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大气自净容量的算法及关键物理因子分析
许云凡, 向伟玲, 王自发
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21031
摘要(27) HTML(4) PDF (5041KB)(3)
摘要:
为更科学地量化大气对污染物的清除能力,使用WRF-NAQPMS模式对2017年12月进行模拟,对比分析影响大气清除能力的主要关键物理因子,修正A值法和大气自净容量算法的差异,进一步计算大气自净容量余量及各关键物理化学过程的贡献量。结果表明,边界层高度、风廓线、湿清除系数等3个关键物理参数较混合层高度、10 m高度风速、雨洗强度等更适用于量化清除过程;修正A值法和大气自净容量算法虽均能表征大气清除能力的强弱,但前者受目标城市面积影响较大,结果远高于大气自净容量算法;大气自净容量余量与细颗粒物(PM2.5)浓度变化趋势呈负相关,污染越重,大气自净容量亏空越多,其中平流扩散对大气自净容量贡献最大,化学转化过程次之,湿沉降等过程也不可忽视。
中国地面太阳辐射季节异常与主要大气环流指数的关联分析
李爽, 肖子牛, 丁煌, 李朝晖
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21038
摘要(35) HTML(3) PDF (7590KB)(3)
摘要:
利用1989~2018年ERA5地面接收的太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:(1)在春季,东亚槽位置对中国东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时地面太阳辐射显著负异常较强。冬季风强度和ENSO(El Niño–Southern Oscillation)基本对长江流域南北、中国南方东部和西部有反位相的影响。(2)夏季的影响因子比较复杂,NAO(North Atlantic Oscillation)和夏季风是两个较主要的影响因子,NAO对中国北方较多地区的地面太阳辐射异常的影响较为显著,而夏季风指数主要与江淮地区的地面辐射异常相关联。NAO指数偏大(小)时,北方大部分地区地面太阳辐射异常偏少(多)。夏季风偏强(弱)时,江淮流域的地面太阳辐射异常显著偏少(多)。(3)在秋季,地面太阳辐射异常主要受到东亚槽位置、冬季风和NAO的影响,冬季风和东亚槽主要影响北方地区,东亚槽偏西、冬季风偏强时,中国北方除东北地区外的大部分地区地面太阳辐射偏多。NAO主要与中国西部的地面辐射异常关联,NAO强时,西部地区北方地面太阳辐射异常偏少而南方大部分地区偏多。(4)在冬季,ENSO和冬季风是较重要的影响因子,但其显著影响区域并不对称。当ENSO负位相和冬季风较强时,中国北方大部分地区的地面太阳辐射异常显著偏多,而ENSO正位相和冬季风较弱最有利于中国南方地面辐射异常偏少,但显著影响范围较小。
1961~2020年中国两大林区森林火险天气的多尺度特征
王文杰, 钱诚, 张宇, 封小凡, 张嘉仪
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21097
摘要(172) HTML(33) PDF (9087KB)(13)
摘要:
近年来,世界各地的极端林火事件已呈现出多发态势。林火作为一种复合型极端事件,它的发生和蔓延与气象条件有着密切联系,在全球变暖的背景下,研究林区森林火险天气的变化特征可以为“碳中和”背景下的森林防火工作提供科学的信息。本文以逐日森林火险气象指数(FFDI)作为火险天气的度量指标,分析了该指数的适用性及空间分布特征,进而分析了1961~2020年东北和西南两大林区FFDI及相关气象因子的线性变化趋势;最后利用集合经验模分解(EEMD)的方法揭示了两大林区防火期FFDI的多时间尺度演变特征。研究发现:在季节以及年时间尺度上,FFDI的分布具有明显的区域特征,东北地区在春季、秋季处于高值期,而西南地区则集中在春季和冬季,这与两大林区的森林防火期有很好的对应关系。各个季节FFDI呈现显著增长的站点数在10%~20%左右,春季最多(21%)。东北林区FFDI的变化趋势在四季都不显著;但相关气象因子中的日最高气温在四季都呈现显著的变暖趋势,平均风速在四季都呈现显著减弱的趋势。西南林区四季的FFDI都呈现至少是0.1水平下的显著增长态势,其中春、冬季防火期的趋势分别为:0.09/10a(P<0.1)和0.05/10a(P<0.1);夏、秋、冬三个季节显著变暖又显著变干(P<0.05),朝着 “暖干化”的气候特征演变。年际变率在两大林区FFDI的演变中贡献超70%;东北春季和秋季防火期FFDI的非线性趋势分别呈先快速上升后减缓和先快速上升后转为下降的趋势;西南春季防火期FFDI的非线性趋势从上个世纪的稳定少变转为21世纪开始呈现快速上升的趋势,冬季防火期FFDI则总体呈稳步上升趋势。因此,西南林区的防火形势正变得愈发地严峻。
2022年第3期
