2019年 第43卷 第2期
2019, 43(2): 221-232.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17152
摘要:
利用美国国家环境预报中心和能源部（NCEP/DOE）的逐日再分析资料（NCEP-DOE AMIP-Ⅱ），对2010年12月20日发生在北太平洋一次典型的反气旋式波破碎（AWB）事件进行研究，分析了波破碎过程中等熵位涡场的演变特征，揭示了波破碎过程中高频扰动以及低频信号的逐日演变特征，并对2010年冬季350 K等熵面上逐日高频位涡（PV）扰动和低频变化做经验正交函数（EOF）分析，得到了其主要模态，并从等熵位涡方程出发研究了波破碎过程中位涡高、低频变化的原因。研究表明，波破碎过程中高频低PV空气从北太平洋西部日本附近沿东北方向向对流层上层侵入，而来自阿拉斯加湾附近的高频高PV空气向对流层下层侵入。高频位涡场EOF分解得到的前两个模态共同描述了北太平洋中纬度地区自西向东移动的天气尺度波列；低频位涡场EOF分解的第一模态在北太平洋呈弧形波列结构。天气尺度波在传播过程中受到低频场的平流作用逐渐偏离其传播主要模态的位置，并发生破碎，同时高频流场对高频位涡的平流可以产生低频变化，使得低频变化的空间形态向其冬季主要模态转变。
利用美国国家环境预报中心和能源部（NCEP/DOE）的逐日再分析资料（NCEP-DOE AMIP-Ⅱ），对2010年12月20日发生在北太平洋一次典型的反气旋式波破碎（AWB）事件进行研究，分析了波破碎过程中等熵位涡场的演变特征，揭示了波破碎过程中高频扰动以及低频信号的逐日演变特征，并对2010年冬季350 K等熵面上逐日高频位涡（PV）扰动和低频变化做经验正交函数（EOF）分析，得到了其主要模态，并从等熵位涡方程出发研究了波破碎过程中位涡高、低频变化的原因。研究表明，波破碎过程中高频低PV空气从北太平洋西部日本附近沿东北方向向对流层上层侵入，而来自阿拉斯加湾附近的高频高PV空气向对流层下层侵入。高频位涡场EOF分解得到的前两个模态共同描述了北太平洋中纬度地区自西向东移动的天气尺度波列；低频位涡场EOF分解的第一模态在北太平洋呈弧形波列结构。天气尺度波在传播过程中受到低频场的平流作用逐渐偏离其传播主要模态的位置，并发生破碎，同时高频流场对高频位涡的平流可以产生低频变化，使得低频变化的空间形态向其冬季主要模态转变。
2019, 43(2): 233-250.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1803.17184
摘要:
本研究在WACCM+DART（Whole Atmosphere Community Climate Model，Data Assimilation Research Test-Bed）临近空间资料同化预报系统中加入SABER（Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry）和MLS（Microwave Limb Sounder）臭氧观测同化接口，并以2016年2月一次平流层爆发性增温（SSW）过程为模拟个例进行了SABER和MLS臭氧观测同化试验，得出以下结论：同化SABER和MLS臭氧体积浓度观测得出的WACCM+DART臭氧分析场能够较真实反映SSW期间北极上空平流层臭氧廓线随时间的演变特征，且与ERA5（Fifth Generation of ECMWF Reanalyses）再分析资料描述的臭氧变化特征具有很好的一致性；基于SABER和MLS臭氧观测的WACCM臭氧6 h预报检验表明同化臭氧观测对臭氧分析和预报误差的改善效果主要体现在南半球高纬平流层和北半球中高纬平流层中上层-中间层底部；基于ERA5再分析资料的WACCM+DART分析场检验表明同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料可在提高北半球高纬地区上平流层-中间层底部臭氧场分析质量的同时减小该地区上平流层-中间层底部温度场和中间层底部纬向风场的分析误差；基于MLS臭氧资料的臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料能更好改善0~5 d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。
本研究在WACCM+DART（Whole Atmosphere Community Climate Model，Data Assimilation Research Test-Bed）临近空间资料同化预报系统中加入SABER（Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry）和MLS（Microwave Limb Sounder）臭氧观测同化接口，并以2016年2月一次平流层爆发性增温（SSW）过程为模拟个例进行了SABER和MLS臭氧观测同化试验，得出以下结论：同化SABER和MLS臭氧体积浓度观测得出的WACCM+DART臭氧分析场能够较真实反映SSW期间北极上空平流层臭氧廓线随时间的演变特征，且与ERA5（Fifth Generation of ECMWF Reanalyses）再分析资料描述的臭氧变化特征具有很好的一致性；基于SABER和MLS臭氧观测的WACCM臭氧6 h预报检验表明同化臭氧观测对臭氧分析和预报误差的改善效果主要体现在南半球高纬平流层和北半球中高纬平流层中上层-中间层底部；基于ERA5再分析资料的WACCM+DART分析场检验表明同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料可在提高北半球高纬地区上平流层-中间层底部臭氧场分析质量的同时减小该地区上平流层-中间层底部温度场和中间层底部纬向风场的分析误差；基于MLS臭氧资料的臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料能更好改善0~5 d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。
2019, 43(2): 251-265.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17231
摘要:
