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2021年 第45卷 第1期
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2021,
45(1):
1-20. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2003.19204
摘要:
西北太平洋副热带高压（以下简称副高）是影响中国气候的大尺度环流系统，研究次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响具有十分重要的意义。本文首先根据副高东西变动的关键区位置分别定义了前夏和后夏副高东西变动指数，指数具有显著的10～30天次季节周期，能够很好表征副高次季节东西变动的特征。根据指数的标准化值，共选取前夏和后夏东西事件195次（1374天）。进一步对东西事件的分析表明次季节尺度上副高东西变动与西南地区降水有十分密切的联系，在副高偏西（东）事件中，副高经历了由东→西→东（西→东→西）逐渐变化的过程，相应西南大部分地区的降水经历了逐渐由少→多→少（多→少→多）的演变，次季节尺度上西南地区降水对副高变化的响应与副高东西变动过程中副高北侧及副高主体区域的水汽和气流的垂直变化有很大的关系。另外，分析发现对于西南地区而言，受副高次季节东西变动的影响，贵州和重庆地区降水变化的一致性比较好，而云南和四川地区降水变化的区域差异较大，尤其是云南。前夏，在副高东西变动过程中云南大部分地区的降水呈现出与西南大部分地区，尤其与贵州和重庆地区的降水变化完全相反的特征，即副高偏西（东）事件中，云南大部分地区的降水偏少（多），西南其它大部地区降水偏多（少）；后夏，除云南中北部地区，西南大部分地区的降水变化基本一致。
西北太平洋副热带高压（以下简称副高）是影响中国气候的大尺度环流系统，研究次季节尺度副高东西变动对西南地区降水的影响具有十分重要的意义。本文首先根据副高东西变动的关键区位置分别定义了前夏和后夏副高东西变动指数，指数具有显著的10～30天次季节周期，能够很好表征副高次季节东西变动的特征。根据指数的标准化值，共选取前夏和后夏东西事件195次（1374天）。进一步对东西事件的分析表明次季节尺度上副高东西变动与西南地区降水有十分密切的联系，在副高偏西（东）事件中，副高经历了由东→西→东（西→东→西）逐渐变化的过程，相应西南大部分地区的降水经历了逐渐由少→多→少（多→少→多）的演变，次季节尺度上西南地区降水对副高变化的响应与副高东西变动过程中副高北侧及副高主体区域的水汽和气流的垂直变化有很大的关系。另外，分析发现对于西南地区而言，受副高次季节东西变动的影响，贵州和重庆地区降水变化的一致性比较好，而云南和四川地区降水变化的区域差异较大，尤其是云南。前夏，在副高东西变动过程中云南大部分地区的降水呈现出与西南大部分地区，尤其与贵州和重庆地区的降水变化完全相反的特征，即副高偏西（东）事件中，云南大部分地区的降水偏少（多），西南其它大部地区降水偏多（少）；后夏，除云南中北部地区，西南大部分地区的降水变化基本一致。
2021,
45(1):
21-36. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2007.19208
摘要:
用1979/1980～2017/2018年冬季逐日长江下游气温资料研究长江下游冬季低温日数与温度低频振荡的联系。结果表明，冬季长江下游逐日气温存在较显著的季节内振荡周期（15～25 d、25～40 d和50～70 d振荡），其中与12～2月低温日数关系最密切的是25～40 d振荡。基于2001～2018年逐日长江下游实时气温的25～40 d低频分量和东亚地区850 hPa低频温度主成分，建立了冬季长江下游气温低频分量的延伸期预测的时变扩展复数自回归模型（ECAR）。其中，采用基于T-EOF（temporal empirical orthogonal functions）延拓的实时奇异谱（SSA，singular spectrum analysis）滤波，很好地抑制经典SSA滤波的边界效应，得到较稳定的实时低频振荡信号。对2001/2002～2017/2018年12～2月长江下游温度低频分量进行独立的实时延伸期预报试验的结果表明，这种数据驱动的简化的复数预测模型对25～40 d时间尺度的长江下游冬季低频温度的预测时效可达26 d左右，预报能力显著优于经典自回归模型（AR），能为提前3～4周预报长江下游地区冬季持续低温过程提供有价值的预测背景信息。
用1979/1980～2017/2018年冬季逐日长江下游气温资料研究长江下游冬季低温日数与温度低频振荡的联系。结果表明，冬季长江下游逐日气温存在较显著的季节内振荡周期（15～25 d、25～40 d和50～70 d振荡），其中与12～2月低温日数关系最密切的是25～40 d振荡。基于2001～2018年逐日长江下游实时气温的25～40 d低频分量和东亚地区850 hPa低频温度主成分，建立了冬季长江下游气温低频分量的延伸期预测的时变扩展复数自回归模型（ECAR）。其中，采用基于T-EOF（temporal empirical orthogonal functions）延拓的实时奇异谱（SSA，singular spectrum analysis）滤波，很好地抑制经典SSA滤波的边界效应，得到较稳定的实时低频振荡信号。对2001/2002～2017/2018年12～2月长江下游温度低频分量进行独立的实时延伸期预报试验的结果表明，这种数据驱动的简化的复数预测模型对25～40 d时间尺度的长江下游冬季低频温度的预测时效可达26 d左右，预报能力显著优于经典自回归模型（AR），能为提前3～4周预报长江下游地区冬季持续低温过程提供有价值的预测背景信息。
2021,
45(1):
37-57. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19209
摘要:
层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象，增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施，而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题，通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程，进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理，是建立和改进催化作业技术的必要途径，也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟，力图对实际作业过程进行合理再现，通过对模拟结果的分析，研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征，分析催化对云和降水宏微观特性的影响，并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明，播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上，垂直方向上，大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内，AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送；催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加，导致催化模拟前期的霰增长受到抑制，之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强，云中霰的总量逐渐增加；催化作业后，催化云的雷达回波强度有明显增强，且随时间变化表现出不同的结构特征；催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征，催化后3小时，作业影响区向作业区下游扩展100 km以上，总体呈现减雨—增雨的区域分布特征；数值模拟评估表明，整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg，平均增雨率为1.1%，暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般，而播撒的AgI剂量偏大，造成增雨作业效果偏低。
层状云系是进行人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象，增雨作业需要有科学可行的技术指标来指导实际作业的科学实施，而合理准确评估人工增雨作业的效果也是需要解决的重要课题，通过数值模式合理地仿真模拟实际催化作业的过程，进而研究增雨作业后云和降水的一系列宏微观特征的变化及其机理，是建立和改进催化作业技术的必要途径，也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。本文使用三维中尺度冷云催化模式对2014年4月15日河北省一次层状云降水的飞机催化作业过程进行了仿真模拟，力图对实际作业过程进行合理再现，通过对模拟结果的分析，研究飞机播撒的AgI（Silver iodide）催化剂在空中的扩散传输特征，分析催化对云和降水宏微观特性的影响，并对此次飞机催化作业的增雨效果进行评估。研究结果表明，播撒的AgI催化剂烟羽扩展的水平尺度可达数十公里以上，垂直方向上，大部分AgI粒子则主要集中在作业层上下约1 km的厚度范围内，AgI粒子的向上输送明显强于向下的输送；催化后云中的冰晶和雪粒子明显增加，导致催化模拟前期的霰增长受到抑制，之后随着霰碰并雪过程及零度层附近冰相粒子淞附过程的增强，云中霰的总量逐渐增加；催化作业后，催化云的雷达回波强度有明显增强，且随时间变化表现出不同的结构特征；催化导致地面降水出现先减少后增加的时间变化特征，催化后3小时，作业影响区向作业区下游扩展100 km以上，总体呈现减雨—增雨的区域分布特征；数值模拟评估表明，整个评估区内的净增雨量达到3.6×107 kg，平均增雨率为1.1%，暖层霰粒浓度和尺度的增加是降水增加的主要原因。由于作业目标云系的催化条件一般，而播撒的AgI剂量偏大，造成增雨作业效果偏低。
2021,
45(1):
58-72. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19171
摘要:
应用WRF v4.0模式五种边界层参数化方案（YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH），对2016 年汛期（5～9月）在川渝盆地东部造成暴雨的所有西南涡过程进行了数值模拟，检验评估了它们对各量级降水的预报能力，并基于加密的L波段秒级探空资料对比分析了模拟与实况边界层结构的差异，结合各方案对湍流运动的算法特点探讨了其差异的原因，最后对ACM2方案进行了湍流强度调整，由此改善其对于川渝盆地边界层与西南涡降水的模拟能力。结果表明：ACM2和YSU方案TS评分表现较好，相对其它方案ACM2空报较少，这种可以根据周围环境的稳定性切换局地或非局地算法的方案更适合于盆地西南涡降水模拟，但边界层方案对西南涡降水的空报都较普遍，尤以大量级降水更明显；精细的探空资料进一步表明，所有方案模拟的白天边界层高度都偏高，湍流混合强度都偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案，模拟的边界层温湿结构则更符合实际观测，其边界层下部温度更低、湿度更高，减少了大量级降水的空报，使盆地西南涡降水模拟有一定改善；边界层参数化方案对西南涡模拟的差别主要体现为不同的西南涡位置与降水强度，但归根到底都源于方案的局地或非局地特性、不同的混合强度这两方面原因。因此，根据不同特定区域下垫面环境与气候状况合理选择方案的特性和混合强度是准确模拟边界层结构及其降水过程的关键。
应用WRF v4.0模式五种边界层参数化方案（YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH），对2016 年汛期（5～9月）在川渝盆地东部造成暴雨的所有西南涡过程进行了数值模拟，检验评估了它们对各量级降水的预报能力，并基于加密的L波段秒级探空资料对比分析了模拟与实况边界层结构的差异，结合各方案对湍流运动的算法特点探讨了其差异的原因，最后对ACM2方案进行了湍流强度调整，由此改善其对于川渝盆地边界层与西南涡降水的模拟能力。结果表明：ACM2和YSU方案TS评分表现较好，相对其它方案ACM2空报较少，这种可以根据周围环境的稳定性切换局地或非局地算法的方案更适合于盆地西南涡降水模拟，但边界层方案对西南涡降水的空报都较普遍，尤以大量级降水更明显；精细的探空资料进一步表明，所有方案模拟的白天边界层高度都偏高，湍流混合强度都偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案，模拟的边界层温湿结构则更符合实际观测，其边界层下部温度更低、湿度更高，减少了大量级降水的空报，使盆地西南涡降水模拟有一定改善；边界层参数化方案对西南涡模拟的差别主要体现为不同的西南涡位置与降水强度，但归根到底都源于方案的局地或非局地特性、不同的混合强度这两方面原因。因此，根据不同特定区域下垫面环境与气候状况合理选择方案的特性和混合强度是准确模拟边界层结构及其降水过程的关键。
2021,
45(1):
73-87. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19184
摘要:
在热带气旋的生成过程中，从热带扰动向热带低压增强的过程研究较少，而这一过程必定伴随着中尺度对流系统（MCS）的生成、合并和发展。本文利用FNL分析资料和高分辨率模式对1521号台风“杜鹃”生成前3天进行数值模拟，着重探讨了“杜鹃”生成过程中MCS的发展演变特征。在“杜鹃”生成过程中，对流层上部槽（TUTT）位置偏东，“杜鹃”主要从季风涡旋（MG）的东南侧边缘向西北方向移动，因此，减弱的大尺度垂直风切和MG东南侧的低层辐合都为“杜鹃”的生成提供了有利的动力条件。在“杜鹃”生成前期阶段，新生成更多的MCS有利于在热带扰动阶段“杜鹃”的增强；“杜鹃”生成的中后期阶段，对流爆发，MCS发生合并使得MCS个数减少，MCS结构变得更加紧凑，面积最大的MCS逐渐向热带扰动中心区域收缩，“杜鹃”生成速度加快。对比MCS中的层云降水和对流云降水的特征发现，MCS中层云降水覆盖面积更大；对流云降水的降雨率比层云的降雨率更大，同时变化幅度更明显。层云降水百分比的增加与“杜鹃”增强的过程关系密切，但对流云降水的降雨率增加有利于MCS增强，层云和对流云的共同作用促进了“杜鹃”生成。
在热带气旋的生成过程中，从热带扰动向热带低压增强的过程研究较少，而这一过程必定伴随着中尺度对流系统（MCS）的生成、合并和发展。本文利用FNL分析资料和高分辨率模式对1521号台风“杜鹃”生成前3天进行数值模拟，着重探讨了“杜鹃”生成过程中MCS的发展演变特征。在“杜鹃”生成过程中，对流层上部槽（TUTT）位置偏东，“杜鹃”主要从季风涡旋（MG）的东南侧边缘向西北方向移动，因此，减弱的大尺度垂直风切和MG东南侧的低层辐合都为“杜鹃”的生成提供了有利的动力条件。在“杜鹃”生成前期阶段，新生成更多的MCS有利于在热带扰动阶段“杜鹃”的增强；“杜鹃”生成的中后期阶段，对流爆发，MCS发生合并使得MCS个数减少，MCS结构变得更加紧凑，面积最大的MCS逐渐向热带扰动中心区域收缩，“杜鹃”生成速度加快。对比MCS中的层云降水和对流云降水的特征发现，MCS中层云降水覆盖面积更大；对流云降水的降雨率比层云的降雨率更大，同时变化幅度更明显。层云降水百分比的增加与“杜鹃”增强的过程关系密切，但对流云降水的降雨率增加有利于MCS增强，层云和对流云的共同作用促进了“杜鹃”生成。
2021,
45(1):
88-106. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19202
摘要:
本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据，重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明，−5°C层的过冷水含量低于0.05 g m−3，冰粒子数浓度量级101～102 L−1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。−5°C层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主，凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10～50 μm的云滴为主，伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g m−3左右，冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明：零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内，混合层的过冷水含量很低，冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长，云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高，大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示，冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高，但平均直径比过冷水低值区小。
本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据，重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明，−5°C层的过冷水含量低于0.05 g m−3，冰粒子数浓度量级101～102 L−1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。−5°C层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主，凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10～50 μm的云滴为主，伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g m−3左右，冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明：零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内，混合层的过冷水含量很低，冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长，云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高，大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示，冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高，但平均直径比过冷水低值区小。
2021,
45(1):
107-122. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.19214
摘要:
利用带有分档微物理方案的中尺度模式（WRF-SBM）模拟了一次新疆夏季的冰雹天气过程，并通过敏感性试验研究了气溶胶浓度变化对雹云微物理特征、降水过程及冰雹形成机制的影响。结果表明：初始气溶胶浓度越大，对流云发展越旺盛。雹云发展阶段，云中液水含量随气溶胶浓度增加而增多，冰水含量在中度污染时最多。冰雹的含量随气溶胶浓度的增加呈现先增加后减小的趋势，相较而言中度污染条件下，云滴尺度适当，过冷云水含量相对充足，更有利于液相水成物向冰粒子的转化，也更有利于冰雹的生长。冰雹最初几乎全部由冰晶碰冻过冷水生成，随后该过程迅速减弱，液滴冻结过程短暂地成为主要来源，但冰雹一旦形成，自身就会迅速收集过冷水开始生长，成为冰雹生长的主导过程。重度污染条件导致各种成雹过程推迟发生。气溶胶浓度增大导致地面液相累积降水增加，冰相累积降水先增加减少，并且气溶胶浓度适当增大可使降雹量及冰相降水中冰雹的比重增加，过量则会减小。在此基础上，本文提出最适合冰雹生长的“最优气溶胶浓度”，同时也是人工防雹工作中应重点关注的浓度。
利用带有分档微物理方案的中尺度模式（WRF-SBM）模拟了一次新疆夏季的冰雹天气过程，并通过敏感性试验研究了气溶胶浓度变化对雹云微物理特征、降水过程及冰雹形成机制的影响。结果表明：初始气溶胶浓度越大，对流云发展越旺盛。雹云发展阶段，云中液水含量随气溶胶浓度增加而增多，冰水含量在中度污染时最多。冰雹的含量随气溶胶浓度的增加呈现先增加后减小的趋势，相较而言中度污染条件下，云滴尺度适当，过冷云水含量相对充足，更有利于液相水成物向冰粒子的转化，也更有利于冰雹的生长。冰雹最初几乎全部由冰晶碰冻过冷水生成，随后该过程迅速减弱，液滴冻结过程短暂地成为主要来源，但冰雹一旦形成，自身就会迅速收集过冷水开始生长，成为冰雹生长的主导过程。重度污染条件导致各种成雹过程推迟发生。气溶胶浓度增大导致地面液相累积降水增加，冰相累积降水先增加减少，并且气溶胶浓度适当增大可使降雹量及冰相降水中冰雹的比重增加，过量则会减小。在此基础上，本文提出最适合冰雹生长的“最优气溶胶浓度”，同时也是人工防雹工作中应重点关注的浓度。
2021,
45(1):
123-147. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19216
摘要:
以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System，NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场作为数值预报背景场，结合地面降水资料，面向资料同化分析了2017年1～12月逐日00时、06时、12时、18时（协调世界时）福建12部L波段风廓线雷达（其中CFL-03系列3部、CFL-06系列9部）水平风产品质量特征，并初步探讨了不同质量控制方案的影响差异。结果表明：（1）CFL-06系列雷达在水平风的最大探测高度、有效数据获取率和低层水平风质量等方面明显优于CFL-03系列；（2）相同系列的不同风廓线雷达探测水平风的数据获取率、有效探测高度、标准差、相关系数及偏差的垂直分布特征等存在极大差异，该差异与风廓线雷达所处的地理位置（沿海或内陆）、海拔高度等并无直接关系；（3）各雷达站探测u风速相对背景场存在明显系统性负偏差，小于背景场，不满足资料同化对背景场的无偏需求，资料同化时需进行偏差订正；v风则相对较好；（4）降水对风廓线雷达探测影响较大，有降水时数据获取率在中低层有所减小，但在中高层则大幅提高；u、v风标准差在中低层有所增加，而在中高层v风标准差有所增加，u风标准差则大幅降低；（5）针对不同风廓线雷达，提出了不同高可信度区间和不同有效探测高度两种质量控制方案，并与固定有效探测高度方案进行了对比，结果表明，这两种质量控制方案皆具有明显优势。不同高可信度区间方案的质量控制效果更为显著，不同雷达站水平测风数据得到更加充分和有效识别，既减少了雷达资料不必要损失，又可将质量差的数据进一步剔除；该方案在有降水情形下也有较好效果。
以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System，NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场作为数值预报背景场，结合地面降水资料，面向资料同化分析了2017年1～12月逐日00时、06时、12时、18时（协调世界时）福建12部L波段风廓线雷达（其中CFL-03系列3部、CFL-06系列9部）水平风产品质量特征，并初步探讨了不同质量控制方案的影响差异。结果表明：（1）CFL-06系列雷达在水平风的最大探测高度、有效数据获取率和低层水平风质量等方面明显优于CFL-03系列；（2）相同系列的不同风廓线雷达探测水平风的数据获取率、有效探测高度、标准差、相关系数及偏差的垂直分布特征等存在极大差异，该差异与风廓线雷达所处的地理位置（沿海或内陆）、海拔高度等并无直接关系；（3）各雷达站探测u风速相对背景场存在明显系统性负偏差，小于背景场，不满足资料同化对背景场的无偏需求，资料同化时需进行偏差订正；v风则相对较好；（4）降水对风廓线雷达探测影响较大，有降水时数据获取率在中低层有所减小，但在中高层则大幅提高；u、v风标准差在中低层有所增加，而在中高层v风标准差有所增加，u风标准差则大幅降低；（5）针对不同风廓线雷达，提出了不同高可信度区间和不同有效探测高度两种质量控制方案，并与固定有效探测高度方案进行了对比，结果表明，这两种质量控制方案皆具有明显优势。不同高可信度区间方案的质量控制效果更为显著，不同雷达站水平测风数据得到更加充分和有效识别，既减少了雷达资料不必要损失，又可将质量差的数据进一步剔除；该方案在有降水情形下也有较好效果。
