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2013年  第37卷  第5期

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1961~2009年我国地面太阳辐射变化特征及云对其影响的研究
杨溯, 石广玉, 王标, 杨红龙, 段云霞
2013, 37(5): 963-970. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.11122
摘要(3340)
摘要:
基于我国100个地面站点的地面太阳总辐射、日平均云量资料分析1961~2009年我国地面太阳辐射(Surface Solar Radiation, SSR)变化特征及云在不同时期对SSR的影响。结果显示:1961~2009年我国SSR经历了先下降后上升的变化过程,其中1961~1990年SSR显著下降(“变暗”),下降速率为-4.3%/10 a (7.87 W m-2 (10 a)-1),各地SSR变化趋势比较一致;1990年后SSR开始上升(“变亮”),上升速率为2.8%/10 a (2.4 W m-2 (10 a)-1),各地SSR变化趋势不如前一阶段一致,但没有显著的地域分布特征。晴空条件的设置对1961~1990年各站点SSR变化特征影响不大,仍为大范围下降(“变暗”),但对1990~2009年的结果影响显著。相比全天空条件的结果,晴空条件下1990~2009年我国SSR变化有明显的南北特征,南方地区以“变亮”为主,而北方地区大多继续“变暗”,但“变暗”速度减缓。1961~1990年我国总云量总体呈小幅下降趋势,下降速率很慢,这一时期总云量与全天空SSR没有很好的对应关系;1990~2009年我国总云量总体呈小幅上升趋势,有显著的南北分布差异,北方地区以上升趋势为主,南方地区以下降趋势为主,期间云量与全天空情况下SSR有很好的对应关系。这些结果表明,在“变暗”阶段,云对SSR的作用不显著,而在“变亮”阶段,云的作用变得较为突出。
SCE-UA算法优化土壤湿度方程中参数的性能研究
李得勤, 张述文, 段云霞, 崔锦
2013, 37(5): 971-982. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12089
摘要(2813)
摘要:
借助于一维土壤湿度模型,分别将土壤成份和土壤性质相关参数作为待优化的参数,通过观测系统模拟试验的方式,评估SCE-UA (Shuffled Complex Evolution Algorithm) 优化算法对这些参数的优化效果。结果表明:优化的效果不仅依赖于参数的取值范围,还依赖于参数的敏感性,敏感的参数通过优化算法易得到最优值;不敏感的参数存在“不敏感区间”,在“不敏感区间”中易陷入次优,通过缩小参数优化分布区间和增加优化的次数可以部分提高优化的效果。此外,模型的超定性也可能导致参数次优值的出现,而通过恰当地给出参数之间的约束条件和优化判据,可以提高参数优化的效果。
南京地区冬季大气冰核特征及其与气溶胶关系的研究
杨磊, 银燕, 杨绍忠, 苏航, 蒋惠
2013, 37(5): 983-993. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12098
摘要(3063)
摘要:
2011年11月15日~12月2日期间对南京地区近地面大气气溶胶和冰核进行了同步观测,综合分析了 冰核浓度的特征及其与气溶胶粒子浓度的关系。结果表明:活化温度Ta为-20℃,水面过饱和度为1%时,南京地区冰核浓度NIN为0.352 L-1,与0.01~10 μm气溶胶数浓度比值仅为4×10-8。冰核活化温度越低,湿度越大,冰核浓度越高。雾和降雨对冰核都有明显的清除作用。对比不同气团对南京地区冰核的影响发现,偏东方向的污染气团中冰核以及气溶胶的浓度最高,但是来自西北地区的气团中冰核占气溶胶的比例最高,这可能是由于冰相核化能力较强的沙尘气溶胶导致的。分析冰核与不同粒径段气溶胶的相关性发现,较大粒径气溶胶的表面积浓度与冰核相关性更高,本文也得到了由活化温度Ta和粒径大于0.5 μm气溶胶数浓度N0.5~10 μm共同计算冰核浓度的经验公式。
BCC_CSM模式对热带降水年循环模态的模拟
张莉, 吴统文, 辛晓歌, 张洁, 房永杰, 王在志, 魏敏