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中国区域夏季地表气温与陆面过程耦合强度的分布特征
杨洋, 林朝晖, 骆利峰
2022, 27(3): 333-350.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21060
摘要(15) HTML(1) PDF (11642KB)(2)
摘要:
鉴于陆气相互作用对极端高温事件的重要作用,利用ERA5-Land陆面再分析资料,分析了基于敏感度的中国区域夏季地表气温与土壤湿度、土壤温度耦合强度的多时间尺度分布特征。研究结果表明,基于不同耦合过程指标定义的陆气耦合强度在中国区域呈不同的空间分布特征,其中基于潜热通量的陆面变量—地表气温耦合的“热点”区域主要分布在中国的西北地区和长江流域,基于感热通量的陆面变量—地表气温耦合的“热点”区域则主要分布在河套—内蒙古地区、新疆西南部地区,以及长江以南部分区域。这说明夏季地表气温对陆面变量异常的敏感度的区域差异,与不同区域陆面异常影响地表气温的主导过程密切相关。此外,陆气耦合强度的强弱还随时间尺度而变化,其中月—季节尺度的陆气耦合强度要明显弱于日、候及旬尺度的耦合强度;就日、候及旬时间尺度而言,基于潜热交换过程的陆面变量—地表气温的耦合强度在全国大部分地区随时间尺度的增加而减弱,基于感热通量的陆气耦合强度在南方大部分地区也随时间尺度的增加逐渐减弱,但在北方大部分地区则表现为随时间尺度增加逐渐增强。相比较于表层土壤湿度与地表气温的耦合强度,次表层土壤湿度与地表气温的耦合强度在中国西北地区明显减弱。
大规模植被恢复对东亚气候的可能影响
马丹萌, 俞淼, 刘伟光
2022, 27(3): 351-367.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.20147
摘要(25) HTML(13) PDF (15638KB)(5)
摘要:
利用动态植被模型CLM4-CNDV、区域气候模式RegCM4.6-CLM3.5和全球气候模式CAM4探究了当前气候状态下东亚区域可能的自然植被分布以及自然植被恢复对东亚区域气候产生的可能影响。结果表明,当前气候条件下,农作物区可能分布的自然植被为:蒙古高原以北、东北、华北平原和四川盆地的部分地区为裸土;东亚东南部及蒙古高原以北地区主要为林地;四川盆地及山东半岛主要为灌木;东北地区、东南沿海和长江中下游地区主要为草地。将农作物区恢复为自然植被后将对区域气候产生显著影响。其中,东亚东部大部分地区由于植被叶面积指数增加引起的蒸散发增强,使得夏季降水增加且温度降低显著;华北、四川盆地和广东中部平原地区植被叶面积指数减小,伴随区域内夏季降水显著减少且温度升高。而蒙古高原地区的气候变化不仅受区域内植被覆盖变化影响,还可能与印度地区和我国东南部植被变化引起的大气环流调整有关,使得蒙古高原西部冬季温度降低,而其东部夏季温度升高,同时夏季降水减少显著。研究所采用的试验方案是在相对理想的情况下进行的,但其结果为进一步区分不同地区植被覆盖变化的影响提供一定的参考。
1990年代和2000年代华北寒潮的对比及其与北极海冰的联系
白寒冰, 曾刚
2022, 27(3): 368-382.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21036
摘要(18) HTML(1) PDF (6585KB)(1)
摘要:
基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代(2000年代)发生的频次为1957~2011年最多(少),但寒潮平均强度偏弱(强),冷空气大多源自格陵兰岛(新地岛)附近,取偏西(偏北)路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代(2000年代)极区位势高度存在负异常(正异常),欧亚大陆大型槽脊波动较弱(强),绕极区西风较强(弱),东亚大槽较弱(强),西伯利亚高压较弱(强),使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。
QM和QDM方法对中国极端气候的高分辨率气候变化模拟的误差订正对比
童尧, 韩振宇, 高学杰
2022, 27(3): 383-396.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21037
摘要(98) HTML(16) PDF (8141KB)(15)
摘要:
采用分位数映射(Quantile Mapping, QM)和delta分位数映射(Quantile Delta Mapping, QDM)两种误差订正方法对区域气候模式RegCM4在中国区域内模拟的逐日气温和降水数据进行订正。模式数据是5种不同全球气候模式驱动下的区域模式气候变化模拟结果。计算订正前后的极端气候指数进行对比分析,包括日最高气温极大值(TXx)、日最低气温极小值(TNn)、连续干旱日数(CDD)和最大日降水量(RX1day)。结果表明,5组模拟结果和其集合平均(ensR)都显示气温指数的模拟效果高于降水指数,其中对TXx模拟最好,对CDD的模拟最差;经过订正后,针对不同模式的两种订正结果都能够有效地减小模式与观测的偏差并提高了空间相关系数,且两种方法的订正效果无明显差别。对RCP4.5情景下未来变化的分析中,QM在一定程度上改变了模式模拟的未来变化幅度和空间分布特征,QDM则能够有效地保留所有极端指数的气候变化信号。从全国平均来看,除CDD外,所有指数未来都呈现增加趋势,且QDM订正结果与订正前模式模拟的变化趋势更为接近。建议在气候变化模拟的误差订正中采用QDM方法。
浙江省短时强降水的时空分布特征
俞佩
2022, 27(3): 397-407.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21043
摘要(27) HTML(1) PDF (5836KB)(3)
摘要:
利用2010~2019年浙江省基准气象站和自动气象站逐小时降水的观测资料,对浙江省短时强降水的时空分布特征进行了统计分析,结果表明:1)2010 ~2019年浙江短时强降水累计发生频次为72601站次,随雨强增大呈指数式衰减。2)短时强降水空间分布不均匀,沿海向内陆发生频次减少,出现频次最高的地区位于温州西南部。夏半年随时间推进和影响系统演变,短时强降水的空间分布亦存在差异:5~6月浙西地区短时强降水多发,7月短时强降水全省分散分布无明显的区域集中特征,8~10月则主要在沿海地区多发。3)总体而言短时强降水的日变化峰值出现在17:00(北京时间,下同),且高强度短时强降水更倾向发生在午后到傍晚时段。夏秋季节短时强降水在午后到傍晚最为多发,峰值出现在17:00至18:00,这与副热带高压强盛,午后到傍晚热力和不稳定条件好,易触发强对流天气有关;春季除午后到傍晚外夜间和凌晨亦为短时强降水多发时段,可能与低空急流多在夜间和早晨发展加强有关。短时强降水的月变化特征呈现类双峰型分布,8月最为多发(26.0%)(主要由台风降水造成),其次为6月和7月。不同强度的短时强降水月变化特征存在较明显差异。而短时强降水的年际分布不均,2015年之后年际变化幅度增大,其中 2016 年短时强降水发生频次最高达8728站次,2017 年为发生频次最低仅5581站次。
中国冻雨的时空分布特征及其对特高压输电线路的影响
宋宗朋, 刘晓琳, 冯双磊, 王勃, 靳双龙, 郭于阳
2022, 27(3): 408-420.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21048
摘要(12) HTML(1) PDF (3406KB)(2)
摘要:
掌握冻雨的时空分布特征对于电力、交通、通信、农林等部门具有较高的指导意义。前期冻雨研究多基于站点观测资料,受限于该资料长度较短、分布不均与部分缺失等因素,目前对我国冻雨时空分布特征的认识可能尚存不足。新一代ERA5再分析资料中包含了其他再分析资料所未提供的冻雨资料,为进一步认识我国冻雨时空分布特征提供了可能。本文使用ERA5冻雨资料分析了1979~2020年我国年冻雨日数和年冻雨量的时空分布特征,结果表明:我国年冻雨日数和年冻雨量集中分布在贵州、湖南等地,直接影响7条“西电东送”特高压直流输电线路,影响长度总计约4900 km;冻雨集中分布地区的年冻雨日数及年冻雨量均呈下降趋势;年冻雨日数EOF(Empirical Orthogonal Function)第一模态(方差贡献36.96%)主要分布在黑河—腾冲线以东,总体呈下降趋势,且以秦岭—淮河线为界呈南北反相分布;年冻雨日数EOF第二模态(方差贡献11.56%)反映出中国冻雨集中地区的2个局地反相分布区,位相交替周期为1~5年;年冻雨量EOF模态的时空特征同年冻雨日数类似。
亚洲中高纬度地区春夏季节转换早晚与梅雨期中国东部降水异常的联系
陈沛宇, 彭京备, 布和朝鲁, 巩远发
2022, 27(3): 421-435.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21057
摘要(16) HTML(2) PDF (7480KB)(0)
摘要:
6月初,亚洲中高纬地区的气温迅速增暖后趋于稳定,大气环流由冬季环流转变为夏季环流。根据1951~2017年间各年亚洲中高纬地区春夏季节转换(以下简称季节转换)的时间,基于NCEP再分析资料和中国地区的观测资料,研究了季节转换发生早晚对梅雨期中国地区降水及环流的影响。在季节转换偏早(晚)年的梅雨期,对流层中层(500 hPa)高度距平场从东北亚中高纬、中国东北和日本以南地区出现“+ − +”(“− + −”)的经向波状结构。在850 hPa距平风场上,也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强(弱)时,东北地区为气旋式(反气旋式)环流距平,西太平洋副热带为反气旋式(气旋式)距平。环流异常导致东北地区降水异常偏多(少),长江流域降水偏少(多)。本文还初步探讨了亚洲中高纬地区入夏时间的早晚如何影响梅雨期大气环流和中国东部降水异常的途径。在季节转换偏早(晚)年,东北亚高压脊建立较早(晚),强度偏强(弱),而且对应的东北亚脊异常往往可持续到梅雨期结束,从而有利于东亚沿岸 “+ − +”(“− + −”)经向波状环流及相应雨带的形成。
两类El Niño事件盛期南大洋海冰异常的对比分析
王卓凡, 韩哲, 李双林, 李国平, 孙雪倩
2022, 27(3): 436-446.   doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21062
摘要(45) HTML(5) PDF (5716KB)(2)
摘要:
基于1979~2017年数据,利用回归方法和线性模式试验,分析了两类El Niño事件(东部型EP和中部型CP)盛期(12月至2月)南大洋海冰异常的差异及其可能机制。结果表明,两类事件期间尽管海冰异常定性上类似,但强度和位置存在明显差异:在罗斯海和阿蒙森海,两类事件期间海冰均偏少,但 EP期间海冰减少范围更大,振幅更强;在威德尔海,两类事件期间海冰均偏多,但EP期间增多更明显,而且位置相对CP期间偏西偏北。造成这种差异的主要因素是两类事件期间海温异常强度的不同:EP期间对应的海温偏东偏强,其激发的类太平洋—南美型(PSA)模态在南极边缘海的异常高压中心强度更大、范围更广,使得罗斯海区域为东北风异常控制,有利海冰向高纬输送,海冰范围进而减少;而威德尔海区域则是异常偏南风控制,使得海冰向北输送,有利于威德尔海南部海冰范围减少,北部海冰范围增大。相比之下,CP事件期间,赤道中东太平洋的暖海温异常偏于中太平洋且强度弱,其激发的类PSA在南极边缘的异常高压偏弱,使得动力作用引起阿蒙森海的海冰减少和威德尔海海冰增加偏弱。进一步的分析表明,CP事件期间威德尔海海冰增多还与该区域更早时间(11月份)的海冰增多,及随后海冰—太阳反照率的正反馈效应有关。本研究结果显示两类事件期间海冰异常的强度和位置的差异,与两类事件期间赤道中东太平洋SSTA强度和位置的差异,二者有很好的对应关系,相比前人的合成分析结果(CP期间海冰异常强于EP期间),物理上更为合理。
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。
亚洲地区夏季风期间氨气的时空分布特征
赵子学, 马建中
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.21119
摘要(20) PDF (3234KB)(3)
摘要:
氨气(NH3)是大气中含量最丰富的碱性气体,是颗粒态NH4+的唯一来源,在二次无机盐生成中起着重要作用。NH3极易与大气中的硝酸(HNO3)和硫酸(H2SO4)发生酸碱中和反应,生成硝酸铵(NH4NO3)和硫酸铵((NH4)2SO4)等二次无机气溶胶,因此,NH3的排放、输送及化学转化过程对全球无机气溶胶的时空分布有重要影响。本文利用ENVISAT卫星搭载的迈克尔逊干涉仪(MIPAS)和Aqua卫星搭载的AIRS探测仪观测到的大气NH3浓度数据,以及全球大气化学-气候模式EMAC模拟的NH3结果,分析了2008-2011年6-9月亚洲地区大气NH3的空间分布特征。结果显示,近地面NH3浓度最高值出现在印度北部,紧邻印度北部的孟加拉湾夏季存在深对流,在印度北部和青藏高原上空出现了NH3的向上输送柱,青藏高原是NH3向上输送的主要通道,NH3虽然寿命短,但在深对流区域可以被输送到上对流层和下平流层(UTLS)。亚洲夏季风反气旋的位置主导着NH3在UTLS区域的空间分布,反气旋内持续存在NH3高浓度中心,NH3高浓度中心位置与反气旋中心位置对应良好,会出现一个或两个NH3高浓度中心,说明反气旋内环流形式的变化对反气旋内NH3分布特征有重要影响。
高空急流的维持对我国南方暴雪的影响
左群杰, 张万诚, 高守亭
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21165
摘要(36) PDF (2434KB)(3)
摘要:

利用ERA再分析数据分析了2014年02月09日、2015年12月05日、2016年01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。垂直运动有两个方面的作用,一个是垂直上升运动将低层暖湿空气输送到高层,为暴雪提供源源不断的水汽,另一个是垂直上升运动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。

过去十年我国大气污染防治科技工作进展与展望
王兰英, 王磊, 张望
当前状态:  doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2022.22015
摘要(55) PDF (743KB)(9)
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三个方面的建议,聚焦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。

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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