利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料，通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构，发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征：稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低，从非季风区至夏季风影响过渡区，以及从夏季风影响过渡区至季风区，对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%，稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%；在稳定边界层条件下，可观察到低空急流的存在，非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区，且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布，净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区，从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。
利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料，通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构，发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征：稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低，从非季风区至夏季风影响过渡区，以及从夏季风影响过渡区至季风区，对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%，稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%；在稳定边界层条件下，可观察到低空急流的存在，非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区，且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布，净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区，从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。
2019, 43(2): 266-276.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17256
摘要:
为了进一步了解青藏高原闪电的产生氮氧化物（LNOx）经由光化学反应对O3浓度变化及夏季O3低谷形成的可能影响，本文利用2005~2013年由OMI卫星得到的对流层NO2垂直浓度柱（NO2 VCD）、O3总浓度柱（TOC）和O3廓线以及星载光学瞬变探测器OTD和闪电成像仪LIS获取的总闪电数资料，对青藏高原和同纬度长江中下游地区的TOC和NO2 VCD月均值时空分布特征、闪电与NO2 VCD的相关性和O3的垂直分布特征及其与LNOx的关系进行了对比分析。结果表明，青藏高原的O3低谷主要出现在夏季和秋季，其TOC值比同纬度长江中下游地区低约10~15 DU（Dobson unit）。青藏高原NO2VCD总体较小，表现为夏高冬低的分布特征。青藏高原夏季O3浓度受南亚高压的影响总体呈减小趋势，但因强雷暴天气导致对流层中上部LNOx浓度升高，并随强上升气流向对流层顶输送，同时通过光化学反应使O3浓度增加，缩小了青藏高原和同纬度地区的O3浓度差，减缓了O3总浓度的下降，抑制了夏季O3低谷的进一步深化。
为了进一步了解青藏高原闪电的产生氮氧化物（LNOx）经由光化学反应对O3浓度变化及夏季O3低谷形成的可能影响，本文利用2005~2013年由OMI卫星得到的对流层NO2垂直浓度柱（NO2 VCD）、O3总浓度柱（TOC）和O3廓线以及星载光学瞬变探测器OTD和闪电成像仪LIS获取的总闪电数资料，对青藏高原和同纬度长江中下游地区的TOC和NO2 VCD月均值时空分布特征、闪电与NO2 VCD的相关性和O3的垂直分布特征及其与LNOx的关系进行了对比分析。结果表明，青藏高原的O3低谷主要出现在夏季和秋季，其TOC值比同纬度长江中下游地区低约10~15 DU（Dobson unit）。青藏高原NO2VCD总体较小，表现为夏高冬低的分布特征。青藏高原夏季O3浓度受南亚高压的影响总体呈减小趋势，但因强雷暴天气导致对流层中上部LNOx浓度升高，并随强上升气流向对流层顶输送，同时通过光化学反应使O3浓度增加，缩小了青藏高原和同纬度地区的O3浓度差，减缓了O3总浓度的下降，抑制了夏季O3低谷的进一步深化。
2019, 43(2): 277-284.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17267
摘要:
地面观测提供空间点的浓度信息，三维化学模式提供网格面的浓度信息，两者在进行对比验证或同化融合时会因为空间尺度不匹配引入误差，即观测代表性误差。本研究将大气污染地面国控监测站与区县监测站结合起来，获得了京津冀地区高密度地面观测数据，利用该数据首次对京津冀地区6项常规大气污染物（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3）的地面观测代表性误差进行了客观估计，并与Elbern et al.（2007）方法估计的代表性误差进行了对比。结果发现：两种方法对京津冀地区NO2地面观测代表性误差估计非常接近，但Elbern et al.（2007）方法显著低估了SO2、CO和O3地面观测的代表性误差。在此基础上，我们对Elbern et al.（2007）方法及其误差特征参数进行了本地化修正，并增加了PM2.5和PM10的代表性误差特征参数，建立了京津冀大气污染地面观测代表性误差的客观估计方法。
