据前期海—陆—气因子对夏季长江流域降水的影响, 本文搜集并整理了影响长江中下游夏季降水的40个预报因子, 并讨论了前期因子与夏季降水在不同阶段的相关稳定性。通过相关和历史回报方法, 讨论了前期关键因子与东亚夏季大气环流之间的关系和对夏季长江中下游降水的潜在预报能力。分析发现, 冬季影响因子主要包括Ni〖AKn~D〗o3区海温、 黑潮海温、 青藏高原积雪等外源强迫因子, 而春季影响因子主要体现在北极涛动、 极涡、 西北太平洋副高等大气环流的异常。上述冬春影响因子与夏季长江中下游降水的相关呈现出年代际的变化特征, 其中冬季黑潮海温、 青藏高原积雪和贝加尔湖地表气温通过影响东亚夏季风环流系统, 进而对夏季长江流域降水产生影响。综合考虑上述三个因子的权重时间变化, 对1979年之后的夏季长江中下游降水具有较好的预报能力。
2012, 36(2): 350-360.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11052
摘要:
针对0505号台风“海棠”, 采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验, 利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品, 同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验。通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响, 并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验。结果表明: 同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度, 不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进; 风场预报模拟也有所改善。增加两例台风, 使用与“海棠” 相似的处理方法进行模拟试验, 并对模拟结果24小时降水分析与检验, 得到与“海棠”类似结论。因此, 经过合理性选择的云迹风资料的加入, 有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息, 从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果, 提高WRF模式的模拟预报能力。
针对0505号台风“海棠”, 采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验, 利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品, 同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验。通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响, 并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验。结果表明: 同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度, 不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进; 风场预报模拟也有所改善。增加两例台风, 使用与“海棠” 相似的处理方法进行模拟试验, 并对模拟结果24小时降水分析与检验, 得到与“海棠”类似结论。因此, 经过合理性选择的云迹风资料的加入, 有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息, 从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果, 提高WRF模式的模拟预报能力。
2012, 36(2): 361-373.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11043
摘要:
日本APHRODITE (Asian Precipitation-Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of Water Resources) 研究计划建立了一套高分辨率的逐日亚洲陆地降水数据集 (简称APHRO), 时间从1951年到2007年, 空间分辨率为0.25°×0.25°。本文从气候态、 不同等级降水量分布以及长期变化等方面分析, 通过与中国559个台站观测资料对比, 考察了该降水资料在中国地区的适用性。结果表明: (1) 气候态分布方面, APHRO降水量与台站资料一致, 并且可以准确表征雨带的季节性移动; 但是, 与台站资料相比, 这套资料的降水强度偏小, 而降水频率偏大。 (2) 考察不同等级降水量的分布发现, APHRO资料的暴雨年降水量相对偏少, 而小雨和中雨的年降水量偏多。 (3)APHRO资料揭示的近50年降水量的变化趋势与台站资料大致相同, 并能反映年平均降水频率 “西增东减” 的趋势; 两套资料近50年的年平均降水强度在东南沿海和西北部等区域都呈增加趋势, 但APHRO在华北、 东北和江淮区域的降水强度变化趋势与台站资料差异显著。此外, 在年代际变化方面, APHRO资料对中国东部降水夏季 “南涝北旱” 和 “江南春旱” 强度的描述与台站资料有所不同, 降水量的变化趋势偏弱。
日本APHRODITE (Asian Precipitation-Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of Water Resources) 研究计划建立了一套高分辨率的逐日亚洲陆地降水数据集 (简称APHRO), 时间从1951年到2007年, 空间分辨率为0.25°×0.25°。本文从气候态、 不同等级降水量分布以及长期变化等方面分析, 通过与中国559个台站观测资料对比, 考察了该降水资料在中国地区的适用性。结果表明: (1) 气候态分布方面, APHRO降水量与台站资料一致, 并且可以准确表征雨带的季节性移动; 但是, 与台站资料相比, 这套资料的降水强度偏小, 而降水频率偏大。 (2) 考察不同等级降水量的分布发现, APHRO资料的暴雨年降水量相对偏少, 而小雨和中雨的年降水量偏多。 (3)APHRO资料揭示的近50年降水量的变化趋势与台站资料大致相同, 并能反映年平均降水频率 “西增东减” 的趋势; 两套资料近50年的年平均降水强度在东南沿海和西北部等区域都呈增加趋势, 但APHRO在华北、 东北和江淮区域的降水强度变化趋势与台站资料差异显著。此外, 在年代际变化方面, APHRO资料对中国东部降水夏季 “南涝北旱” 和 “江南春旱” 强度的描述与台站资料有所不同, 降水量的变化趋势偏弱。
2012, 36(2): 374-384.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11055
摘要:
借助一个非线性准地转正压模型, 模拟了基本西风气流的强弱、 不同空间分布的天气尺度扰动涡对北大西洋涛动 (NAO) 位相转换的作用, 以及大尺度双波地形对其的影响。通过一系列的对比试验发现, 适当弱的基本西风气流有利于下游系统西退使NAO由正 (负) 位相转换为负 (正) 位相; 振幅强、 活动范围大的天气尺度扰动波是NAO由负位相转换为正位相的有利条件, 而加强并向北移的天气尺度扰动波是NAO由正位相转换为负位相的有利条件; 叠加上大尺度双波地形后, NAO由正 (负) 位相转换为负 (正) 位相的个例数减少。
借助一个非线性准地转正压模型, 模拟了基本西风气流的强弱、 不同空间分布的天气尺度扰动涡对北大西洋涛动 (NAO) 位相转换的作用, 以及大尺度双波地形对其的影响。通过一系列的对比试验发现, 适当弱的基本西风气流有利于下游系统西退使NAO由正 (负) 位相转换为负 (正) 位相; 振幅强、 活动范围大的天气尺度扰动波是NAO由负位相转换为正位相的有利条件, 而加强并向北移的天气尺度扰动波是NAO由正位相转换为负位相的有利条件; 叠加上大尺度双波地形后, NAO由正 (负) 位相转换为负 (正) 位相的个例数减少。
2012, 36(2): 385-396.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11045
摘要:
针对预报量变化中存在受不同物理因子控制的不同时间尺度变率特征, 本文提出了分离时间尺度的统计降尺度模型。应用滤波方法, 将不同尺度的变率分量分开, 在各自对应的时间尺度上利用不同的大尺度气候因子分别建立降尺度模型。华北汛期 (7～8月) 降水具有年际变率和年代际变率, 本文以华北汛期降水为例利用分离时间尺度的统计降尺度模型进行预测研究。采用的预报因子来自海平面气压场、 500 hPa位势高度场、 850 hPa经向风场和海表温度场以及一些已知的大尺度气候指数。利用基于交叉检验的逐步回归法建立模型。结果表明, 年际尺度上, 华北汛期降水与前期6月赤道中东太平洋海温以及同期中国东部的低层经向风密切相关; 年代际尺度上, 在东印度洋—西太平洋暖池海温的作用下, 华北降水与前期6月西南印度洋海平面气压有同步变化关系。年际模型和年代际模型的结果相加得到对总降水量的降尺度结果。1991～2008年的独立检验中, 模型估计的降水和观测降水的相关系数是0.82, 平均均方根误差是14.8%。结合模式的回报资料, 利用降尺度模型对1991～2001年的华北汛期降水进行回报试验。相比于模式直接预测的降水, 降尺度模型预测的结果有明显改进。改进了模式预测中年际变率过小的问题, 与观测降水的相关系数由0.12提高到0.45。
