2022年 第46卷 第2期
2022, 46(2): 225-236.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20127
摘要:
本文基于临界慢化的理论，采用太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO）指数的近百年（1900～2019年）历史数据及未来百年（2006～2100年）模式模拟数据，首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间，进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数，研究了PDO年代际位相转折的早期预警信号。结果表明：（1）近百年来PDO发生了4次显著的位相转变，每次位相转变前的5～10年可以提取到早期预警信号；（2）通过对CMIP5气候模式资料计算得到的PDO进行统计合成得到未来百年的PDO序列，检测结果表明在2040年和2080年前后发生年代际转折，转折前的5～10年能够检测到早期预警信号；（3）近百年和未来百年PDO序列的位相转变及早期预警信号研究证实在PDO发生位相转变之前方差和自相关系数总能提前数年给出预警信号，也揭示了未来PDO的转折时间。
本文基于临界慢化的理论，采用太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation, PDO）指数的近百年（1900～2019年）历史数据及未来百年（2006～2100年）模式模拟数据，首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间，进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数，研究了PDO年代际位相转折的早期预警信号。结果表明：（1）近百年来PDO发生了4次显著的位相转变，每次位相转变前的5～10年可以提取到早期预警信号；（2）通过对CMIP5气候模式资料计算得到的PDO进行统计合成得到未来百年的PDO序列，检测结果表明在2040年和2080年前后发生年代际转折，转折前的5～10年能够检测到早期预警信号；（3）近百年和未来百年PDO序列的位相转变及早期预警信号研究证实在PDO发生位相转变之前方差和自相关系数总能提前数年给出预警信号，也揭示了未来PDO的转折时间。
2022, 46(2): 237-250.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20173
摘要:
针对我国陡峭地形数值预报难题，本文在国际先进WRF（Weather Research and Forecasting）模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标，以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案。设计气柱质量变换方法，实现阶梯地形和追随地形两种垂直坐标下动力方程组的形式一致，从而简化方程组离散及程序实现的复杂过程。阶梯地形的构造借鉴了AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）的设计思路，即首先构造参考大气，而后定义阶梯地形网格特征量，最后进行阶梯地形表达。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后，采用山脉波理想试验和实例试验对新动力框架的正确性和有效性进行了检验。结果表明：由于阶梯地形固有的孤立分布特征，可造成不同台阶处气流的分离，从而使得阶梯地形在较粗垂直分辨率情形下，不能很好模拟山脉波；但如果垂直分层足够精细，或模拟时间足够长，可通过减弱气流分离现象或调整气流分布状态，对地形波进行有效刻画。
针对我国陡峭地形数值预报难题，本文在国际先进WRF（Weather Research and Forecasting）模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标，以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案。设计气柱质量变换方法，实现阶梯地形和追随地形两种垂直坐标下动力方程组的形式一致，从而简化方程组离散及程序实现的复杂过程。阶梯地形的构造借鉴了AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）的设计思路，即首先构造参考大气，而后定义阶梯地形网格特征量，最后进行阶梯地形表达。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后，采用山脉波理想试验和实例试验对新动力框架的正确性和有效性进行了检验。结果表明：由于阶梯地形固有的孤立分布特征，可造成不同台阶处气流的分离，从而使得阶梯地形在较粗垂直分辨率情形下，不能很好模拟山脉波；但如果垂直分层足够精细，或模拟时间足够长，可通过减弱气流分离现象或调整气流分布状态，对地形波进行有效刻画。
2022, 46(2): 251-262.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.20248
摘要:
地球系统模式已经逐步成为研究热带气旋（TC）活动气候变化的重要工具之一，之前的研究发现南京信息工程大学地球系统模式（NESM）高分辨率版本可以较好地模拟全球海温分布及TC活动的气候特征。本研究进一步分析了NESM地球系统模式模拟西北太平洋TC活动的年际变化，并与1967～2016年观测的TC活动进行对比。NESM模式高分辨率版本能够较好地模拟西北太平洋平均海温及与ENSO事件联系的海温异常变化特点，对El Niño事件发生时西北太平洋TC的生成频数和路径分布的模拟较好，也能模拟El Niño年TC生成位置比La Niña年偏东的特征，但是未能模拟出TC平均生命周期和Niño3.4地区海温的相关性。并且模式模拟的La Niña年TC的生成位置偏东，主要原因是模拟La Niña年季风槽平均位置偏东。研究结果有助于进一步改进NESM模式和利用NESM模式研究TC活动。
地球系统模式已经逐步成为研究热带气旋（TC）活动气候变化的重要工具之一，之前的研究发现南京信息工程大学地球系统模式（NESM）高分辨率版本可以较好地模拟全球海温分布及TC活动的气候特征。本研究进一步分析了NESM地球系统模式模拟西北太平洋TC活动的年际变化，并与1967～2016年观测的TC活动进行对比。NESM模式高分辨率版本能够较好地模拟西北太平洋平均海温及与ENSO事件联系的海温异常变化特点，对El Niño事件发生时西北太平洋TC的生成频数和路径分布的模拟较好，也能模拟El Niño年TC生成位置比La Niña年偏东的特征，但是未能模拟出TC平均生命周期和Niño3.4地区海温的相关性。并且模式模拟的La Niña年TC的生成位置偏东，主要原因是模拟La Niña年季风槽平均位置偏东。研究结果有助于进一步改进NESM模式和利用NESM模式研究TC活动。
2022, 46(2): 263-274.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21001
摘要:
基于泰国气象局提供的近32年（1981～2012）站点逐日降水观测资料，利用线性趋势和集合经验模态分解（Ensemble empirical mode decomposition, EEMD）等分析方法，本文重点研究了泰国及其五个地理分区内各等级降水量与降水日数出现正异常（第95百分位及以上）的站点比例变化，并深入分析了泰国逐年降水量与暴雨级别以上持续性和非持续性降水量相对贡献的变化。主要结论如下：（1）泰国东部和南部地区是其降水最强的区域，而泰国北部地区降水相对最弱，在研究的32年时段内，泰国境内有87%的站点出现了逐年降水增加的趋势（共有22个站通过了95%置信水平的显著性检验），其中泰国南部是增加最快的区域，而泰国东部地区则是出现降水增加趋势最少的地区。位于泰国湾沿岸的曼谷站和洛坤站是整个泰国境内逐年降水增加最快的站点。（2）泰国北部地区的逐年降水量、逐年降水日数与平均降水强度出现正异常的站点比例显著增加，表明极端降水的影响范围在扩大，而泰国南部地区仅大暴雨级别以上的极端降水出现了范围扩大的趋势。（3）暴雨级别以上的降水在泰国不同地区存在着显著差异，其中泰国北部、东北部和中部地区，非持续性降水占主导地位，而在泰国东部和南部地区，持续性与非持续性降水的贡献相当。暴雨级别以上持续性降水出现正异常的站点比例在泰国北部和南部地区有显著的增加趋势，表明这些地区受稳定系统影响所发生强降水的范围有着显著的扩大趋势。
基于泰国气象局提供的近32年（1981～2012）站点逐日降水观测资料，利用线性趋势和集合经验模态分解（Ensemble empirical mode decomposition, EEMD）等分析方法，本文重点研究了泰国及其五个地理分区内各等级降水量与降水日数出现正异常（第95百分位及以上）的站点比例变化，并深入分析了泰国逐年降水量与暴雨级别以上持续性和非持续性降水量相对贡献的变化。主要结论如下：（1）泰国东部和南部地区是其降水最强的区域，而泰国北部地区降水相对最弱，在研究的32年时段内，泰国境内有87%的站点出现了逐年降水增加的趋势（共有22个站通过了95%置信水平的显著性检验），其中泰国南部是增加最快的区域，而泰国东部地区则是出现降水增加趋势最少的地区。位于泰国湾沿岸的曼谷站和洛坤站是整个泰国境内逐年降水增加最快的站点。（2）泰国北部地区的逐年降水量、逐年降水日数与平均降水强度出现正异常的站点比例显著增加，表明极端降水的影响范围在扩大，而泰国南部地区仅大暴雨级别以上的极端降水出现了范围扩大的趋势。（3）暴雨级别以上的降水在泰国不同地区存在着显著差异，其中泰国北部、东北部和中部地区，非持续性降水占主导地位，而在泰国东部和南部地区，持续性与非持续性降水的贡献相当。暴雨级别以上持续性降水出现正异常的站点比例在泰国北部和南部地区有显著的增加趋势，表明这些地区受稳定系统影响所发生强降水的范围有着显著的扩大趋势。
2022, 46(2): 275-292.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21034
摘要:
干涉式大气垂直探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder，简称GIIRS）是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪，能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差（观测亮温减去模拟亮温，记为O−B）分布特征进行了全景分析，结果表明：长波通道O−B偏差和标准差普遍小于中波通道，且都存在一段受污染的通道。O−B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱，而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关，偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后，GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验，试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子，都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差，订正后O−B和O−A的系统性误差（偏差）都变小。该研究结果可为全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。
干涉式大气垂直探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder，简称GIIRS）是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪，能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差（观测亮温减去模拟亮温，记为O−B）分布特征进行了全景分析，结果表明：长波通道O−B偏差和标准差普遍小于中波通道，且都存在一段受污染的通道。O−B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱，而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关，偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后，GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验，试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子，都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差，订正后O−B和O−A的系统性误差（偏差）都变小。该研究结果可为全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。
2022, 46(2): 293-308.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21047
摘要:
本文采用1985～2015年美国气象环境预报中心及能源部（NCEP/DOE）再分析以及美国国家海洋大气管理局（NOAA）海温（SST）等资料，基于大范围SST异常的确定规则，在北太平洋区域选取了8个暖事件，采用跟随SST异常中心的动态合成方法，研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明：（1）大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用，后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。（2）SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变，前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常（即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压），对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常，南侧为弱高压异常，对应大气偏西风异常。（3）在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应，这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用，且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。（4）海流结构在前后期也发生了明显的转变，前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常，后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。
本文采用1985～2015年美国气象环境预报中心及能源部（NCEP/DOE）再分析以及美国国家海洋大气管理局（NOAA）海温（SST）等资料，基于大范围SST异常的确定规则，在北太平洋区域选取了8个暖事件，采用跟随SST异常中心的动态合成方法，研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明：（1）大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用，后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。（2）SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变，前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常（即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压），对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常，南侧为弱高压异常，对应大气偏西风异常。（3）在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应，这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用，且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。（4）海流结构在前后期也发生了明显的转变，前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常，后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。
2022, 46(2): 309-326.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21002
摘要:
利用1961～2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979～2020年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5逐月再分析资料以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的逐6 h全球再分析资料，采用相关、回归、聚类、混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLITv5.0）模型模拟等方法对2020年6～7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析，定义了关键区水汽强度指标，分析了关键区水汽强度与海温的联系。结果表明，2020年6～7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成，为1961年以来最多，除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外，其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6～7月200 hPa上高空急流位置偏南，西南地区东部正好位于急流轴以南地区，高层强辐散流出，低层强辐合流入，配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动，为降水提供了良好的动力条件，而西太平洋副热带高压（副高）明显西伸，有利于其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送，使得该区域降水偏多。采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果表明2020年6～7月西南地区东部降水的水汽路径70.5%来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方路径，17.6%来自于北方路径，11.9%来自于局地。前冬赤道中东太平洋海温偏高和热带印度洋全区海温偏高，西太平洋副高明显偏西、偏强，孟加拉湾和南海地区为东风距平，有利于南海地区向西的水汽偏强，不利于孟加拉湾地区向东的水汽输送；与此同时，菲律宾至我国南海附近为异常反气旋，使得中南半岛北部地区为偏南风距平，有利于中南半岛北部地区向北的水汽输送偏强，共同造成西南地区东部降水偏多。
利用1961～2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979～2020年欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5逐月再分析资料以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的逐6 h全球再分析资料，采用相关、回归、聚类、混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLITv5.0）模型模拟等方法对2020年6～7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析，定义了关键区水汽强度指标，分析了关键区水汽强度与海温的联系。结果表明，2020年6～7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成，为1961年以来最多，除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外，其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6～7月200 hPa上高空急流位置偏南，西南地区东部正好位于急流轴以南地区，高层强辐散流出，低层强辐合流入，配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动，为降水提供了良好的动力条件，而西太平洋副热带高压（副高）明显西伸，有利于其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送，使得该区域降水偏多。采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果表明2020年6～7月西南地区东部降水的水汽路径70.5%来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方路径，17.6%来自于北方路径，11.9%来自于局地。前冬赤道中东太平洋海温偏高和热带印度洋全区海温偏高，西太平洋副高明显偏西、偏强，孟加拉湾和南海地区为东风距平，有利于南海地区向西的水汽偏强，不利于孟加拉湾地区向东的水汽输送；与此同时，菲律宾至我国南海附近为异常反气旋，使得中南半岛北部地区为偏南风距平，有利于中南半岛北部地区向北的水汽输送偏强，共同造成西南地区东部降水偏多。
2022, 46(2): 327-345.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.20157
摘要:
基于GRAPES（Global and Regional Assimilation Prediction System）全球预报系统（GRAPES-GFS）的2018年9月至2019年8月的分析场和35天预报的试验数据，对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明，该系统可描述2018冬季及2019年夏季2 m温度和500 hPa位势高度的空间分布特征，但在热力强迫作用显著的高原沙漠地区，尤其是非洲干旱区，GRAPES-GFS的2 m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2 m温度在超前1～3周预报的均方根误差近似线型增长，最终趋于稳定。海洋区域2 m温度的预报技巧较陆地低，东亚及澳大利亚预报技巧较高。关于500 hPa位势高度，在超前1～3周预报时，东亚中低纬度预报技巧明显高于中高纬度地区，热带地区的远低于其它地区，北半球的高于南半球。关于MJO，GRAPES-GFS可描述高层和低层纬向风场的传播和模态特征，可抓住较强对流活动信号的具体位置，但地球向外长波辐射（OLR）在赤道地区正距平信号偏弱，负距平信号偏强。GRAPES-GFS模式对MJO的距平相关系数（ACC）有效预报技巧达到11天左右，与一般大气模式预报水平接近。对于选取的两次强MJO事件个例，在超前6天的预报上，GRAPES-GFS可准确地描述2次事件的传播过程，但MJO信号在发展和衰亡阶段强度偏强。
基于GRAPES（Global and Regional Assimilation Prediction System）全球预报系统（GRAPES-GFS）的2018年9月至2019年8月的分析场和35天预报的试验数据，对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明，该系统可描述2018冬季及2019年夏季2 m温度和500 hPa位势高度的空间分布特征，但在热力强迫作用显著的高原沙漠地区，尤其是非洲干旱区，GRAPES-GFS的2 m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2 m温度在超前1～3周预报的均方根误差近似线型增长，最终趋于稳定。海洋区域2 m温度的预报技巧较陆地低，东亚及澳大利亚预报技巧较高。关于500 hPa位势高度，在超前1～3周预报时，东亚中低纬度预报技巧明显高于中高纬度地区，热带地区的远低于其它地区，北半球的高于南半球。关于MJO，GRAPES-GFS可描述高层和低层纬向风场的传播和模态特征，可抓住较强对流活动信号的具体位置，但地球向外长波辐射（OLR）在赤道地区正距平信号偏弱，负距平信号偏强。GRAPES-GFS模式对MJO的距平相关系数（ACC）有效预报技巧达到11天左右，与一般大气模式预报水平接近。对于选取的两次强MJO事件个例，在超前6天的预报上，GRAPES-GFS可准确地描述2次事件的传播过程，但MJO信号在发展和衰亡阶段强度偏强。
2022, 46(2): 346-358.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20190
摘要:
本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程，采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构，分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征，探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上，发现了更精细的输送带结构特征，尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。研究表明，根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内，旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动，并在中高层产生负位涡扰动，促进高空系统发展。同时，暖输送带向上层输送水汽，影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中，本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征，而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋，上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动，利于促进暖锋附近降水形成；而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动，初始远离暖锋朝向气旋中心运动，水汽含量增加，随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉，这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。
本文利用WRF理想斜压波模式模拟了理想湿大气中温带气旋的快速发展过程，采用拉格朗日轨迹筛选方法识别了气旋内部冷、暖输送带结构，分析了沿着输送带轨迹的物理量演变特征，探究了输送带气流对气旋降水结构的影响。本文在再现前人研究结论的基础上，发现了更精细的输送带结构特征，尤其是对冷输送带特征有了进一步认识。研究表明，根据相对气旋中心运动特征可将暖输送带划分为“前倾上升”和“后倾上升”两支。两支气流均起始于对流层低层冷锋前暖区内，旋转上升到对流层中高层出流区后分别向气旋中心的下游和上游运动，并在中高层产生负位涡扰动，促进高空系统发展。同时，暖输送带向上层输送水汽，影响锋面附近降水中心的形成和维持。在对冷输送带的研究中，本文证实了前人研究描述的上升类和低层运动类特征，而且发现其可以更精细地呈现出四支气流结构。“前倾上升”和“后倾上升”两支气流的初始位置靠近暖锋，上升运动到对流层中层后分别向气旋中心的下游和上游运动，利于促进暖锋附近降水形成；而“环气旋前倾”和“环气旋后倾”两支气流始终在对流层低层运动，初始远离暖锋朝向气旋中心运动，水汽含量增加，随后环绕气旋中心缓慢上升运动到气旋西侧后分别向气旋下游和上游下沉，这两支气流导致了气旋西北侧弱降水的发生。
2022, 46(2): 359-379.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20232
摘要:
利用WRF模式，结合三维降水诊断方程，对2016年北京“7·20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析。结果显示：降水峰值时刻前，强盛水汽辐合支撑强降水，同时加湿大气，后期，水汽辐合显著减弱，降水造成局地大气中水汽含量明显减少；降水峰值时刻前，水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展，后期，动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散，导致水凝物含量显著减少，降水系统逐步瓦解；主降水时段，垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大，并在降水峰值时刻达最大，之后减弱收缩；上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近，进而回落到零度层之下，伴随“弱—强—弱”的降水强度变化；上升运动控制下，水凝物含量变化明显，但不同水凝物变化幅度不一，霰粒子和雨滴增幅最显著，并于降水峰值时刻含量达最大，随后减小，其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程，导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出，不同微物理参数化方案对“7·20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异，值得深入研究。
利用WRF模式，结合三维降水诊断方程，对2016年北京“7·20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析。结果显示：降水峰值时刻前，强盛水汽辐合支撑强降水，同时加湿大气，后期，水汽辐合显著减弱，降水造成局地大气中水汽含量明显减少；降水峰值时刻前，水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展，后期，动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散，导致水凝物含量显著减少，降水系统逐步瓦解；主降水时段，垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大，并在降水峰值时刻达最大，之后减弱收缩；上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近，进而回落到零度层之下，伴随“弱—强—弱”的降水强度变化；上升运动控制下，水凝物含量变化明显，但不同水凝物变化幅度不一，霰粒子和雨滴增幅最显著，并于降水峰值时刻含量达最大，随后减小，其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程，导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出，不同微物理参数化方案对“7·20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异，值得深入研究。
2022, 46(2): 380-392.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.20236
摘要:
利用基于拉格朗日轨迹追踪模式（HYSPLIT），结合区域源汇归属法，追踪1961～2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹，定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期，低层最主要水汽通道为太平洋通道，轨迹占比达到52.3%，中高层最主要的水汽通道为印度洋通道，占比超过37%；水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区，水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期，低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道，特别是中层，轨迹数量达到了65.6%；印度洋源地的贡献明显增加，中高层水汽主要源自印度洋，低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道，中高层最主要通道为印度洋通道，相比华南前汛期，在中高层印度洋通道减弱，而西风通道增强。华北雨季中，低层最主要水汽通道为太平洋通道，而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中，最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区，特别是华北雨季中，来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%，表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。
利用基于拉格朗日轨迹追踪模式（HYSPLIT），结合区域源汇归属法，追踪1961～2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹，定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期，低层最主要水汽通道为太平洋通道，轨迹占比达到52.3%，中高层最主要的水汽通道为印度洋通道，占比超过37%；水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区，水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期，低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道，特别是中层，轨迹数量达到了65.6%；印度洋源地的贡献明显增加，中高层水汽主要源自印度洋，低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道，中高层最主要通道为印度洋通道，相比华南前汛期，在中高层印度洋通道减弱，而西风通道增强。华北雨季中，低层最主要水汽通道为太平洋通道，而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中，最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区，特别是华北雨季中，来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%，表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。
