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2013年  第37卷  第6期

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CONTENTS
2013, 37(6): .
摘要(1467)
摘要:
4~5月南亚高压建立早晚年份环流差异及其可能成因
王黎娟, 郭帅宏, 何金海, 管兆勇, 刘伯奇
2013, 37(6): 1165-1178. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12079
摘要(3276)
摘要:
利用1979~2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料和向外长波辐射(OLR)资料分析了4~5月南亚高压在中南半岛上空建立早晚年份的环流差异及可能机理。发现南亚高压建立早晚年,对流层高低层环流形势存在显著差异:在对流层高层,偏早年,菲律宾群岛以东洋面上空反气旋环流中心西移速度快,建立完成后,中南半岛上空南亚高压反气旋环流东西范围较宽,整个建立过程时间较长;偏晚年,建立开始前西太平洋上空无闭合的反气旋性环流中心,建立完成后,中南半岛上空南亚高压反气旋环流东西范围较窄,整个建立过程时间较短;在对流层低层,南亚高压建立早晚年风场和海平面气压场都呈现反相的分布形势,与之相联系的Walker环流强度也存在明显差异。中南半岛上空反气旋环流中心生成早晚与中南半岛地区对流建立发展关系密切,当中南半岛地区对流建立发展早时,中南半岛上空反气旋环流中心生成早;反之对流建立发展晚时,中南半岛上空反气旋环流中心生成晚,且中南半岛对流活跃稍早于南亚高压在该地区建立。菲律宾群岛以东洋面上空反气旋环流中心的西移快慢及有无闭合环流中心出现受该区域上空的上升运动和大气非绝热加热作用影响。当菲律宾群岛以东洋面上空的反气旋环流中心西移稳定至130°~145°E这一区域后,非绝热加热的垂直变化对该环流中心的维持及消亡起主要作用。由于前期冬春季节热带太平洋海温的异常分布,引起了后期Walker环流的强弱变化,进而影响了中南半岛至菲律宾群岛以东洋面上空的大气热力状况及上升运动,最终导致南亚高压建立期间环流的演变差异。
GRAPES NOAH-LSM陆面模式水文过程的改进及试验研究
王莉莉, 陈德辉
2013, 37(6): 1179-1186. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.1210
摘要(3930)
摘要:
土壤含水量的计算影响着陆面过程的能量平衡和水量平衡,是陆面模式的核心计算要素之一。目前,GRAPES_Meso模式采用的NOAH-LSM(Noah-Land Surface Model)陆面模式既不能有效地表达径流产源面积的变动情况,也不能完整描述水文循环过程。本次试验针对以上问题对其进行了改进:(1)加入蓄水容量曲线,考虑网格内产流面积的变化及土壤含水量的不均匀性;(2)加入汇流模式,以考虑水平二维水分再分配,提高模式对径流和流量模拟能力。选取2008年8月至9月降水进行模拟试验,研究陆面水循环过程对近地面气象要素的影响。结果表明:改进后的模式模拟土壤湿度、2 m温度等近地面气象要素更接近观测值,并最终对降水量以及降水落区也产生了一定的影响。
高频瞬变涡动反馈强迫对东亚/太平洋事件演变过程的作用
施宁
2013, 37(6): 1187-1198. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12147
摘要(2593)
摘要:
本文通过位势倾向方程研究了高频瞬变涡动反馈强迫(TEFF)对东亚/太平洋型在低频时间尺度上(8天以上)的演变过程(EAP事件)的影响。一个重要的发现是,无论正位相还是负位相的EAP事件,在对流层中低层上,TEFF对其中、高纬度两个异常中心的演变均起着重要的作用。尤其是高纬度中心,在对流层中层,TEFF异常在盛期前可解释其增强部分的50%左右;盛期之后则起着减缓其减弱的作用。TEFF异常可分解为由高频涡动热量通量的辐合辐散引起的TEFFheat异常和高频涡动涡度通量引起的TEFFvor异常。两者在对流层上层相互抵消、下层相互叠加,导致TEFF异常在对流层上层(低层)的作用要弱(强)于对流层中层。就TEFFheat和TEFFvor的相对贡献而言,正位相的EAP事件中,TEFFvor的贡献较大;但在负位相EAP事件中,TEFFheat的贡献则增大至与TEFFvor相当的程度。这种TEFFheat作用在负事件中的增强可能是与贝加尔湖以东地区对流层低层上斜压性的加强有关。
春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化及与中国温度和降水的关系
陈丹, 布和朝鲁, 朱克云
2013, 37(6): 1199-1209. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12155
摘要(2930)
摘要:
本文利用1951~2011年的再分析资料及观测资料,探讨了春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化特征及其与中国温度、降水的关系,主要结论如下:(1)春末贝加尔湖脊(简称贝脊)在1951~1979年间较弱,但在1980~1999年期间显著增强。进入21世纪后,春末贝脊呈显著减弱的趋势;(2)强(弱)贝脊使我国北方地区的温度显著升高(降低),使西南地区的温度降低(升高)。贝脊的强弱变化,对北方地区温度的影响在1951~1979年期间最为显著,对西南地区温度的影响在1980~2011年期间显著。在1951~1999年期间,贝脊的强弱变化与长江下游的降水量存在明显的反位相变化关系。进入21世纪后,贝脊的强弱变化与西南地区降水量之间存在较为显著的正相关关系(99%置信度);(3)强贝脊与由北大西洋/欧洲上空向东传播的定常行星波密切相关,而弱贝脊主要与欧亚大陆次极区纬向伸展的行星尺度脊相联系。在不同的年代际时段,与贝脊强弱变化相联系的北半球异常环流特征也存在一定的差异;(4)5月份的强贝脊环流以前期的北大西洋涛动、东大西洋型以及弱东亚大槽环流为前兆信号。同年3月乌拉尔山气旋式异常环流为5月份贝脊弱的前兆信号。
利用高分辨率ERA-Interim再分析资料对2011年夏季江淮区域水汽汇的诊断分析
秦育婧, 卢楚翰
2013, 37(6): 1210-1218. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12163
摘要(3923)
摘要:
利用水平分辨率接近0.7°×0.7°、垂直方向60层的ERA-Interim再分析资料,分析了2011年夏季江淮区域水汽汇的演变及各项的贡献,研究了与水汽辐合项有关的水汽输送及相应的月平均环流和天气尺度扰动。结果表明:(1)ERA-Interim再分析资料对江淮区域夏季水汽平衡有较好的描述能力。由水汽辐合项与水汽局地变化项计算的水汽汇值和用降水与蒸发求得的水汽汇值高度一致,说明该资料可用于研究江淮区域的水汽汇。(2)2011年夏季江淮区域整体处于水汽汇区,且水汽汇值具有明显的2~6天的天气尺度振荡。降水对水汽汇的贡献远大于蒸发,而水汽辐合项与水汽局地变化项对水汽汇均有较大贡献,并且对水汽汇具有超前1~2天的指示作用。(3)月平均环流和天气尺度扰动均通过与水汽输送密切相关的水汽辐合项对江淮区域水汽汇产生显著影响。月际尺度的水汽汇变化与大尺度大气环流尤其是副高有密切关系;而江淮流域及西南地区的天气扰动对江淮区域水汽汇的天气尺度振荡起到至关重要的作用。
台风麦莎登陆后粘性摩擦对正压特征波动的影响
沈新勇, 刘佳, 秦南南, 冯琎
2013, 37(6): 1219-1234. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12047
摘要(2595)
摘要:
本文推导出柱坐标系下含有粘性摩擦项的正压方程组。选取2005年台风麦莎登陆浙江过程中的8月6日15时的WRF(Weather Research and Forecasting)模式输出资料,利用数值差分方法对该正压方程组求特征波解,分析粘性摩擦对台风麦莎内部正压特征波动的影响。结果表明,重力惯性外波在粘性摩擦的影响下,最不稳定波的波数为45左右,波动在摩擦的影响下衰减,波动沿逆时针传播,在半径1000 km处,1波波速为47.43 m/s,在半径r>800 km的范围内,径向风分量扰动加大,辐合辐散运动增强;而摩擦影响下的涡旋Rossby波,2波最不稳定,波动增长率减小,在半径r=200 km处波动相速度为4.282~29.172 m/s,扰动涡度大值区范围减小,涡旋Rossby波的波动区域沿着径向向台风中心收缩。分析包含所有波动时,考虑摩擦后,最不稳定波数在45左右且波动衰减,1波波速在r=1000 km处(外螺旋雨带)为26.374 m/s;在半径r=200 km(内螺旋雨带)为5.275 m/s,考虑径向基本气流后,最不稳定波的波数保持不变,半径r=1000 km处的波速增加为30.324 m/s,r=200 km(内螺旋雨带)处波速为6.065 m/s,摩擦使得径向风分量扰动明显增大,辐合辐散运动加强。
南京地区城市下垫面特征对雷暴过程影响的数值模拟
徐蓉, 苗峻峰, 谈哲敏
2013, 37(6): 1235-1246. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12128
摘要(3086)
摘要:
本文选取2011年7月23日发生在南京的一次雷暴个例, 利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model),耦合Noah/UCM,并采用NCEP FNL 1°×1°每日4次的全球分析场资料作为初始场及南京自动站观测数据等,对南京地区城市下垫面特征对雷暴过程的影响进行了数值模拟。结果表明:模拟的雷暴发生发展过程与该地区城市下垫面有着密切的联系。首先,雷暴发生前期,南京地区热岛效应明显。其次,城市上空的感热通量较高,结合城郊下垫面热力差异造成的城市热岛环流,加强了城区的辐合上升,为雷暴的形成提供了重要的抬升作用。城市下垫面扩张,使其上空边界层高度相应提升,垂直混合高度增加,有助于对流云的发展。此外,城市下垫面加强了大气低层的扰动位温,为雷暴提供了不稳定的层结条件。最后,城市地表较大的粗糙度使雷暴降水在城区低层的迎风面一侧明显增强。
中国大范围持续性低温事件与中国南方降水异常
符仙月, 布和朝鲁
2013, 37(6): 1247-1260. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12131
摘要(3429)
摘要:
本文利用1951~2009年的数据资料,探讨了与冬季大范围持续性低温事件对应的中国南方降水多寡的原因以及不同降水类型事件的不同前兆信号。主要结果如下:(1)欧亚大陆中高纬大型斜脊斜槽是中国大范围持续性低温事件的关键环流特征。降水偏多型和偏少型低温事件的中高纬环流系统存在显著差异:当大型斜脊的纬向尺度较大且其正高度距平中心偏强时,斜槽的负距平中心靠近东亚大槽区,西伯利亚高压大范围加强,南侵冷空气活动偏强,使中国南方地区降水偏少。相反,当大型斜脊的纬向尺度相对小时,斜槽位置偏西,西伯利亚高压加强范围偏小,南侵冷空气活动也偏弱,有利于中国南方地区降水偏多。(2)在低温事件中我国南方地区的降水多寡,也取决于西太副高和孟加拉湾南支槽。当西太副高和孟加拉湾南支槽加强时,来自西太平洋、南海和孟加拉湾的三支暖湿气流到达我国南方地区,导致南方降水偏多,反之亦然。(3)不同降水类型低温事件的前兆环流信号(之前1~3侯)显著不同。降水偏多型低温事件前期,源自北大西洋地区的波列向东亚地区传播。降水偏少型事件前期,极涡在欧亚大陆一侧的次极区显著减弱,同时极涡呈两极型,一极伸向南欧及地中海地区,另一极伸向阿留申群岛。在中期—延伸期时间尺度上,这一结果可为持续性低温事件降水形势的预测提供依据。
华东地区强对流降水过程湿斜压涡度的诊断分析
冉令坤, 李娜, 高守亭
2013, 37(6): 1261-1273. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12110
摘要(3107)
摘要:
湿斜压涡度(Moist Baroclinic Vorticity,MBV)、湿热力斜压涡度(Moist Thermodynamic Baroclinic Vorticity,MTBV)及湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)是能够完整表征涡度三维信息的物理量,其中MBV代表切变风对湿比容的平流输送作用,MTBV反映了垂直气压梯度、对流稳定度、风垂直切变与湿比容水平梯度之间的耦合效应。本文利用这些物理量对2009年8月17日发生在华东地区的一次强对流降水过程进行了诊断分析。该过程是在高空急流、中层浅槽和低空切变线的密切配合下产生的,共经历了"团状结构—带状结构—团状结构"三个发展阶段。诊断结果表明,MPV、MBV和MTBV的异常值区与降水落区有较好的对应关系;随着强对流降水的发展演变,MPV、MBV和MTBV都产生了相应的变化,MPV、MBV和MTBV对降水和对流系统有追踪指示意义。相对而言,在反映降水强度变化方面,MBV和MTBV比MPV更具优势。
亚欧中纬度关键区正位势高度距平场配置与中国冬季区域性极端低温事件的联系
龚志强, 王晓娟, 任福民, 封国林
2013, 37(6): 1274-1286. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12135
摘要(2987)
摘要:
基于中国地面台站观测资料和NCEP再分析资料,研究了欧亚中纬度500 hPa高度场关键区正异常配置及其与中国冬季区域性极端低温事件(Regional Extreme Low Temperature Events, RELTE)的联系。结果表明,发生RELTE时乌拉尔山(简称乌山)、贝加尔湖(简称贝湖)和雅库茨克—鄂科斯克海(简称雅鄂)附近的某一区域出现高度场正异常的概率为0.83,即欧亚关键区500 hPa正高度距平场的相互匹配是形成RELTE的直接原因。在此基础上,将三个关键区域高度场异常配置分为7种类型:乌山型、贝湖型、雅鄂型、乌山—贝湖型、乌山—贝湖—雅鄂型、乌山—雅鄂型、贝湖—雅鄂型。不同类型异常模态对应的RELTE在空间分布、持续时间和强度等各有差异,如:乌山型对应RELTE以全国型为主,平均持续天数达14.2天;乌山—雅鄂型对应的RELTE以东北—华北型为主,事件平均持续天数为14.1天。此外,不同类型的异常配置均对应有超前于RELTE的前期特征,平均超前时间为1~8天不等。超前天数的空间分布、高度场异常的时间演化,进一步揭示了乌山以西和雅鄂以东两个方向高度场异常的发展并形成多种环流异常模态的过程,也验证了RELTE存在前期信号的可能性。
基于CFS模式的中国站点夏季降水统计降尺度预测
刘颖, 范可, 张颖
2013, 37(6): 1287-1296. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2012.12143
摘要(3639)
摘要:
本研究针对中国夏季站点降水,研制建立了基于Climate Forecast System(CFS)实时预测数值产品及观测资料的统计降尺度预测系统。此预测系统选取了CFS模式中当年夏季500 hPa高度场和观测资料中前一年秋、冬季海表面温度场作为预测因子,两因子的关键区分别为泛东亚地区和热带太平洋地区。统计降尺度模型对1982~2011年中国夏季降水的回报效果较CFS模式原始结果显著提高,空间距平相关系数由0.03提高到0.31,时间相关系数在中国大部分地区显著提高,最大可达0.6。均方根误差较CFS模式原始结果明显降低,同时,此降尺度模型较好的回报出2011年汛期降水的距平百分率的空间分布型。
城市陆面模式设计及检验
孟春雷, 戴永久
2013, 37(6): 1297-1308. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12185
摘要(3240)
摘要:
针对城市冠层模式(Urban Canopy Model,UCM)的各种局限性,本文首次提出整体城市陆面模式(Bulk Urbanized Land Surface Model,BULSM)的概念,即在现有先进的陆面模式的基础上直接构建城市陆面模式。本文在通用陆面模式(Common Land Model,CoLM)基础上构建整体城市陆面模式,根据城市的特点对CoLM进行了发展和重新参数化。模式采用高分辨率地表分类数据;改进了模式的地表能量平衡方程与水分平衡方程;对反照率、城市地表粗糙度、城市大气廓线、城市人为热、不透水面水分蒸发及积水深度等进行了重新参数化。模式保留了CoLM在自然下垫面的全部特性,加强了CoLM在城市或人为下垫面的模拟和预报能力。区域验证以及与CoLM对比结果表明整体城市陆面模式模拟结果能够显示出北京城区各参数的空间精细化分布情况,能够反映出地表分类对模拟结果的影响。单站点验证以及与CoLM和高分辨率城市陆面同化系统(u-HRLDAS)对比结果表明整体城市陆面模式地表温度模拟结果与CoLM相比有很大提高;和u-HRLDAS相比大部分站点地表温度模拟结果也有一定的改进。
PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用
苏勇, 沈学顺, 彭新东, 李兴良, 伍湘君, 张爽, 陈贤