2013, 37(5): 994-1012. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12126
摘要(2634)
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本文评估了国家气候中心发展的两个不同分辨率海—陆—气—冰多圈层耦合气候系统模式BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1 (m) 对热带降水两个年循环模态——揭示降水冬夏季节差异的季风模态和揭示过渡季节春季和秋季非对称特征的春秋非对称模态的模拟能力,讨论了模拟偏差产生的可能原因。分析结果表明,BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1 (m) 均能合理再现全球年平均降水的基本分布特征,也能较合理再现热带降水年循环模态的基本分布特征,尤其季风模态中降水与环流关于赤道反对称的特征;能够较合理再现春秋非对称模态与热带海洋表面温度(SST)年循环之间的关系。大气温度场、环流场以及热带SST的模拟偏差对降水季风模态有影响;热带SST年循环的偏差对降水春秋非对称模态的模拟偏差有贡献;模式分辨率对降水年循环模态的模拟也有一定影响。对比分析显示,大气模式和陆面模式水平分辨率提高之后模式在某些模拟性能上有所提高,这表现在:BCC_CSM1.1 (m) 模拟的1~12月降水气候态的空间变率更接近观测;热带海表温度年循环总体上更接近观测;模拟的热带降水年循环模态的部分特征更合理。但BCC_CSM1.1 (m) 的模拟结果相对观测仍存在较大偏差,有待进一步改进。
城市下垫面对渤海湾海风锋特征影响的一次数值试验
梁钊明, 高守亭, 王东海, 王彦
2013, 37(5): 1013-1024. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12153
摘要(2871)
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海风锋与沿海强对流天气密切相关,而城市化发展对沿海地区下垫面的改变会对海风锋特征产生影响。鉴于此,本文利用耦合了新一代城市物理方案UCP-BEM(Urban Canopy Parameterization-Building Energy Model)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展数值试验分析了城市下垫面对渤海湾海风锋特征的影响。结果显示:城市下垫面高粗糙度对低层海风风速的明显削弱造成海风锋往内陆推进距离稍减,低层辐合和上升运动减弱;城市下垫面较大的向上感热通量和较小的向上水汽通量以及高粗糙度对海风的削弱的共同作用造成冷湿海风对低层大气的降温和增湿幅度减弱;高粗糙度的城市下垫面对海风环流的摩擦力效应使得海风得到抬升,这导致了冷湿海风对低层大气的降温和增湿的垂直范围得到提升;受这些结果影响,海风锋背后低层有效位能减小,但垂直分布范围扩大,从而造成对流抑制高值区抬升,同时海风锋背后的静力不稳定区变厚,其上面的动力不稳定区则变薄,但不稳定区总厚度基本不变。
台风“麦莎”的强度对台风前部飑线发展过程影响的研究
刘佳, 沈新勇, 张大林, 许映龙, 毕明玉
2013, 37(5): 1025-1037. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12134
摘要(5360)
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对2005年8月5日16时(UTC,下同)至6日00时发生的一次台风前部飑线过程进行了数值模拟,分析表明:台前飑线在母体台风和副高之间的湿区生成。台风为这次台前飑线过程提供了有利的条件,包括强的低空急流输送充沛的水汽,强的不稳定环境产生大的对流有效位能以及强的地表辐合,使得初始的离散的对流单体组织发展形成台前飑线。成熟时期的台前飑线虽然比中纬度和热带飑线的变压强度小,但是具有更强的低层暖湿空气入流,中层的入流范围也更加宽广。敏感性试验结果表明:台风强度越强,其台前飑线的回波强度越强,移动速度更快,生命史也更长。强台风使得低空垂直风切变更大,有利于台前飑线的生成和发展,在台前飑线发展成熟后,低空垂直风切变强度减小,不利于台前飑线的维持,加之低空水汽输送的减少,使其逐渐趋向衰亡。
三江源地区秋季典型多层层状云系的飞机观测分析
王黎俊, 银燕, 李仑格, 汪晓滨, 李富刚
2013, 37(5): 1038-1058. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12172
摘要(2598)
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利用三江源地区一次机载粒子测量系统PMS(Particle Measuring Systems)的分层垂直探测资料,系统研究了该地区秋季典型多层层状云系的微物理特性,结果表明:(1)云系由4层云层组成,Cs(卷层云)和上层As(高层云)为冰云,下层As和Sc(层积云)为过冷混合态云。下层As的云粒子浓度和过冷水含量最大,Sc的云粒子尺寸及谱宽最大,且具有较明显的地区特性;(2)Sc(下层As及对流泡)中中值直径在3.5~18.5 μm(3.5~ 21.5 μm)之间的云粒子为液相,中值直径大于21.5 μm(24.5 μm)的云粒子为冰相;(3)混合态云中高过冷水区与低过冷水区云的粒子谱分布差异明显,Sc高过冷水区有较明显的淞附增长现象;(4)Sc、下层As云底、对流泡顶高过冷水区的云滴有效半径依次增加。Sc高过冷水区的过冷水含量比率均值及标准差为69.9±19.4%,且与过冷水含量存在一定的关联性;下层As云底高过冷水区的过冷水含量比率无明显变化,其均值及标准差为89.2±8.1%;(5)混合态云各高度层FSSP(前向散射粒子谱探头)平均粒子谱均为单峰型伽玛分布,混合态云和冰云各高度层2DC(二维灰度云粒子探头)平均粒子谱基本上都为负指数型分布。
中国北方秋雨与热带中太平洋海表冷却的关系
韩晋平, 张人禾, 苏京志
2013, 37(5): 1059-1071. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12042
摘要(2693)
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本文利用1951~2011年中国160站降水、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA延长重建海表温度 (NOAA extended reconstructed SST) 资料,研究了中国9月北方秋雨的年际变化特征及其成因,并用ECHAM5大气环流模式开展了数值试验,最后对2011年9月历史罕见秋雨进行了分析。研究发现,中国北方秋雨有明显的年际和年代际变化,19世纪60年代到1980年代中期,北方秋雨偏多,1950年代、1980年代后期和1990年代秋雨偏少。北方秋雨与西太平洋副热带高压的西伸有密切联系,北方秋雨偏多时,副热带高压偏西偏强,有利于偏南风向北输送水汽并在中国北方辐合。西太平洋副热带高压的加强西伸与热带中太平洋的海表冷却密切有关,偏低的热带中太平洋海表温度(CTSSTI)使其上的对流活动受到抑制,热带西太平洋对流异常旺盛,在西北太平洋出现异常反气旋,加强东亚—西北太平洋的EAP波列,引起西太平洋副热带高压明显西伸,导致秋雨偏多。反之,热带中太平洋海表偏暖,副热带高压偏弱偏南,秋雨偏少。2011年9月北方秋雨的环流异常及成因与统计分析和数值模拟结果基本一致。
中国东部夏季风雨带季内变化各模态的环流及海温特征
宗海锋, 陈烈庭
2013, 37(5): 1072-1082. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12069
摘要(2762)
摘要:
本文根据中国气象局国家气候中心提供的中国160站月平均降水量,NCEP/NCAR再分析的850 hPa风场,及NOAA扩展重建的海温场资料,用合成分析和相关分析,研究了1951~2005年间中国夏季风雨带季内变化各模态的西太平洋副高夏季各月活动特点的差异,及其与前期冬季东亚季风和太平洋海温异常的联系,并分析了我国夏季风雨带季内变化各模态与夏季雨型的关系。结果表明,不仅不同模态对应的西太平洋副高自春至夏的两次北跳有明显不同的过程,而且两次北跳还具有相对独立性。第一次北跳主要对6月的雨带特征有重要影响,第二次北跳对7、8两月的雨带分布有决定性意义。
太平洋海温异常对我国夏季风雨带季内变化的影响是多态的,在不同季风—ENSO循环的位相有不同的表现。第一模态主要出现在El Niño减弱位相,第二模态在La Niña发展位相,第三模态在El Niño发展位相,第四模态在La Niña减弱位相,第五模态ENSO的信号较弱,第六模态在La Niña持续位相。此外,不同海洋关键区的海温异常对我国雨带季内变化也有不同的调控作用。黑潮区的海温与6月的雨带活动关系密切,而赤道东太平洋的ENSO循环对7、8两月的雨带有重要影响。对我国夏季风雨带季内变化模态与夏季雨型关系的分析则表明,它们之间存在某些联系,但这并不意味着可以相互取代。
基本气流和边界层顶高度对低纬大气数值模拟的影响
王鹏飞, 黄平, 顾雷, 黄荣辉
2013, 37(5): 1083-1090. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12093
摘要(2487)
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本文研究了一个包含波动CISK(Convective Instability of the Second Kind)机制的扰动方程数值模式中,基本气流对低频振荡数值模拟的影响。结果显示,当基本气流为纬向均匀风场U时,振荡周期随U的增加而减小:当U取2 m s-1时,周期从50~60 d减小到30 d;当U减小到-1 m s-1时,振荡周期增加为70~80 d。这是由于低频振荡是从西向东传播,西风基本气流能加快扰动东传,反之东风基本气流会抑制扰动东传,使振荡周期增加。同时,模式中的边界层顶出现误差时,模拟结果会有敏感的响应。若边界层顶取值比标准值高,对流加热反馈作用过大,出现扰动增长过快的现象,传播到80°~90°E附近时,扰动不再继续传播,而是无限增长;而边界层顶取值比标准值低时,对流加热反馈过小,扰动增长小且衰减加快,扰动传播不远便耗散到零,扰动循环周期表现为热源的周期。
华东沿海地带台风风廓线特征的观测个例分析
方平治, 赵兵科, 鲁小琴, 梁旭东, 汤杰
2013, 37(5): 1091-1098. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12104
摘要(2218)
摘要:
利用2007年的“韦帕”、2009年的“莫拉克”、2010年的“凡亚比”和2011年的“梅花”四个台风的GPS探空数据,本文对华东近海和沿海地带的台风风廓线特征进行分析。首先求出梯度风速及其对应的高度,在此基础上利用指数律和对数律对风廓线进行拟合,并对幂指数、10米高度的地表风速和梯度风速的风速比,以及由对数律定义的常通量层高度等参数进行计算,并对梯度风高度和常通量层高度进行比较。结果表明:登陆台风沿海地带风廓线的梯度风高度和常通量层高度有明显差异。本文还对登陆台风平均风廓线的各参数进行了计算,并对梯度风高度以下风廓线偏离对数律的原因进行了讨论。
动力因子对地形影响下的四川暴雨落区的诊断分析
王成鑫, 高守亭, 梁莉, 马严枝
2013, 37(5): 1099-1110. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12112
摘要(3330)
摘要:
本文分析了2010年7月16~18日地形作用下四川盆地的一次持续性暴雨过程,指出此次暴雨过程是在高低层系统配置较好的情况下发生的。并以NCEP资料为初值场对此次暴雨过程进行了数值模拟,结合实况对模拟结果进行对比分析。分析表明:模式对本次四川暴雨过程的模拟较为成功,能很好地再现此次暴雨的降水落区以及强降水中心。运用广义湿位温、广义对流涡度矢量垂直分量的垂直积分和质量垂直螺旋度对受大巴山脉影响的四川东北部的暴雨落区进行了诊断分析。分析指出,广义湿位温纬向平均的垂直剖面图上,等湿位温线的倒Ω区域与四川东北部的强降水落区吻合较好,等湿位温线的倾斜程度以及湿位温异常的高度可以定性地指示降水的强弱;对广义湿位温从800 hPa到500 hPa垂直积分,用得到的湿位温的水平分布来指示东北部的暴雨落区效果较 好;用改进垂直积分区间后的广义对流涡度矢量垂直分量比用传统的对流涡度矢量垂直分量来示踪四川东北部的暴雨落区效果更好;质量垂直螺旋度能有效刻画出四川东北部地区强降水系统的典型动力场垂直结构,因此与四川东北部的地面强降水具有很好的对应关系。
中国西南区域雨季开始和结束日期划分标准的研究
晏红明, 李清泉, 孙丞虎, 袁媛, 李多
