2022年 第27卷 第6期
2022, 27(6): 679-687.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21165
摘要:
利用欧洲中期预报中心再分析数据（ERA- Interim）分析了2014年2月9日、2015年12月5日、2016年1月20日和2018年1月24日高空急流扰动动能对暴雪的影响。在暴雪发生的过程中，通常伴有高空急流的存在。高空急流一方面维持自身的存在，另一方面其引起的垂直运动有利于暴雪的发展。垂直运动的上升支有两个方面的作用，一个是将低层暖湿空气输送到高层，为暴雪提供源源不断的水汽，另一个是将急流中的扰动动能向下输送到低层冷暖气流交汇区域，该区域也是水平风切变较大的区域，为该区域提供扰动动能，进一步促进暴雪的发生和发展。
利用欧洲中期预报中心再分析数据（ERA- Interim）分析了2014年2月9日、2015年12月5日、2016年1月20日和2018年1月24日高空急流扰动动能对暴雪的影响。在暴雪发生的过程中，通常伴有高空急流的存在。高空急流一方面维持自身的存在，另一方面其引起的垂直运动有利于暴雪的发展。垂直运动的上升支有两个方面的作用，一个是将低层暖湿空气输送到高层，为暴雪提供源源不断的水汽，另一个是将急流中的扰动动能向下输送到低层冷暖气流交汇区域，该区域也是水平风切变较大的区域，为该区域提供扰动动能，进一步促进暴雪的发生和发展。
2022, 27(6): 688-706.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21084
摘要:
模式评估是模式发展中的重要一环。本文利用来自FLUXNET2015数据集的30个站点的涡动相关系统观测数据，重点关注能量通量，对通用陆面模式（Common Land Model version 2014，CoLM2014）在不同典型下垫面的模拟能力进行评估。结果表明，模式总体上能抓住感热、潜热和净辐射通量在日、季节和年平均等不同时间尺度上的变化特征，对感热、潜热和净辐射通量都有较好的模拟能力，净辐射的模拟效果最好，潜热通量次之。季节变化模拟中，感热、潜热通量在夏季不同植被型下站点的空间离散程度大于冬季，不同站点间模拟效果相差较大，净辐射多站点标准差变化幅度要小于感热、潜热，不同站点间模拟效果偏差较小。CoLM在常绿针叶林、稀树林地、草地、农田模拟感热、潜热通量的效果相对较好，在永久湿地、落叶阔叶林下模拟感热通量较差。本研究对CoLM2014在未来的改进和发展中提供了有用的参考。
模式评估是模式发展中的重要一环。本文利用来自FLUXNET2015数据集的30个站点的涡动相关系统观测数据，重点关注能量通量，对通用陆面模式（Common Land Model version 2014，CoLM2014）在不同典型下垫面的模拟能力进行评估。结果表明，模式总体上能抓住感热、潜热和净辐射通量在日、季节和年平均等不同时间尺度上的变化特征，对感热、潜热和净辐射通量都有较好的模拟能力，净辐射的模拟效果最好，潜热通量次之。季节变化模拟中，感热、潜热通量在夏季不同植被型下站点的空间离散程度大于冬季，不同站点间模拟效果相差较大，净辐射多站点标准差变化幅度要小于感热、潜热，不同站点间模拟效果偏差较小。CoLM在常绿针叶林、稀树林地、草地、农田模拟感热、潜热通量的效果相对较好，在永久湿地、落叶阔叶林下模拟感热通量较差。本研究对CoLM2014在未来的改进和发展中提供了有用的参考。
2022, 27(6): 707-718.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21158
摘要:
基于再分析资料，对比分析了热带印度洋和太平洋地区大气季节内振荡（ISO）活动特征的异同。结果表明：印度洋和西太平洋地区ISO活动中心在4月和10月存在季节性跳跃，并且ISO在西太平洋地区活动中心位置南北跳跃的经向距离较印度洋偏大。ISO较强的活动中心也是ISO强度年较差较大的地区，并且各个活动中心ISO强度达到最强的时间存在明显的差异。ISO活动存在显著的年际和年代际变化，在20世纪80年代ISO的活动强度和变化趋势都存在一个明显的转折。夏季印度洋和西太平洋地区ISO都存在较强的北传，赤道地区印度洋ISO强度较强，而赤道以外地区西太平洋ISO强度较强；并且ISO在西太平洋地区北传的速度较印度洋偏慢。无论是冬季还是夏季，当ISO活跃于印度洋和西太平洋时，ISO的空间分布和垂直结构特征都有着明显的差异。
基于再分析资料，对比分析了热带印度洋和太平洋地区大气季节内振荡（ISO）活动特征的异同。结果表明：印度洋和西太平洋地区ISO活动中心在4月和10月存在季节性跳跃，并且ISO在西太平洋地区活动中心位置南北跳跃的经向距离较印度洋偏大。ISO较强的活动中心也是ISO强度年较差较大的地区，并且各个活动中心ISO强度达到最强的时间存在明显的差异。ISO活动存在显著的年际和年代际变化，在20世纪80年代ISO的活动强度和变化趋势都存在一个明显的转折。夏季印度洋和西太平洋地区ISO都存在较强的北传，赤道地区印度洋ISO强度较强，而赤道以外地区西太平洋ISO强度较强；并且ISO在西太平洋地区北传的速度较印度洋偏慢。无论是冬季还是夏季，当ISO活跃于印度洋和西太平洋时，ISO的空间分布和垂直结构特征都有着明显的差异。
2022, 27(6): 719-728.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.21040
摘要:
利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据，对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明：PM10为首要污染物，污染过程中青岛市48 h 输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积，后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间，500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制，宽广的东亚横槽稳定维持，青岛上空以平直西风气流为主，地面等压线稀疏，风速小；随着横槽转竖，纬向型环流转为经向型，冷空气大举南下，风速急增，降雪发生，雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下，当近地逆温层内弱风或持续吹陆风，对流层低层上升和下沉运动较弱，水汽条件较好时，有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现，霾阶段两因子影响力相当；雾阶段能见度主要受相对湿度的影响；静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。
利用中国国家地面站逐小时气象观测资料、中国环境监测总站空气质量逐时监测数据、ECMWF 0.125°（纬度）×0.125°（经度）再分析资料及青岛市八关山自动站常规要素逐小时数据，对2018年1月15~22日青岛市一次重度污染雾—霾天气过程的特征及其影响因子进行分析。结果表明：PM10为首要污染物，污染过程中青岛市48 h 输入污染源前期主要为北方干冷气团与江淮湿空气在山东半岛北部汇聚堆积，后期则主要包括山东省内局地大气污染物排放。雾—霾期间，500 hPa中高纬地区受乌拉尔山阻塞高压和中西伯利亚冷低压控制，宽广的东亚横槽稳定维持，青岛上空以平直西风气流为主，地面等压线稀疏，风速小；随着横槽转竖，纬向型环流转为经向型，冷空气大举南下，风速急增，降雪发生，雾—霾迅速消散。在静稳的大气环流背景下，当近地逆温层内弱风或持续吹陆风，对流层低层上升和下沉运动较弱，水汽条件较好时，有利于雾—霾维持。综合分析雾—霾各阶段PM2.5浓度和相对湿度与能见度间的关系发现，霾阶段两因子影响力相当；雾阶段能见度主要受相对湿度的影响；静稳条件下PM2.5浓度累积增加是影响雾、霾混合阶段能见度的主要因子。
2022, 27(6): 729-746.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21112
摘要:
分析了国家气候中心两个参加第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的模式BCC-CSM2-MR和BCC-ESM1对东亚夏季风季节内演变的模拟情况，包括气候态特征以及在ENSO（El Niño and Southern Oscillation）循环不同位相下的特征。本文同时对比分析了观测海温海冰驱动大气环流模式试验（AMIP试验）以及耦合模式的历史气候模拟试验（Historical试验）的结果。结果表明，模式能够合理地模拟出东亚夏季风环流和降水的气候态特征。相比大气模式，耦合模式能够明显改善对气候态的模拟，特别是耦合模式能够较好地模拟出副热带高压从6～8月向北以及向东移动的季节内演变特征。对于El Niño衰减年和La Niña年合成来说，大气模式能够在一定程度上模拟出El Niño衰减年（La Niña年）副高偏西（东）、对流减弱（增强）的特征，但是对于位置和强度的模拟存在偏差，特别是对于其季节内尺度的演变。耦合模式相比大气模式来说，并没有改善对于ENSO循环影响东亚夏季风季节内演变的模拟，这可能和耦合模式模拟的ENSO本身的偏差有关。因此要想改善对于东亚夏季风季节内演变及其年际差异的模拟，除了考虑海气相互作用之外，还需要改进模式对于ENSO的模拟效果。
分析了国家气候中心两个参加第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的模式BCC-CSM2-MR和BCC-ESM1对东亚夏季风季节内演变的模拟情况，包括气候态特征以及在ENSO（El Niño and Southern Oscillation）循环不同位相下的特征。本文同时对比分析了观测海温海冰驱动大气环流模式试验（AMIP试验）以及耦合模式的历史气候模拟试验（Historical试验）的结果。结果表明，模式能够合理地模拟出东亚夏季风环流和降水的气候态特征。相比大气模式，耦合模式能够明显改善对气候态的模拟，特别是耦合模式能够较好地模拟出副热带高压从6～8月向北以及向东移动的季节内演变特征。对于El Niño衰减年和La Niña年合成来说，大气模式能够在一定程度上模拟出El Niño衰减年（La Niña年）副高偏西（东）、对流减弱（增强）的特征，但是对于位置和强度的模拟存在偏差，特别是对于其季节内尺度的演变。耦合模式相比大气模式来说，并没有改善对于ENSO循环影响东亚夏季风季节内演变的模拟，这可能和耦合模式模拟的ENSO本身的偏差有关。因此要想改善对于东亚夏季风季节内演变及其年际差异的模拟，除了考虑海气相互作用之外，还需要改进模式对于ENSO的模拟效果。
2022, 27(6): 747-755.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.21147
摘要:
利用44个自动站的小时观测资料，详细分析了北京地区近15年来气温、风速、相对湿度和有效温度的分布和变化情况，结果表明：1）北京地区年平均气温、风速和有效温度都显著地受到了地形分布的影响，相对湿度没有表现出明显的地形差异。研究时段内，北京整体呈变干变暖。区域上，气温与有效温度增幅最大的区域集中在平原中心城区，西北和东北部的远郊山区增幅最小，相对湿度降低的程度在区域上较为平均；2）按有效温度的热感受等级划分，北京地区冬季平均热感受属于“寒冷”，年、春季和秋季平均热感受属于“冷”，夏季平均热感受属于“温暖”。春季、夏季和冬季变干变暖明显，秋季则存在明显的区域差异；3）北京地区年平均气候适宜日数在全年中占比41.3%。气候适宜日数变化在区域间差异较大，超过半数站点表现出“气候适宜日数”的减少。由于整体上的变干变暖趋势，导致春季“气候适宜日数”整体在增加，夏季“气候适宜日数”整体在减少。秋季的“气候适宜日数”没有表现出统一的趋势。冬季的热感受主要集中于寒冷日和冷日，“气候适宜日数”很少。
利用44个自动站的小时观测资料，详细分析了北京地区近15年来气温、风速、相对湿度和有效温度的分布和变化情况，结果表明：1）北京地区年平均气温、风速和有效温度都显著地受到了地形分布的影响，相对湿度没有表现出明显的地形差异。研究时段内，北京整体呈变干变暖。区域上，气温与有效温度增幅最大的区域集中在平原中心城区，西北和东北部的远郊山区增幅最小，相对湿度降低的程度在区域上较为平均；2）按有效温度的热感受等级划分，北京地区冬季平均热感受属于“寒冷”，年、春季和秋季平均热感受属于“冷”，夏季平均热感受属于“温暖”。春季、夏季和冬季变干变暖明显，秋季则存在明显的区域差异；3）北京地区年平均气候适宜日数在全年中占比41.3%。气候适宜日数变化在区域间差异较大，超过半数站点表现出“气候适宜日数”的减少。由于整体上的变干变暖趋势，导致春季“气候适宜日数”整体在增加，夏季“气候适宜日数”整体在减少。秋季的“气候适宜日数”没有表现出统一的趋势。冬季的热感受主要集中于寒冷日和冷日，“气候适宜日数”很少。
2022, 27(6): 756-768.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.21159
摘要:
基于国控站点和武汉本地加密站点，利用2020年1月1日至2月13日6种常规污染物及细颗粒物（PM2.5）组分的逐小时监测数据，评估了新冠疫情管控前后武汉地区大气污染物的时空变化特征及管控措施对不同类型站点的影响区别。结果显示：在实施疫情管控措施后，武汉市颗粒物浓度大幅降低，基于两种观测网（89个站点）计算得出PM2.5、PM10浓度变化率分别为−23.44%、−32.95%，但O3浓度显著增加，变化率为55.22%，比国控站点变化率高10.6%；在空间分布上，颗粒物浓度呈现北高南低，但武汉偏南区域站点的浓度下降幅度更大，与偏南风频次增高导致管控措施更多影响下风方向区域有关。偏南区域站点NO2浓度降低幅度更大，同时O3浓度升高，其原因是NO浓度大幅降低，其滴定反应减弱，并且气象条件也有利于O3持续累积，维持较高浓度。从不同类别站点浓度变化差异来看，疫情管控措施对二次污染物的交通站点和工业园区站点影响最大，两者基于两种观测网计算所得的浓度变化率均超过国控站点的浓度变化率，PM2.5和O3的国控站点变化率分别比交通站点变化率低6%和18%。对于一次污染物而言，SO2、CO浓度变化小，浓度变化率分别为−6.10%和−5.61%，与疫情期间重点排放源没有停工有关；在6种常规污染物中，NO2浓度变化幅度最大，其浓度下降了−55.26 %，与交通管控直接相关。对比分析2019年和2020年同期气溶胶组分浓度发现，2020年疫情管控期间\begin{document}$ {\mathrm{N}\mathrm{O}}_{3}^{-} $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ {\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-} $\end{document} ![]()
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基于国控站点和武汉本地加密站点，利用2020年1月1日至2月13日6种常规污染物及细颗粒物（PM2.5）组分的逐小时监测数据，评估了新冠疫情管控前后武汉地区大气污染物的时空变化特征及管控措施对不同类型站点的影响区别。结果显示：在实施疫情管控措施后，武汉市颗粒物浓度大幅降低，基于两种观测网（89个站点）计算得出PM2.5、PM10浓度变化率分别为−23.44%、−32.95%，但O3浓度显著增加，变化率为55.22%，比国控站点变化率高10.6%；在空间分布上，颗粒物浓度呈现北高南低，但武汉偏南区域站点的浓度下降幅度更大，与偏南风频次增高导致管控措施更多影响下风方向区域有关。偏南区域站点NO2浓度降低幅度更大，同时O3浓度升高，其原因是NO浓度大幅降低，其滴定反应减弱，并且气象条件也有利于O3持续累积，维持较高浓度。从不同类别站点浓度变化差异来看，疫情管控措施对二次污染物的交通站点和工业园区站点影响最大，两者基于两种观测网计算所得的浓度变化率均超过国控站点的浓度变化率，PM2.5和O3的国控站点变化率分别比交通站点变化率低6%和18%。对于一次污染物而言，SO2、CO浓度变化小，浓度变化率分别为−6.10%和−5.61%，与疫情期间重点排放源没有停工有关；在6种常规污染物中，NO2浓度变化幅度最大，其浓度下降了−55.26 %，与交通管控直接相关。对比分析2019年和2020年同期气溶胶组分浓度发现，2020年疫情管控期间
2022, 27(6): 769-777.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21173
摘要:
基于ERA-5再分析资料和NCEP的GFS预报系统的120 h预报资料，对华东地区2020年12月至2021年3月期间9次寒潮过程中数值模式的近地面风速和向下净短波辐射通量预报技巧进行了检验，检验结果表明：1）GFS预报系统在提前1～4 d均能准确预报出寒潮过程（降温幅度和最低温度），平均预报命中率均在80%以上。2）在寒潮过程中，近地面风速会明显增强，虽然0～2级风速预报评分明显降低，但对3～5级和6级以上的风速预报评分（Threat Score, TS）反而较一般天气过程高；而向下净短波辐射通量预报相对误差要比一般天气过程偏大，尤其在寒潮爆发日最大。3）在寒潮过程中预报技巧具有明显日变化特征，0～2级风速预报技巧下午最低，尤其在寒潮最强日最明显；3～5级风速预报技巧在18:00（协调世界时）左右最低，在寒潮最强日夜间都很低。而向下净短波辐射通量预报下午以后预报误差显著增大，尤其在寒潮爆发日误差最大。4）在寒潮过程中，预报技巧随着预报时效的延长而降低，其中24 h预报TS评分较高，误差较小。72 h评分较低，误差较大。
基于ERA-5再分析资料和NCEP的GFS预报系统的120 h预报资料，对华东地区2020年12月至2021年3月期间9次寒潮过程中数值模式的近地面风速和向下净短波辐射通量预报技巧进行了检验，检验结果表明：1）GFS预报系统在提前1～4 d均能准确预报出寒潮过程（降温幅度和最低温度），平均预报命中率均在80%以上。2）在寒潮过程中，近地面风速会明显增强，虽然0～2级风速预报评分明显降低，但对3～5级和6级以上的风速预报评分（Threat Score, TS）反而较一般天气过程高；而向下净短波辐射通量预报相对误差要比一般天气过程偏大，尤其在寒潮爆发日最大。3）在寒潮过程中预报技巧具有明显日变化特征，0～2级风速预报技巧下午最低，尤其在寒潮最强日最明显；3～5级风速预报技巧在18:00（协调世界时）左右最低，在寒潮最强日夜间都很低。而向下净短波辐射通量预报下午以后预报误差显著增大，尤其在寒潮爆发日误差最大。4）在寒潮过程中，预报技巧随着预报时效的延长而降低，其中24 h预报TS评分较高，误差较小。72 h评分较低，误差较大。
2022, 27(6): 778-786.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21177
摘要:
对2016年2月下旬大渡河流域的一次大到暴雪天气过程进行分析，通过天气环流特征分析和环境气象参数提炼，指出西路强冷空气爆发是大渡河流域上游大雪至暴雪的先导信号，这种信号可提前2～3 d。大雪的产生除了冷空气条件，也要有暖空气配合，对大渡河流域而言，最主要的暖湿空气来源有两条路径，一条是中层南支槽前暖湿气流北上在流域上游与冷空气相遇，形成高原切变线，是导致流域上游大到暴雪的主要中层天气系统。另一支暖湿气流沿横断山以东从低层进入四川盆地西北部地区，为流域降雪提供充足水汽条件。冷空气爆发后的适宜温度场，利于水汽升华变成雪花的过程。此次过程中，流域降大雪的温度条件可归纳为：700 hPa上气温不高于−5℃，500 hPa上气温不高于−9°C，地表温度低于0°C。在湿度指标上，环境大气相对湿度在70%以上，且空气中的水汽含量达到4 g kg−1以上。
对2016年2月下旬大渡河流域的一次大到暴雪天气过程进行分析，通过天气环流特征分析和环境气象参数提炼，指出西路强冷空气爆发是大渡河流域上游大雪至暴雪的先导信号，这种信号可提前2～3 d。大雪的产生除了冷空气条件，也要有暖空气配合，对大渡河流域而言，最主要的暖湿空气来源有两条路径，一条是中层南支槽前暖湿气流北上在流域上游与冷空气相遇，形成高原切变线，是导致流域上游大到暴雪的主要中层天气系统。另一支暖湿气流沿横断山以东从低层进入四川盆地西北部地区，为流域降雪提供充足水汽条件。冷空气爆发后的适宜温度场，利于水汽升华变成雪花的过程。此次过程中，流域降大雪的温度条件可归纳为：700 hPa上气温不高于−5℃，500 hPa上气温不高于−9°C，地表温度低于0°C。在湿度指标上，环境大气相对湿度在70%以上，且空气中的水汽含量达到4 g kg−1以上。
2022, 27(6): 787-794.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.22015
摘要:
面对我国大气污染防治的迫切需求，国家有关部门和科研机构设立了多项科技计划予以持续支持，大气污染防治科技理论研究、监测手段、数值模拟、防控技术都取得了长足进展，为我国大气污染防治的实践和打赢蓝天保卫战圆满收官提供了有力的科技支撑。本文总结了近十年来大气污染防治科技工作部署和取得的进展，分析了当前我国大气污染防治工作面临的形势和问题。面向“十四五”，提出大气污染基础研究、污染防治关键技术研发和应用示范3个方面的建议，聚焦细颗粒物（PM2.5）和O3协同、减污与降碳协同，进一步推进大气污染防治科技工作，为建设“美丽中国”和碳中和、碳达峰目标提供关键科技支撑。
面对我国大气污染防治的迫切需求，国家有关部门和科研机构设立了多项科技计划予以持续支持，大气污染防治科技理论研究、监测手段、数值模拟、防控技术都取得了长足进展，为我国大气污染防治的实践和打赢蓝天保卫战圆满收官提供了有力的科技支撑。本文总结了近十年来大气污染防治科技工作部署和取得的进展，分析了当前我国大气污染防治工作面临的形势和问题。面向“十四五”，提出大气污染基础研究、污染防治关键技术研发和应用示范3个方面的建议，聚焦细颗粒物（PM2.5）和O3协同、减污与降碳协同，进一步推进大气污染防治科技工作，为建设“美丽中国”和碳中和、碳达峰目标提供关键科技支撑。