地面观测提供空间点的浓度信息，三维化学模式提供网格面的浓度信息，两者在进行对比验证或同化融合时会因为空间尺度不匹配引入误差，即观测代表性误差。本研究将大气污染地面国控监测站与区县监测站结合起来，获得了京津冀地区高密度地面观测数据，利用该数据首次对京津冀地区6项常规大气污染物（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3）的地面观测代表性误差进行了客观估计，并与Elbern et al.（2007）方法估计的代表性误差进行了对比。结果发现：两种方法对京津冀地区NO2地面观测代表性误差估计非常接近，但Elbern et al.（2007）方法显著低估了SO2、CO和O3地面观测的代表性误差。在此基础上，我们对Elbern et al.（2007）方法及其误差特征参数进行了本地化修正，并增加了PM2.5和PM10的代表性误差特征参数，建立了京津冀大气污染地面观测代表性误差的客观估计方法。
2019, 43(2): 285-296.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17289
摘要:
为了提高X波段双线偏振多普勒雷达的共极化差分相移ΨC质量，利用714XDP-A型车载X波段双线偏振多普勒雷达在北京顺义的探测资料，构造了一个综合滤波方法。将其应用于滤波处理，得到结果：（1）综合小波去噪滤波方法在滤波处理及差分传播相移率KDP的估算方面相较于中值滤波、综合滑动平均、综合卡尔曼滤波及综合有限脉冲响应（FIR）滤波都是最优秀的，其能较好地保留原始ΨC平均趋势及细节特征（偏差基本在±2°可信范围内，部分区域由于对原始ΨC细节特征的保留会略有超出），避免探测误差零值对滤波产生的影响（误差零值订正值回归平均趋势水平，偏差在±2°可信范围内），对原始ΨC距离廓线的平滑程度达到了94%~97%[平滑了超出±1.5° Gate-1（Gate表示雷达距离库）的波动，对±1.5° Gate-1内波动保留]；（2）估算的KDP整体在±5° km-1边界阈值内，避免了探测误差零值、环境噪声和δ对KDP估算产生的误差影响，KDP对较强降水指示明显（在回波强度30 dBZ ≤ ZH < 37 dBZ的层积云降水中KDP普遍大于0.25° km-1，峰值可达到4.3° km-1；在回波强度30 dBZ ≤ ZH < 50 dBZ的积雨云降水中KDP普遍大于0.1° km-1，峰值可达到1.95° km-1）。本文工作对于降水估测和水成物粒子识别有着改善效果，这对雷暴天气预警预报具备重要意义。
为了提高X波段双线偏振多普勒雷达的共极化差分相移ΨC质量，利用714XDP-A型车载X波段双线偏振多普勒雷达在北京顺义的探测资料，构造了一个综合滤波方法。将其应用于滤波处理，得到结果：（1）综合小波去噪滤波方法在滤波处理及差分传播相移率KDP的估算方面相较于中值滤波、综合滑动平均、综合卡尔曼滤波及综合有限脉冲响应（FIR）滤波都是最优秀的，其能较好地保留原始ΨC平均趋势及细节特征（偏差基本在±2°可信范围内，部分区域由于对原始ΨC细节特征的保留会略有超出），避免探测误差零值对滤波产生的影响（误差零值订正值回归平均趋势水平，偏差在±2°可信范围内），对原始ΨC距离廓线的平滑程度达到了94%~97%[平滑了超出±1.5° Gate-1（Gate表示雷达距离库）的波动，对±1.5° Gate-1内波动保留]；（2）估算的KDP整体在±5° km-1边界阈值内，避免了探测误差零值、环境噪声和δ对KDP估算产生的误差影响，KDP对较强降水指示明显（在回波强度30 dBZ ≤ ZH < 37 dBZ的层积云降水中KDP普遍大于0.25° km-1，峰值可达到4.3° km-1；在回波强度30 dBZ ≤ ZH < 50 dBZ的积雨云降水中KDP普遍大于0.1° km-1，峰值可达到1.95° km-1）。本文工作对于降水估测和水成物粒子识别有着改善效果，这对雷暴天气预警预报具备重要意义。
2019, 43(2): 297-310.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17292
摘要:
利用欧洲气象中心（ERA-interim）再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料，对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因，得到以下初步结论：Soudelor和Matmo移动路径相似，但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显，如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大，且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧，台风中心的偏北方向，登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向；而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧，强降水区位于台风中心的西北方向，登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边；不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征，Soudelor影响期间副热带高压比较强盛，并阻断它与中纬度西风槽的作用，而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中，所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强；Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一，Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海，而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送，登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧，这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致；南亚高压相对于台风的位置也会影响降水，Soudelor登陆时，大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓，有利于台风暴雨的维持，而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱；此外，台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一，台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响，但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小；Soudelor登闽过程中，涡度场强度比Matmo大，且维持一个深厚的垂直对称结构，登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧，而Matmo在登闽过程中，低层的强辐合区和上升运动区始终偏西，造成二者降水分布的不同。
利用欧洲气象中心（ERA-interim）再分析资料以及中国气象局观测站点的实况降水观测结合CMORPH卫星反演的逐时降水资料，对比分析了路径类似的1513号台风Soudelor和1410号台风Matmo在登陆福建前后期间的降水分布特征以及造成登陆台风暴雨强度和落区差异的原因，得到以下初步结论：Soudelor和Matmo移动路径相似，但在登陆福建的过程中对浙、闽地区造成的降水强度和分布差异明显，如Soudelor造成的总降水强度比Matmo大，且Soudelor的强降水在登陆前主要分布在台风路径的右侧，台风中心的偏北方向，登陆以后主要在台风的偏北以及东北方向；而Matmo登陆前降水基本均匀分布在路径两侧，强降水区位于台风中心的西北方向，登陆福建以后向北移动的过程中强降水区转向台风中心的北边；不同的大尺度环流背景也会导致登陆过程中不同的降水分布特征，Soudelor影响期间副热带高压比较强盛，并阻断它与中纬度西风槽的作用，而Matmo登陆北上过程中逐渐减弱并汇入河北上空的西风槽中，所以登陆后期Matmo的降水比Soudelor强；Soudelor和Matmo台风登闽前后低层水汽输送及东风急流差异是导致大暴雨落区差异的原因之一，Matmo的水汽输送主要来自孟加拉湾及南海，而Soudelor登陆前东部有来自另一个台风Molave的水汽输送，登陆后强水汽输送通量区及水汽辐合带位于Soudelor偏北侧，这与Soudelor登陆造成的暴雨在中心偏北方向一致；南亚高压相对于台风的位置也会影响降水，Soudelor登陆时，大兴安岭上空大槽前的偏西风急流与南部高压西北侧的西南急流一起使得它登陆后减弱速度变缓，有利于台风暴雨的维持，而Matmo高空受急流造成的气旋性切变流场加速了台风的减弱；此外，台风自身的结构和强度变化以及登陆后维持时间不同也是造成两次过程降水差异的主要原因之一，台风暖心结构的强度以及台风高层暖心减弱的速度对台风降水有一定影响，但对登陆时台风暴雨的不对称分布影响较小；Soudelor登闽过程中，涡度场强度比Matmo大，且维持一个深厚的垂直对称结构，登闽后期附近的辐合上升气流主要位于中心东侧，而Matmo在登闽过程中，低层的强辐合区和上升运动区始终偏西，造成二者降水分布的不同。
2019, 43(2): 311-324.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17294
摘要:
本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料，利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集，依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系，结果表明：天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现，随着气旋活动指数增强，东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现，促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入，同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流，江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流，有利于江淮区域涡度增大，相应的低空辐合、高空辐散垂直结构，为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积，导致区域云量以及降水异常的增多。
本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料，利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集，依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系，结果表明：天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现，随着气旋活动指数增强，东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现，促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入，同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流，江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流，有利于江淮区域涡度增大，相应的低空辐合、高空辐散垂直结构，为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积，导致区域云量以及降水异常的增多。
2019, 43(2): 325-338.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1807.17300
摘要:
利用ERA-Interim 0.125°×0.125°高分辨率逐6小时再分析数据，选取昆明准静止锋2008年1~2月长时间维持过程诊断分析了锋生函数及其各分项在锋面生消过程中的作用与贡献，并结合2016年1月20~27日锋面增强西进过程和1979年1月14~20日锋面减弱东退过程进行了比较分析。结果表明：（1）非绝热加热项对锋面生消作用较小，但存在显著的日变化。在辐射作用下，非绝热加热项日间表现为锋消，夜间为锋生。（2）西移冷气团在被高原大地形抬升过程中存在局地地形迫使冷气团下沉的情况，并导致垂直运动倾斜项表现为锋生。由于地形固定不变，局地锋生形成次级锋生带。次级锋生带与昆明准静止锋的形成、维持和东西摆动有密切的联系。（3）辐合辐散项和水平形变项是锋生函数变化的主要贡献项，其中水平形变项中的切变变形作用以锋生为主，而伸缩变形项在纬向产生锋生，在经向产生锋消。
利用ERA-Interim 0.125°×0.125°高分辨率逐6小时再分析数据，选取昆明准静止锋2008年1~2月长时间维持过程诊断分析了锋生函数及其各分项在锋面生消过程中的作用与贡献，并结合2016年1月20~27日锋面增强西进过程和1979年1月14~20日锋面减弱东退过程进行了比较分析。结果表明：（1）非绝热加热项对锋面生消作用较小，但存在显著的日变化。在辐射作用下，非绝热加热项日间表现为锋消，夜间为锋生。（2）西移冷气团在被高原大地形抬升过程中存在局地地形迫使冷气团下沉的情况，并导致垂直运动倾斜项表现为锋生。由于地形固定不变，局地锋生形成次级锋生带。次级锋生带与昆明准静止锋的形成、维持和东西摆动有密切的联系。（3）辐合辐散项和水平形变项是锋生函数变化的主要贡献项，其中水平形变项中的切变变形作用以锋生为主，而伸缩变形项在纬向产生锋生，在经向产生锋消。
2019, 43(2): 339-349.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17285
摘要:
利用1998~2007年候平均ISCCP（International Satellite Cloud Climatology Project）D1云资料和台站融合降水资料，定义了两类云指数和降水指数，分别反映东亚夏季风活动期间不同云类云量和降水量位置及强弱的变化。用云指数和降水指数研究了东亚夏季风在中国大陆的推进过程，发现两类指数均能表现东亚夏季风的停滞与北跳特征且具有时空上的一致性。基于云指数变化定义了中国东部华南、华东和华北三个区域季风活跃期、过渡期和中断期，检验了季风活跃期和中断期云指数的差异、500 hPa环流场和水汽场的差异，验证了用云表征季风活动的合理性。对比了用云指数和降水指数定义的季风活动期，发现两个指数定义的季风活跃期和中断期日数虽有差异但基本一致，二者的区别在于降水指数偏重于对降水特征差异的描述，云指数则更偏重于对不同类型云量差异的描述，二者的差异还反映了降水性质的差异。
利用1998~2007年候平均ISCCP（International Satellite Cloud Climatology Project）D1云资料和台站融合降水资料，定义了两类云指数和降水指数，分别反映东亚夏季风活动期间不同云类云量和降水量位置及强弱的变化。用云指数和降水指数研究了东亚夏季风在中国大陆的推进过程，发现两类指数均能表现东亚夏季风的停滞与北跳特征且具有时空上的一致性。基于云指数变化定义了中国东部华南、华东和华北三个区域季风活跃期、过渡期和中断期，检验了季风活跃期和中断期云指数的差异、500 hPa环流场和水汽场的差异，验证了用云表征季风活动的合理性。对比了用云指数和降水指数定义的季风活动期，发现两个指数定义的季风活跃期和中断期日数虽有差异但基本一致，二者的区别在于降水指数偏重于对降水特征差异的描述，云指数则更偏重于对不同类型云量差异的描述，二者的差异还反映了降水性质的差异。
2019, 43(2): 350-360.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17305
摘要:
基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料，分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型，降水所需的水汽主要来自上游地区，从该区域的西边界输入。然而，高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定，表现为高原西侧的西南风异常。此外，高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强，而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化，在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常，使得高原西侧地区出现异常西南风，从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下，暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动，从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。
基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料，分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型，降水所需的水汽主要来自上游地区，从该区域的西边界输入。然而，高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定，表现为高原西侧的西南风异常。此外，高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强，而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化，在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常，使得高原西侧地区出现异常西南风，从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下，暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动，从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。