针对预报量变化中存在受不同物理因子控制的不同时间尺度变率特征, 本文提出了分离时间尺度的统计降尺度模型。应用滤波方法, 将不同尺度的变率分量分开, 在各自对应的时间尺度上利用不同的大尺度气候因子分别建立降尺度模型。华北汛期 (7～8月) 降水具有年际变率和年代际变率, 本文以华北汛期降水为例利用分离时间尺度的统计降尺度模型进行预测研究。采用的预报因子来自海平面气压场、 500 hPa位势高度场、 850 hPa经向风场和海表温度场以及一些已知的大尺度气候指数。利用基于交叉检验的逐步回归法建立模型。结果表明, 年际尺度上, 华北汛期降水与前期6月赤道中东太平洋海温以及同期中国东部的低层经向风密切相关; 年代际尺度上, 在东印度洋—西太平洋暖池海温的作用下, 华北降水与前期6月西南印度洋海平面气压有同步变化关系。年际模型和年代际模型的结果相加得到对总降水量的降尺度结果。1991～2008年的独立检验中, 模型估计的降水和观测降水的相关系数是0.82, 平均均方根误差是14.8%。结合模式的回报资料, 利用降尺度模型对1991～2001年的华北汛期降水进行回报试验。相比于模式直接预测的降水, 降尺度模型预测的结果有明显改进。改进了模式预测中年际变率过小的问题, 与观测降水的相关系数由0.12提高到0.45。
2012, 36(2): 397-410.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11050
摘要:
基于我国160站59年 (1951～2009年) 的月降水观测资料、 美国气象环境预报中心和国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度 (Sea Surface Temperature, 简称SST) 资料, 对我国东部 (100°E以东, 15°N～40°N) 梅雨期 (6月和7月) 降水的时空变化特征进行了分析, 结果发现: 我国梅雨期降水主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型两个模态。通过波谱分析的方法将梅雨期降水量变化中的年际 (周期＜8年的部分) 和年代际 (周期≥8年的部分) 两种时间尺度进行分离, 对这两种时间尺度上降水的时空变化规律分别进行分析, 结果发现: 无论是在年际还是年代际时间尺度上, 我国东部梅雨期降水都主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型, 其中长江—华南反位相变化型有明显的年际和年代际变化, 而江南一致变化型则主要表现为年代际变化。进一步对与这两种不同时间尺度相联系的大气环流和海温异常进行分析, 结果发现: 与长江—华南反位相变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的双阻型, 从低纬到高纬 “＋－＋” 的经向波列分布, 东亚副热带急流显著增强; 在年代际时间尺度上表现为欧亚大陆一致的正位势高度异常, 副热带高压增强北抬。海温异常在年际时间尺度上主要是前期日本附近海域和印度洋海区以及同期南海附近海域的正海温异常; 在年代际时间尺度上主要是同期北太平洋中部 “马蹄形” 的负海温异常。与江南一致变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的东阻型, 东亚沿岸从低纬到高纬 “＋－＋” 的经向波列分布; 在年代际时间尺度上表现为大陆低压显著减弱, 东亚副热带急流减弱南移。海温异常在年际时间尺度上主要是前期北太平洋的负海温异常和澳大利亚东部沿岸的正海温异常, 以及同期南海附近海域的正海温异常; 在年代际时间尺度上主要是前期东亚沿岸海域以及同期南海、 热带西太平洋海区的正海温异常。
基于我国160站59年 (1951～2009年) 的月降水观测资料、 美国气象环境预报中心和国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度 (Sea Surface Temperature, 简称SST) 资料, 对我国东部 (100°E以东, 15°N～40°N) 梅雨期 (6月和7月) 降水的时空变化特征进行了分析, 结果发现: 我国梅雨期降水主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型两个模态。通过波谱分析的方法将梅雨期降水量变化中的年际 (周期＜8年的部分) 和年代际 (周期≥8年的部分) 两种时间尺度进行分离, 对这两种时间尺度上降水的时空变化规律分别进行分析, 结果发现: 无论是在年际还是年代际时间尺度上, 我国东部梅雨期降水都主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型, 其中长江—华南反位相变化型有明显的年际和年代际变化, 而江南一致变化型则主要表现为年代际变化。进一步对与这两种不同时间尺度相联系的大气环流和海温异常进行分析, 结果发现: 与长江—华南反位相变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的双阻型, 从低纬到高纬 “＋－＋” 的经向波列分布, 东亚副热带急流显著增强; 在年代际时间尺度上表现为欧亚大陆一致的正位势高度异常, 副热带高压增强北抬。海温异常在年际时间尺度上主要是前期日本附近海域和印度洋海区以及同期南海附近海域的正海温异常; 在年代际时间尺度上主要是同期北太平洋中部 “马蹄形” 的负海温异常。与江南一致变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的东阻型, 东亚沿岸从低纬到高纬 “＋－＋” 的经向波列分布; 在年代际时间尺度上表现为大陆低压显著减弱, 东亚副热带急流减弱南移。海温异常在年际时间尺度上主要是前期北太平洋的负海温异常和澳大利亚东部沿岸的正海温异常, 以及同期南海附近海域的正海温异常; 在年代际时间尺度上主要是前期东亚沿岸海域以及同期南海、 热带西太平洋海区的正海温异常。
2012, 36(2): 411-422.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11064
摘要:
雷暴是指伴有雷鸣和闪电的强对流性天气系统, 它一方面是春末和夏季许多地区主要的降水源, 另一方面在全球范围内每年都要造成重大的人员和财产损失, 因此是天气学、 气象学和大气科学中的重要研究对象。雷暴发生和发展机制与条件的研究, 雷暴 (潜势) 的数值天气预报, 雷暴的临近预报预警, 都需要多种技术手段获取的观测资料来支撑。过去半个多世纪, 国内外大气和气象科学家开展了一系列雷暴探测研究, 中尺度地基加密观测网的观测揭示了雷暴单体过境时各种气要素的变化特征, 无线电探空观测给出了雷暴发生和发展有利的热力与动力学条件, 并发展了一些基于探空资料有预报意义的对流指数, 早期的飞机穿云和绕云探测对了解雷暴及其环境的温度和风场结构有很大帮助, 地基多普勒天气雷达已成为探测雷暴尤其是超级单体风暴降水及风场演变的有力工具, 卫星遥感也在雷暴的监测与研究中发挥越来越大的作用。本文试图对雷暴探测研究方面的进展进行回顾综述, 以利今后组织开展雷暴综合观测试验研究, 进一步增加对雷暴发生和发展规律的认识, 进而提高雷暴的预报预警水平。
雷暴是指伴有雷鸣和闪电的强对流性天气系统, 它一方面是春末和夏季许多地区主要的降水源, 另一方面在全球范围内每年都要造成重大的人员和财产损失, 因此是天气学、 气象学和大气科学中的重要研究对象。雷暴发生和发展机制与条件的研究, 雷暴 (潜势) 的数值天气预报, 雷暴的临近预报预警, 都需要多种技术手段获取的观测资料来支撑。过去半个多世纪, 国内外大气和气象科学家开展了一系列雷暴探测研究, 中尺度地基加密观测网的观测揭示了雷暴单体过境时各种气要素的变化特征, 无线电探空观测给出了雷暴发生和发展有利的热力与动力学条件, 并发展了一些基于探空资料有预报意义的对流指数, 早期的飞机穿云和绕云探测对了解雷暴及其环境的温度和风场结构有很大帮助, 地基多普勒天气雷达已成为探测雷暴尤其是超级单体风暴降水及风场演变的有力工具, 卫星遥感也在雷暴的监测与研究中发挥越来越大的作用。本文试图对雷暴探测研究方面的进展进行回顾综述, 以利今后组织开展雷暴综合观测试验研究, 进一步增加对雷暴发生和发展规律的认识, 进而提高雷暴的预报预警水平。
2012, 36(2): 423-432.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2011.11066
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。
利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。