2022, 46(2): 393-405.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.20245
摘要:
本文利用风廓线雷达数据反演了降水云体的大气垂直速度、雨滴下落末速度等云动力特征和云水混合比、雨水混合比等云微物理参数，并结合天气雷达、探空、自动站、雨滴谱仪和微波辐射计等数据对2020年5月7～8日发生在北京市海淀区的一次夏季降水过程进行垂直综合观测。结果表明：垂直探测仪器观测及其反演的数据可以获得降水云体的详细动力参数和微物理特征。站点位于主体降水回波边缘，降水为层状云类型，整体回波较弱（主要在0～20 dBZ），4 km高度的水平风垂直切变贯穿整个降水过程，降水分为两个阶段：前期7日20时（北京时，下同）至8日02时低层存在浅对流结构，云顶较高（平均高度8207 m），低层水平风切变促进了对流发展，10～20 dBZ的回波比重较大，粒子谱较窄，直径＜1 mm，雨强较弱，但粒子数浓度值大，最大值26305 m−3，2～3 km处存在暖平流，水汽和液水值大，雨水混合比0.02～0.15 g/kg，云水混合比0.5～2 g/kg，且强值区域大，雨滴下落末速度3.2～4.2 m/s，大气垂直速度在±0.6 m/s之间，上升气流和下沉气流变换明显；后期8日02～10时转为典型层状云降水，云顶较低（平均高度7831 m），＜10 dBZ的回波比重较大，3100 m处形成亮带的强值中心，粒子谱展宽，最大直径接近1.5 mm，粒子数浓度值减小，最大值＜3000 m−3，雨水和云水值比对流期小了一个量级，且强值范围变窄，雨滴下落末速度减小为2.8～3.6 m/s，大气垂直速度也比对流时期小了一个量级，并且在亮带高度以下（2.5～2.8 km）范围内出现明显横向带状的上升和下沉气流区。
本文利用风廓线雷达数据反演了降水云体的大气垂直速度、雨滴下落末速度等云动力特征和云水混合比、雨水混合比等云微物理参数，并结合天气雷达、探空、自动站、雨滴谱仪和微波辐射计等数据对2020年5月7～8日发生在北京市海淀区的一次夏季降水过程进行垂直综合观测。结果表明：垂直探测仪器观测及其反演的数据可以获得降水云体的详细动力参数和微物理特征。站点位于主体降水回波边缘，降水为层状云类型，整体回波较弱（主要在0～20 dBZ），4 km高度的水平风垂直切变贯穿整个降水过程，降水分为两个阶段：前期7日20时（北京时，下同）至8日02时低层存在浅对流结构，云顶较高（平均高度8207 m），低层水平风切变促进了对流发展，10～20 dBZ的回波比重较大，粒子谱较窄，直径＜1 mm，雨强较弱，但粒子数浓度值大，最大值26305 m−3，2～3 km处存在暖平流，水汽和液水值大，雨水混合比0.02～0.15 g/kg，云水混合比0.5～2 g/kg，且强值区域大，雨滴下落末速度3.2～4.2 m/s，大气垂直速度在±0.6 m/s之间，上升气流和下沉气流变换明显；后期8日02～10时转为典型层状云降水，云顶较低（平均高度7831 m），＜10 dBZ的回波比重较大，3100 m处形成亮带的强值中心，粒子谱展宽，最大直径接近1.5 mm，粒子数浓度值减小，最大值＜3000 m−3，雨水和云水值比对流期小了一个量级，且强值范围变窄，雨滴下落末速度减小为2.8～3.6 m/s，大气垂直速度也比对流时期小了一个量级，并且在亮带高度以下（2.5～2.8 km）范围内出现明显横向带状的上升和下沉气流区。
2022, 46(2): 406-418.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21021
摘要:
全国目前已经建成了近7万个自动气象观测站点，然而自动气象站观测资料一直存在资料质量较低的问题，大量错误资料的存在极大影响了其在气象研究中的应用，因此对错误观测的数据进行准确的修复是一项重要工作。本文利用2019年12月1日00:00至7日23:00（北京时），共168个时次的地面自动站温度观测资料，在利用EOF（Empirical Orthogonal Function）质量控制方法识别异常观测资料的基础上，提出了一种基于迭代EOF分析方法的错误资料修复方法。通过理想修复试验的精度分析表明，新修复方法能够很好地修复错误的地面自动站观测气温，修复方法的误差约为0.48°C。而基于Cressman插值等这一类依赖单点观测信息进行修复的方法更容易受到小尺度信号干扰而引入非自然观测信息，对地面温度的修复误差可以达到1.55°C。实际的修复结果分析也证明新修复方法充分利用了EOF分析方法的时空分离作用和模态正交性特点，通过迭代方法逐步消除错误资料的影响，从而获得了与周边观测资料有更好时空连续性的修复结果。
全国目前已经建成了近7万个自动气象观测站点，然而自动气象站观测资料一直存在资料质量较低的问题，大量错误资料的存在极大影响了其在气象研究中的应用，因此对错误观测的数据进行准确的修复是一项重要工作。本文利用2019年12月1日00:00至7日23:00（北京时），共168个时次的地面自动站温度观测资料，在利用EOF（Empirical Orthogonal Function）质量控制方法识别异常观测资料的基础上，提出了一种基于迭代EOF分析方法的错误资料修复方法。通过理想修复试验的精度分析表明，新修复方法能够很好地修复错误的地面自动站观测气温，修复方法的误差约为0.48°C。而基于Cressman插值等这一类依赖单点观测信息进行修复的方法更容易受到小尺度信号干扰而引入非自然观测信息，对地面温度的修复误差可以达到1.55°C。实际的修复结果分析也证明新修复方法充分利用了EOF分析方法的时空分离作用和模态正交性特点，通过迭代方法逐步消除错误资料的影响，从而获得了与周边观测资料有更好时空连续性的修复结果。
2022, 46(2): 419-439.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21041
摘要:
本文总结了近几十年来暖季（5～10月）南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展。聚焦暖季南海中尺度对流过程，概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征，影响南海中尺度对流发生、发展的重要天气系统，并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理。在此基础上，探讨了当前及未来南海中尺度对流过程研究面临的机遇与挑战，并指明了未来该领域的研究方向。
本文总结了近几十年来暖季（5～10月）南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展。聚焦暖季南海中尺度对流过程，概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征，影响南海中尺度对流发生、发展的重要天气系统，并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理。在此基础上，探讨了当前及未来南海中尺度对流过程研究面临的机遇与挑战，并指明了未来该领域的研究方向。
2022, 46(2): 440-441.
摘要:
2022, 46(2): 442-454.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21157
摘要:
基于2001～2018年中分辨率成像光谱仪（MODIS）探测的白天地面温度（简称MODIS 白天地温）资料，与青藏高原（简称高原）122个气象站点观测的最高气温资料，在年尺度上评估了MODIS 白天地温在高原的适用性，研究了高原五个干湿分区下MODIS 白天地温的海拔依赖型变暖特征，得到以下主要结论：（1）MODIS白天地温能够基本再现观测的最高气温的时空以及海拔依赖型变暖特征；（2）高原整体上，MODIS白天地温存在显著的海拔依赖型变暖特征，平均海拔每增加100 m，其趋势增加0.02°C (10a)−1，且受积雪—反照率反馈主导；（3）干湿分区下，海拔依赖型变暖特征在高原表现为偏湿润地区强于偏干旱地区；季风区强于西风区。海拔依赖型特征强弱：半湿润地区＞湿润半湿润地区＞半干旱地区＞湿润地区＞干旱地区。平均海拔每增加100 m，以上区域的地温趋势分别增加0.06，0.03，0.03，0.01，0.01°C (10a)−1。半湿润和湿润半湿润地区年均温在0°C左右，在气候变暖背景下积雪—反照率反馈作用最为强烈，是其海拔依赖型变暖的主导因素；干旱与半干旱地区年均温相对更低，气候变暖程度对积雪影响相对较小，积雪—反照率反馈作用被限制，但仍对上述地区的海拔依赖型变暖起主导作用；而湿润地区的积雪覆盖率的上升可能是由于降雪（固态降水）增加抵消了积雪融化损耗，云辐射、水汽等其他因素主导了其海拔依赖型变暖。
基于2001～2018年中分辨率成像光谱仪（MODIS）探测的白天地面温度（简称MODIS 白天地温）资料，与青藏高原（简称高原）122个气象站点观测的最高气温资料，在年尺度上评估了MODIS 白天地温在高原的适用性，研究了高原五个干湿分区下MODIS 白天地温的海拔依赖型变暖特征，得到以下主要结论：（1）MODIS白天地温能够基本再现观测的最高气温的时空以及海拔依赖型变暖特征；（2）高原整体上，MODIS白天地温存在显著的海拔依赖型变暖特征，平均海拔每增加100 m，其趋势增加0.02°C (10a)−1，且受积雪—反照率反馈主导；（3）干湿分区下，海拔依赖型变暖特征在高原表现为偏湿润地区强于偏干旱地区；季风区强于西风区。海拔依赖型特征强弱：半湿润地区＞湿润半湿润地区＞半干旱地区＞湿润地区＞干旱地区。平均海拔每增加100 m，以上区域的地温趋势分别增加0.06，0.03，0.03，0.01，0.01°C (10a)−1。半湿润和湿润半湿润地区年均温在0°C左右，在气候变暖背景下积雪—反照率反馈作用最为强烈，是其海拔依赖型变暖的主导因素；干旱与半干旱地区年均温相对更低，气候变暖程度对积雪影响相对较小，积雪—反照率反馈作用被限制，但仍对上述地区的海拔依赖型变暖起主导作用；而湿润地区的积雪覆盖率的上升可能是由于降雪（固态降水）增加抵消了积雪融化损耗，云辐射、水汽等其他因素主导了其海拔依赖型变暖。
2022, 46(2): 455-472.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21126
摘要:
青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进，乃至全球气候系统都有重要影响，因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上，利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55（Japanese 55-year Reanalysis），对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类，并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外，本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言，高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主，其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部，主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外，“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化，最大异常中心位于高原东南部，主要受北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的影响；“过渡型”高原大气热源呈南北偶极型反相变化，受热带太平洋—印度洋海表温度异常的共同影响。因此，不同背景环流下高原热源年际变率的驱动因子存在明显差异。
青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进，乃至全球气候系统都有重要影响，因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上，利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55（Japanese 55-year Reanalysis），对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类，并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外，本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言，高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主，其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部，主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外，“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化，最大异常中心位于高原东南部，主要受北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的影响；“过渡型”高原大气热源呈南北偶极型反相变化，受热带太平洋—印度洋海表温度异常的共同影响。因此，不同背景环流下高原热源年际变率的驱动因子存在明显差异。
2022, 46(2): 473-485.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21131
摘要:
本研究利用欧洲中心ERA5再分析资料的逐日土壤湿度（土壤体积含水量）、降水量、位势高度场以及风场数据，重点分析了1981～2020年高原春季浅层（0～7 cm）土壤湿度的时空变化特征，并探讨了青藏高原土壤湿度与高原季风的关系。青藏高原春季土壤湿度西北偏干，东南部相对偏湿的分布特征。对高原春季土壤湿度进行经验正交函数（EOF）分析后发现，其第一模态呈中部与东、西部反向变化特征，该模态存在准3年（2～4年）的振荡周期，这一周期特征在2000～2010年表现的更为显著；第二模态呈南北反向分布，较好地表征高原地区气候带与下垫面覆盖状况。研究发现，高原夏季风与高原春季土壤湿度变化之间存在密切的隔季相关，高原夏季风异常变化是翌年春季土壤湿度变化的主要原因。
本研究利用欧洲中心ERA5再分析资料的逐日土壤湿度（土壤体积含水量）、降水量、位势高度场以及风场数据，重点分析了1981～2020年高原春季浅层（0～7 cm）土壤湿度的时空变化特征，并探讨了青藏高原土壤湿度与高原季风的关系。青藏高原春季土壤湿度西北偏干，东南部相对偏湿的分布特征。对高原春季土壤湿度进行经验正交函数（EOF）分析后发现，其第一模态呈中部与东、西部反向变化特征，该模态存在准3年（2～4年）的振荡周期，这一周期特征在2000～2010年表现的更为显著；第二模态呈南北反向分布，较好地表征高原地区气候带与下垫面覆盖状况。研究发现，高原夏季风与高原春季土壤湿度变化之间存在密切的隔季相关，高原夏季风异常变化是翌年春季土壤湿度变化的主要原因。
2022, 46(2): 486-500.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.21053
摘要:
青藏高原横切变线（简称切变线）是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，简称ECMWF）提供的ERA-5再分析资料，选取14个生成于6~8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析，探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明：（1）500 hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中，处于580 dagpm闭合低值中心和272 K高温中心内，比湿大值区的北侧；200 hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。（2）切变线强度表现出明显的日变化特征，在当地时间（LT=UTC+6h）23时最强，13时最弱。（3）涡度收支诊断表明，青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义，500 hPa涡度最大值（最小值）出现时间滞后于辐合作用最大值（最小值）3小时。（4）切变线演变过程中，切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明，青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时，低层辐合增强，上升运动增强，在充足的水汽配合下，凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层，从而有利于切变线生成及发展。
青藏高原横切变线（简称切变线）是引发青藏高原夏季暴雨的主要天气系统之一。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，简称ECMWF）提供的ERA-5再分析资料，选取14个生成于6~8月、生命史为38小时且引发高原暴雨的切变线个例进行合成分析，探究动力和热力作用对夏季切变线生成和强度演变的影响。结果表明：（1）500 hPa切变线生成于伊朗高压和西太平洋副热带高压两高之间的鞍形场中，处于580 dagpm闭合低值中心和272 K高温中心内，比湿大值区的北侧；200 hPa南亚高压北部边缘、西风急流入口区南侧。（2）切变线强度表现出明显的日变化特征，在当地时间（LT=UTC+6h）23时最强，13时最弱。（3）涡度收支诊断表明，青藏高原上空高低层散度变化对切变线强度变化具有指示意义，500 hPa涡度最大值（最小值）出现时间滞后于辐合作用最大值（最小值）3小时。（4）切变线演变过程中，切变线发展时位涡随之增大。位涡收支诊断表明，青藏高原上空的水汽和非绝热加热对切变线的生成和发展演变起到重要作用。当边界层感热加热增强时，低层辐合增强，上升运动增强，在充足的水汽配合下，凝结潜热释放使非绝热加热中心抬高至大气中层，从而有利于切变线生成及发展。
2022, 46(2): 501-506.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21230
摘要:
2020年，国家自然科学基金委员会和中国气象局签署协议共同出资设立气象联合基金，备受大气科学界的广泛关注。2021年，气象联合基金项目指南首次发布，项目评审顺利完成。气象联合基金共接收申请71项，受理69项，资助14项重点支持项目，资助率20.3%，平均资助强度264.6万元/项，项目年均资助强度（66.2万元/年）超过了地球科学部常规重点项目。为优化组织管理方式，气象联合基金管理委员会特设立学术指导专家组，加强气象联合基金的顶层设计，充分发挥科学家在资助决策和管理工作中的重要作用。针对申请量不均衡、少数申请书科研代表作不实等问题，气象联合基金管理委员会拟通过多种渠道加强政策宣传，提高申请质量，汇聚优势科研力量，助力气象科技事业高质量发展。
2020年，国家自然科学基金委员会和中国气象局签署协议共同出资设立气象联合基金，备受大气科学界的广泛关注。2021年，气象联合基金项目指南首次发布，项目评审顺利完成。气象联合基金共接收申请71项，受理69项，资助14项重点支持项目，资助率20.3%，平均资助强度264.6万元/项，项目年均资助强度（66.2万元/年）超过了地球科学部常规重点项目。为优化组织管理方式，气象联合基金管理委员会特设立学术指导专家组，加强气象联合基金的顶层设计，充分发挥科学家在资助决策和管理工作中的重要作用。针对申请量不均衡、少数申请书科研代表作不实等问题，气象联合基金管理委员会拟通过多种渠道加强政策宣传，提高申请质量，汇聚优势科研力量，助力气象科技事业高质量发展。
