高原气象
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高原气象
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2017年 36卷 5期 刊出日期 2017-10-20

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2017 Vol. 36 (5): 0-0 [摘要] ( 18 ) [HTML] [PDF 474KB] ( 61 )
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1153 青藏高原积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展
王顺久
回顾了青藏高原(下称高原)积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展,探讨了开展高原积雪异常对中国水资源系统影响研究存在的不足和未来趋势。高原积雪分布极不均匀,呈四周山区多、腹地少,两侧多、中间少的空间分布特征。高原东部积雪变化最显著且主导了整个高原积雪的年际变化,因此该地区积雪异常更值得关注。自20世纪60年代以来高原积雪总体呈缓慢增加趋势,21世纪初期春季和冬季积雪略有减少。目前,关于高原积雪变化对我国水资源系统影响的研究主要集中在高原积雪异常对降水和旱涝影响及其预测指示性研究两方面。高原积雪主要通过季风影响我国的降水时空分布,进而影响水资源系统。高原积雪异常对我国降水影响大,且范围广,可作为降水预测的一个重要信号,同时其对我国旱涝分布具有重要影响,并且对旱涝预测具有指示意义。
2017 Vol. 36 (5): 1153-1164 [摘要] ( 48 ) [HTML] ( ) [PDF 1670KB] ( 142 )
1165 喜马拉雅山区降水研究进展与展望
欧阳琳, 阳坤, 秦军, 王岩, 卢麾
降水的时空特征研究对喜马拉雅山区的气象、水文和冰川过程的理解极其重要。随着中国科学家主导的"第三极环境"国际研究计划的推进,开展对该地区降水的时空分布及其过程与机理的研究变得更加迫切。本文系统总结了前人在该地区降水研究取得的进展,并提出了该地区水文气象研究的前沿问题。主要结论如下:(1)喜马拉雅山区的降水有明显的日变化,在低海拔地区以夜间降水为主,这与高原南部斜坡加热和季风期间风场的不对称日变化有关。(2)喜马拉雅山区的降水主要发生在夏季,但在西北部的高海拔区域,冬春季降水占年降水比例可高达50%。(3)在喜马拉雅山区南坡,降水量随海拔的升高而升高,但在超过2500 m后,降水随海拔升高而降低。(4)区域气候模拟在喜马拉雅山区有一定的适用性,但缺乏对极高海拔的降水评估。因此,为开展该区域的降水过程与机理研究,建议优先加强高海拔区域的观测研究,评估新一代全球卫星降水产品,对比分析南北坡和高山-峡谷降水特征,改进区域气候模式对复杂山区的天气及气候模拟能力。
2017 Vol. 36 (5): 1165-1175 [摘要] ( 27 ) [HTML] ( ) [PDF 4557KB] ( 103 )
1176 青藏高原夏季极端降水概率分布特征
曹瑜, 游庆龙, 马茜蓉, 孟宪红
基于国家级地面气象站基本气象要素日值数据集的均一化降水序列计算了1961-2014年青藏高原中东部71个站夏季极端降水指数,选取二参数和三参数的Weibull分布、广义极值分布、皮尔逊Ⅲ型分布(Gamma分布)、对数逻辑斯特分布拟合其极值,分析了青藏高原中东部夏季极端降水的极值分布特征。结果表明:青藏高原夏季极端降水由东南向西北递减,大值中心位于四川东部地区,西藏东南部有一较大值中心,小值中心位于青海西北部。通过极值分布函数对极端降水指数的拟合,发现不同的指数适用的函数不同,需采用多种概率分布模式进行对比,并结合实际物理意义加以选择最适合的拟合分布函数。利用Gumbel分布计算夏季极端降水指数的多年一遇水平、50年一遇和100年一遇水平,均呈现出完全一致的空间分布特征:东南降水多,西北降水少;根据滑动t检验,强降水量和极强降水量均于2006年突变,由Gumbel分布估计突变后青藏高原中东部的极端降水有所增加。
2017 Vol. 36 (5): 1176-1187 [摘要] ( 36 ) [HTML] ( ) [PDF 12839KB] ( 104 )
1188 青藏高原夏季降水日变化特征分析
计晓龙, 吴昊旻, 黄安宁, 赵卫, 吴阳
利用2008-2014年逐小时空间分辨率为0.1°的全国自动站观测降水资料和CMORPH卫星反演降水融合资料,研究了青藏高原(下称高原)夏季降水日变化特征,并探讨了不同持续时间和等级降水对降水量日变化的影响。结果表明,整个高原地区夏季降水量和降水频率的日变化表现出明显的凌晨和傍晚的双峰结构,而降水强度的双峰结构却不太明显。进一步对各分区降水日变化特征的分析发现,高原中西部降水日变化特征与整个高原地区的一致,而高原北部(东部)地区降水量和频率的日峰值出现在傍晚(午夜-凌晨)。降水持续时间对降水量日变化有显著的影响,高原夏季降水量日变化的双峰特征是由短时(1~3 h)和长持续性(6 h以上)降水共同作用造成的,午夜-凌晨(傍晚)的降水日峰值主要是由于长持续性(短时)降水所引起。分析不同等级降水量日变化特征发现,高原北部地区小-大雨(暴雨)的降水量日峰值基本出现在下午(午夜),而高原中西部不同等级降水量的日变化基本都呈现出傍晚和午夜-凌晨的双峰结构,高原东部地区不同等级降水量的日变化形式较一致,日峰值出现在午夜-凌晨。
2017 Vol. 36 (5): 1188-1200 [摘要] ( 49 ) [HTML] ( ) [PDF 22140KB] ( 193 )
1201 青藏高原臭氧谷的分布及其与太阳辐射的关系
焦铂洋, 苏昱丞, 郭胜利, 郭栋, 施春华, 李婧媛, 苍中亚, 傅帅
使用2005-2015年夏季Aura卫星微波临边探测器(MLS)逐日臭氧观测资料,讨论了夏季青藏高原臭氧低值区的三维分布。研究发现,青藏高原臭氧不仅在对流层顶附近存在着臭氧低值区,而且在平流层上层(20~1 hPa)也存在显著的低值区。高原区上空50%以上的臭氧存在于21.5~1.2 hPa的范围内,因此平流层上层高原臭氧低值对高原臭氧谷来说也很重要。使用合成分析法对MLS夏季北半球昼夜臭氧进行研究,结果表明该低值区仅存在于白天。根据高原区平流层上层臭氧模拟数据的集合经验模态分解,得到IMF4的平均频率为0.09,平均周期为11.1年,正好对应太阳活动最强的周期。说明太阳辐射是影响高原平流层上层臭氧低值中心的一个因素。
2017 Vol. 36 (5): 1201-1208 [摘要] ( 35 ) [HTML] ( ) [PDF 4472KB] ( 83 )
1209 南亚高压的多模态特征及其与新疆夏季降水的联系
王前, 赵勇, 陈飞, 杨青, 黄安宁
基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料(ERA-Interim)和新疆88个观测站点降水资料,分析了1979-2013年夏季(7月和8月)南亚高压多模态特征及其与新疆夏季降水的关系。结果表明,南亚高压除了青藏高压型和伊朗高压型外,还存在双体型。伊朗高压型和双体型分布产生的降水占新疆夏季总降水的70%~90%,青藏高压型分布产生的降水相对较少,占10%~30%。南亚高压的多模态分布对新疆降水有不同影响,伊朗高压型时,北疆部分地区和东疆降水偏多,塔里木盆地降水偏少;青藏高压型时,除塔里木盆地西南部降水偏多外,新疆其余地方降水均偏少。南亚高压双体型对塔里木盆地夏季降水影响最为突出,当夏季南亚高压呈双体型分布时,塔里木盆地降水偏多。合成分析发现,南亚高压双体型中心位置变化对环流和水汽输送产生不同影响,因而对应的塔里木盆地夏季降水也存在一定差异。当两个中心位置同时偏西时,塔里木盆地中西部地区降水偏多,水汽分两步进入塔里木盆地。当两个中心位置同时偏北时,整个塔里木盆地降水增加,水汽沿着青藏高原东侧绕流进入塔里木盆地。
2017 Vol. 36 (5): 1209-1220 [摘要] ( 29 ) [HTML] ( ) [PDF 19143KB] ( 110 )
1221 多种累积降水量分布函数在中国适用性的讨论
吴子君, 张强, 石彦军, 金时强, 张红丽