2019, 43(2): 361-371.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1806.18101
摘要:
在CM1模式动力框架基础上，推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件，并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程，以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验，验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数据做尺度分析，得到飑线系统中平流、对流以及沉降作用对水汽变量的影响最大，飑线的出现需要水汽分布和上升气流的配合，水汽相变影响次之，湍流作用相对较小。东北冷涡不同区域的模拟验证了理论分析的结果，冷涡西南侧受冷涡引导南下的冷空气影响，配合低层暖平流出现不稳定层结，结合有横向梯度的湿度场，可以形成飑线。在上升气流强的区域受水汽浓度和温度的影响在中高层容易形成强的雷达回波，两侧和积分一段时间后的低层受沉降作用的影响也会出现强的雷达回波。
在CM1模式动力框架基础上，推导出结合尺度分析得到的强对流天气发生发展的必要条件，并选择典型东北冷涡背景下的飑线过程，以200 m的高精度水平网格距进行数值模拟和对比试验，验证理论结果的同时得到东北冷涡飑线形成的条件。通过模式数据做尺度分析，得到飑线系统中平流、对流以及沉降作用对水汽变量的影响最大，飑线的出现需要水汽分布和上升气流的配合，水汽相变影响次之，湍流作用相对较小。东北冷涡不同区域的模拟验证了理论分析的结果，冷涡西南侧受冷涡引导南下的冷空气影响，配合低层暖平流出现不稳定层结，结合有横向梯度的湿度场，可以形成飑线。在上升气流强的区域受水汽浓度和温度的影响在中高层容易形成强的雷达回波，两侧和积分一段时间后的低层受沉降作用的影响也会出现强的雷达回波。
2019, 43(2): 372-388.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.18106
摘要:
2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程，利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料，在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上，利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟，利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明：此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下，巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成，云团生成后，在向东北方向移动过程中，经过伊犁地区上空时，受天山地形抬升影响不断发展增强，造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统，其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强，风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持，类似于"列车效应"，不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区，是该次暴雨持续的重要原因。
2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程，利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料，在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上，利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟，利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明：此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下，巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成，云团生成后，在向东北方向移动过程中，经过伊犁地区上空时，受天山地形抬升影响不断发展增强，造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统，其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强，风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持，类似于"列车效应"，不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区，是该次暴雨持续的重要原因。
2019, 43(2): 389-400.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1808.18108
摘要:
回归分析是统计分析中常用的方法之一。传统的回归模型不具备全域分析能力，而变量场之间的关系多采用SVD（Singular Value Decomposition）进行分析，与传统的回归分析有所脱节。更为广义的线性回归模型是传统线性回归模型的延拓，在标量情况下，该模型可转化为传统线性回归模型。该模型的基本特征包含乘法不可互易性、等价于传统线性回归（因子项为标量时）、可分析性、延拓性、降维特征及容错性等。该模型解决了传统的线性回归模型不具备全域分析能力及模型表达能力受限于模型维数的现实问题。本文采用了NCEP（National Centers for Environmental Prediction）降水、高度场、风场月平均资料及国家气候中心西太平洋副热带高压指数资料，利用该模型和传统回归方案进行对比分析，分析结果表明，该模型具有一定的实用参考价值。