2013, 37(5): 1111-1128. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12118
摘要(3148)
摘要:
为了更好地开展区域关键期气候监测业务,满足国家级气象服务的需求,本文从区域角度出发,利用1961~2011年西南地区92个气象观测站的逐日雨量资料和1981~2010年美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐日的高低层大气环流再分析资料,研究了西南区域雨季开始和结束日期定义的标准问题。结果表明西南区域多年平均雨季开始日期在5月3候(27候),结束日期在10月3候(57候),季节转换期间高低层环流的突变特征进一步表明了该结论的合理性。并通过对多种雨季开始和结束日期判断标准的对比分析,最终提出了西南雨季开始和结束日期的划分标准。同时,对影响西南地区雨季开始和结束日期变化的机理也进行了初步的讨论。
夏季索马里越赤道气流垂直结构的变化特征及其与东亚夏季风活动的关系
邱金晶, 孙照渤
2013, 37(5): 1129-1142. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12174
摘要(3076)
摘要:
采用NCEP/NCAR和ERA40再分析月平均资料,对比分析夏季垂直尺度上五层(1000 hPa、925 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa)索马里越赤道气流(SMJ)的时空演变特征。指出对流层中低层SMJ存在不同的垂直结构,且具有年际、年代际变化特征。夏季SMJ垂直结构主要呈现出全区一致、上下反相两种分布型(“A”型和“B”型),细分为一致增强型(“A+”型)、一致减弱型(“A-”型)、上弱下强型(“B+”型)和上强下弱型(“B-”型)。进一步分析指出,SMJ垂直结构与东亚夏季风活动关系密切,SMJ“A+”(“A-”)型垂直结构对应东亚夏季风偏强(弱),我国内蒙古东部、华北地区降水偏多(少);夏季SMJ“B+”(“B-”)型垂直结构对应东亚夏季风偏弱(强),我国江南、日本地区降水偏少(多)。
东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟
陈红, 薛峰
2013, 37(5): 1143-1153. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12130
摘要(3529)
摘要:
利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。
基于主成分分析的人工智能台风路径预报模型
黄小燕, 金龙
2013, 37(5): 1154-1164. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12059
摘要(2769)
摘要:
利用主成分分析可以从具有随机噪声干扰的气象场提取主要信号特征,排除随机干扰的能力,论文以1980~2010年共31年6~9月西行进入南海海域的台风样本为基础,综合考虑台风移动路径的气候持续因子和数值预报产品动力预报因子,采用主成分分析的特征提取与逐步回归计算相结合的预报因子信息数据挖掘技术,以进化计算的遗传算法,生成期望输出相同的多个神经网络个体,建立了一种新的非线性人工智能集合预报模型,进行了分月台风路径预报模型的预报建模研究。在预报建模样本、独立预报样本相同的情况下,分别采用人工智能集合预报方法和气候持续法进行了预报试验,试验对比结果表明,前者较后者在6、7、8和9月份台风路径预报中,平均绝对误差分别下降了7.4%、4.8%、12.4%、17.0%。另外,论文进一步在初选预报因子和样本个例相同的情况下,通过比较新模型与直接采用主成分分析方法选因子并分别运用逐步回归和遗传—神经网络集合预报模型进行计算的预报精度差异表明,前者具有更高的预报精度,其原因是该方法挖掘利用了全部备选预报因子的有用预报信息,而且遗传—神经网络集合预报模型的是由多个神经网络个体预报结果合成,集合模型的各个神经网络个体的网络结构,是通过遗传算法的优化计算确定的,因此,该集合预报模型的泛化能力显著提高,在实际天气预报中具有较好的实用性和推广价值。
CONTENTS
2013, 37(5): 1165-1165.
摘要:
CONTENTS
2013, 37(5): 1165-1166.
摘要(1089)
摘要: