2023年 第47卷 第4期
2023, 47(4): 925-942.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2206.21090
摘要:
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统，本文建立逐小时的分析预报循环系统，并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构，同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明：（1）逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场，分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高；（2）在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响，对预报会有不利影响；（3）改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果，因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测，华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统，本文建立逐小时的分析预报循环系统，并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构，同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明：（1）逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场，分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高；（2）在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响，对预报会有不利影响；（3）改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果，因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测，华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。
2023, 47(4): 943-956.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21115
摘要:
本文利用观测和再分析资料，分析了1961～2014年中国西北地区（35°N～50°N，75°E～95°E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在1961～2014年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为93.4%，秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后，自1987年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低，进而造成西北地区的年代际变湿。
本文利用观测和再分析资料，分析了1961～2014年中国西北地区（35°N～50°N，75°E～95°E）夏秋季节干湿线性变化趋势特征，定量计算了蒸散量和降水量对干湿变化趋势的贡献，同时分析了其年代际变化特征及其相关的大尺度环流和水汽收支变化。结果表明，西北夏季和秋季干旱变率在四季中最大，是干旱最易发生季节。西北地区在1961～2014年夏秋季显著变湿，其中蒸散和降水在西北地区的线性变湿趋势中占主要作用，降水量的增加和蒸散量的减少对西北变湿都有正贡献，二者趋势总贡献率夏季为93.4%，秋季为67.5%。夏秋季西北干湿变化的年代际转折在1987年前后，自1987年后，夏季西北年代际变湿，主要受到蒸散量和降水量变化影响，地面风速减小所造成的蒸散量降低有利于该地区年代际变湿；西北地区水汽输送通量异常辐合导致其降水量增加。水汽诊断分析进一步表明，夏季降水量的增加主要来自于局地蒸发的增强，贡献率达到约80%，表明局地蒸发是降水的重要水汽源。此外，夏季水汽平流项为正值（即水汽通量辐合加强），有利于降水量增加，该贡献主要由与风速有关的动力学分量引起。而秋季，1987年后西北地区的净辐射通量和地面风速减小共同导致该地区蒸散量降低，进而造成西北地区的年代际变湿。
2023, 47(4): 957-974.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21120
摘要:
全球变暖使得极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势，位于亚洲季风区的中南半岛和华南地区更易受到极端降水影响而发生洪涝灾害。本文利用逐日降水资料对1951～2015年中南半岛和华南地区湿季（5～10月）的极端降水事件进行客观分类，并对每一类极端降水事件的大尺度流型特征及年际、年代际和长期趋势特征进行了分析。结果表明：（1）根据降水中心位置，中南半岛和华南地区的极端降水可客观分为华南类、中南半岛类、缅甸—云南类和华南南部—越南北部类，它们所联系的大尺度流型以中高纬波列和热带偶极子环流为主。其中，华南类的大尺度流型在对流层高层为类似于东亚—太平洋（East Asia–Pacific，简称EAP）遥相关型的“+ − +”经向型波列，但中心位置较典型EAP型偏西南，中东部的负异常环流为关键系统，低层为位于低纬度地区的“+ −”经向型波列。中南半岛类大尺度流型为热带偶极子异常环流，对流层低层较高层更为显著宽广。其余两类极端降水大尺度流型特征为在对流层高层受Rossby波列影响，低层主要为偏弱的热带偶极子异常环流。（2）中南半岛和华南地区极端降水的频次呈显著上升的趋势，主要来自于华南类和中南半岛类极端降水的贡献。其中，“+ − +”经向型波列的频发是造成华南类极端降水增多的原因。（3）中南半岛与华南地区极端降水的空间分布具有反对称特征。
全球变暖使得极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势，位于亚洲季风区的中南半岛和华南地区更易受到极端降水影响而发生洪涝灾害。本文利用逐日降水资料对1951～2015年中南半岛和华南地区湿季（5～10月）的极端降水事件进行客观分类，并对每一类极端降水事件的大尺度流型特征及年际、年代际和长期趋势特征进行了分析。结果表明：（1）根据降水中心位置，中南半岛和华南地区的极端降水可客观分为华南类、中南半岛类、缅甸—云南类和华南南部—越南北部类，它们所联系的大尺度流型以中高纬波列和热带偶极子环流为主。其中，华南类的大尺度流型在对流层高层为类似于东亚—太平洋（East Asia–Pacific，简称EAP）遥相关型的“+ − +”经向型波列，但中心位置较典型EAP型偏西南，中东部的负异常环流为关键系统，低层为位于低纬度地区的“+ −”经向型波列。中南半岛类大尺度流型为热带偶极子异常环流，对流层低层较高层更为显著宽广。其余两类极端降水大尺度流型特征为在对流层高层受Rossby波列影响，低层主要为偏弱的热带偶极子异常环流。（2）中南半岛和华南地区极端降水的频次呈显著上升的趋势，主要来自于华南类和中南半岛类极端降水的贡献。其中，“+ − +”经向型波列的频发是造成华南类极端降水增多的原因。（3）中南半岛与华南地区极端降水的空间分布具有反对称特征。
2023, 47(4): 975-994.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21129
摘要:
利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热带印度洋海温对12月和2月东亚经向水汽输送的影响增强，在12月热带印度洋海温主要通过“开尔文波—埃克曼辐散”效应影响东亚经向水汽输送，而在2月主要通过印度洋上的沃克环流影响东亚经向水汽输送。
利用1950～2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料，分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明，12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱，1980年代中期之后二者呈显著正相关；2月二者关系在1950～1970年和1990～2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚（PEA）遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强；当热带中东太平洋海温偏暖（冷）时，影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型，导致东亚自南向北的水汽输送异常增强（减弱）。与12月不同的是，2月二者关系在1950～1970和1990～2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971～1989期间，2月二者关系受环北半球遥相关型影响；当热带太平洋海温偏冷（暖）时，影响环北半球遥相关型，导致东亚经向水汽输送异常增强（减弱），该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响，导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后，热带印度洋海温对12月和2月东亚经向水汽输送的影响增强，在12月热带印度洋海温主要通过“开尔文波—埃克曼辐散”效应影响东亚经向水汽输送，而在2月主要通过印度洋上的沃克环流影响东亚经向水汽输送。
2023, 47(4): 995-1006.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2204.21130
摘要:
IPCC指出增温应包涵三方面，即均值偏移、变率增大、对称性改变。然而，目前对于地表增温主要关注的仍是均值的变化，这会影响对于地表增温的全面认识。本研究基于1961～2018年590个气象站点的逐日温度数据，利用平均温度，温度方差和高温时间分别量化了均值偏移、变率增大、对称性改变3个指标，进而分析了中国地表温度变化趋势的空间格局。结果发现，在研究时段内平均温度呈现明显的增加趋势，但在1986年前后存在两个相反的变化趋势：1986年前，平均温度为减小趋势，而1986年后为显著增温趋势。在1961～2018年，高温时间出现提前的站点数（63.6%）多于出现滞后的站点数（36.4%）。温度方差在1961～1986年为明显的减小趋势，但在1986～2018年为明显的增大趋势。此外，平均温度，温度方差和高温时间的变化具有明显的空间异质性。具体而言：1961～1986年，高温时间推迟，平均温度下降，温度方差下降的站点数最多，占总站点数的23.9%，主要分布在亚热带地区；而1986～2018年，高温时间推迟，平均温度上升，温度方差增大的站点数量最多，占到总站点数的41.5%，空间分布不均。各温度指标年际变异的空间格局，体现了中国不同地区对地表增温的敏感性差异。同时关注平均温度、温度方差和高温时间变化能较全面反映气候系统变化的特点，有助于预估未来气候变化风险，对于国家制定气候变化减缓和适应战略具有重要意义。
IPCC指出增温应包涵三方面，即均值偏移、变率增大、对称性改变。然而，目前对于地表增温主要关注的仍是均值的变化，这会影响对于地表增温的全面认识。本研究基于1961～2018年590个气象站点的逐日温度数据，利用平均温度，温度方差和高温时间分别量化了均值偏移、变率增大、对称性改变3个指标，进而分析了中国地表温度变化趋势的空间格局。结果发现，在研究时段内平均温度呈现明显的增加趋势，但在1986年前后存在两个相反的变化趋势：1986年前，平均温度为减小趋势，而1986年后为显著增温趋势。在1961～2018年，高温时间出现提前的站点数（63.6%）多于出现滞后的站点数（36.4%）。温度方差在1961～1986年为明显的减小趋势，但在1986～2018年为明显的增大趋势。此外，平均温度，温度方差和高温时间的变化具有明显的空间异质性。具体而言：1961～1986年，高温时间推迟，平均温度下降，温度方差下降的站点数最多，占总站点数的23.9%，主要分布在亚热带地区；而1986～2018年，高温时间推迟，平均温度上升，温度方差增大的站点数量最多，占到总站点数的41.5%，空间分布不均。各温度指标年际变异的空间格局，体现了中国不同地区对地表增温的敏感性差异。同时关注平均温度、温度方差和高温时间变化能较全面反映气候系统变化的特点，有助于预估未来气候变化风险，对于国家制定气候变化减缓和适应战略具有重要意义。
2023, 47(4): 1007-1023.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21133
摘要:
本文针对2020年夏季川渝地区的强降水产生的洪涝过程及相应的15次暴雨过程进行了分析，并与川渝地区大旱年同期情况进行了对比。2020年夏季，西太平洋副热带高压（以下简称副高）较气候平均位置偏西、强度偏强，其西伸脊点可达110°E以西；青藏高压东伸、偏强，上下层共同作用使副高稳定维持。中纬度小波动活动频繁，使得冷空气活动往往维持在川渝上空。副高西侧气流与北方偏北风的汇合使川渝地区形成较大的水汽通量辐合区，为暴雨的发生提供十分必要的水汽条件。此外，来自印度的季风气流从印度北部至高原东侧，经由高原南侧向东输送水汽，成为另一支重要的水汽通道。2006年夏季，川渝地区为重要的干旱年，暴雨个例也最少。在这一年，副高偏东，中纬西风带短波槽不活跃，西南季风偏弱，川渝地区水汽辐合较少，这些与2020年形成了鲜明的对比。
本文针对2020年夏季川渝地区的强降水产生的洪涝过程及相应的15次暴雨过程进行了分析，并与川渝地区大旱年同期情况进行了对比。2020年夏季，西太平洋副热带高压（以下简称副高）较气候平均位置偏西、强度偏强，其西伸脊点可达110°E以西；青藏高压东伸、偏强，上下层共同作用使副高稳定维持。中纬度小波动活动频繁，使得冷空气活动往往维持在川渝上空。副高西侧气流与北方偏北风的汇合使川渝地区形成较大的水汽通量辐合区，为暴雨的发生提供十分必要的水汽条件。此外，来自印度的季风气流从印度北部至高原东侧，经由高原南侧向东输送水汽，成为另一支重要的水汽通道。2006年夏季，川渝地区为重要的干旱年，暴雨个例也最少。在这一年，副高偏东，中纬西风带短波槽不活跃，西南季风偏弱，川渝地区水汽辐合较少，这些与2020年形成了鲜明的对比。
2023, 47(4): 1024-1038.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2110.21136
摘要:
利用2010～2016年中国地面站重要天气报文、中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料，对热带气旋（TC）影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析，结果表明：（1）该区域TC大风主要沿海岸线分布，至内陆频次递减；TC大风多以东北风向为主，登陆前大风站点居多，12级以上的强风速基本分布在距TC中心300 km范围内。（2）强热带风暴（STS）和台风（TY）强度TC引起的站点大风最多，但16级以上大风主要出现在强台风（STY）和超强台风（Super TY）强度等级。慢速TC引起的站点大风主要出现其移向右前侧，快速主要出现在其右后侧。TC大风中向岸风均值略大于离岸风，其中12级以上风速向岸风站点多于离岸风，但16级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风。（3）约89.8%的TC大风伴随降水，分布于TC中心附近，东北风为主，峰值出现在8月。约10.2%的TC大风无降水，主要分布在TC外围，北风和东南风为主，风速较弱，多出现于5月和12月。12级以上TC大风几乎均伴随着降水，而无降水TC大风风速达12级以上样本很少。（4）约23.8%的TC大风伴随强对流天气，以东北风为主，平均风速大于非强对流TC大风。TC大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴，以短时强降水居多（约占该类TC大风的79.5%），主要分布在TC中心附近东北象限，而雷暴TC大风则主要出现在TC外围（约占该类TC大风的28.0%），东南象限相对较少。（5）同时出现短时强降水和雷暴的TC大风仅占强对流TC大风的7.5%，TC大风的1.8%，说明TC大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。
利用2010～2016年中国地面站重要天气报文、中国气象局（CMA）热带气旋最佳路径数据集以及地面站逐小时降水资料，对热带气旋（TC）影响下我国东南地区地面大风及其伴随天气特征进行统计分析，结果表明：（1）该区域TC大风主要沿海岸线分布，至内陆频次递减；TC大风多以东北风向为主，登陆前大风站点居多，12级以上的强风速基本分布在距TC中心300 km范围内。（2）强热带风暴（STS）和台风（TY）强度TC引起的站点大风最多，但16级以上大风主要出现在强台风（STY）和超强台风（Super TY）强度等级。慢速TC引起的站点大风主要出现其移向右前侧，快速主要出现在其右后侧。TC大风中向岸风均值略大于离岸风，其中12级以上风速向岸风站点多于离岸风，但16级以上大风则是离岸风站点明显多于向岸风。（3）约89.8%的TC大风伴随降水，分布于TC中心附近，东北风为主，峰值出现在8月。约10.2%的TC大风无降水，主要分布在TC外围，北风和东南风为主，风速较弱，多出现于5月和12月。12级以上TC大风几乎均伴随着降水，而无降水TC大风风速达12级以上样本很少。（4）约23.8%的TC大风伴随强对流天气，以东北风为主，平均风速大于非强对流TC大风。TC大风伴随的强对流天气包括短时强降水和雷暴，以短时强降水居多（约占该类TC大风的79.5%），主要分布在TC中心附近东北象限，而雷暴TC大风则主要出现在TC外围（约占该类TC大风的28.0%），东南象限相对较少。（5）同时出现短时强降水和雷暴的TC大风仅占强对流TC大风的7.5%，TC大风的1.8%，说明TC大风伴随的短时强降水中不常见雷暴现象。
2023, 47(4): 1039-1049.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21140
摘要:
垂直运动在天气系统（尤其是中小尺度系统）发生发展过程中有极其重要的作用，本文回顾并小结了大气垂直运动方程的研究进展。在质量守恒前提下，垂直运动可由连续方程积分计算得到，这个算法需要准确计算散度，不容易实现。基于大气绝热假设的绝热法，由于与实际天气过程热力变化有较大差别，计算的垂直运动也不准确。垂直运动的诊断与天气系统尺度有关。大尺度系统以涡旋运动为主，满足准水平，不必要过多考虑浮力和风切作用。因此，出现了准地转条件的垂直运动方程，且在大尺度运动中应用较好。中尺度系统运动中，辐合辐散运动与旋转运动同等重要，垂直运动不能忽略，垂直运动方程在形式上要复杂一些，但其强迫项仍是由涵差的涡度平流及温度平流的拉普拉斯所构成，本质与大尺度系统中的ω方程没有太大差别。小尺度强风暴运动以辐合辐散为主，浮力及风切起着主导作用，其垂直运动方程要复杂得多。但是，由于任何小尺度强对流系统都是在大中尺度背景下发生的，所以背景场强迫的垂直运动仍然存在，完整的垂直运动应考虑不同天气尺度系统调整产生的垂直速度，应联立垂直运动方程组进行计算。本文提出的多效应的新型垂直运动方程，可以较为准确地实现强对流运动中的垂直速度的诊断。
垂直运动在天气系统（尤其是中小尺度系统）发生发展过程中有极其重要的作用，本文回顾并小结了大气垂直运动方程的研究进展。在质量守恒前提下，垂直运动可由连续方程积分计算得到，这个算法需要准确计算散度，不容易实现。基于大气绝热假设的绝热法，由于与实际天气过程热力变化有较大差别，计算的垂直运动也不准确。垂直运动的诊断与天气系统尺度有关。大尺度系统以涡旋运动为主，满足准水平，不必要过多考虑浮力和风切作用。因此，出现了准地转条件的垂直运动方程，且在大尺度运动中应用较好。中尺度系统运动中，辐合辐散运动与旋转运动同等重要，垂直运动不能忽略，垂直运动方程在形式上要复杂一些，但其强迫项仍是由涵差的涡度平流及温度平流的拉普拉斯所构成，本质与大尺度系统中的ω方程没有太大差别。小尺度强风暴运动以辐合辐散为主，浮力及风切起着主导作用，其垂直运动方程要复杂得多。但是，由于任何小尺度强对流系统都是在大中尺度背景下发生的，所以背景场强迫的垂直运动仍然存在，完整的垂直运动应考虑不同天气尺度系统调整产生的垂直速度，应联立垂直运动方程组进行计算。本文提出的多效应的新型垂直运动方程，可以较为准确地实现强对流运动中的垂直速度的诊断。
2023, 47(4): 1050-1064.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21172
摘要:
本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通过上述物理过程，NATSST在20世纪80年代末之后可以显著影响中国东部春季极端低温事件频次的年际变化，而在80年代末之前则不能。
本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通过上述物理过程，NATSST在20世纪80年代末之后可以显著影响中国东部春季极端低温事件频次的年际变化，而在80年代末之前则不能。
2023, 47(4): 1065-1084.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2111.21141
摘要:
本文基于参加第六次“国际耦合模式比较计划”（CMIP6）的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-g3的耦合（Historical）与非耦合（AMIP）试验结果，通过与观测和再分析资料的比较，评估了FGOALS-g3模式Historical与AMIP试验对北非地区1979～2010年7～9月降水气候态和年际变率的模拟能力；利用水汽收支方程与回归分析研究了模式模拟降水偏差的原因；通过比较耦合与非耦合试验的模拟结果，分析了海气耦合过程对非洲季风模拟偏差的影响。结果表明，在气候平均态上，Historical与AMIP试验模拟的降水均较观测偏少且位置偏南，模拟的北非夏季西南季风环流偏弱。AMIP试验模拟的萨赫勒和北非季风区降水与观测降水的空间相关系数分别为0.80、0.62，而Historical试验仅有0.74和0.46，且AMIP试验对应的均方根误差为2.58、3.23 mm，Historical试验为3.30 mm、4.01 mm，说明与Historical试验相比，AMIP试验的模拟偏差更小。水汽收支分析表明，Historical与AMIP试验均低估了北非季风区水汽辐合，同时低估了垂直水汽平流项与蒸发项，高估了水平水汽平流项，导致模式模拟的降水偏少，且Historical试验的偏差大于AMIP试验。在年际变率方面，观测中，北非夏季风降水—ENSO呈负相关关系。AMIP试验能够模拟出ENSO正位相时北非夏季降水的负异常，且较观测的负异常偏强，而Historical试验模拟的负相关关系并不显著。AMIP试验高估了北非地区垂直运动、热带东风急流与低层季风环流对ENSO的响应强度，导致降水异常偏强，而Historical试验低估了上述响应强度，产生弱降水负异常。水汽收支表明，北非夏季降水—ENSO的负相关关系由垂直水汽平流项的动力项主导。AMIP试验高估了垂直平流项及其动力项的贡献，但Historical试验高估水平平流项与垂直热力项异常的贡献，说明Historical试验模拟的北非夏季降水—ENSO相关关系偏差与水平平流项异常的抑制作用有关。
本文基于参加第六次“国际耦合模式比较计划”（CMIP6）的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-g3的耦合（Historical）与非耦合（AMIP）试验结果，通过与观测和再分析资料的比较，评估了FGOALS-g3模式Historical与AMIP试验对北非地区1979～2010年7～9月降水气候态和年际变率的模拟能力；利用水汽收支方程与回归分析研究了模式模拟降水偏差的原因；通过比较耦合与非耦合试验的模拟结果，分析了海气耦合过程对非洲季风模拟偏差的影响。结果表明，在气候平均态上，Historical与AMIP试验模拟的降水均较观测偏少且位置偏南，模拟的北非夏季西南季风环流偏弱。AMIP试验模拟的萨赫勒和北非季风区降水与观测降水的空间相关系数分别为0.80、0.62，而Historical试验仅有0.74和0.46，且AMIP试验对应的均方根误差为2.58、3.23 mm，Historical试验为3.30 mm、4.01 mm，说明与Historical试验相比，AMIP试验的模拟偏差更小。水汽收支分析表明，Historical与AMIP试验均低估了北非季风区水汽辐合，同时低估了垂直水汽平流项与蒸发项，高估了水平水汽平流项，导致模式模拟的降水偏少，且Historical试验的偏差大于AMIP试验。在年际变率方面，观测中，北非夏季风降水—ENSO呈负相关关系。AMIP试验能够模拟出ENSO正位相时北非夏季降水的负异常，且较观测的负异常偏强，而Historical试验模拟的负相关关系并不显著。AMIP试验高估了北非地区垂直运动、热带东风急流与低层季风环流对ENSO的响应强度，导致降水异常偏强，而Historical试验低估了上述响应强度，产生弱降水负异常。水汽收支表明，北非夏季降水—ENSO的负相关关系由垂直水汽平流项的动力项主导。AMIP试验高估了垂直平流项及其动力项的贡献，但Historical试验高估水平平流项与垂直热力项异常的贡献，说明Historical试验模拟的北非夏季降水—ENSO相关关系偏差与水平平流项异常的抑制作用有关。
2023, 47(4): 1085-1098.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21147
摘要:
为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，简称EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸（Clear Air Turbulence，简称CAT）和山地波（Mountain Wave Turbulence，简称MWT）的预报指数，在各预报指数和颠簸实况EDR的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验（ROC）表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。
为提升对飞机颠簸的客观预报能力，设计一种新的基于湍能耗散率（Energy Dissipation Rate，简称EDR）的航空颠簸集成预报算法，预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证，且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报系统（CMA-MESO）的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸（Clear Air Turbulence，简称CAT）和山地波（Mountain Wave Turbulence，简称MWT）的预报指数，在各预报指数和颠簸实况EDR的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下，利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系，将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值；再将其根据预报评分给予不同权重，集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况，多种算法的集成预报效果总体好于单一指数预报；相对作用特征检验（ROC）表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率，具有较高的预报正技巧。
2023, 47(4): 1099-1112.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21159
摘要:
本文基于1979～2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等，采用EOF分解等多种统计方法，研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响，并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明：（1）华南地区冬季雾日具有区域一致的变化特征，呈现出明显的年际变化和线性增加的趋势。在冬季，华南地区近地面层北风减弱，大气层结更加稳定，同时温度露点差降低，空气中水汽含量增加，为雾的形成提供了有利的背景场条件。（2）ENSO与华南地区冬季雾日的年际变化存在显著相关关系，在El Niño年的冬季，菲律宾海上空存在一个异常的反气旋环流，反气旋西侧的异常暖湿西南气流给华南地区带来充沛的水汽，有利于雾日的形成。La Niña年雾日的变化则与El Niño年相反。这种显著相关关系主要取决于大雾日数，而非轻雾日数。（3）ENSO与华南地区冬季雾日年际变化的关系在1996年前后出现明显年代际转折，在1979～1996年期间，两者相关性较弱，1997年之后相关性显著增强。这种关系的转变可能受到北大西洋年代际振荡（AMO）的调控。
本文基于1979～2016年华南地区52个台站逐日雾观测数据和ERA5再分析资料等，采用EOF分解等多种统计方法，研究了ENSO对华南冬季雾日年际变化的影响，并进一步探讨了华南冬季雾日年际变化与ENSO关系的年代际转变。结果表明：（1）华南地区冬季雾日具有区域一致的变化特征，呈现出明显的年际变化和线性增加的趋势。在冬季，华南地区近地面层北风减弱，大气层结更加稳定，同时温度露点差降低，空气中水汽含量增加，为雾的形成提供了有利的背景场条件。（2）ENSO与华南地区冬季雾日的年际变化存在显著相关关系，在El Niño年的冬季，菲律宾海上空存在一个异常的反气旋环流，反气旋西侧的异常暖湿西南气流给华南地区带来充沛的水汽，有利于雾日的形成。La Niña年雾日的变化则与El Niño年相反。这种显著相关关系主要取决于大雾日数，而非轻雾日数。（3）ENSO与华南地区冬季雾日年际变化的关系在1996年前后出现明显年代际转折，在1979～1996年期间，两者相关性较弱，1997年之后相关性显著增强。这种关系的转变可能受到北大西洋年代际振荡（AMO）的调控。
2023, 47(4): 1113-1130.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21163
摘要:
黑碳（BC）气溶胶（简称黑碳）对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应，本文使用新一代的区域气候—化学模式RegCM4，研究了来自印度和中国大陆的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明：来自中国大陆和印度的黑碳排放可导致东亚地区黑碳的区域平均柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫分别变化了+1.78 mg m−2、+1.98 W m−2和−2.17 W m−2。中国大陆和印度黑碳对东亚气候的影响机制相同。印度黑碳对东亚冬季气候的影响主要通过对大气动力过程的调整来实现，由此造成的散射气溶胶浓度增加可导致该区域850 hPa附近和地表气温降低，而中国大陆的黑碳还可直接影响东亚气候，其加热效应可导致该区域大部分地区850 hPa附近的气层变暖。由于中国大陆黑碳在东亚地区占主导，其在影响东亚区域气候变化方面发挥着更重要的作用。总体而言，两地总的黑碳会造成850 hPa高度附近云量减少和气温升高；地表日照时数减少，气温、感热通量和地表蒸发量下降；边界层高度降低和散射气溶胶的柱含量上升。研究结果还进一步反映了东亚冬季气候对不同排放黑碳的响应表现出了一定的非线性。
黑碳（BC）气溶胶（简称黑碳）对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应，本文使用新一代的区域气候—化学模式RegCM4，研究了来自印度和中国大陆的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明：来自中国大陆和印度的黑碳排放可导致东亚地区黑碳的区域平均柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫分别变化了+1.78 mg m−2、+1.98 W m−2和−2.17 W m−2。中国大陆和印度黑碳对东亚气候的影响机制相同。印度黑碳对东亚冬季气候的影响主要通过对大气动力过程的调整来实现，由此造成的散射气溶胶浓度增加可导致该区域850 hPa附近和地表气温降低，而中国大陆的黑碳还可直接影响东亚气候，其加热效应可导致该区域大部分地区850 hPa附近的气层变暖。由于中国大陆黑碳在东亚地区占主导，其在影响东亚区域气候变化方面发挥着更重要的作用。总体而言，两地总的黑碳会造成850 hPa高度附近云量减少和气温升高；地表日照时数减少，气温、感热通量和地表蒸发量下降；边界层高度降低和散射气溶胶的柱含量上升。研究结果还进一步反映了东亚冬季气候对不同排放黑碳的响应表现出了一定的非线性。
2023, 47(4): 1131-1150.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2201.21204
摘要:
本文利用2018年7月3日至10月3日新疆乌鲁木齐的雨滴谱观测资料，改进了乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统中WRF模式的WSM6单参数方案，对新疆2021年6月15日12时（北京时，下同）至17日00时一次强降水过程的预报改进效果进行评估研究。结果表明：观测显示，乌鲁木齐地区雨滴平均直径（D0）、最大直径（Dmax）和质量加权平均直径（Dm）分别为0.65 mm、1.60 mm和0.93 mm。引入新疆地区参数lgNw和Dm拟合关系的WSM6-new方案对降水强度和强中心范围的预报能力均有一定提高。从TS、BR、ETS和TSS四个指标的评分结果上看，随着降雨等级的增加，WSM6-new方案预报能力相比WSM6方案明显提高，对于大雨和暴雨的预报显示出明显的优势。不同雨滴谱分布参数化方案对降水云系结构特征、垂直速度、大气层结和散度场都有着一定的影响，对于云微物理过程的影响主要体现在雨水含量和分布上。WSM6-new方案引入了新疆雨滴谱统计特征，在模式中对雨滴谱分布的描述更接近实际。雨滴谱的大雨滴数浓度明显增加，雨滴下落末速度增加，拖曳作用增强，有利于零度层以下的下沉气流增强和维持。强下沉气流在近地层形成更强的辐散出流，加强了近地面对流区气流的辐合，有利于上升气流的发展加强，从而地面产生更强的降水，对暴雨的预报能力明显增强。
本文利用2018年7月3日至10月3日新疆乌鲁木齐的雨滴谱观测资料，改进了乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统中WRF模式的WSM6单参数方案，对新疆2021年6月15日12时（北京时，下同）至17日00时一次强降水过程的预报改进效果进行评估研究。结果表明：观测显示，乌鲁木齐地区雨滴平均直径（D0）、最大直径（Dmax）和质量加权平均直径（Dm）分别为0.65 mm、1.60 mm和0.93 mm。引入新疆地区参数lgNw和Dm拟合关系的WSM6-new方案对降水强度和强中心范围的预报能力均有一定提高。从TS、BR、ETS和TSS四个指标的评分结果上看，随着降雨等级的增加，WSM6-new方案预报能力相比WSM6方案明显提高，对于大雨和暴雨的预报显示出明显的优势。不同雨滴谱分布参数化方案对降水云系结构特征、垂直速度、大气层结和散度场都有着一定的影响，对于云微物理过程的影响主要体现在雨水含量和分布上。WSM6-new方案引入了新疆雨滴谱统计特征，在模式中对雨滴谱分布的描述更接近实际。雨滴谱的大雨滴数浓度明显增加，雨滴下落末速度增加，拖曳作用增强，有利于零度层以下的下沉气流增强和维持。强下沉气流在近地层形成更强的辐散出流，加强了近地面对流区气流的辐合，有利于上升气流的发展加强，从而地面产生更强的降水，对暴雨的预报能力明显增强。
2023, 47(4): 1151-1170.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21207
摘要:
本文主要利用信息流特有的因果关系，从海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）场和各种海—气指数中挑选引起西北太平洋（Western North Pacific，WNP）1979～2020年7～8月份热带气旋累积能量（Accumulated Cyclone Energy，ACE）主导模态年际变化的因子，利用多元线性逐步回归方法进一步筛选预报因子并建立预报方程。由经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解得到的7～8月ACE前两个主导模态分别是海盆一致型和偶极型，海盆一致型主导模态对应的主成分时间序列（Principal Component，PC）预报因子为：超前3个月的海洋性大陆和北太平洋中部SST、超前5个月的准两年振荡（Quasi-biennial Oscillation，QBO）指数以及超前11个月的热带印度洋偶极子（Tropical Indian Ocean Dipole，TIOD）指数；偶极型主导模态对应的PC预报因子为：超前2个月的北大西洋北部SST、超前12个月的日本海沟SST、超前7个月的大西洋经向模（Atlantic Meridional Mode，AMM）指数和超前8个月的北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）指数。根据这些预报因子建立PC预报方程，预报的PC和观测PC的相关系数分别达到0.75和0.77，均通过0.01显著性水平的显著性检验。进而运用交叉验证法检验预报模型的后报技巧及稳定性，发现所建的两个模型预报效果较好。1980～2020年间预报和观测的WNP区域平均ACE距平值的时间相关系数达到0.76，WNP范围内ACE距平场的空间相关系数平均达到0.35，预报模型对主导模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。
本文主要利用信息流特有的因果关系，从海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）场和各种海—气指数中挑选引起西北太平洋（Western North Pacific，WNP）1979～2020年7～8月份热带气旋累积能量（Accumulated Cyclone Energy，ACE）主导模态年际变化的因子，利用多元线性逐步回归方法进一步筛选预报因子并建立预报方程。由经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解得到的7～8月ACE前两个主导模态分别是海盆一致型和偶极型，海盆一致型主导模态对应的主成分时间序列（Principal Component，PC）预报因子为：超前3个月的海洋性大陆和北太平洋中部SST、超前5个月的准两年振荡（Quasi-biennial Oscillation，QBO）指数以及超前11个月的热带印度洋偶极子（Tropical Indian Ocean Dipole，TIOD）指数；偶极型主导模态对应的PC预报因子为：超前2个月的北大西洋北部SST、超前12个月的日本海沟SST、超前7个月的大西洋经向模（Atlantic Meridional Mode，AMM）指数和超前8个月的北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）指数。根据这些预报因子建立PC预报方程，预报的PC和观测PC的相关系数分别达到0.75和0.77，均通过0.01显著性水平的显著性检验。进而运用交叉验证法检验预报模型的后报技巧及稳定性，发现所建的两个模型预报效果较好。1980～2020年间预报和观测的WNP区域平均ACE距平值的时间相关系数达到0.76，WNP范围内ACE距平场的空间相关系数平均达到0.35，预报模型对主导模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。
2023, 47(4): 1171-1182.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21215
摘要:
利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料，分析了丝绸之路型（Silk-Road, SR）与东亚—太平洋型（East Asia–Pacific, EAP）遥相关的“结合模态”对2020年江淮梅雨入梅的影响，结果表明“结合模态”可以触发江淮流域的持续性降水。2020年6月初，负SR型（Silk-Road）和正EAP型（East Asia–Pacific）同时出现，并且位相差达到6月份最大值，二者协同作用下导致2020年入梅时间异常偏早。主要表现为：（1）负SR型引起西风急流加速，促使急流入口区南侧的江淮流域上空出现强的高层辐散。（2）负SR型有利于南亚高压东移，正EAP型有利于西太平洋副热带高压西移，二者相向而行。负SR型和正EAP型于6月9日位相差达最大，此时南亚高压和西太平洋副热带高压重叠于120°E左右，有利于江淮流域持续性降水。（3）低层东亚中、低纬度有一对与正EAP型相关的异常“气旋—反气旋”环流，使低空（20°～35°N, 100°～125°E）盛行强西南气流，中纬度的偏北气流有利于干冷空气向南输送，与西南暖湿气流汇合于江淮流域上空，带来强烈的水汽辐合，也使得大气的局地上升运动更为强烈。
利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料，分析了丝绸之路型（Silk-Road, SR）与东亚—太平洋型（East Asia–Pacific, EAP）遥相关的“结合模态”对2020年江淮梅雨入梅的影响，结果表明“结合模态”可以触发江淮流域的持续性降水。2020年6月初，负SR型（Silk-Road）和正EAP型（East Asia–Pacific）同时出现，并且位相差达到6月份最大值，二者协同作用下导致2020年入梅时间异常偏早。主要表现为：（1）负SR型引起西风急流加速，促使急流入口区南侧的江淮流域上空出现强的高层辐散。（2）负SR型有利于南亚高压东移，正EAP型有利于西太平洋副热带高压西移，二者相向而行。负SR型和正EAP型于6月9日位相差达最大，此时南亚高压和西太平洋副热带高压重叠于120°E左右，有利于江淮流域持续性降水。（3）低层东亚中、低纬度有一对与正EAP型相关的异常“气旋—反气旋”环流，使低空（20°～35°N, 100°～125°E）盛行强西南气流，中纬度的偏北气流有利于干冷空气向南输送，与西南暖湿气流汇合于江淮流域上空，带来强烈的水汽辐合，也使得大气的局地上升运动更为强烈。
2023, 47(4): 1183-1195.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21238
摘要:
本文利用1958～2019年日本气象厅逐日再分析资料（JRA-55），基于热力学方程，详细研究了北亚地区春夏季节转换前（第19至28候）平稳增温过程的热力学特征。结果表明，气候温度平流和非绝热加热有相反的变化趋势，它们先后主导着北亚春夏季节转换前的温度变化。在第22候之前，绝热的气候温度平流主导着北亚地区的增暖过程。但随着欧亚大陆中高纬度上的非绝热加热逐步增强，气候温度平流逐渐变为冷平流，使得非绝热加热成为主导项。线性斜压模式结果表明，非绝热加热除直接加热局地大气外，它还会在北亚地区强迫出气旋式环流异常和上升运动，从而引导着原位于新地岛附近的低压系统向北亚地区移动，进而在水平和垂直方向上引起绝热的冷平流。该冷平流部分抵消了非绝热的加热作用，最终在北亚地区形成平稳的增温过程。
本文利用1958～2019年日本气象厅逐日再分析资料（JRA-55），基于热力学方程，详细研究了北亚地区春夏季节转换前（第19至28候）平稳增温过程的热力学特征。结果表明，气候温度平流和非绝热加热有相反的变化趋势，它们先后主导着北亚春夏季节转换前的温度变化。在第22候之前，绝热的气候温度平流主导着北亚地区的增暖过程。但随着欧亚大陆中高纬度上的非绝热加热逐步增强，气候温度平流逐渐变为冷平流，使得非绝热加热成为主导项。线性斜压模式结果表明，非绝热加热除直接加热局地大气外，它还会在北亚地区强迫出气旋式环流异常和上升运动，从而引导着原位于新地岛附近的低压系统向北亚地区移动，进而在水平和垂直方向上引起绝热的冷平流。该冷平流部分抵消了非绝热的加热作用，最终在北亚地区形成平稳的增温过程。
2023, 47(4): 1217-1230.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.21254
摘要:
平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979～2020年ERA5再分析资料中，早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态（主要空间型为赤道西太平洋海温异常）有关。通过CAM5数值模拟，进一步揭示了赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径：冬春季赤道西太平洋增暖时，在暖海温区深对流降水加强，异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波（对流层上层的高压异常）。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置，从而使得经向风1波分量的振幅减小，经向风3波和温度3波分量的位相差增大。两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传，更少的涡动热量通量向极输送促进了春季北极平流层极涡增强。
平流层极涡异常对冬春季极端天气和极地臭氧亏损有重要指示意义。在1979～2020年ERA5再分析资料中，早春北极平流层极涡年际变率与热带太平洋海温第二模态（主要空间型为赤道西太平洋海温异常）有关。通过CAM5数值模拟，进一步揭示了赤道西太平洋海温异常影响平流层极涡的途径：冬春季赤道西太平洋增暖时，在暖海温区深对流降水加强，异常的潜热加热通过Matsuno-Gill响应在其西北侧激发了Rossby波（对流层上层的高压异常）。该Rossby波沿大圆路径在北太平洋调整了北半球最强的槽脊系统的强度和位置，从而使得经向风1波分量的振幅减小，经向风3波和温度3波分量的位相差增大。两者分别减弱了下平流层的1波和3波的波作用通量上传，更少的涡动热量通量向极输送促进了春季北极平流层极涡增强。
2023, 47(4): 1231-1246.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2202.22018
摘要:
基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料，采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法，分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：（1）基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著，大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势。（2）高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多，使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加，但华北中雨和小雨类型的增加占比较大，而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献。（3）积雪异常偏多年，高原热源作用减弱，500 hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构，西风急流位置偏南并加强，副高脊线偏南。在上述环流条件下，西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域，伴随大气垂直运动增强，导致该区域强降水的强度增强、频次偏多；华北地区受“鞍型”场环流结构控制，虽然较小量级降水频次增加，但水汽输送较弱，降水强度变化不显著。上述研究结果，可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其短期预测提供预示性信号。
基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料，采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法，分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：（1）基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著，大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势。（2）高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多，使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加，但华北中雨和小雨类型的增加占比较大，而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献。（3）积雪异常偏多年，高原热源作用减弱，500 hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构，西风急流位置偏南并加强，副高脊线偏南。在上述环流条件下，西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域，伴随大气垂直运动增强，导致该区域强降水的强度增强、频次偏多；华北地区受“鞍型”场环流结构控制，虽然较小量级降水频次增加，但水汽输送较弱，降水强度变化不显著。上述研究结果，可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其短期预测提供预示性信号。
2023, 47(4): 1247-1266.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2208.22045
摘要:
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）V4.0模式对2016年8月17～18日发生在青藏高原东北部青海省的一次强对流过程开展了3 km高分辨率数值模拟，基于观测小时降水数据、FY-2E卫星资料、探空资料和再分析资料等，通过四组敏感性试验对比分析了在模式对流灰色尺度中使用完全显式方案（EXP试验）、传统参数化方案（KF试验）以及尺度感知参数化方案（Multi-Scale KF；MSKF试验）对对流降水模拟的差异及其影响机制。结果表明：不同的湿物理过程处理对青藏高原地区灰色尺度内对流降水强度和落区的模拟存在较大差异。KF试验模拟的18小时累积降水在降水落区和强度上较EXP和MSKF试验与实况最为接近，这与Kain-Fritsch eta（KFeta）参数化方案在降水中心区域产生的对流性降水对总降水的相对贡献较大有关。而EXP和MSKF试验模拟的降水潜热释放产生的300～400 hPa正位涡（Potential Vorticity；PV）异常，受较强的垂直风切变影响随高度向下游倾斜明显，使得其低层500 hPa正PV异常大值区较KF试验呈现出超前特征，进而导致了下游地区低层的局地风场特征、水汽通量输送及大气稳定度的改变，最终导致强降水落区较KF试验和实况向东北方向（下游）偏移。以上分析表明，在青藏高原灰色尺度内，仍然需要依赖对流参数化方案隐式地描述次网格对流过程来弥补显式方案的模拟偏差；而MSKF方案似乎对该地区的对流描述还存在一些不确定性。
本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）V4.0模式对2016年8月17～18日发生在青藏高原东北部青海省的一次强对流过程开展了3 km高分辨率数值模拟，基于观测小时降水数据、FY-2E卫星资料、探空资料和再分析资料等，通过四组敏感性试验对比分析了在模式对流灰色尺度中使用完全显式方案（EXP试验）、传统参数化方案（KF试验）以及尺度感知参数化方案（Multi-Scale KF；MSKF试验）对对流降水模拟的差异及其影响机制。结果表明：不同的湿物理过程处理对青藏高原地区灰色尺度内对流降水强度和落区的模拟存在较大差异。KF试验模拟的18小时累积降水在降水落区和强度上较EXP和MSKF试验与实况最为接近，这与Kain-Fritsch eta（KFeta）参数化方案在降水中心区域产生的对流性降水对总降水的相对贡献较大有关。而EXP和MSKF试验模拟的降水潜热释放产生的300～400 hPa正位涡（Potential Vorticity；PV）异常，受较强的垂直风切变影响随高度向下游倾斜明显，使得其低层500 hPa正PV异常大值区较KF试验呈现出超前特征，进而导致了下游地区低层的局地风场特征、水汽通量输送及大气稳定度的改变，最终导致强降水落区较KF试验和实况向东北方向（下游）偏移。以上分析表明，在青藏高原灰色尺度内，仍然需要依赖对流参数化方案隐式地描述次网格对流过程来弥补显式方案的模拟偏差；而MSKF方案似乎对该地区的对流描述还存在一些不确定性。
2023, 47(4): 1283-1294.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2305.22241
摘要:
利用观测和再分析资料，诊断分析了2021年陕西省9～10月超强秋汛的极端性及其年际异常的关键环流和驱动因子。结果表明：（1）2021年陕西省秋汛期累计降水量为1961年以来第一位，超强秋汛主要与西北太平洋反气旋（WNPAC）的异常偏强和西伸、环渤海高压及巴尔喀什湖槽偏强有关，三者导致冷暖空气在陕西省辐合，形成持续时间较长的秋汛。（2）2021年9～10月赤道中东太平洋冷海温加强，第二次La Niña事件发展，导致中太平洋对流层下沉气流加强，进而加强WNPAC，增强环渤海高压及巴尔喀什湖槽，在东亚中高纬度形成“东高西低”型环流异常。（3）夏秋季热带大西洋海温异常偏暖，通过增强热带北大西洋—热带中太平洋纬向反转流激发WNPAC。La Niña发展和热带北大西洋异常暖海温二者协同作用驱动了2021年的陕西省超强秋汛。
利用观测和再分析资料，诊断分析了2021年陕西省9～10月超强秋汛的极端性及其年际异常的关键环流和驱动因子。结果表明：（1）2021年陕西省秋汛期累计降水量为1961年以来第一位，超强秋汛主要与西北太平洋反气旋（WNPAC）的异常偏强和西伸、环渤海高压及巴尔喀什湖槽偏强有关，三者导致冷暖空气在陕西省辐合，形成持续时间较长的秋汛。（2）2021年9～10月赤道中东太平洋冷海温加强，第二次La Niña事件发展，导致中太平洋对流层下沉气流加强，进而加强WNPAC，增强环渤海高压及巴尔喀什湖槽，在东亚中高纬度形成“东高西低”型环流异常。（3）夏秋季热带大西洋海温异常偏暖，通过增强热带北大西洋—热带中太平洋纬向反转流激发WNPAC。La Niña发展和热带北大西洋异常暖海温二者协同作用驱动了2021年的陕西省超强秋汛。
2023, 47(4): 1196-1216.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2302.22135
摘要:
2021年7月17日至22日河南省遭遇了罕见特大暴雨过程，特别是郑州市在7月20日出现了极端降水事件。本文首先分析了有利的大尺度环流背景，然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段，其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋、中尺度对流系统（MCS）以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋（MCV）。第一阶段（7月17～18日）主要为分散性降雨，水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋，其于7月15日11时（协调世界时，下同）生成河南的东北部，18日23时在河南西南部消亡，垂直伸展最大高度为1000～350 hPa，维持时间约为89小时。第二阶段（7月19～20日），随着西太平洋副热带高压的北抬和台风“烟花”的西进北移发展，西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部，其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形（伏牛山）东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用，对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变的增强，从而诱发了对流层中低层（750～600 hPa）MCV的生成。MCV的增强发展又进一步促进了MCS的维持以及偏南气流的增强。偏南气流输送大量水汽有利于午后分散性强对流单体的生成，分散对流单体与原有河南中北部MCS的合并后增强发展，从而造成了郑州极端小时降雨的出现。第三阶段（7月21～22日），暴雨过程的水汽主要来自于西北太平洋地区，其主要影响系统是MCS。低层气流受到二级地形（太行山）的阻挡，地形东部边界强的水汽通量辐合有利于MCS不断与新生对流单体合并发展，从而在河南、河北交界区域产生较强的降雨中心。
2021年7月17日至22日河南省遭遇了罕见特大暴雨过程，特别是郑州市在7月20日出现了极端降水事件。本文首先分析了有利的大尺度环流背景，然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段，其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋、中尺度对流系统（MCS）以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋（MCV）。第一阶段（7月17～18日）主要为分散性降雨，水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋，其于7月15日11时（协调世界时，下同）生成河南的东北部，18日23时在河南西南部消亡，垂直伸展最大高度为1000～350 hPa，维持时间约为89小时。第二阶段（7月19～20日），随着西太平洋副热带高压的北抬和台风“烟花”的西进北移发展，西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部，其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形（伏牛山）东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用，对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变的增强，从而诱发了对流层中低层（750～600 hPa）MCV的生成。MCV的增强发展又进一步促进了MCS的维持以及偏南气流的增强。偏南气流输送大量水汽有利于午后分散性强对流单体的生成，分散对流单体与原有河南中北部MCS的合并后增强发展，从而造成了郑州极端小时降雨的出现。第三阶段（7月21～22日），暴雨过程的水汽主要来自于西北太平洋地区，其主要影响系统是MCS。低层气流受到二级地形（太行山）的阻挡，地形东部边界强的水汽通量辐合有利于MCS不断与新生对流单体合并发展，从而在河南、河北交界区域产生较强的降雨中心。
2023, 47(4): 1267-1282.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2304.22068
摘要:
2020年11月17～20日（过程1）和2021年11月7～11日（过程2）在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP/NCAR和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，过程1主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850 hPa暖锋维持；过程2则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850 hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷—暖—冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。过程1逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于过程2，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模型。
2020年11月17～20日（过程1）和2021年11月7～11日（过程2）在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP/NCAR和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，过程1主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850 hPa暖锋维持；过程2则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850 hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷—暖—冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。过程1逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于过程2，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模型。