回归分析是统计分析中常用的方法之一。传统的回归模型不具备全域分析能力，而变量场之间的关系多采用SVD（Singular Value Decomposition）进行分析，与传统的回归分析有所脱节。更为广义的线性回归模型是传统线性回归模型的延拓，在标量情况下，该模型可转化为传统线性回归模型。该模型的基本特征包含乘法不可互易性、等价于传统线性回归（因子项为标量时）、可分析性、延拓性、降维特征及容错性等。该模型解决了传统的线性回归模型不具备全域分析能力及模型表达能力受限于模型维数的现实问题。本文采用了NCEP（National Centers for Environmental Prediction）降水、高度场、风场月平均资料及国家气候中心西太平洋副热带高压指数资料，利用该模型和传统回归方案进行对比分析，分析结果表明，该模型具有一定的实用参考价值。
2019, 43(2): 401-416.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.18112
摘要:
基于1979~2015年ERA-Interim再分析资料，分析了夏季亚洲高空急流纬向非对称变异特征及其可能的外强迫因子。研究发现夏季亚洲200 hPa纬向风异常EOF第二模态（方差贡献为16.4%）主要表现出了急流纬向非对称的空间异常形态，反映了西亚和东亚区域急流南北偏移的反位相变化。通过进一步的诊断分析，我们发现急流纬向非对称变异与北大西洋海表温度（简称海温）和欧亚陆面热力异常可能存在一定的联系。北大西洋三极型海温异常会激发出向下游传播的异常波列，夏季该波列在欧亚大陆上空的异常环流中心与急流纬向非对称相关的异常环流中心对应一致，其中东欧平原的异常反气旋和巴尔喀什湖附近的异常气旋对西亚急流变化存在影响，东亚地区急流的变化与贝加尔湖北部异常气旋和贝加尔湖南部的异常反气旋有关。对比欧亚土壤湿度关键区内垂直环流，陆面热力异常可能会改变局地环流进而影响急流变异，且这种影响存在区域差异。
基于1979~2015年ERA-Interim再分析资料，分析了夏季亚洲高空急流纬向非对称变异特征及其可能的外强迫因子。研究发现夏季亚洲200 hPa纬向风异常EOF第二模态（方差贡献为16.4%）主要表现出了急流纬向非对称的空间异常形态，反映了西亚和东亚区域急流南北偏移的反位相变化。通过进一步的诊断分析，我们发现急流纬向非对称变异与北大西洋海表温度（简称海温）和欧亚陆面热力异常可能存在一定的联系。北大西洋三极型海温异常会激发出向下游传播的异常波列，夏季该波列在欧亚大陆上空的异常环流中心与急流纬向非对称相关的异常环流中心对应一致，其中东欧平原的异常反气旋和巴尔喀什湖附近的异常气旋对西亚急流变化存在影响，东亚地区急流的变化与贝加尔湖北部异常气旋和贝加尔湖南部的异常反气旋有关。对比欧亚土壤湿度关键区内垂直环流，陆面热力异常可能会改变局地环流进而影响急流变异，且这种影响存在区域差异。
2019, 43(2): 417-436.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.18118
摘要:
利用WRF模式对2015年热带气旋（TC）"苏迪罗"发展演变过程开展高分辨率数值模拟，模式较好地再现了"苏迪罗"路径、强度、高低空环流、云系演变和降水分布等。应用三维地面降水诊断方程对"苏迪罗"海上活动时段的降水物理过程模拟诊断指出，QWVA（三维水汽通量辐合辐散率）对TC环流区域内降水相关的水汽相关过程变率（QWV）变化起主导作用，但环流区域内QWVL（垂直积分负的水汽局地变化率）和QWVE（海面蒸发率）亦有重要贡献（尤其是后者），尽管QWVE贡献明显小于QWVA，但由环流区域外辐合来的水汽也可能主要源于区域外不同海域的海面蒸发，海面蒸发的总体贡献应更大。海上活动时段云相关过程变率（QCM）特征及变化与QWV相比更为复杂，环流区域内的QCLL（负的液相水凝物局地变率）基本维持正值（液相水凝物持续减少），其消耗主要用于向冰相水凝物转化和地面降水，以及向区域外的三维通量辐散，6日04时之前，环流区域内QCIL（负的冰相水凝物局地变率）的变化主要归因于微物理转化及地面降水，而6日04时之后，来自环流区域外的通量辐合也有一定作用；降水强度逐渐增强时期，水凝物含量的短暂增长（负值QCLL和QCIL）主要归因于明显增强和垂直扩展的上升运动，伴随上升运动增强，水凝物含量明显增加，霰融化（Pgmlt）和雨滴碰并云滴（Pracw）是造成雨滴含量增加的主要微物理过程。"苏迪罗"环流内区域和时间平均的降水效率高达96%，其中QWVA是主要贡献项，而QWVE和QWVL亦有重要贡献，这与TC所处海洋下垫面有关，海上活动时段，充足的降水源和较小的降水汇共同造成此时段的高降水效率，雨滴生成主要微物理来源中，Pgmlt约占Pracw的72%，体现出海上活动时段TC环流内旺盛的深对流活动特征。
利用WRF模式对2015年热带气旋（TC）"苏迪罗"发展演变过程开展高分辨率数值模拟，模式较好地再现了"苏迪罗"路径、强度、高低空环流、云系演变和降水分布等。应用三维地面降水诊断方程对"苏迪罗"海上活动时段的降水物理过程模拟诊断指出，QWVA（三维水汽通量辐合辐散率）对TC环流区域内降水相关的水汽相关过程变率（QWV）变化起主导作用，但环流区域内QWVL（垂直积分负的水汽局地变化率）和QWVE（海面蒸发率）亦有重要贡献（尤其是后者），尽管QWVE贡献明显小于QWVA，但由环流区域外辐合来的水汽也可能主要源于区域外不同海域的海面蒸发，海面蒸发的总体贡献应更大。海上活动时段云相关过程变率（QCM）特征及变化与QWV相比更为复杂，环流区域内的QCLL（负的液相水凝物局地变率）基本维持正值（液相水凝物持续减少），其消耗主要用于向冰相水凝物转化和地面降水，以及向区域外的三维通量辐散，6日04时之前，环流区域内QCIL（负的冰相水凝物局地变率）的变化主要归因于微物理转化及地面降水，而6日04时之后，来自环流区域外的通量辐合也有一定作用；降水强度逐渐增强时期，水凝物含量的短暂增长（负值QCLL和QCIL）主要归因于明显增强和垂直扩展的上升运动，伴随上升运动增强，水凝物含量明显增加，霰融化（Pgmlt）和雨滴碰并云滴（Pracw）是造成雨滴含量增加的主要微物理过程。"苏迪罗"环流内区域和时间平均的降水效率高达96%，其中QWVA是主要贡献项，而QWVE和QWVL亦有重要贡献，这与TC所处海洋下垫面有关，海上活动时段，充足的降水源和较小的降水汇共同造成此时段的高降水效率，雨滴生成主要微物理来源中，Pgmlt约占Pracw的72%，体现出海上活动时段TC环流内旺盛的深对流活动特征。
2019, 43(2): 437-455.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.18131
摘要:
本文通过与观测和再分析资料的对比，评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力，并使用水汽收支方程诊断，研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明，两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少，印度半岛附近海域偏多，在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱，而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明，两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量，尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面，夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖，造成向印度半岛的水汽输送偏少；另一方面，对流层温度偏冷，冷中心位于印度半岛北部对流层上层，同时季风槽内总云量偏少，云长波辐射效应偏弱，对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上，观测中南亚夏季风环流和降水指数与Niño3.4指数存在负相关关系，但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋，沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强，导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明，若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧，需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差；若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。
本文通过与观测和再分析资料的对比，评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力，并使用水汽收支方程诊断，研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明，两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少，印度半岛附近海域偏多，在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱，而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明，两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量，尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面，夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖，造成向印度半岛的水汽输送偏少；另一方面，对流层温度偏冷，冷中心位于印度半岛北部对流层上层，同时季风槽内总云量偏少，云长波辐射效应偏弱，对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上，观测中南亚夏季风环流和降水指数与Niño3.4指数存在负相关关系，但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋，沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强，导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明，若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧，需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差；若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。
2019, 43(2): 456-466.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1806.17296
摘要:
本文运用准地转模式，通过等值投影方法，将等值线转换为向量场结构，探讨西风带高低指数周期性转换的机制，结果表明：（1）仅有位能转化所引起的水平涡动输送，可能产生大振幅的行星波，但不会产生西风带的断裂；（2）在波流相互作用下，平均纬向风速与基波波幅满足分岔条件时，会出现西风带断裂现象，即当满足这个分岔条件时，更有利于北极与中纬度及副热带能量的相互输送。如北极冷空气的跨纬度输送会导致东亚极端冷事件的发生；同时，也能维持西风带的高低指数循环。
本文运用准地转模式，通过等值投影方法，将等值线转换为向量场结构，探讨西风带高低指数周期性转换的机制，结果表明：（1）仅有位能转化所引起的水平涡动输送，可能产生大振幅的行星波，但不会产生西风带的断裂；（2）在波流相互作用下，平均纬向风速与基波波幅满足分岔条件时，会出现西风带断裂现象，即当满足这个分岔条件时，更有利于北极与中纬度及副热带能量的相互输送。如北极冷空气的跨纬度输送会导致东亚极端冷事件的发生；同时，也能维持西风带的高低指数循环。
