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2018年  第42卷  第5期

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冬季中国东北极端低温事件环流背景特征分析
李尚锋, 姜大膀, 廉毅, 尹路婷
2018, 42(5): 963-976. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1710.17119
摘要(1317) HTML (7) PDF (4991KB)(1266)
摘要:
利用1961~2014年CN05.2逐日温度数据,对冬季东北极端低温事件进行了定义,并按其发生时冷空气对中国东部(105°E以东)的影响范围,将其分为第一类和第二类极端低温事件,其中前者局限在东北,而后者则扩展至中国东部大部分地区。分析表明,在年代际时间尺度上,第一类极端低温事件强度减弱,而第二类的则增加;对持续天数而言,第二类极端低温事件的在减少,而第一类在1990年代以前也持续减少,但是1990年代之后急剧增加;2月份总的极端低温事件发生天数最多,其在1990年代以前要远大于12月和1月份,且在1990年代以前总体在减少,以后则增加;850 hPa风场分析显示,第二类极端低温事件中来自贝加尔湖的西北路径冷空气比第一类的要强,而来自鄂霍次克海的东北路径冷空气则相反;在300 hPa的E-P通量散度场上,这两类极端低温事件中东北都处于波动能量辐散中心,第二类极端低温事件发生时罗斯贝波波动能量传播比第一类时的要弱,第一类发生时则纬向传播比较明显,而且波动中心值都比较大;在位势高度距平场的谐波分析中,长波槽同位相扰动叠加在超长波槽上更易导致极端低温事件的发生。
北太平洋冬季天气尺度涡旋的机理分析
刘丽, 谭言科, 夏淋淋
2018, 42(5): 977-986. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1712.17133
摘要:
利用1981~2013年NOAA(美国国家大气海洋管理局)海温资料和NCEP(美国环境预报中心)大气再分析资料,采用经验正交函数(EOF)分解方法对850 hPa瞬变高度场进行分解发现:850 hPa瞬变高度场经验正交函数分解的前两模态表征同一发展型波动的传播特征,该波动在日本以西形成然后向东发展,沿东偏北移动,在日界线附近发展达到最强,之后迅速向东北衰弱直至消亡,本文将其定义为西部型天气尺度涡旋(WSE)。合成分析表明,西部型天气尺度涡旋的强弱变化与北太平洋大范围的海温、副极地海洋锋异常存在密切联系,当西部型天气尺度涡旋活动偏强时,北太平洋北部和中部的海温显著偏冷,副热带地区海温显著偏暖,副极地海洋锋大大增强。同时,西部型天气尺度涡旋的强度与大气环流异常存在明显的协同变化,表现为西部型天气尺度涡旋偏强对应于阿留申低压增强且位置偏东,中纬度上空纬向西风增强。海洋和大气环流的这种变化增强了西北太平洋上空大气的斜压性,使得有效位能向扰动动能的转换增加,从而有利于西部型天气尺度涡旋的发展。
西北太平洋热带气旋在ENSO发展和衰减年的路径变化
谢佩妍, 陶丽, 李俊徽, 黄丹
2018, 42(5): 987-999. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1708.17118
摘要:
本文运用有限混合模型算法对1979~2015年夏、秋季(6~11月)中国气象局(CMA)上海台风研究所(STI)的最佳路径数据集热带气旋(TC)路径进行聚类,将其路径分为七类,分别为第一类(西太西移型)、第二类(南海西移型)、第三类(沿海转折型)、第四类(低纬转折型)、第五类(洋面转折型)、第六类(近海转折型)、第七类(日本海转折型);并利用S-EOF(季节EOF,Seasonal Empirical Orthogonal Function)方法确定ENSO四个位相(El Niño发展年、El Niño衰减年、La Niña发展年、La Niña衰减年),分析在不同ENSO位相下TC路径的年际变化以及相应的流场,得到一些有意义的结论:El Niño发展年,TC在西北太平洋东南海域活动频繁,以第六类(近海转折型)路径为主;El Niño衰减年以第二类(南海西移型)路径居多,第七类(日本海转折型)路径也较为活跃;La Niña发展年,TC集中在西北象限海域,以第七类(日本海转折型)路径为主;La Niña衰减年,TC源地多位于我国沿海地区与台湾岛附近洋面上,以第三类(沿海转折型)路径为主。
台风“梅花”路径转折期间的结构特征分析与模拟
袁敏, 平凡, 李国平
2018, 42(5): 1000-1012. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1707.17145
摘要:
利用多种资料对2011年第9号热带气旋“梅花”的两次路径转折过程进行诊断分析和数值模拟,结果表明:副热带高压、中纬度槽和越赤道气流等外部大环境场的变化对路径转向有影响,第一次路径转折期间,眼墙和螺旋云带分布变化不大;第二次路径转折前后,台风眼墙从双眼墙结构演变成明显的非对称结构,台风眼区发生了眼墙置换与合并,以及螺旋云带与眼墙合并过程。机制的定量分析表明:第一次转向期间,环境风场的纬向和经向分量对引导气流的贡献在83%以上,表明外部环境风场对其路径转向的影响较大,内部的风暴尺度风场对其路径转折的影响程度较小;第二次转向期间,风暴尺度场的纬向分量对引导引流贡献的百分比从23%上升到36%,经向分量对引导引流贡献的百分比介于35%~47%之间,表明内部非对称结构与外部大尺度环境流场对第二次路径转折都有影响。
利用辐射数据构建云物理结构
霍娟
2018, 42(5): 1013-1022. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17156
摘要:
本文运用CloudSat卫星上搭载的雷达探测数据和AQUA卫星搭载的辐射光谱仪探测数据,选择2007年1月至2010年12月期间,地理位置位于(15°~45°N,145°~165°E)区域内(远海)发生的云场数据开展分析,研究云的物理结构特征与其光谱辐射特性的相互关系。不同光谱波段对云物理结构变化的响应情况各有不同,首先从MODIS光谱仪22个云相关光谱波段中分析并选择出与云物理结构特征密切相关的光谱组合(包含13个波段),而后开展了这些光谱波段的云辐射特性与云物理结构特征的相互变化关系研究。统计分析表明,在外部大气、地表条件以及太阳入射辐射变化不大情况下,云的结构变化与其光谱辐射变化之间总体存在单调相关关系,物理结构变化不大的云廓线之间其光谱辐射的变化也小,反之也成立,即光谱辐射变化小的云廓线之间物理结构变化也小。从而,对于某些内部物理结构特征未知的云,利用与其光谱辐射特性相近的云结构数据可实现自身垂直结构信息的重建。基于光谱辐射相近则云物理结构很可能相近的特点,本文对未知云场的物理结构重建开展了模拟试验,试验结果表明光谱相近原则匹配物理结构的方法一定程度上能够实现云物理结构的构建,为利用被动遥感数据推测云物理结构特征研究提供参考。
庐山一次积冰天气过程冻雨滴谱及下落末速度物理特征个例研究
黄钦, 牛生杰, 吕晶晶, 周悦, 张小鹏
2018, 42(5): 1023-1037. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1711.17158
摘要(1132) HTML (5) PDF (4765KB)(1583)
摘要:
利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日(个例1)和2月13日(个例2)]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个例均是以冻雨为主体的混合相态降水,下落末速度粒径分布偏离G-K曲线,与常规液态降水存在差异,低落速的冻雨滴随降水过程会逐渐向冰粒和干雪转化。结果表明:(1)个例1总降水粒子谱谱宽大于个例2,但峰值数密度比个例2小:个例1谱宽为10 mm,个例2谱宽为4.25 mm,两者峰值粒径均为0.5 mm;个例1降水粒子谱宽为干雪>冻雨>冰粒,个例2降水粒子谱宽为冻雨>干雪>冰粒。(2)Gamma分布更适合描述混合相态降水粒子谱以及冻雨滴谱,个例1中总降水粒子谱Gamma分布为:ND)=20D-3.61exp(-0.08D),冻雨Gamma分布:ND)=76D-2.18exp(-1.11D);个例2中总降水粒子谱Gamma分布为:ND)=30D-4.68exp(-0.75D),冻雨Gamma分布:ND)=30D-4.67exp(-0.75D)。(3)混合相态降水因混有干雪或冰粒而使得下落末速度粒径谱分布表现出不同程度地向大粒径小落速方向或小粒径大落速方向延展的趋势,这为今后依据下落末速度粒径谱区分同时期降水类型提供了新的思路。
登陆台风Matmo(2014)北侧对流雨带的触发和发展过程
刘文婷, 朱佩君
2018, 42(5): 1038-1054. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1710.17176