2013, 37(6): 1309-1325. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12164
摘要(3199)
摘要:
如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System) 中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。
近30余年来盛夏东亚东南季风和西南季风频率的年代际变化及其与青藏高原积雪的关系
程龙, 刘海文, 周天军, 朱玉祥
2013, 37(6): 1326-1336. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12189
摘要(3604)
摘要:
利用地面观测资料和NCEP/NCAR再分析资料集,使用相关分析、合成分析等方法,在将地面风分为东南季风和西南季风的基础上,分析了近30余年来盛夏东亚季风频率的年代际变化特征。结果表明:盛夏东南季风、西南季风频率和前期春季青藏高原积雪均在21世纪初期发生了显著的年代际变化;东南季风、西南季风频率由较少改变为较多,春季青藏高原积雪则由深变浅。由于青藏高原积雪厚度发生了年代际变浅,说明青藏高原发生了年代际变暖和南亚高压变强,南亚高压的年代际变强,使得其下游对流层低层(18°~28°N,108°~118°E)的反气旋性环流异常增强,有利于东亚西南季风频率的增加;同时,由于高原发生湿反馈作用,使得淮河地区降水发生年代际变多,由Sverdrup涡度平衡关系,降水的异常增多通过潜热释放,使得东亚副热带高压异常加强,而副热带高压异常变强则有利于盛夏东亚东南季风频率发生年代际增加。
欧亚大陆中高纬积雪消融异常对东北夏季低温的影响
陈海山, 齐铎, 许蓓
2013, 37(6): 1337-1347. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12194
摘要(2569)
摘要:
利用美国冰雪资料中心提供的1979~2007年月平均积雪水当量资料、NCEP/NCAR的逐月再分析资料 以及中国743站的逐日气温资料,讨论了欧亚中高纬春季融雪异常分布与中国东北夏季温度的联系及其可能的影响机理。结果表明:欧亚大陆中高纬西部春季融雪偏多、东部春季融雪偏少时,我国东北夏季易出现低温。春季东部融雪量少,导致夏季剩余积雪偏多;夏季积雪融化吸热增多,加上后期的土壤湿度增加会导致该地区夏季温度异常偏低,高度场下降,500 hPa上欧亚中高纬东部的长波槽加深,槽后偏北气流加强;来自极地的冷空气容易入侵东亚中高纬地区,引起我国东北夏季低温。
西太平洋地区大气边界层内臭氧的季节变化及其影响因子分析
周晨虹, 包云轩, 黄建平, 刘寿东, 李建明
2013, 37(6): 1348-1356. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2013.12196
摘要(2656)
摘要:
利用臭氧探空资料,分析了西太平洋地区香港(Hong Kong)、那霸(Naha)和札幌(Sapporo)三个站点2000~2010年期间大气边界层内臭氧(O3)的季节分布和年变化趋势。结果表明,三个站点O3的季节分布存在明显的差异。其中,那霸和香港大气边界层内O3季节平均呈双峰值分布,其峰值分别出现在春季和秋季;而札幌站为单峰分布,峰值出现在春季。造成季节分布差异的主要原因包括人为污染源和自然因素如气象条件。另外,三个站点大气边界层内O3均呈上升趋势。其中札幌、那霸上升最快,分别达0.80 ppb a-1和0.77 ppb a-1。(ppb表示10-9,下同)香港的年际增长较不明显,但秋季增长却非常明显,高达1.21 ppb a-1。结合GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 和SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectro Meter for Atmospheric Chartography)卫星反演的NO2数据发现,过去10年中国京津唐和东北地区的对流层内NO2柱总量增加极为迅速。这些O3前体物通过远距离输送是导致札幌、那霸O3浓度增加的主要原因之一。珠江三角洲人为污染源的增加及偏北气流的影响,是导致香港地区秋季O3增加的主要原因。