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2017年广东西部一次暖区极端降水过程的维持机制及微物理特征
叶朗明, 徐碧裕, 刘显通, 蒲义良, 李晓惠
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20028
摘要(6) HTML(1) PDF (5289KB)(0)
摘要:
2017年6月22日广东西部经历了一次罕见的极端降水事件(24 h最大累积雨量562.5 mm),刷新了多项当地的历史雨量纪录。本文利用区域自动站、多普勒雷达和风廓线仪等观测资料,分析了这次极端暖区降水的维持机制,并通过二维雨滴谱仪、FY-3B微波湿度计研究了其微物理特征。结果表明:6月21日夜间一条地面中尺度辐合线触发对流单体,导致准静止长生命史MCS(Mesoscale Convective System)的产生和维持。这条辐合线位于天露山附近,处于由降水物蒸发冷却导致的较冷空气堆(较低相当位温)与来自海洋的较暖空气堆(较高相当位温)之间,中尺度辐合线两侧温差约2~3°C,环境大气的特征为对流抑制能量弱,抬升凝结高度低。本次降水事件中,对流云云顶高度较高,降水极值中心位于两个亮温极值中心之间过渡区以西的亮温梯度大值区,可降水量较高。降水雨滴谱在高湿环境中表现为暖性降水特征,最强降水时间段内,小雨滴数浓度超过105 mm−1 m−3,远高于华南地区夏季平均值(约104 mm−1 m−3),且同时存在部分大粒子,从而导致了更高的降水效率和局地强降水。MCS 产生的偏北风冷出流与西南暖湿气流相遇并产生强辐合,持续触发新的对流单体,使得MCS维持准静止,不断地产生降水。
气象预报模式参数化方案对重污染过程PM2.5浓度预报效果的改进分析
韩丽娜, 唐晓, 陈科艺, 周慧, 孔磊, 张佩文, 黄树元, 吴倩, 曹凯, 王自发
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20073
摘要(22) HTML(7) PDF (3305KB)(2)
摘要:
针对北京市2016年12月16~21日的重污染过程,基于嵌套网格空气质量模式预报系统(NAQPMS),面向气象驱动模式WRF中7类物理过程的参数化方案,通过单扰动和组合扰动方式构建了51组不同的WRF模式运行配置,对比分析不同方案配置下NAQPMS对这次重污染过程细颗粒物(PM2.5)浓度预报的性能。结果表明:在重污染时段,组合扰动优化方案在城中心站点和城郊站点的PM2.5浓度预报精度都显著高于基准参数化方案配置下的预报结果,特别是能显著改进基准方案下模式对重污染过程结束时间的预报误差问题,显著减小12月21日存在的预报偏差。从统计指标来看,城中心站点在组合扰动优化方案下预报相关性最高,相关系数在0.7以上;从预报均方根误差来看,组合扰动优化方案误差最小。城郊站点同样是在组合扰动优化方案下预报相关性最高,与观测之间的偏差更小。从污染物与气象要素的空间分布来看,组合扰动优化方案比基准方案能更好再现污染时段的气象要素变化,预报的风速更小、相对湿度更高,从而有利于12月21日北京高浓度PM2.5的维持和累积。本文结果表明气象预报模式参数化方案不确定性是重污染预报的关键不确定性来源,选择合适的参数化方案可以减小重污染期间气象要素的模拟偏差,并可进一步提高重污染时段的PM2.5浓度预报精度。
西太平洋暖池6月对流增强的成因及其预测意义
薛峰, 董啸, 范方兴
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20096
摘要(10) HTML(2) PDF (4335KB)(1)
摘要:
基于1979~2018年观测向外长波辐射资料和其他多种再分析资料,研究了西太平洋暖池6月对流增强的原因。合成分析结果表明,由于La Niña影响造成春季暖池海温偏高,为6月暖池对流增强提供了热力基础,而大气内部扰动特别是热带西风增强能从动力上影响到6月对流的发展。此外,6月对流增强通过局地海气相互作用持续影响到7~8月的对流变化,导致暖池对流形成显著的季节内振荡,因此6月对流增强对其后月份对流异常变化有重要的预测意义。1984年6月的个例分析表明,热带西风增强能导致暖池对流发展,二者存在明确的超前滞后关系。与此相反,虽然1989年是一个强La Niña年,春季暖池海温也偏高,但由于6月热带西风偏弱,暖池对流难以发展,夏季对流的季节内振荡也不显著。因此,6月暖池对流增强受到前期海温偏高和大气扰动的共同作用。另一方面,暖池对流偏强与偏弱并非一种完全反对称关系,暖池对流偏弱还受到其他因子的影响。
2021年第2期
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2021-02期封面+目录+封底
2021, (2): 1-2.  
摘要(1) HTML(1) PDF (41532KB)(2)
摘要:
我国西北大规模太阳能与风能发电场建设产生的可能气候效应
梁红, 魏科, 马骄
2021, 26(2): 123-141.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.19126
摘要(42) HTML(12) PDF (7527KB)(8)
摘要:
作为取之不尽的清洁能源,太阳能和风能将是未来潜力最大的可再生能源,是解决全球变暖、能源短缺、环境恶化等问题的有效途径。然而太阳能和风能的能量密度偏小,大规模建设太阳能和风能发电场将改变大面积的地表属性,有可能通过陆气相互作用过程,改变局地和区域气候,甚至有可能通过遥相关过程,产生更大的气候影响。本文利用RegCM4.5区域数值模式,模拟了在我国西北干旱和半干旱区域建设太阳能和风力发电场的气候效应,分析表明:(1)在西北地区大规模建立太阳能和风能发电场将导致局地地面净短波辐射增加,地表感热通量升高,近地面气温升高,增加新疆西部地区、河西走廊地区和我国黄淮等地的降水量,而华北部分地区降水减少。(2)地表反照率对气候的影响大于地表粗糙度对气候的影响,因此太阳能利用导致的气候效应大于风能利用的影响。(3)反照率改变导致低层形成气旋性环流,我国中部地区出现南风异常,西北地区产生异常东风;在高层形成反气旋环流,可以影响我国大部分地区。(4)当只在西北地区20%的面积上建立太阳能和风能发电场时,局地近地面气温不会产生明显的改变,河西走廊地区的降水稍有增加,环流的改变较弱,基本不会有显著的气候影响。
城市化对天津近60年平均温度和极端温度事件的增暖影响
司鹏, 梁冬坡, 陈凯华, 罗传军
2021, 26(2): 142-154.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20060
摘要(15) HTML(5) PDF (3824KB)(2)
摘要:
基于天津均一化的逐日平均、最低和最高气温观测数据,以及利用天津区域自动站定时观测气温整合数据对城乡台站的划分结果,研究分析了天津地区1959~2000年、1959~2005年、1959~2012年、1959~2017年4个时段平均温度和极端温度事件的趋势特点及其变化幅度。结果表明,天津地区的气温增暖是毋庸置疑的,4个时段年平均气温增加幅度分别达1.35°C、1.65°C、1.71°C、2.05°C,其中,冬季上升幅度相对最大,分别为2.45°C、2.82°C、2.55°C、2.86°C。城市化导致的年平均气温增暖幅度在逐年增强,4个时段的增暖贡献分别达3.73%、3.71%、4.73%、5.17%,但对于冬季来说,乡村区域的增暖趋势幅度明显大于城市区域,这一特点在年和季节极端冷事件(TN10p、TX10p)和极端最低气温事件(TNn)中有明显表现。因此,在时间尺度上,城市化对天津地区的平均和极端温度增暖影响仍然是较为显著的,并且乡村区域的城市化进程相对城市区域更为突出。
近十年北京气溶胶光学特性及直接辐射强迫研究
唐利琴, 胡波, 刘慧, 赵舒曼, 刘俊卿
2021, 26(2): 155-168.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20057
摘要(2) HTML(1) PDF (3599KB)(3)
摘要:
利用SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer)辐射传输模式,结合AERONET(Aerosol Robotic Network)北京站观测的气溶胶光学特性数据,评估北京地区近十年气溶胶以及黑碳气溶胶的辐射强迫,主要研究结果如下:北京近十年气溶胶平均光学厚度(aerosol optical depth, AOD440nm)为0.61±0.56,Ångström波长指数均值为1.09,单次散射反照率(single scattering albedo, SSA440nm)的均值为0.888±0.045;AOD呈现下降趋势,SSA呈上升趋势,表明该区域气溶胶污染有所改善。晴空条件下,大气层顶、地面和大气的气溶胶直接辐射强迫多年均值分别为−24.91±19.80 W m−2、−65.52±43.78 W m−2、40.61±28.62 W m−2,即气溶胶对大气层顶和地表为冷却效应,对大气产生加热作用。气溶胶和黑碳气溶胶的直接辐射强迫绝对值的年际变化表现为微弱的下降趋势,季节变化特征为春夏季高,冬季低,这与AOD的变化规律一致。并且黑碳气溶胶的直接辐射强迫下降趋势与SSA的上升趋势呈现较好的反位相关系。
超长La Niña事件背景下东亚夏季风的季节内变化:1999~2000年和1984~1985年的对比分析
段欣妤, 薛峰, 郑飞
2021, 26(2): 169-180.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20077
摘要(11) HTML(3) PDF (7821KB)(2)
摘要:
基于多种再分析资料和观测资料,对比分析了两次超长La Niña事件中东亚夏季风的季节内变化。选取的两次事件分别发生在1984~1985年和1999~2000年,但强度有明显差异,其中前者为中等强度事件,而后者则为强事件。在两次事件过程中,暖池对流偏强,西太平洋副热带高压(副高)偏东偏弱,但季节内变化有很大差异。对强事件而言,6月对流开始发展,异常值在7月达到最大,8月稍弱,这与La Niña年合成结果一致,表明La Niña信号主导了东亚夏季风的季节内变化。与此不同的是,在1984~1985年事件中,6月和8月对流偏强,7月偏弱,呈双峰型异常变化。分析表明,当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,减弱了太阳辐射,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,暖池地区局地海气相互作用在中等强度La Niña事件中起到关键作用。因此,在两次超长La Niña事件中,东亚夏季风的季节内变化过程和影响因子有很大差异。此外,由于副高偏东,中国东部夏季降水总体上偏少。
京津冀及其周边地区“2+26”城市PM2.5的蒙特卡罗集合预报试验
曹凯, 唐晓, 孔磊, 王威, 吴倩, 黄树元, 张佩文, 韩丽娜, 吴其重, 王自发
2021, 26(2): 181-190.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20070
摘要(5) HTML(2) PDF (3944KB)(1)
摘要:
本文在嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)的基础上,结合蒙特卡罗模拟方法搭建了多扰动的空气质量集合预报系统。利用该系统对京津冀及其周边地区“2+26”城市的PM2.5浓度进行预报试验,试验时段为2017年9~12月,模式水平分辨率为15 km。研究发现,基于蒙特卡罗集合预报系统,采用“集合样本优选”均值集成法能显著提升PM2.5预报精度,大幅减小预报偏差。与所有集合样本的均值集成法相比,该方法将PM2.5预报均方根误差(RMSE)由58.0 μg m−3降低至34.7 μg m−3,将模拟—观测两倍因子百分比(FAC2)由67%提升至87%。此外,“集合样本优选”均值集成法对各污染等级的整体预报效果优于均值集成法。本文结果可为改进城市PM2.5预报效果和减小PM2.5预报偏差提供参考。
一种基于集合最优插值的排放源快速反演方法
吴煌坚, 林伟, 孔磊, 唐晓, 王威, 王自发, 陈松蹊
2021, 26(2): 191-201.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20043
摘要(23) HTML(5) PDF (3265KB)(2)
摘要:
基于集合卡尔曼滤波的源反演方法是估计排放源、提高空气质量模拟和预报精度的有效方法。为构建排放源与污染物浓度之间的误差协方差矩阵,该方法通常需要运行几十次大气化学传输模式。庞大的计算量限制了该方法的应用,使其无法为实时预报系统快速更新排放源。本研究发展了一种基于集合最优插值的排放源反演方法。该方法使用历史集合数据构建误差协方差矩阵,仅需一次常规的空气质量模拟便可根据观测模拟差异反演排放源,从而显著降低计算量。本文使用该方法同化2015年1月全国1107个地面站点观测的CO小时浓度数据,结合2014年1月的历史集合数据集,估计2015年1月全国15 km分辨率的CO排放源。该方案反演的全国CO排放总量仅比使用2015年1月集合数据集的反演量高1%,表明历史时段与反演时段的气象条件差异对月均CO排放的影响有限。使用历史集合数据集更新的排放源再次模拟可将全国349个独立验证站点的平均低估从0.74 mg m−3降至0.01 mg m−3,均方根误差降低18%,表明该方法可快速更新排放源并降低其不确定性。
农田灌溉过程与土壤参数更新对中亚费尔干纳盆地WRF/Noah模拟精度的提升
丁娜娜, 胡召玲, 张学珍
2021, 26(2): 202-216.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20074
摘要(4) HTML(2) PDF (4009KB)(0)
摘要:
通过中亚费尔干纳盆地2007~2011年气候的模拟试验,揭示了新增农田灌溉过程与更新土壤参数对WRF(Weather Research and Forecasting)/Noah模式模拟精度的提升作用。通过对比标准版本与嵌入灌溉过程参数化方案后的WRF/Noah模式的模拟结果,研究发现农业灌溉提升了土壤含水量,导致地表蒸发增强,潜热增加,感热减少,致使近地层大气降温、增湿,这一效应降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟2 m气温和大气比湿均方根误差分别由6.52°C降低至5.81°C,由1.66 g/kg降低至1.13 g/kg。进而针对WRF默认配置的费尔干纳盆地内土壤数据精度欠佳的问题,再利用国际土壤参比与信息中心(ISRIC)数据(主要是粉砂粘壤土和粉砂壤土)替换了WRF默认的数据(主要是粘土和壤土),降低了土壤凋萎系数,使得有效土壤水增多,缩小了灌溉需水量的模拟误差,并使得蒸散发进一步增强,潜热增多,感热减少,导致近地层降温、增湿,进一步降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟温度、湿度的均方根误差分别由5.81°C降低至5.46°C,由1.13 g/kg降低至1.08 g/kg。上述结果表明:充分农业灌溉对陆面过程产生影响,以及采用高精度的土壤数据能够显著提高WRF/Noah模式在中亚费尔干纳盆地的模拟精度。
武汉地区疫情管控期间空气质量变化及改善措施研究
陈楠, 张周祥, 李涛, 祝波, 许可, 操文祥, 丁青青, 兰博, 王莉莉, 李赢杰, 蔡鹏, 陶明辉
2021, 26(2): 217-226.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20081
摘要(7) HTML(1) PDF (4479KB)(5)
摘要:
2020年1月23日起,武汉地区施行了严格的交通管控措施,对当地的人为活动产生了重大影响。本文基于地面监测站网和卫星遥感分析了管控期间武汉地区的主要大气成分的变化,并研究了人为排放下降对O3和细颗粒物(PM2.5)污染的影响。研究发现,由于管控期间施行机动车禁行政策,武汉地区的NO2浓度与2019年同期相比下降53.2%,挥发性有机物(VOCs)下降了25.1%;与NO2和VOCs的显著下降不同,O3日最大8小时滑动平均第90百分位浓度平均值与去年同期相比上升16.5%,尤其是2月温度同比增高超过5°C,紫外辐射增长超过100%,O3浓度显著高于去年同期,说明应基于O3前体物NOx和VOCs 活性种类的非线性定量关系加强协同减排;同时,管控期间PM2.5浓度与去年同期相比下降了35.6%,但是PM2.5浓度低值主要集中在风速较大、扩散较好的2月,其他时段PM2.5浓度下降并不明显;值得注意的是,与2月的显著下降不同,3月硝酸盐的浓度同比变化不大,说明导致NOx转化为硝酸盐的大气氧化能力并未受到较大削减,武汉地区颗粒物减排应基于颗粒物不同组分的形成机理,加强颗粒物一次排放源和关键前体物控制。
1961~2018年长白山区不同等级降水时空变化特征
王延吉, 神祥金, 姜明
2021, 26(2): 227-238.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2020.20093
摘要(6) HTML(1) PDF (3607KB)(5)
摘要:
在全球气候变化影响下,长白山区的降水量发生着显著的变化,降水强度也发生着不同程度的变化。明确长白山区不同等级降水的降水量和降水天数的变化趋势对于揭示长白山区水资源演变规律具有重要意义。本研究基于长白山区气象观测站点的逐日降水数据,选取不同等级降水指标,分析了1961~2018年长白山区不同等级降水时空变化特征。结果表明:近60年,长白山区年均降水量呈现不显著的下降趋势(−0.31 mm/a),降水天数呈现显著的下降趋势(−0.16 mm/a),平均降水强度呈现不显著的上升趋势。不同等级降水变化主要体现为:小雨、中雨和大雨年均降水量和降水天数呈现下降趋势,而暴雨年均降水量和降水天数呈现不显著的增加趋势。长白山区年均降水量和降水天数的减少主要受小雨、中雨和大雨降水量和降水天数的减少影响。不同季节降水变化方面,长白山区春冬季降水量呈增加趋势,夏季和秋季降水量和降水天数均呈下降趋势。
网络预出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前还未经编辑排版,且尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。

1996年创刊 双月刊

主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院大气物理研究所/中国气象学会

主编:王自发

电子邮件:qhhj@mail.iap.ac.cn

ISSN 1006-9585

CN 11-3693/P

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