摘要:
登陆台风Matmo(2014)北侧弱回波区突发多条强对流雨带,造成严重影响。本文利用NECP/NCAR的FNL(Final)再分析资料,地面自动站加密观测资料、雷达拼图资料等对台风北侧连续出现的3条对流雨带的触发和发展过程进行研究。结果表明:初始对流是在弱的对流不稳定和条件对称不稳定条件下,由锋面强迫和地形抬升作用共同触发。接二连三发生的3条对流雨带是在台风北部高湿环境,长时间稳定的水汽辐合,明显的对流不稳定,局部弱条件对称不稳定条件下,由近地面辐合线在辐合稳定并加强后触发的,有利的环境和多层不稳定的叠加有利于雨带的发展和维持。先后触发对流雨带的3条辐合线在发生位置上相当接近。辐合线的形成一方面由海陆下垫面差异、江苏和山东南部海岸线曲率、台风风速随半径分布特点所决定;另一方面,辐合线2和3的形成还与它们北侧对流雨带的冷出流密切相关。对流带上的强降水中心往往对应着稳定的辐合中心,辐合中心主要位于风速大小梯度明显的位置上。而辐合线上的风速梯度主要受海岸线、地形附近的降水分布影响。
2016年我国梅雨异常特征及成因分析
赵俊虎, 陈丽娟, 王东阡
2018, 42(5): 1055-1066. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1708.17170
摘要(1063) HTML (5) PDF (3396KB)(1383)
摘要:
利用国家气候中心梅雨监测资料和NCEP再分析资料,对2016年我国梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析。结果表明:(1)2016年我国梅雨有明显的区域特征,其中江南区入梅偏早14天,与1995年并列成为1951年以来入梅最早的年份,出梅偏晚11天,梅雨期(量)偏长(多),但梅雨期日平均降水量偏少;长江区入梅和出梅均偏晚,梅雨期接近常年,但梅雨量偏多一倍以上,梅雨量和梅雨期日平均降水量分别为1951年以来历史同期第三和第二高值;江淮区入梅、出梅及梅雨期接近常年,但梅雨量偏多。(2)对流层高、中、低层环流系统冬夏季节性调整和转变显著提前的共同作用,导致了2016年江南区入梅显著偏早;东亚副热带西风急流、西太平洋副热带高压(副高)和东亚夏季风涌在7月中旬阶段性地南落导致了江南区和长江区出梅偏晚。(3)受到前冬超强厄尔尼诺衰减和春、夏季热带印度洋全区一致海温模态偏暖的影响,梅雨期副高异常偏强,副高西南侧转向的水汽输送异常偏强,并在长江区和江淮区与北方弱冷空气辐合,造成梅雨量异常偏多。
北大西洋多年代际振荡正、负位相期间欧亚夏季副热带波列季节内活动特征及与印度降水的联系
孙雪倩, 李双林, 孙即霖, 洪晓玮
2018, 42(5): 1067-1080. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1712.17177
摘要(1034) HTML (5) PDF (5373KB)(1259)
摘要:
利用美国国家环境预测中心与国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐日再分析资料,针对北大西洋多年代际振荡(AMO)两个不同位相,对逐候200 hPa经向风异常进行EOF分析,发现在AMO正、负位相期间,欧亚副热带波列的季节内活动存在明显差异。利用超前—滞后回归,对比了不同AMO位相下副热带波列及其相联系的印度夏季降水的季节内活动演变特征,分析有关的大气环流,探究波列影响降水的机制。结果表明:在AMO负位相期间,由格陵兰岛以南北大西洋经大不列颠岛、地中海、黑海—里海向南亚北部传播的副热带波列的季节内演变,在印度中部引起下沉,导致中部及西北部季节内降水减少,波列负位相相反;在AMO正位相期间,副热带波列西起冰岛以南北大西洋经丹麦南部、俄罗斯西部、中亚向南亚东北部传播,对应该波列的季节内演变,辐合上升区在印度中部和东西两侧,使得该区域季节内降水增加,波列负位相相反。于是,AMO通过调制夏季欧亚副热带波列的季节内活动,可以对印度夏季降水的季节内变化空间型及演变发挥显著影响。
不同类型和强度的厄尔尼诺事件对次年华南前汛期降水的可能影响
伍红雨, 吴遥
2018, 42(5): 1081-1095. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1711.17178
摘要(1141) HTML (1) PDF (10214KB)(1230)
摘要:
根据气象行业标准(QT/T370-2017)对厄尔尼诺事件不同类型的划分结果以及国家气候中心最新颁布的华南前汛期业务监测标准,利用1961~2016年NCEP/NCAR日、月尺度再分析大气环流资料、海表温度资料(ERSST V4)以及华南261个国家气象观测站逐日降水资料,采用相关、合成等方法分析了不同类型、强度的厄尔尼诺事件特征以及与次年华南前汛期的关系,并探讨其海温和大气环流异常特征。结果表明,厄尔尼诺事件的类型、强度对次年华南前汛期降水的影响存在明显差异。中等及以上强度东部型厄尔尼诺事件次年,华南前汛期开汛早、结束晚,前汛期持续时间长、降水多;弱等级的东部型以及中部型厄尔尼诺事件次年则相反。在厄尔尼诺事件次年华南前汛期,中等及以上强度东部型厄尔尼诺相对弱东部型或中部型厄尔尼诺的大气环流存在明显差异。高层西风急流明显加强,中层北半球极涡加强,东亚大槽强,低层菲律宾以东存在反气旋异常环流,华南存在南北风的交汇和水汽辐合加强,有利于华南前汛期降水偏多。
多普勒天气雷达资料同化对冬季暴雨模拟的影响研究
杨雨轩, 张立凤, 张斌, 李逍
2018, 42(5): 1096-1108. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1708.17187
摘要:
采用基于本征正交分解的四维集合变分同化(POD-4DEnVar)方法,利用梅州站的多普勒天气雷达资料和NCEP资料,对2015年12月9日一次华南冬季暴雨过程进行同化试验,探讨了同化不同的雷达观测要素对暴雨模拟的影响。结果表明:同化多普勒天气雷达资料有利于削弱控制试验偏强降水的模拟结果,改善降水分布结构;同化不同的雷达观测要素得到的模拟结果不同,同时同化径向风和反射率的降水模拟结果最好。同化试验对降水模拟结果的改善主要通过调整初始时刻的风场和水汽条件来实现,一方面减弱偏南风和偏东风在暴雨区的辐合,阻碍海上暖湿气流对暴雨区的水汽输送,另一方面直接削弱暴雨区的水汽条件,大幅降低水汽混合比。同化试验相对于控制试验的同化增量远大于不同雷达观测要素的同化试验之间的分析场差异,这表明同化不同的雷达观测要素对初始风场和水汽条件的调整呈现类似的特征。虽然同化试验的初始场存在较小的差异,但随着模式积分,16 h后模拟降水出现了明显差异。分析同化试验之间的初始偏差演变发现,850~700 hPa的平均垂直速度偏差和雨水混合比偏差在模式积分至16 h开始急剧增长,这种变量偏差的急剧增长与逐时降水偏差的迅速增加一致,是降水偏差增长的直接原因。另外,这两个变量偏差的增大,也伴随着偏差能量的增大,变量偏差增长最明显的时段为偏差能量增幅最大的时段,且偏差能量迅速增长早于变量偏差和降水偏差的迅速增长,变量偏差增长最明显的区域为偏差能量梯度较大的区域。
一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究Ⅰ.理论分析
沈新勇, 沙莎, 李小凡
2018, 42(5): 1109-1118. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1710.17195
摘要(1238) HTML (2) PDF (497KB)(1003)
摘要:
本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场(>2000 km)、α中尺度(200~2000 km)和β中小尺度系统(< 200 km)分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。
一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究Ⅱ.实际应用
沙莎, 沈新勇, 李小凡
2018, 42(5): 1119-1132. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1710.17196
摘要(1002) HTML (0) PDF (2921KB)(939)
摘要:
本文利用中国自动站与CMORPH(Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates)融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。
结合激光雷达和探空资料研究青藏高原地区混合层高度特征
王存贵, 初奕琦, 檀望舒, 贺千山, 李成才
2018, 42(5): 1133-1145. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1711.17218
摘要(1035) HTML (2) PDF (4845KB)(901)
摘要:
利用那曲地区的微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取了那曲地区白天混合层高度随时间的演变信息及混合层特征参数,结果表明混合层在上午发展缓慢,中午以后发展迅速,14:00(北京时)前后达到稳定;强烈的对流热泡活动导致混合层高度起伏较大,参数化反演得到的卷夹层厚度达到0.4~0.5 km,卷夹比在0.2左右。利用探空资料结合日最大位温资料,采用气块法得到了高原地区7个站点的每日最大混合层高度数据集。通过对由激光雷达和探空资料得到的最大混合层高度结果进行对比,发现二者有很好的一致性(相关系数0.85,均值偏差0.11 km,均方根误差0.30 km,并通过0.05显著性水平的t检验)。最大混合层高度在7个站点均有明显的逐日变化特征。从年均值看,最大混合层高度与海拔高度之间没有明显相关关系。从季节均值看,格尔木与都兰站表现出明显的春高冬低的分布特征,而其它五个站点则表现为春高夏低,表明高原地区的盆地地形和山地地形对混合层高度有显著而不同的影响。通过定义热力稳定度和确定特征气压层高度,利用热力稳定度与最大混合层高度之间良好的线性关系,获取了一种简便地获取最大混合层高度的统计方法。
GRAPES-MESO模式不同空间分辨率对中国夏季降水预报的影响分析
于翡, 黄丽萍, 邓莲堂
2018, 42(5): 1146-1156. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1710.17221
摘要:
国家气象中心业务运行的中尺度数值预报系统GRAPES-MESO(Global/Regional Assimilation and Prediction System mesoscale model)在升级到4.0版本后采用了与以往版本不同的三维空间分辨率设置,本文通过计算精度分析、个例分析及统计分析的方法详细阐述了两者水平分辨率和不等距垂直分层的差异,并由此深入分析了不同模式三维空间分辨率对中国夏季汛期降水预报的影响。主要结论表明,GRAPES-MESO预报系统4.0版本在水平分辨率提高到10 km并同时使用更为合理的加密垂直分层设置后,不仅提高了计算精度和计算稳定性,同时仍能满足业务预报的时效要求。对个例降水特征的分析结果表明,提高模式空间分辨率可以在一定程度上改善对降水中心的预报,但对降水落区的预报改进较为有限。对2012年7月整月批量试验的统计检验结果表明,月平均技巧评分总体变化不大,但对逐日大到暴雨评分提高较大,通过各气象要素统计检验分析可以认为,模式空间分辨率提高的主要作用是通过降低了中低层高度场、温度场和水平风场的误差,改进了对流层中层环流背景场以及对流层低层降水直接触发系统的强度预报,从而能够提高大到暴雨的降水评分。
一次辽东湾飑线过程的观测与数值模拟分析
张哲, 周玉淑, 高守亭
2018, 42(5): 1157-1174. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1802.17297
摘要(1090) HTML (5) PDF (19995KB)(1060)
摘要:
利用观测资料和高分辨率数值模拟资料对2014年6月26日发生在辽东湾北部的一次飑线过程进行了分析。本次飑线发生发展期间,对流层中层存在正在发展加深的槽,近地面则是偏南暖湿气流和西北干冷气流交汇形成的辐合线,天气尺度环境强迫较强,有利于强对流的触发和发展。此次飑线发生发展于地面辐合线的南段。对比分析表明模拟结果和实况观测较为一致。对辐合线北段对流较快消散,而南段对流得以继续发展成为飑线的原因进行了分析。结果表明,与北段相比,南段环境水汽更为丰富,对流有效位能大,水平风的垂直切变适宜。此外,南段环境还受海风锋导致的增湿、降温以及辐合带来的弱上升气流的影响。以上因素是导致辐合线北段对流较快消散而南段对流可以较长时间维持,并发展成为飑线系统的主要原因。本次飑线在成熟时期的气压场成显著的“高—低”结构分布。对流云区中部存在一个中高压,而尾流低压区位于对流云区后部与层状云区交界处。高压后部是一个强烈的地面辐散区,风速较大。飑线成熟时期中主要存在两支气流,前向入流在飑线前方低层流入,带入暖湿空气并在对流云区抬升,随后分成两支在飑线高层向前向后流出。后向入流在飑线后方中层流入,带入干冷空气并下沉,随后在近地面辐散流出。对飑线的对流云区、尾流低压区、层状云区及飑线后方的模拟探空展现了飑线不同区域的环境场特征。
目录
2018, 42(5): 1175-1176.
摘要: