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2022年 第46卷  第1期

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封面
2022-01期封面+目录+封底
2022, 46(1): .
摘要:
论文
1981~2019年吉林省暖季冷涡降水时空变化特征
李尚锋, 任航, 高枞亭, 尹路婷, 杨旭
2022, 46(1): 1-14. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.20217
摘要:
利用1981~2019年吉林省气象局信息中心提供的吉林省51个测站逐时降水数据,系统分析了暖季吉林省冷涡降水的时空分布特征。结果表明:(1)吉林省降水量日变化和频次的峰值均发生在下午16~18时(北京时);0.1~5 mm/h降水频次大值区主要集中在吉林省东部山区,而5~10 mm/h和>10 mm/h降水频次大值区则在吉林省中南部地区。(2)0.1~5 mm/h降水占冷涡降水总量百分比(简称:降水贡献)的空间分布特征中,白天降水贡献的空间分布比较一致,夜间大值区在吉林省东部山区;5~10 mm/h降水贡献大值区集中在吉林省中部地区,且白天贡献大于夜间;>10 mm/h降水贡献大值区位于吉林省中西部地区,白天贡献也大于夜间。(3)0.1~5 mm/h降水占暖季冷涡降水总量的60%,5~10 mm/h和>10 mm/h均在20%左右;0.1~5 mm/h降水贡献随时间变化减弱趋势明显,而>10 mm/h降水贡献增加趋势明显,且这两种量级降水年际变化呈反位相特征。
江淮地区夏季极端日降水事件变化特征及其与Rossby波活动的联系
孙思远, 管兆勇, 金大超
2022, 46(1): 15-26. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2108.20226
摘要:
利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集,研究了1979~2016年(38年)夏季江淮地区区域性极端日降水事件的统计特征及其与Rossby波活动的联系。结果表明:在38年夏季(6~7月)中,江淮地区区域性极端日降水量的95百分位阈值为33.95 mm d−1,且共有63次极端日降水事件发生。江淮地区极端日降水事件发生时,在对流层中低层受气旋性异常环流控制,在对流层上层受反气旋性异常环流控制,为极端日降水事件的形成和维持提供了有利的斜压性环流背景。源于孟加拉湾和中国南海地区的水汽在江淮地区有较强的汇集,为极端日降水事件的发生、发展提供了有利的水汽条件。在极端日降水事件发生期间,引起江淮地区扰动涡度拟能显著变化的主要是时间平均气流对扰动涡度的平流输送项和扰动气流中的水平散度项;在极端日降水事件发生当天,对流层上层的扰动涡度拟能迅速减弱,同时在低层快速增强。波动起源于里海和黑海附近,有明显的下游频散效应,传至江淮地区约需3~5 d时间,为江淮地区极端日降水事件的形成提供了扰动能量。这些结果加深了对极端日降水事件成因的认识,并为预报预测提供了思路。
气象要素对华北地区夏季植被覆盖度的影响
白慧敏, 龚志强, 孙桂全, 李莉, 周莉
2022, 46(1): 27-39. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20233
摘要:
植被覆盖对气候变化极其敏感,华北区地处我国半干旱—半湿润过渡地区,气象因子对该地区植被覆盖有重要的影响,但缺少有效的数理模型定量刻画气象要素对植被的影响。因此,本文基于华北区2000~2018年中分辨率成像光谱仪的植被覆盖数据和主要气象要素数据,开展了多气象要素影响植被覆盖度的研究,初步建立了华北夏季植被覆盖度与气象要素的关系。研究表明:(1)华北存在向暖干转变的趋势,且夏季植被覆盖度与降水、相对湿度呈正相关,与气温、日照时数和地温呈负相关。(2)影响华北地区植被覆盖度最重要的气象要素是相对湿度,体现了温度和降水的共同作用。(3)基于多元回归法和最小二乘法可以定量描述气象要素变化对植被覆盖度的可能影响。其中,五变量影响模型对植被覆盖度模拟的相关系数略偏高,因此,基于五变量气象要素可以更好的模拟植被覆盖度的变化。研究结果有利于了解气象要素如何影响植被生态系统,进而为国家生态文明建设提供理论参考依据。
未来30年亚洲降水情景预估及偏差订正
杨阳, 戴新刚, 汪萍
2022, 46(1): 40-54. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.20241
摘要:
借助第五次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)多模式集合数据及英国气候研究所(Climatic Research Unit Time-Series version 4.0, CRU TSv4.0)的格点降水资料,分析了多模式集合平均降水在亚洲的偏差分布特征,检验了三种偏差订正统计方法,并且预估了2021~2050年亚洲降水的可能变化。结果表明,在CMIP5历史气候模拟中,多模式集合降水在亚洲存在明显偏差,北方降水偏多,南方偏少,其中在青藏高原、内蒙古、蒙古国等地明显偏多达30%~40%,南亚偏少30%~40%,在越南和华南沿海偏少20%~30%等。2006~2015年预估降水偏差型与历史气候模拟相似,具有准定常性,可以通过二者之差将其消去。偏差订正检验表明,单纯除去模式气候漂移后的降水距平太小,尽管距平符号一致率较高。在暖季(5~10月),一元对数回归偏差订正结果在北方略优于一元差分回归,在冷季(11月至次年4月)与此相反,二者结合可以构成区域组合回归偏差订正法。最后,用组合订正法订正了RCP4.5情景下20个CMIP5模式集合2021~2050年亚洲降水预估偏差,又利用某些区域的去除模式漂移后的订正结果对其盲区进行了补充订正。结果表明,相对于1976~2005年气候平均,在暖季,中国南方、南亚东北部、中亚南部、阿拉伯半岛东北部等地降水可能减少10%~20%;从中国的三江源区到淮河流域带降水会增加约20%,东北南部的降水会增加约10%;新疆北部降水增加约10%,南部约20%;华北和东北大部降水减少约10%~20%;中南半岛北部降水增加约10%;亚洲高纬度地带降水也略有增加。在冷季,亚洲降水呈现北方增加,南方减少的格局,其中南亚降水减少最明显,达−10%左右,中国西南部减少约−5%;中国西部降水增加幅度为20%~40%,华北和东北增加约5%;亚洲高纬度降水增加约为10%~40%。因此,随着气候暖化,未来30年中国的淮河流域、长江和黄河上游可能降水增多,而西南地区的旱情可能会持续,建议有关部门提前做好应对部署。
华南冬季强降水及高、低纬两支波列的协同影响
陈婉玲, 李秀珍
2022, 46(1): 55-69. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2102.20246
摘要:
采用1979~2015年ERA-Interim再分析资料和中国756个站点的逐日降水观测资料,利用百分位法定义了华南冬季强降水事件,通过K-均值聚类方法分析发现中国冬季强降水的中心主要集中在5个地区:长江中下游地区、华南中西部、华南东南部、淮河流域以及中国西南部。为了揭示华南南部大范围强降水的成因,对比分析了由西南地区自西向东移动至东南沿海的东移型强降水事件与西南地区局地型强降水事件。结果表明,南支槽槽前的暖湿气流与冷空气活动的强弱对峙是触发以及维持这两类强降水的关键。在局地型强降水中,活跃的冷空气活动抑制了南支槽的发展和东扩,强降水局限于西南地区;对于东移型强降水,由于冷空气活动偏弱,南支槽槽前西南暖湿气流东扩,降水落区随之东移。高纬度波列与南亚急流波列的协同作用是影响冷、暖气流相对强弱的关键环流系统。当高纬度波列与南亚急流波列同步发展时,冷、暖空气均较强形成强烈对峙,强降水主要局限在西南地区;当高纬度波列活动超前于南亚急流波列,冷空气活动与南支槽的加深错开,强降水可持续并东移,影响较大范围。
东亚—西北太平洋海平面气压场的动力特征分析
孙宇, 韩琳, 李建平, 丁瑞强
2022, 46(1): 70-82. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20254
摘要:
东亚—西北太平洋地区的海平面气压直接反映了低层大气的环流特征,其动力特征对大气环流形势,气压系统的演变和天气、气候系统的发展等都有显著的影响。因此,深入分析东亚—西北太平洋地区海平面气压场的时空演变特征,对于提高我国的天气和气候预报具有重要意义。为了从非线性动力学的角度进行深入研究,文中使用了一种新方法来定量估算海平面气压吸引子的两个瞬时指标:瞬时维度和瞬时稳定度。瞬时维度表征了吸引子轨道在局部空间上的离散程度,瞬时稳定度则表征了轨道在局部时间上的稳定程度,它们共同反应了海平面气压吸引子的瞬时(逐日)动力特性。本文利用不同大小的指标值与海平面气压场的对应关系,研究了该地区海平面气压场的不同时空特征。主要结论为:(1)海平面气压吸引子的两个指标都是低值时,对应逐日环流场的空间特征表现为:气压结构单一,通常有几个强大的高低气压中心东西对峙;时间特征表现为:环流模态可以稳定的持续10 d左右。(2)当两个指标都是高值时,逐日环流场的空间特征表现为:多个弱的气压中心同时存在且结构混乱;时间特征为:环流场极不稳定,持续性仅在1 d左右。(3)瞬时维度和瞬时稳定度具有一致的年代际变化趋势:20世纪70~90年代呈现明显的下降趋势,90年代末快速上升,2000年后波动变化。
台风强度模拟的海温目标观测研究
姚佳伟, 段晚锁
2022, 46(1): 83-97. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.20256
摘要:
根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温(SST)强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局。NFSV型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段。结果表明,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内以90 km间隔加密海温观测,这些额外观测能够更加有效地改善TC强度的模拟技巧;与空间范围更大的非敏感区相比,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内进行目标观测,能够更加有效地改进TC强度的模拟能力,而当非敏感区内的局地观测区域逐步接近目标观测敏感区时,该局地区域的加密观测对TC强度模拟改善程度也逐步提高。进一步研究表明,上述目标观测对台风强度模拟水平的改善尤以NFSV型SST强迫误差大值区所对应的TC快速增强阶段最为明显。所以,在由NFSV型SST强迫误差确定的目标观测敏感区和敏感时段内加密观测,对台风强度模拟能力的提高最有效,而且在敏感区内以合适的间隔实施外场观测是最经济的观测策略。
冰雹云卫星早期识别与自动预警
徐小红, 余兴, 刘贵华, 岳治国, 朱延年
2022, 46(1): 98-110. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21010
摘要:
利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:(1)陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度(Tg)较冷,均值为−33°C;全部冰晶化时Tg对应的云粒子有效半径re(表征为reg)未饱和(<40 μm),均值36.9 μm,且reg 越小冰雹云越强;云顶呈现re随高度减小带。(2)各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。(3)在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。(4)经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。
北京两次特大暴雨过程观测对比
陆婷婷, 崔晓鹏
2022, 46(1): 111-132. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21007
摘要:
本文针对2012年(“7·21”)和2016年(“7·20”)北京两次特大暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,结合多种分析方法,从多个角度,较为系统地对比揭示了两次特大暴雨过程的差异,结果指出:两次过程降水总量相近,但降水历时和小时雨强不同,“7·21”历时更短、雨势更强;两次过程主导天气系统和演变、对流系统演变以及局地探空条件明显不同,“7·21”主降水时段对流有效位能显著,暖区对流性强降水主导,而“7·20”主降水时段对流有效位能小,以低涡系统性降水为主;两次过程小时雨强和短历时降水事件统计差异显著,“7·20”中等强度小时雨量站点数占比显著,而“7·21”短时强降水站点数占比明显,两次过程短历时降水事件累积雨量、持续时间、5分钟和1小时最大雨量差异明显,“7·21”短历时强降水事件占比达一半以上(小时雨量50 mm以上的短历时极强降水事件占比明显),最大5分钟和1小时降水量分别高达20.4 mm和103.6 mm,极端性显著,而“7·20”短历时中等强度降水事件占比最大,最大5分钟和1小时降水量仅为10.7和59.3 mm,“7·21”降水极端性更强、致灾性更大;两次过程水汽来源和源区定量贡献差异明显,来自中国中东部及沿海地区的水汽贡献在两次过程中均最大,但“7·21”过程上述水汽源区的贡献最突出,而“7·20”过程中,印度半岛—孟加拉湾—中南半岛、中国南海和西北太平洋及日本海等区域的贡献也较为明显。上述结论有助于深入理解和认识两次特大暴雨过程致灾程度不同的原因。
青藏高原中东部地表感热趋势转折特征的季节差异
王慧, 张璐, 石兴东, 李栋梁
2022, 46(1): 133-150. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2105.21026
摘要:
本文利用气候变化趋势转折判别模型(PLFIM),分析了1982~2018年青藏高原中东部70个气象站点地表感热趋势演变特征的季节差异,并利用线性倾向估计和方差分析方法定量评估了影响不同季节地表感热变化的关键气象要素。结果显示:(1)高原中东部四季平均地表感热通量均存在显著趋势转折特征,整体来看,秋、冬季转折时间较早(1999年),春、夏季稍晚(2000年);分区来看,高原Ⅱ区(东部)的转折时间最早,然后向Ⅳ区(东南部)和Ⅰ区(北部)扩展,高原Ⅲ区(西南部)转折时间最晚。在地表感热趋势转折之前,以夏季的感热减弱最突出,其次为春季和秋季,冬季最弱;在地表感热趋势转折之后,冬季的地表感热的增强最强,其他季节增强趋势相当。冬季和春季高原地表感热趋势转折的关键区分别在高原的东部和南部,夏、秋季的关键区主要为高原的Ⅱ区(东部)和Ⅲ区(西南部)。(2)在地表感热趋势转折之前,地面风速的减小对高原四季地表感热的减弱趋势均有重要贡献;但地表感热趋势转折之后,影响其趋势变化的关键气象要素在四季存在显著差异,夏季仍以地面风速的变化为主导,秋、冬季受地气温差和地面风速变化的共同影响,而春季地气温差的增大成为其趋势增强的主因。同时,在地表感热的年际变化中,地气温差的影响比地面风速更加突出,特别是在秋、冬季,转折前后地气温差始终是决定其年际变化的主导因子,春季高原东部也主要受地气温差变化所影响,夏季在地表感热趋势转折之前,受地气温差和地面风速的共同影响,而转折后,地气温差对其的影响更加突出。
亚洲中高纬环流春夏季节转换过程的关键特征
布和朝鲁, 林大伟, 齐道日娜, 诸葛安然
2022, 46(1): 151-167. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2104.21028
摘要:
亚洲中高纬环流春夏季节转换是亚洲大陆上发生的不同区域春夏季节转换中的一个重要组成部分,它为江淮流域梅雨形势的建立提供必要的中高纬环流条件。但是关于其独特性和关键特征,迄今为止尚没有系统性的总结。本文利用NCEP/NCAR再分析资料I的逐日数据,分析和总结了这一春夏季节转换过程的关键特征。亚洲中高纬环流春夏季节转换以500 hPa东北亚脊和“双阻型”环流形势的依次建立为重要标志。东北亚脊及其相关的海陆温度差异的形成主要归因于东北亚积雪融化和局地强烈增温过程。东北亚低压(850 hPa)的建立是亚洲中高纬环流春夏季节转换的另一个重要标志。当季节转换发生时,青藏高原上空的200 hPa急流轴从35°N向北跳到37°N,与此同时亚洲温带急流彻底消失。伴随着季节转换,亚洲中高纬地区近地面温度经向梯度减弱,高频瞬变斜压扰动随之减弱;与之形成鲜明对比,低频天气系统,包括亚洲阻塞高压和东北冷涡系统,则成为该地区主导天气系统。本文也从春夏季节转换早晚的角度,探讨了亚洲中高纬环流和天气系统的演变特征,由此进一步补充了春夏季节转换的关键信息。
“北京冬奥会”专题
河北冬奥赛区一次夜间增温过程的数值模拟及诊断
章鸣, 连志鸾, 平凡, 祝善友
2022, 46(1): 168-180. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2103.21031
摘要:
夜间增温是河北冬奥赛区冬季频发的天气现象,对其进行准确的模拟与预报对赛区建设及比赛保障至关重要。本文针对河北冬奥赛区2020年2月8日夜间至9日凌晨发生的一次夜间增温过程,通过引入高分辨率地形数据,利用中尺度区域数值模式WRF4.1.5精细化再现了此次夜间增温过程,并探究了此次过程的气象特征及成因。研究结果表明:此次夜间增温过程受东北冷涡影响,中高空冷平流显著,高低层风切变较强,有明显的平流差异,同时,近地面气象要素变化特征明显,包括相对湿度降低、风速增大、海平面气压降低、地表热通量及长波辐射增强等;增温发生时,强冷平流在范围及强度上均明显增加,导致强烈的下沉运动,使得低层大气温度升高,并且高低层强风切变以及平流差异容易产生垂直混合,等熵面波动明显,湍流加强,进一步加强湍流垂直混合运动,运动热通量输送增强,产生夜间温度异常升高现象。
冬奥会延庆赛区降雪与边界层东风的关系
于波, 李桑, 郝翠, 刘郁珏, 杜佳, 卢俐
2022, 46(1): 181-190. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2106.21055
摘要:
受特殊地理环境影响,北京地区冬季降雪常与边界层东风相伴,边界层东风所引起的水汽输送和动力辐合效应对降雪发生发展有重要意义。不同于已有边界层东风对平原地区降雪影响的研究,本文结合2022年冬奥会北京延庆赛区的地形特征,对比相似天气背景下不同温湿特性、不同发展高度的边界层东风对降雪的作用机制,研究表明:(1)途经渤海湾的路径较长有利于边界层东风的明显增湿,反之增湿效果则较弱;(2)“干冷”性质的偏东风可形成冷垫抬升北京平原及低海拔地区的暖湿空气;当偏东风在垂直方向发展较为深厚(600 m以上)时,能够翻越延庆东部海拔较低的军都山并在背风坡形成绕流汇合,同时受西部海拔较高的海陀山阻挡,形成迎风坡的强迫抬升,二者共同作用导致延庆区的辐合东强西弱,进而造成降雪分布呈东多西少的特征;(3)“暖湿”性质的边界层东风因垂直延展高度较低,无法向西越过军都山,对延庆赛区降雪基本无影响;(4)空中500 hPa为西北气流影响时,除考虑边界层东风能否越山之外,若存在与地形高度接近的、700 hPa高度附近饱和区与抬升运动的有利配合,将导致延庆赛区的高海拔山区出现明显降雪。
崇礼云顶冬奥赛场夜间增温事件的统计特征及其形成机制研究
孔凡超, 连志鸾
2022, 46(1): 191-205. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2107.21057
摘要:
本文利用2018年11月至2019年3月、2019年11月至2020年3月期间的自动站资料,对发生在河北崇礼云顶冬奥赛场的夜间增温事件进行了统计分析,并基于地基微波辐射计、激光测风雷达、风廓线仪以及NCEP/NCAR逐6小时再分析资料探讨了夜间增温事件可能的形成机制。研究得出:云顶赛场11月至次年3月,夜间增温事件的发生概率高达76.9%,揭示了冬季夜间增温在云顶赛场是一种常见现象,同时增温次数和增温幅度均随站点海拔高度增加而减小。云顶赛场夜间增温的形成机制可归为四类,分别为垂直风切变造成的逆温层混合增温、焚风增温、整层下沉增温、中低层暖平流增温。其中第二、三、四类增温过程中,增温开始前谷内存在逆温时,谷底增温幅度可能会明显大于山顶,从而导致增温幅度随高度增加而减小。此外,山顶仅受第三类和第四类形成机制影响,而四类增温机制均可引发山谷增温事件,这也是增温事件发生频次随高度升高而明显减少的原因。
冬奥崇礼赛区一次冷湖过程形成及消散的数值模拟研究
王雨斐, 李国平, 王宗敏, 平凡
2022, 46(1): 206-224. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2109.21070
摘要:
本文利用中尺度数值预报模式(WRF)并采用谱逼近方法,对2021年冬奥测试赛期间的一次冷湖过程进行模拟研究,探究了冷湖发展前后风温场的垂直变化规律,揭示了冷湖形成及消亡的具体原因。研究结果表明,静稳的天气形势是冷湖过程维持及发展的大背景条件。冷湖发展期间,逆温层由上至下迅速建立,谷底出现偏东—东南向的冷径流。受重力下坡风的影响,冷空气不断向谷底堆积,冷湖深度增加。日出后,越山的系统风重新建立,逆温层从底部消蚀,冷湖结构破坏。夜间的强辐射冷却作用是冷湖形成的主要原因之一。辐射冷却强度的差异会引起冷湖降温幅度的差异,后半夜辐射冷却作用的突然加强为冷湖中后期的维持及发展创造有利条件。通过分析冷湖发生前后位温廓线、摩擦速度及边界层高度随时间的演变,均可印证湍流活动的发展是逆温消散、冷湖结构破坏的重要影响因素。