2009年 第14卷 第2期
2009, 14(2): 113-119.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.01
摘要:
从物质收支方程出发，推导了一个包含物质存贮、水平平流输送、垂直对流输送以及传统的涡度相关项的地气通量计算方程。平流项本质上是地表非均匀性的结果，不同下垫面的感热和潜热通量也不同，将会产生中尺度环流，使得辐合辐散过程得以维持，从而将体元内的物质输送到体元以外，因此可以通过计算水汽和感热的存贮，间接求出物质的水平平流输送。量纲分析和实际的资料应用都表明，存贮和平流的通量贡献是非常小的。尤其是在均匀下垫面下，方程中的存贮和平流项的通量贡献可以忽略，因此估算地气通量时仅需考虑涡度相关项和Webb修正项即可。而在非均匀下垫面下，在1 d以上的时间尺度上，为方便计算，可以忽略存贮和平流的通量贡献；而在小时这样的时间尺度上，从物质能量收支守恒的角度考虑，估算地气通量需要包括存贮和平流的通量贡献。
从物质收支方程出发，推导了一个包含物质存贮、水平平流输送、垂直对流输送以及传统的涡度相关项的地气通量计算方程。平流项本质上是地表非均匀性的结果，不同下垫面的感热和潜热通量也不同，将会产生中尺度环流，使得辐合辐散过程得以维持，从而将体元内的物质输送到体元以外，因此可以通过计算水汽和感热的存贮，间接求出物质的水平平流输送。量纲分析和实际的资料应用都表明，存贮和平流的通量贡献是非常小的。尤其是在均匀下垫面下，方程中的存贮和平流项的通量贡献可以忽略，因此估算地气通量时仅需考虑涡度相关项和Webb修正项即可。而在非均匀下垫面下，在1 d以上的时间尺度上，为方便计算，可以忽略存贮和平流的通量贡献；而在小时这样的时间尺度上，从物质能量收支守恒的角度考虑，估算地气通量需要包括存贮和平流的通量贡献。
2009, 14(2): 120-130.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.02
摘要:
利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下：华北地区夏季降水自1977年之后明显减少，出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列；华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常，并出现明显偏北风异常，且下沉气流加强，水汽出现辐散；此外，200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反，1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常，并出现偏南风异常，且上升气流加强，水汽输送辐合；此外，200 hPa上西风异常偏北加强。
利用中国160个台站降水资料和ERA〖CD*2〗40再分析资料分析了华北地区夏季降水及其对应的大气环流年代际变化特征。分析结果如下：华北地区夏季降水自1977年之后明显减少，出现持续性干旱。1977~2000年500 hPa高度场出现与1966~1976年相反的遥相关波列；华北地区上空700 hPa出现反气旋型环流异常，并出现明显偏北风异常，且下沉气流加强，水汽出现辐散；此外，200 hPa高度上西风带偏南且减弱。相反，1966~1976年华北地区上空700 hPa出现气旋型环流异常，并出现偏南风异常，且上升气流加强，水汽输送辐合；此外，200 hPa上西风异常偏北加强。
2009, 14(2): 131-142.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.03
摘要:
利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM)，进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化，可以改进模式的模拟效果，在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点，使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用，在季节变化的模拟中，9月的改进效果大于3月的，北半球大于南半球；对于年平均气候态，耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善，尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善；在年际变化的模拟中，改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布，加大了赤道太平洋的标准差的模拟，使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前；增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力，较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征，也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象；同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟，对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中，更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系，体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。
利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM)，进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化，可以改进模式的模拟效果，在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点，使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用，在季节变化的模拟中，9月的改进效果大于3月的，北半球大于南半球；对于年平均气候态，耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善，尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善；在年际变化的模拟中，改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布，加大了赤道太平洋的标准差的模拟，使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前；增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力，较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征，也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象；同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟，对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中，更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系，体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。
2009, 14(2): 143-152.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.04
摘要:
为进一步研究不同的非感应起电机制对模拟云内电场的可适用性，把3种不同的非感应起电参数化方案引入三维强风暴动力和电耦合数值模式，以2005年6月10日发生在长春的一次雹暴过程为例，模拟分析第一次闪电发生前云内电场的发展情况。结果表明，电荷的产生始于过冷水含量中心，并随着过冷水含量中心的向上发展而上移；在-20～-30 ℃层存在一电荷的累积区，雷达回波跃增出现后的10 min左右，电场迅速增长，且在4～8 min内由不足50 kV·m-1增长到110 kV·m-1以上。采用方案一形成的主电荷区为偶极性结构，而采用方案二和方案三形成的为比较常见的三极性结构。对比其他地区的观测资料及模拟结果，表明相同的云体宏微观条件下，不同方案中极性反转温度的不同对云内中低层电荷的分布存在较大的影响。考虑低层正电荷区的发展及冰相粒子与过冷水含量的配置关系，取极性反转温度为-10～-20 ℃，方案二的模拟结果与实际较一致。
为进一步研究不同的非感应起电机制对模拟云内电场的可适用性，把3种不同的非感应起电参数化方案引入三维强风暴动力和电耦合数值模式，以2005年6月10日发生在长春的一次雹暴过程为例，模拟分析第一次闪电发生前云内电场的发展情况。结果表明，电荷的产生始于过冷水含量中心，并随着过冷水含量中心的向上发展而上移；在-20～-30 ℃层存在一电荷的累积区，雷达回波跃增出现后的10 min左右，电场迅速增长，且在4～8 min内由不足50 kV·m-1增长到110 kV·m-1以上。采用方案一形成的主电荷区为偶极性结构，而采用方案二和方案三形成的为比较常见的三极性结构。对比其他地区的观测资料及模拟结果，表明相同的云体宏微观条件下，不同方案中极性反转温度的不同对云内中低层电荷的分布存在较大的影响。考虑低层正电荷区的发展及冰相粒子与过冷水含量的配置关系，取极性反转温度为-10～-20 ℃，方案二的模拟结果与实际较一致。
2009, 14(2): 153-160.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.05
摘要:
结合太阳光度计、激光雷达以及其他相关数据对河北香河县2007年4月初的一次灰霾天气过程中的气溶胶特性进行了遥感研究。研究表明，在这次灰霾的爆发期间，能见度从20 km下降到3 km左右;气溶胶光学厚度（AOD）在3个波段上都明显增加，特别是380 nm处的AOD从6日的031增长到10日的140;Angstrom指数(ALPHA)也明显下降，例如340~440 nm处的ALPHA从7日的145下降到10日的099。从AOD和ALPHA在短波处的较大变化、体积浓度谱的粗模态粒子的大量增加和PM10浓度值的变化分析来看，这次灰霾过程中的气溶胶数浓度明显增加，其中还含有大颗粒物的大量导入。激光雷达探测消光系数的垂直分布也显示气溶胶在垂直高度上达到了近3 000 m左右。从微物理特征的变化上看，这次灰霾过程中局地气溶胶的散射能力增强，吸收能力减弱。另外，通过HYSPLIT模式对后向轨迹的模拟和对NCEP数据的分析，发现这次灰霾过程中所包含的大颗粒物的主要源地可能是蒙古地区，所以气溶胶呈现了一定的沙尘气溶胶特征。
结合太阳光度计、激光雷达以及其他相关数据对河北香河县2007年4月初的一次灰霾天气过程中的气溶胶特性进行了遥感研究。研究表明，在这次灰霾的爆发期间，能见度从20 km下降到3 km左右;气溶胶光学厚度（AOD）在3个波段上都明显增加，特别是380 nm处的AOD从6日的031增长到10日的140;Angstrom指数(ALPHA)也明显下降，例如340~440 nm处的ALPHA从7日的145下降到10日的099。从AOD和ALPHA在短波处的较大变化、体积浓度谱的粗模态粒子的大量增加和PM10浓度值的变化分析来看，这次灰霾过程中的气溶胶数浓度明显增加，其中还含有大颗粒物的大量导入。激光雷达探测消光系数的垂直分布也显示气溶胶在垂直高度上达到了近3 000 m左右。从微物理特征的变化上看，这次灰霾过程中局地气溶胶的散射能力增强，吸收能力减弱。另外，通过HYSPLIT模式对后向轨迹的模拟和对NCEP数据的分析，发现这次灰霾过程中所包含的大颗粒物的主要源地可能是蒙古地区，所以气溶胶呈现了一定的沙尘气溶胶特征。
2009, 14(2): 161-171.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.06
摘要:
利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布及其季节变化，重点讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响，以及黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响。结果表明：黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布范围和强度都具有明显的季节变化。有云条件下，黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫，全球年平均强迫值为＋0.33 W·m－2；在地表产生负的直接辐射强迫，全球年平均强迫值为－0.56 W·m－2。晴空条件下，黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为＋0.21 和－0.71 W·m－2。云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响，使大气顶的正辐射强迫增加，地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加；而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外，降水明显减少。模拟结果表明，中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱并非由黑碳气溶胶引起。
利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布及其季节变化，重点讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响，以及黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响。结果表明：黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布范围和强度都具有明显的季节变化。有云条件下，黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫，全球年平均强迫值为＋0.33 W·m－2；在地表产生负的直接辐射强迫，全球年平均强迫值为－0.56 W·m－2。晴空条件下，黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为＋0.21 和－0.71 W·m－2。云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响，使大气顶的正辐射强迫增加，地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加；而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外，降水明显减少。模拟结果表明，中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱并非由黑碳气溶胶引起。
2009, 14(2): 172-182.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.07
摘要:
沙尘气溶胶是地球上分布最广的自然气溶胶类型之一，也是气候系统中的重要成分。沙尘天气严重影响人类生产、生活和居住环境，对气候变化也存在显著作用。近年来，沙尘气溶胶的气候效应得到越来越多的关注和研究，但人们的工作主要集中在对现代沙尘气溶胶的研究，而对过去沙尘气溶胶气候效应的研究不多。本研究利用黄土粒度及沉积特征，根据现代沙尘暴的沉降特点，研究了60 kaB.P以来中国黄土高原南部地区沙尘气溶胶的辐射效应，结果表明：1）沙尘气溶胶产生的辐射效应主要表现在造成行星系统太阳辐射反射量的普遍增加，即沙尘过程具有明显的降温效应。2）气候效应上主要表现为对气候的负反馈。由沙尘粒度引起的行星反照率在全新世适宜期达最大值，而在冰期有最小值出现；在气候降温事件中，沙尘气溶胶造成行星反照率降低；每一次降温事件发生时气溶胶的降温效应会相应减弱。约60 kaB.P以来沙尘气溶胶给年均温度带来的影响是使其平均降幅在－0.8 K左右。3）利用黄土的粒度分布，结合现代气溶胶的观测可以估算地质时期沙尘气溶胶的气候效应。
沙尘气溶胶是地球上分布最广的自然气溶胶类型之一，也是气候系统中的重要成分。沙尘天气严重影响人类生产、生活和居住环境，对气候变化也存在显著作用。近年来，沙尘气溶胶的气候效应得到越来越多的关注和研究，但人们的工作主要集中在对现代沙尘气溶胶的研究，而对过去沙尘气溶胶气候效应的研究不多。本研究利用黄土粒度及沉积特征，根据现代沙尘暴的沉降特点，研究了60 kaB.P以来中国黄土高原南部地区沙尘气溶胶的辐射效应，结果表明：1）沙尘气溶胶产生的辐射效应主要表现在造成行星系统太阳辐射反射量的普遍增加，即沙尘过程具有明显的降温效应。2）气候效应上主要表现为对气候的负反馈。由沙尘粒度引起的行星反照率在全新世适宜期达最大值，而在冰期有最小值出现；在气候降温事件中，沙尘气溶胶造成行星反照率降低；每一次降温事件发生时气溶胶的降温效应会相应减弱。约60 kaB.P以来沙尘气溶胶给年均温度带来的影响是使其平均降幅在－0.8 K左右。3）利用黄土的粒度分布，结合现代气溶胶的观测可以估算地质时期沙尘气溶胶的气候效应。
2009, 14(2): 183-191.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.08
摘要:
利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔在2003年8月期间47和120 m高度上的湍流观测资料，对局地相似性关系在城市边界层的适用性进行了检验。结果表明：47 m高度仍属于城市冠层之上的近地面常通量层，莫宁－奥布霍夫相似性关系基本适用。但120 m高度则基本属于近地面层与自由对流层之间的过渡高度，在该处，相似性关系部分适用。同时，给出了不同的层结稳定度条件下47和120 m高度上的无量纲速度和温度标准差与稳定度之间的局地相关表达式。
利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔在2003年8月期间47和120 m高度上的湍流观测资料，对局地相似性关系在城市边界层的适用性进行了检验。结果表明：47 m高度仍属于城市冠层之上的近地面常通量层，莫宁－奥布霍夫相似性关系基本适用。但120 m高度则基本属于近地面层与自由对流层之间的过渡高度，在该处，相似性关系部分适用。同时，给出了不同的层结稳定度条件下47和120 m高度上的无量纲速度和温度标准差与稳定度之间的局地相关表达式。
2009, 14(2): 192-200.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.09
摘要:
不同于以往的统计风能评估方法，本研究将动力降尺度方法应用到江苏省的风能评价分析中。利用NCEP/NCAR再分析资料与江苏省65个地面气象观测站1971～2000年的观测资料，建立了动力降尺度区域气候模式MM5V3的初始场和边界条件，用较高分辨率（水平分辨率为5 km）评估了江苏省60 m高度的风能分布，分析了动力降尺度方法在区域风能资源评估中的有效应用。结果表明，江苏省风能资源由东部沿海向西部内陆递减，以西连岛为代表的东部沿海风能资源最丰富，其次为长江三角洲地区，太湖、洪泽湖及高邮湖地区的风能资源也比较丰富，徐州市与南京市的风能资源最贫乏。分析表明，动力降尺度方法能够用较高分辨率模拟局地环流和地面风的主要分布特征，可以作为区域风能资源评价分析的有效手段。
不同于以往的统计风能评估方法，本研究将动力降尺度方法应用到江苏省的风能评价分析中。利用NCEP/NCAR再分析资料与江苏省65个地面气象观测站1971～2000年的观测资料，建立了动力降尺度区域气候模式MM5V3的初始场和边界条件，用较高分辨率（水平分辨率为5 km）评估了江苏省60 m高度的风能分布，分析了动力降尺度方法在区域风能资源评估中的有效应用。结果表明，江苏省风能资源由东部沿海向西部内陆递减，以西连岛为代表的东部沿海风能资源最丰富，其次为长江三角洲地区，太湖、洪泽湖及高邮湖地区的风能资源也比较丰富，徐州市与南京市的风能资源最贫乏。分析表明，动力降尺度方法能够用较高分辨率模拟局地环流和地面风的主要分布特征，可以作为区域风能资源评价分析的有效手段。
2009, 14(2): 201-217.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.10
摘要:
大气碳气溶胶具有重要的气候效应，但其观测研究中的不确定性还很大。作者对目前应用较广泛的气溶胶有机碳(OC)和元素碳(EC)采样观测和分析方法(包括光学法、热学法、热光学法及光学和热学实时在线观测方法)进行了评述。石英滤膜采集和实验室热光学分析方法应用较多，但在升温程序设置、OC/EC的划分和裂解碳校正方面还存在问题，而且需要准确评价样品采集过程中有机气体吸附和滤膜上已采集颗粒物挥发导致的采样偏差。光学和热学在线观测方法有助于避免采样和后期处理过程对颗粒物性质的改变，有利于反映颗粒物在大气中的初始特性，但此类方法尚需改进。对二次有机碳(SOC)的估算，采用将源直接排放的OC进一步划分为燃烧源排放和非燃烧源排放的方案可能更为准确。关于有机物质质量(OM)的估算，尚需开展相关研究以确定适合我国不同环境气溶胶特点的OM/OC估算因子。我国科学家应在碳气溶胶观测方法的改进和完善中做出应有的贡献，努力建立适合我国气溶胶特点的碳气溶胶观测方案和规范。
大气碳气溶胶具有重要的气候效应，但其观测研究中的不确定性还很大。作者对目前应用较广泛的气溶胶有机碳(OC)和元素碳(EC)采样观测和分析方法(包括光学法、热学法、热光学法及光学和热学实时在线观测方法)进行了评述。石英滤膜采集和实验室热光学分析方法应用较多，但在升温程序设置、OC/EC的划分和裂解碳校正方面还存在问题，而且需要准确评价样品采集过程中有机气体吸附和滤膜上已采集颗粒物挥发导致的采样偏差。光学和热学在线观测方法有助于避免采样和后期处理过程对颗粒物性质的改变，有利于反映颗粒物在大气中的初始特性，但此类方法尚需改进。对二次有机碳(SOC)的估算，采用将源直接排放的OC进一步划分为燃烧源排放和非燃烧源排放的方案可能更为准确。关于有机物质质量(OM)的估算，尚需开展相关研究以确定适合我国不同环境气溶胶特点的OM/OC估算因子。我国科学家应在碳气溶胶观测方法的改进和完善中做出应有的贡献，努力建立适合我国气溶胶特点的碳气溶胶观测方案和规范。
2009, 14(2): 218-228.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2009.02.11
摘要:
简述了东北冷涡的形势特征、气候特征、天气特征与强对流特征；回顾、综述了东北冷涡形成、发展、维持、消退期的研究成果，特别是东北冷涡强对流特征的研究进展；讨论了东北冷涡强降水、强天气等预报业务的难点及其研究方面存在的问题。认为：需要依靠现代雷达、卫星等观测设备和数值模拟手段，加强东北冷涡暴雨及强天气机制研究，提高东北冷涡天气的预报水平。
简述了东北冷涡的形势特征、气候特征、天气特征与强对流特征；回顾、综述了东北冷涡形成、发展、维持、消退期的研究成果，特别是东北冷涡强对流特征的研究进展；讨论了东北冷涡强降水、强天气等预报业务的难点及其研究方面存在的问题。认为：需要依靠现代雷达、卫星等观测设备和数值模拟手段，加强东北冷涡暴雨及强天气机制研究，提高东北冷涡天气的预报水平。