2021,
45(1):
148-164. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1912.19219
摘要:
伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例，利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明：（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”，中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下，中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风，中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风，导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强；伊犁河谷内，地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线，辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加，引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷，并在河谷内迎风坡附近堆积，上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示，散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响，同时，垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成，而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定，说明整个降水演变过程中，动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。
伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例，利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明：（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”，中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下，中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风，中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风，导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强；伊犁河谷内，地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线，辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加，引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷，并在河谷内迎风坡附近堆积，上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示，散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响，同时，垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成，而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定，说明整个降水演变过程中，动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。
2021,
45(1):
165-180. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19226
摘要:
2019年4～6月云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气，并引发了严重气象干旱。本文利用1961～2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划（Community Earth System Model Large Ensemble Project）模式模拟结果，分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征，探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温日的合成分析表明，云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加，是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度的贡献约为37.51%，同时对类似2019年以及更强极端暖事件发生概率的贡献为56.32%，内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4～6月北极涛动（Arctic Oscillation，AO）和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面，在AO强负位相影响下，极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原，有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面，ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流，令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区，维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用，造成了2019年4～6月云南上空持续的深厚异常反气旋，云南地区继而出现持续性极端高温事件。
2019年4～6月云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气，并引发了严重气象干旱。本文利用1961～2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划（Community Earth System Model Large Ensemble Project）模式模拟结果，分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征，探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温日的合成分析表明，云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加，是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度的贡献约为37.51%，同时对类似2019年以及更强极端暖事件发生概率的贡献为56.32%，内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4～6月北极涛动（Arctic Oscillation，AO）和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面，在AO强负位相影响下，极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原，有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面，ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流，令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区，维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用，造成了2019年4～6月云南上空持续的深厚异常反气旋，云南地区继而出现持续性极端高温事件。
2021,
45(1):
181-194. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2001.19230
摘要:
基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心（ECMWF）最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据，考察国家气候中心中等分辨率（约110 km）的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压（阻高）的模拟能力。再分析数据分析结果表明：“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域；冬春季为阻高高发季节，夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右；ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果，尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示，单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力，其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高，而北大西洋地区阻高频率偏低；春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大，模拟偏差减小。同时，耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此，海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响，这也是制约阻高预测水平的重要因素。
基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心（ECMWF）最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据，考察国家气候中心中等分辨率（约110 km）的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压（阻高）的模拟能力。再分析数据分析结果表明：“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域；冬春季为阻高高发季节，夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右；ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果，尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示，单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力，其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高，而北大西洋地区阻高频率偏低；春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大，模拟偏差减小。同时，耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此，海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响，这也是制约阻高预测水平的重要因素。
2021,
45(1):
195-204. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.19237
摘要:
以台风路径数值预报的短时效预报偏差和目标时效（指所需订正的时效）的纬度预报为预报因子，采用多元线性回归方法建立了台风路径预报的偏差预估方程，继而对台风路径预报进行实时订正。本文以12 h为短时效，通过对欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（ECMWF-IFS）和集合预报模式（ECMWF-EPS）的台风路径预报的应用，得到以下结论：2018年试报结果表明，24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h订正后的ECMWF-IFS台风路径预报的平均距离误差分别比订正前减小了7.3 km、9.3 km、8.9 km、6.5 km、6.9 km、2.6 km，总体来说较强台风（指12 h的台风强度实况≥32.7 m s−1）路径预报的订正效果更好。尝试了先对ECMWF-EPS各成员的台风路径预报进行订正，再进行集成预报，并对比了以下5种方式得到的台风路径预报：“订正后的确定性预报”、“所有集合预报成员集合平均”、“优选集合预报成员集合平均”、“所有集合预报成员先订正再集合平均”和“优选集合预报成员先订正再集合平均”，2018年试报结果表明，对于平均距离误差，24 h和36 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”最小，48 h和60 h“所有集合预报成员先订正再集合平均”最小，72 h和84 h“优选集合预报成员集合平均”最小，如果在业务中有针对性地进行应用，有望获得一个在各预报时效表现都较优异的台风路径客观综合预报结果。24 h、36 h、48 h、60 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”的平均距离误差分别比“所有集合预报成员集合平均”减小了13.3 km、11.7 km、10.0 km、7.6 km，比中央气象台官方预报（对应的时效为12 h、24 h、36 h、48 h）减小了0.7 km、2.0 km、3.9 km、2.4 km。
以台风路径数值预报的短时效预报偏差和目标时效（指所需订正的时效）的纬度预报为预报因子，采用多元线性回归方法建立了台风路径预报的偏差预估方程，继而对台风路径预报进行实时订正。本文以12 h为短时效，通过对欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（ECMWF-IFS）和集合预报模式（ECMWF-EPS）的台风路径预报的应用，得到以下结论：2018年试报结果表明，24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h订正后的ECMWF-IFS台风路径预报的平均距离误差分别比订正前减小了7.3 km、9.3 km、8.9 km、6.5 km、6.9 km、2.6 km，总体来说较强台风（指12 h的台风强度实况≥32.7 m s−1）路径预报的订正效果更好。尝试了先对ECMWF-EPS各成员的台风路径预报进行订正，再进行集成预报，并对比了以下5种方式得到的台风路径预报：“订正后的确定性预报”、“所有集合预报成员集合平均”、“优选集合预报成员集合平均”、“所有集合预报成员先订正再集合平均”和“优选集合预报成员先订正再集合平均”，2018年试报结果表明，对于平均距离误差，24 h和36 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”最小，48 h和60 h“所有集合预报成员先订正再集合平均”最小，72 h和84 h“优选集合预报成员集合平均”最小，如果在业务中有针对性地进行应用，有望获得一个在各预报时效表现都较优异的台风路径客观综合预报结果。24 h、36 h、48 h、60 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”的平均距离误差分别比“所有集合预报成员集合平均”减小了13.3 km、11.7 km、10.0 km、7.6 km，比中央气象台官方预报（对应的时效为12 h、24 h、36 h、48 h）减小了0.7 km、2.0 km、3.9 km、2.4 km。
2021,
45(1):
205-216. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2004.19251
摘要:
本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测，分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明：（1）从春季到夏季，栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加，到冬季逐渐减少。从早春开始，由于叶片生长增多，冠层中间和冠层之下向下的太阳短波辐射下降，从秋季到冬季树叶凋落，其向下的太阳辐射增加，与冠层之上的变化趋势相反；对于向上的短波辐射，无论冠层之上、冠层中间还是冠层之下，随季节的变化都与向下的短波辐射相似，只是数值小很多。（2）冠层之上、冠层中间和冠层之下向下的长波辐射，随时间的变化从春季逐渐开始增大至夏季达到最大，随后逐渐减小并在冬季达到最小；就空间变化而言，冠层中间和冠层之下向下的长波辐射值比冠层之上的辐射值高，使得冠层对长波辐射的振幅增大，晴空条件最高可达1.3倍。（3）淮南森林区冠层之上（距地面25 m）年平均反照率为0.14，比中国北方地区（35°N）温带季风气候区（混交林为主）反照率的整体水平低0.01，表明淮南的森林茂密、灌丛更多些。（4）冠层上部分和整层的短波辐射透射率主要受叶片的影响。夏季，冠层的短波透射率平均为0.1。到了冬天，叶子凋落，透射率增加并趋于一个平稳的波动。冠层的短波辐射吸收率在夏季最高，秋季逐渐降低，随着叶子凋落在冬季迅速减小，趋于一常值。
本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测，分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明：（1）从春季到夏季，栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加，到冬季逐渐减少。从早春开始，由于叶片生长增多，冠层中间和冠层之下向下的太阳短波辐射下降，从秋季到冬季树叶凋落，其向下的太阳辐射增加，与冠层之上的变化趋势相反；对于向上的短波辐射，无论冠层之上、冠层中间还是冠层之下，随季节的变化都与向下的短波辐射相似，只是数值小很多。（2）冠层之上、冠层中间和冠层之下向下的长波辐射，随时间的变化从春季逐渐开始增大至夏季达到最大，随后逐渐减小并在冬季达到最小；就空间变化而言，冠层中间和冠层之下向下的长波辐射值比冠层之上的辐射值高，使得冠层对长波辐射的振幅增大，晴空条件最高可达1.3倍。（3）淮南森林区冠层之上（距地面25 m）年平均反照率为0.14，比中国北方地区（35°N）温带季风气候区（混交林为主）反照率的整体水平低0.01，表明淮南的森林茂密、灌丛更多些。（4）冠层上部分和整层的短波辐射透射率主要受叶片的影响。夏季，冠层的短波透射率平均为0.1。到了冬天，叶子凋落，透射率增加并趋于一个平稳的波动。冠层的短波辐射吸收率在夏季最高，秋季逐渐降低，随着叶子凋落在冬季迅速减小，趋于一常值。
2021,
45(1):
217-228. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2009.20139
摘要:
针对中国自主的云海-2掩星资料，基于WRF模式和GSI三维变分同化系统，以2019年5月首次开展了区域同化预报试验，试验结果表明：同化云海-2掩星资料后，风场、温度场的改善主要体现在预报的中后期，而湿度场的改善则贯穿于整个预报时间段，风场、温度场和湿度场的改善程度随着预报时间延长趋于一致；风场和温度场的改善主要体现在模式中层，而水汽混合比的改善则主要体现在模式的中低层；同化云海-2掩星资料能够合理的调整模式的位势高度场、湿度场、温度场和风场，进而改善降水预报结果。
针对中国自主的云海-2掩星资料，基于WRF模式和GSI三维变分同化系统，以2019年5月首次开展了区域同化预报试验，试验结果表明：同化云海-2掩星资料后，风场、温度场的改善主要体现在预报的中后期，而湿度场的改善则贯穿于整个预报时间段，风场、温度场和湿度场的改善程度随着预报时间延长趋于一致；风场和温度场的改善主要体现在模式中层，而水汽混合比的改善则主要体现在模式的中低层；同化云海-2掩星资料能够合理的调整模式的位势高度场、湿度场、温度场和风场，进而改善降水预报结果。
2021,
45(1):
229-244. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2010.20107
摘要:
在变分资料同化中背景误差水平相关模型不仅决定着观测信息传播到格点空间的远近，而且影响着频谱空间中不同尺度上的分析增量信息的多少。本文比较高斯（Gauss）、二阶自回归（Soar）以及尺度叠加高斯模型（Supergauss）在时空域随着空间距离和在频谱域随着不同尺度分布的特点，阐述三种相关模型在区域GRAPES三维变分分析（GRAPES-3DVar）中的实施方案，同时通过单点观测试验研究不同相关模型对分析的影响。研究表明Gauss相关模型造成分析中小尺度信息的不足，同时当流函数和非平衡的势函数作为分析变量时，依据动力场变量之间的相关关系，会造成风场观测不合理的较大负相关信息。Soar相关模型能增加分析的中小尺度信息，但在三维变分分析实施中只能采用一阶递归滤波方案，由于计算精度不够会造成风场分析增量异常。当采用Supergauss相关模型时，不仅缓解单一高斯模型造成的不恰当风场观测负相关信息，并可增加分析增量的中小尺度信息，同时在递归滤波实施中可获得合理的分析增量。因而Supergauss相关模型在三种模型中最适合描述背景误差水平相关，对高分辨率3DVar系统的中小尺度分析有益。
在变分资料同化中背景误差水平相关模型不仅决定着观测信息传播到格点空间的远近，而且影响着频谱空间中不同尺度上的分析增量信息的多少。本文比较高斯（Gauss）、二阶自回归（Soar）以及尺度叠加高斯模型（Supergauss）在时空域随着空间距离和在频谱域随着不同尺度分布的特点，阐述三种相关模型在区域GRAPES三维变分分析（GRAPES-3DVar）中的实施方案，同时通过单点观测试验研究不同相关模型对分析的影响。研究表明Gauss相关模型造成分析中小尺度信息的不足，同时当流函数和非平衡的势函数作为分析变量时，依据动力场变量之间的相关关系，会造成风场观测不合理的较大负相关信息。Soar相关模型能增加分析的中小尺度信息，但在三维变分分析实施中只能采用一阶递归滤波方案，由于计算精度不够会造成风场分析增量异常。当采用Supergauss相关模型时，不仅缓解单一高斯模型造成的不恰当风场观测负相关信息，并可增加分析增量的中小尺度信息，同时在递归滤波实施中可获得合理的分析增量。因而Supergauss相关模型在三种模型中最适合描述背景误差水平相关，对高分辨率3DVar系统的中小尺度分析有益。