为得到在多个时间尺度下,均适于描述我国累积降水量分布特征的分布函数,选择了伽马分布、广义极值分布、对数正态分布、韦伯分布、正态分布以及瑞利分布这6个分布进行详细检验。利用1961-2013年我国760个气象台站的月值降水数据,分别在1,3,6,9,12和24个月这6个时间尺度下,在全国范围内对6个分布进行了K-S检验。结果发现,广义极值分布是最适于描述我国各时间尺度下累积降水量特征的分布函数,其次为伽马分布,瑞利分布最差。再对1个月和3个月时间尺度下的累积降水量分季节分地区进行详细讨论,发现1个月时间尺度下,春、夏、秋三季均是广义极值分布优于伽马分布,而冬季时伽马分布优于广义极值分布,但四个季节中在我国不同气候区内的具体情况亦有差异。3个月时间尺度下,夏冬两季及全国各区域内,均是广义极值分布优于伽马分布。
2017 Vol. 36 (5): 1221-1233 [摘要] ( 34 ) [HTML] ( ) [PDF 3301KB] ( 83 )
1234 科尔沁地区年降水波动与空间分异特征
孟庆兰, 赵赫, 高军凯, 卢筱茜, 刘良旭, 常学礼
降水波动是气候变化研究的主要内容之一,同时是一个环境变化的重要指标和植被生产力预测的首选因素。本文以科尔沁地区18个气象观测站点1961-2015年逐日降水数据为基础,根据多年平均降水量将科尔沁地区划分为4个区,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区,并且综合运用小波分析方法,分析了科尔沁地区近55年来降水变化的时空特征。研究表明,在统计学特征上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区在研究期内年均降水量分别为337.4±76 mm、369.2±73.2 mm、422.6±68.8 mm和483.4±97.1 mm,波动空间分异特征主要表现在降水量从东南(Ⅳ区)到西北(Ⅰ区)逐渐减少,变化趋势逐渐复杂;从降水年代际变化特征来看,降水距平值增加时Ⅰ区降水距平百分比最大,为12.95%;降水距平值减小时Ⅰ区偏离平均值最大,距平百分比为-19.26%。从小波分析结果来看,降水量年际波动存在多个主周期,其中最显著的周期为5~11年和23~32年,且从东南到西北其周期震荡性逐渐减弱,周期变化时间缩短。从周期性的强弱来看,在具有共性23~32年周期内,26~32年时间尺度模值较大,说明该时段是降水量周期变化较明显时期;5~11年时间尺度的周期变化次之,其他时间尺度的周期性变化较小。从空间分区的小波方差分析结果来看,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的降水主周期在10~11年之间,而Ⅳ区为25年,说明科尔沁地区在年降水量小于450 mm的区域降水波动特点一致,大于此值则变化规律明显不同。从年降水量多-少的周期性变化规律可以推测,科尔沁地区在2016-2020年期间将一直处于降水偏少期。
2017 Vol. 36 (5): 1234-1244 [摘要] ( 23 ) [HTML] ( ) [PDF 4362KB] ( 52 )
1245 集合敏感性方法在高原涡和西南涡引发暴雨过程中的应用
王毅, 何立富, 代刊, 郭云谦
基于欧洲中期天气预报中心ECMWF的集合预报和美国国家环境预报中心NCEP再分析等资料对2013年6月30日一次高原涡和西南涡作用下的四川盆地暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)高原涡东移并和西南涡耦合加强导致了持续性暴雨的形成,集合预报的高原涡和西南涡之间的动力特征量(位势高度和涡度)的相关系数随时间逐步增大,表明两个低涡呈现出逐步耦合加强的特征;(2)集合敏感性分析可以用来揭示降水预报对于天气系统的敏感性,结合高度场和风场反映出低涡对暴雨的影响,此次过程暴雨对高原涡比西南涡更加敏感,在集合预报对西南涡预报不确定性较小的情况下,集合成员对高原涡的预报是影响降水强度和落区预报的关键因子,与实况更加接近的最优集合成员与控制预报相比,预报的高原涡强度更强,位置偏东;(3)30日,夜间降水量对低涡的动力特征量较白天更为敏感,主要是因为夜间暴雨是由高原涡和西南涡垂直耦合加强引发的,动力作用较明显,而白天的暴雨热力作用更加显著。
2017 Vol. 36 (5): 1245-1256 [摘要] ( 41 ) [HTML] ( ) [PDF 6170KB] ( 60 )
1257 冷空气入侵台风“灿鸿”引发的东北暴雨分析
王承伟, 齐铎, 徐玥, 张礼宝, 胡中明, 周莹, 王庆瑜
利用常规观测资料与NECP再分析资料,对2015年在朝鲜半岛登陆北上9号台风"灿鸿"导致东北东部出现较大范围的暴雨和大暴雨天气进行分析。结果表明,此次降水过程是由减弱变性的台风环流与中高纬度弱冷槽结合发展产生,冷空气从低层进入变性台风北部,在地面上表现为中高纬低压减弱合并到变性台风中,使台风登陆后强度减弱较慢,且北部有所加强,因此在其北部出现较大范围的暴雨、大暴雨;变性台风北侧的低层冷暖平流交汇,导致该区域出现低层辐合、高层辐散和较强的上升运动,是本次降水的动力因子;冷空气从低层进入台风环流,低层为冷平流,高层为暖平流,大气层结相对稳定,因此本次降水过程中对流较弱,以连续性降水为主;本次暴雨水汽来源分为两部分:台风本身携带的大量水汽和日本海的水汽输送,二者为本次暴雨提供充沛的水汽条件;另外,地形在动力作用和水汽输送过程中也起到了重要作用。
2017 Vol. 36 (5): 1257-1266 [摘要] ( 24 ) [HTML] ( ) [PDF 7967KB] ( 67 )
1267 气候变化背景下祁连山区负积温时空变化特征分析
王希强, 陈仁升, 刘俊峰
基于祁连山区及周边32个气象站点56年气象资料和较高分辨率DEM数据,采用"多元回归+残差插值"方法,运用多种空间插值手段,获取研究区负积温空间栅格化数据,并详细分析其时空变化特征。结果表明:(1)研究区多年平均负积温(绝对值)分布在607~3507℃之间,区域分布差异较大;积温段Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ共占据研究区总面积的91.31%;除积温段Ⅵ外,其余按顺序近似呈环状分布,积温值由外向内递增;栅格尺度负积温动态度自南向北,基本呈带状递减。(2)研究区所有站点均表现出负积温初日推迟、终日提前、持续天数缩短趋势,绝大部分站点通过显著性检验。(3)从1960年代到2000年代期间,积温段Ⅰ和Ⅱ面积持续减少,积温段Ⅴ和Ⅵ面积持续增加,是全球气候变暖的必然结果,但近期却表现出相反趋势,表明从2000年代到2010年以后(2010-2015年),变暖趋势处于相对停滞阶段;积温段Ⅲ和Ⅳ面积分别呈波动减少和增加趋势,增减幅度较小。(4)积温段Ⅲ~Ⅳ(25.72%)、Ⅳ~Ⅴ(19.66%)和Ⅱ~Ⅲ(17.90%)是研究区负积温转移的主要类型;从2000年代到2010年以后(2010-2015年),负积温表现为单向转移,即:从积温值较高段向较低段转移;相邻年代间,负积温存在双向转移,但从积温值较高积温段向较低积温段转移仍占绝对优势,体现了气候波动变暖趋势。
2017 Vol. 36 (5): 1267-1275 [摘要] ( 30 ) [HTML] ( ) [PDF 7737KB] ( 57 )
1276 北京地区一次降雪过程的人工催化数值模拟研究
师宇, 楼小凤, 单云鹏, 胡非
利用中尺度气象模式WRF的双参数显示云物理方案,开展冬季冷性层状云降水过程的数值模拟和人工增雨催化数值试验。模拟个例为2013年3月19日北京地区的一次典型降水过程,在分析模拟得到的云中水成物和上升速度分布的基础上设计不同催化试验,研究不同催化时刻(云体发展期、云体成熟期)和三种催化剂量对地面降水、云中水成物浓度、动力场和热力场以及微物理转化过程的影响。模拟试验结果表明:模拟的自然降水分布和实测结果较为一致;不同的催化试验都可以使地面雨量增加,在云体发展期以107个·kg-1剂量进行催化的效果最佳;引入人工冰晶后催化区域水汽和过冷云水含量明显减少、冰晶和雪的含量有所增加、催化区域上升气流明显增强,温度提高;催化后40 min时雪的增长主要依靠其凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪和云滴之间的碰冻以及冰晶和雪之间的碰并;催化后200 min,催化云中各种微物理过程对雪的贡献高于自然云,催化前期消耗了过冷云水,此时云中雪和云滴之间的碰冻对雪的贡献非常微弱,雪的增长主要依靠凝华增长以及雪和冰晶的相互作用。
2017 Vol. 36 (5): 1276-1289 [摘要] ( 39 ) [HTML] ( ) [PDF 28879KB] ( 139 )
1290 冷云催化宏微观物理响应的探测与研究
孙玉稳, 银燕, 孙霞, 刘伟, 韩洋, 闫旭升
2014年4月15日河北省中南部出现一次回流西风槽天气过程,河北省人工影响天气办公室对该天气过程作了飞机云物理探测和增雨作业,并专设飞行航线以研究作业前后云的宏观、微观物理响应。利用机载PMS观测资料,结合雷达、卫星观测资料分析,发现该次降水过程云系特点是上层"槽前云"较弱,下层"回流云"较强,无高云;作业探测过程中云中下沉的降水粒子在"回流云"中增长,该层出现大量直径在3 mm以上的降水粒子;作业层内小云粒子浓度普遍在20 cm-3以上,最大值为300 cm-3,大云粒子浓度低于0.02 cm-3。作业后宏微观物理响应包括:作业区FY-2E卫星云图亮温在1 h后由-25℃降到-30℃左右,中云发展,其云顶抬高;雷达反射率因子催化作业后升高,最强达45 dBZ,35 dBZ以上的雷达回波区面积增加;从雷达剖面图上看,强雷达回波区下沉了500~1000 m。机载PMS观测资料显示,作业后云中小云粒子、大云粒子浓度都有增加,降水粒子浓度经历了先降后升的过程,持续时间约25 min。粒子谱呈双峰分布,第二峰在10.5 μm;粒子浓度在直径在10.5~150 μm区间内呈指数递减,直径在150~1000 μm区间内粒子浓度变化不大而粒子直径迅速增长,大于1000 μm粒子浓度急降与粒子沉降有关;作业后有效粒子直径向大值方向偏移,平均直径、平方根直径和立方根直径分布频谱变宽,粒子分布更离散。作业后影响区地面雨量增加,影响时间在作业后3 h之内。
2017 Vol. 36 (5): 1290-1303 [摘要] ( 22 ) [HTML] ( ) [PDF 24334KB] ( 91 )
1304 100年来东亚和北非干旱半干旱区边界层高度的变化特征研究
赵艳茹, 张珂铨, 毛文茜, 樊旭, 刘晨, 张文煜
利用欧洲中心再分析资料ERA-20C、ERA-Interim和ERA40对1900-2015年东亚、北非干旱半干旱区边界层高度的年代际变化特征进行了研究。结果表明:(1)1900-2015年,东亚、北非干旱半干旱区边界层高度均值分别为755 m和834 m,东亚表现为显著的上升趋势,气候倾向率为2.0 m·(10a)-1,年代际震荡周期约为20年,北非表现为下降趋势,气候倾向率为-0.6 m·(10a)-1,年代际震荡周期约为40年。1964年和1940年分别为东亚、北非的显著转折年,1964年之后东亚边界层高度有明显抬升,1940年之后北非边界层高度震荡幅度明显增大。(2)东亚干旱半干旱区上升趋势最为明显的区域位于东部,气候倾向率为10.7~12.4 m·(10a)-1,其次位于中部,气候倾向率为3.8 m·(10a)-1;上升较缓慢的区域位于北部,气候倾向率为0.4~1.8 m·(10a)-1;塔克拉玛干沙漠呈下降趋势,气候倾向率为-1.2 m·(10a)-1。同时,在年代际波动中,东亚边界层高度在20世纪60-70年代呈现出剧烈的震荡也主要与中东部边界层高度的变化相关。(3)北非干旱半干旱区中北部表现为显著下降趋势,气候倾向率为-5.1~-1.4 m·(10a)-1;南部表现为上升趋势,气候倾向率为0.8~2.5 m·(10a)-1。然而,在年代际波动中,北非边界层高度在20世纪40年代之后震荡的加剧与南部边界层高度的变化密切相关。
2017 Vol. 36 (5): 1304-1314 [摘要] ( 28 ) [HTML] ( ) [PDF 2683KB] ( 59 )
1315 声雷达资料可靠性及近地面边界层风场特征分析
曹杨, 陈洪滨, 王普才
利用2016年5月1日至6月15日在河北省邢台市皇寺气象观测站获得的多普勒声雷达风场资料和探空资料,验证声雷达资料可靠性,并在此基础上,对观测站近地面边界层风场特征进行了分析研究。结果表明,声雷达水平风场资料与探空资料的一致性较好,证明声雷达资料可靠,且声雷达资料与Graw气球探空和台站探空的一致性好于与系留气艇探测的;风场特征分析显示,皇寺站水平风和垂直风日变化特征明显,表现为显著的山谷风特征,白天吹谷风,盛行偏东风,垂直风速相对较大,对流旺盛;夜间吹山风,盛行偏西风,垂直速度较小;在垂直结构上,30~50 m盛行西风或东风,50 m以上逐渐转为偏南风或西北风,且随高度增加,大风速比例和平均风速逐渐增大,说明声雷达探测到的山谷风垂直范围为30~50 m,垂直风速主要集中在-0.1~0.1 m·s-1之间,说明大部分时间对流较弱,以0值为轴,左右比较对称,表明上升气流和下沉气流出现频率相当。
2017 Vol. 36 (5): 1315-1324 [摘要] ( 22 ) [HTML] ( ) [PDF 10096KB] ( 70 )
1325 半干旱区不同下垫面大气湍流通量比较分析
陈丽晶, 张镭, 梁捷宁, 周旭
为了更深入地认识不同条件下的陆-气相互作用,选取2007年1月至2008年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)与中科院吉林通榆观测站的湍流资料,并结合常规气象观测资料,利用Swinbank于1951年提出的涡动相关法分析三种下垫面上的湍流通量,从而定量地描述和认识陆-气相互作用,并比较分析半干旱区不同下垫面热通量和动量通量的日变化与季节变化特征。结果表明:(1)SACOL、草原站和农田站上感、潜热通量的日变化均表现为单峰型,其中感热通量Hs日峰值可分别达到140.3,157.3和144.8 W·m-2;潜热通量LvE日峰值为Hs的40%~75%。(2)夜间热通量主要集中于-22.6~24.2 W·m-2,夜间Hs一年四季均表现为负值,而LvE几乎保持正值。(3)各测站上动量通量τ具有明显日变化,但由于风向、风速差异,通榆地区τ的日峰值可达0.25 kg·m-1·s-2,而SACOL仅有0.08 kg·m-1·s-2。(4)通榆站上τ的日变化具有显著季节差异,春、秋季的日较差远大于其他季。(5)排除热力因子影响,黄土高原下垫面对湍流活动的削弱作用更强,在该下垫面上近地层大气更容易也更快趋于稳定。
2017 Vol. 36 (5): 1325-1335 [摘要] ( 26 ) [HTML] ( ) [PDF 5435KB] ( 60 )
1336 贵州省冬季气温的时空特征及其与海气的关系
严小冬, 宋燕, 黄晨然, 杨春艳, 夏阳
利用1962-2014年贵州39个代表站的冬季(12月至次年2月)温度资料和北半球500 hPa高度场及全球海温资料,通过合成分析、相关分析和小波分析等方法,对贵州冬季气温的时空特征及其与北半球500 hPa高度场、全球海温场的关系进行了研究。结果表明,近53年来,贵州冬季平均气温约为6.3℃,整体呈升温趋势,在贵州省东北部和西南部边缘最为显著;贵州冬季气温以准7年和准12年的振荡周期为主;贵州冬季气温突变于1988年,突变前贵州冷冬明显,突变后暖冬明显。异常暖冬年,格陵兰、北美和中太平洋地区的500 hPa高度场呈正距平,其余地区均为负距平,欧亚大陆的位势高度距平呈现为经向的"正-负-正"分布;异常冷冬年,在中西伯利亚地区、西欧-北大西洋和北美高度场表现为明显的正距平,其余地区均为负距平,在东半球,位势高度距平从西到东、从北到南都表现出"负-正-负"的分布形势。贵州冬季气温与前期秋季东北太平洋、赤道东太平洋和东印度洋区域的海温有显著的相关关系。异常暖冬年前期秋季,北太平洋(尤其是西北太平洋)和中印度洋(最显著)的海温距平异常显著;异常冷冬年前期秋季,北半球中东太平洋(最显著)和中印度洋的海温距平异常显著。同时,异常冷暖冬年的海温距平差值中心集中在东北太平洋和南半球中印度洋海域。
2017 Vol. 36 (5): 1336-1345 [摘要] ( 24 ) [HTML] ( ) [PDF 17109KB] ( 102 )
1346 AMDAR温度资料的偏差订正及对GRAPES系统的影响
王瑞文, 龚建东, 韩威, 张林
通过对AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)温度资料进行了偏差订正来改善数值预报同化预报效果。方法是以NECP(National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)的6 h预报场作为参考场来统计AMDAR观测温度减去参考场的偏差,根据飞机上升率和下降率,应用最小二乘法拟合温度资料偏差的线性回归方程,然后用回归方程结合探空资料对温度观测进行偏差订正。AMDAR资料来源是国家气象信息中心数据库,偏差统计时间为冬季(2014年12月到2015年1-2月)和夏季(2014年6-8月)。另外,应用GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统对订正后的AMDAR温度资料进行了1个月(2013年12月)的同化预报影响试验,结果表明,同NCEP的FNL(Final Operational Global Analysis data)资料相比,加入订正后的AMDAR温度资料可以减小高度分析场的偏差和均方根误差,尤其在平飞阶段(300~150 hPa),其偏差、均方根误差减小了2 gpm,对温度分析场的影响也有正效果,偏差和均方根误差最多减小0.15℃。高度场和温度场的预报距平相关系数在250 hPa以上也比温度资料订正前有所提高,温度场的预报时效提高了0.5天。
2017 Vol. 36 (5): 1346-1356 [摘要] ( 41 ) [HTML] ( ) [PDF 20191KB] ( 105 )
1357 基于统计方法的典型冬季海温变率分类研究
赵玉衡, 封国林, 郑志海
选取国家气候中心监测业务中代表区域海温变率的25项海温指数,利用聚类分析法,对1951-2014年冬季的海温指数进行系统聚类,研究全球海温(除北冰洋外)变率的主要类型。通过分析区域海温之间的关联性,将全球海温指数分为了四类,结合四类指数指示海区空间分布和时间演化特征,提出了四类具有不同演变特征的冬季海温分布特征类型:ENSO区海温异常东部型(Ⅰ类)、ENSO区海温异常中部型(Ⅱ类)、西太暖池与北大西洋海温年代际变化型(Ⅲ类)及赤道信风洋流与西边界流作用下的海温异常扩散分布型(Ⅳ类)。Ⅰ类和Ⅱ类指数均表现出明显的年际变化特征,而Ⅲ类指数表现出明显的年代际变化特征。并根据聚类结果对各个类别的指数进行了综合,将全球海温变率合并为较少的自由度,为进一步研究全球海温演变以及多海区海温异常的协同作用对气候变率的影响打下基础。
2017 Vol. 36 (5): 1357-1367 [摘要] ( 23 ) [HTML] ( ) [PDF 6649KB] ( 52 )
1368 华北地区雷暴大风的时空分布及物理量统计特征分析
方翀, 王西贵, 盛杰, 曹艳察
利用2011-2015年4-9月华北地区主要区域(北京、天津、河北、山西)的重要天气报和雷暴观测资料,统计分析了该地区雷暴大风的时空分布等特征。结果表明,华北地区雷暴大风出现最多的月份为6-7月,最多的时次为下午到前半夜,大范围雷暴大风天气过程起始时间多为13:00(北京时,下同)-15:00,持续时间为4~8 h,高海拔地区出现雷暴大风的频次大于低海拔地区。在将华北地区站点分为高海拔站点和低海拔站点的基础上,使用2011-2013年4-9月的NCEP物理量分析场对雷暴大风过程的指示性进行统计分析,结果表明:多数常用的热力指标需考虑季节因素;下沉对流有效位能阈值基本不随季节变化,并对高海拔和低海拔区域的雷暴大风的出现及其范围均有一定的指示性;对流抑制能量、0~3 km垂直风切变、低层散度、500 hPa风场、整层可降水量、500 hPa相对湿度08:00-14:00变化等物理量在一些具体方面对于雷暴大风的出现及范围有一定的指示性。主要发生在高海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度均在50%以下;主要发生在低海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度基本在50%以上;850 hPa相对湿度较大的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差在24~28℃,850 hPa相对湿度较小的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差则常常达到30℃或以上。
2017 Vol. 36 (5): 1368-1385 [摘要] ( 25 ) [HTML] ( ) [PDF 20574KB] ( 169 )
1386 长江源酸雨变化特征及来源分析
王烈福, 宋玲玲, 蔡玉琴, 李永格, 吕越敏, 袁瑞丰, 桂娟, 李宗杰, 李宗省
通过对2010年1月1日到2015年12月31日长江源区402个降水样品的pH值、电导率(electrical conductivity,EC)以及降水量和风速的分析,特别是对14次酸雨事件的重点分析,运用HYSPLIT模型来探讨长江源区酸雨的来源。结果表明:(1)长江源区出现了酸雨,且pH值小于6.5的降水占总降水次数的61.69%,长江源区已经受周边地区污染源的严重影响;(2)采样期间,长江源区的pH值的变化范围为4.0~8.57,平均值为6.37。EC的变化范围为5.2~124.4 μs·cm-1,平均值为27.59 μs·cm-1,pH值在四季中的大小顺序为:夏季 > 春季 = 冬季 > 秋季。EC的大小顺序为:春季 > 冬季 > 夏季 > 秋季;(3)长江源区的酸雨主要受西南季风和西风环流的影响,致使酸雨发生的污染物主要来源于印度、尼泊尔等国的工业污染物和其他污染物,穿越青藏线的各种车辆的汽车尾气为长江源地区增加了额外的污染源。
2017 Vol. 36 (5): 1386-1393 [摘要] ( 21 ) [HTML] ( ) [PDF 2816KB] ( 53 )
1394 环太湖地表城市热岛长期遥感资料分析
赵亚芳, 张宁, 陈燕, 朱焱
利用MODIS/Aqua地表温度产品(MYD11A1)分析了2003-2013年环太湖城市地表温度和地表城市热岛的时空变化特征,研究了地表城市热岛与大气稳定度、土地利用类型的关系。结果表明,该区域在2003-2013年日间的不稳定类天数最多,约占总天数50%。不稳定类天数在2003-2010年呈增加趋势,2010年后呈减少趋势;中性类与不稳定类天数年变化的位相相反,与弱不稳定类天数年变化的位相大致相同。受云和降水影响,MODIS图像质量随着不稳定度的降低而降低。日间地表城市热岛在不稳定大气边界层条件下最强,城市热岛强度随着白天边界层不稳定度的降低而减弱。近10年来环太湖城市圈经济发展迅速,城市用地面积增加,2010年环太湖城区的地表温度较2004年普遍升高约1℃,部分新城区的地表温度升高3℃以上,高温范围扩大,形成一条环太湖的高温带,分析地表温度和城市热岛的时空变化对研究城市化带来的区域气候效应具有重要意义。
2017 Vol. 36 (5): 1394-1403 [摘要] ( 18 ) [HTML] ( ) [PDF 20929KB] ( 116 )
1404 一次环境大气重污染过程的监测分析
郝巨飞, 张功文, 王晓娟, 杨允凌
针对2015年12月17-27日出现的区域性重污染天气过程,根据布设在污染中心邢台市的脉冲偏振激光雷达和地基多通道微波辐射计数据,分析了污染过程中气溶胶消光系数、逆温层、水汽含量等的变化,利用Hysplit模式分析了气团后向轨迹。结果表明:此次重污染天气过程主要受局地气象扩散条件变化所致,稳定的高空大气环流和地面均压场是出现环境重污染事件的背景场,100 m高度上的气团对污染物累积和区域输送起到了主要作用;消光系数与细颗粒物PM2.5质量浓度和水汽压的相关系数分别为0.8622和0.7421,随PM2.5质量浓度和水汽压的升高,消光系数增加明显,由PM2.5质量浓度和水汽压建立的消光系数回归方程(R2=0.8811)可以很好的表征消光系数的实际变化;逆温强度在污染发展阶段达到最大,水汽含量在污染加重阶段达到最大,污染缓解阶段的逆温强度和水汽含量则出现明显的下降。
2017 Vol. 36 (5): 1404-1411 [摘要] ( 32 ) [HTML] ( ) [PDF 9254KB] ( 64 )
1412 宁波地区一次重污染天气过程的成因分析
胡晓, 徐璐, 俞科爱, 岑炬辉, 罗玲
以2015年1月25-26日宁波地区重度霾污染过程为例,利用常规地面站资料、颗粒物观测数据、MODIS产品、气溶胶激光雷达数据、探空数据及轨迹模拟模式,从气象条件和污染源输送分析了此次污染过程的形成原因。结果表明,污染过程颗粒物主要集中在近地面800 m以下,北方弱冷空气南下携带的污染物近距离输送造成宁波地区颗粒物浓度迅速增加。中低层旺盛的西南暖湿气流使该地区维持高湿,空气中大量水汽包裹颗粒物下沉,造成污染加剧。逆温和高湿的气象条件,不利于污染物的扩散,导致颗粒物浓度积累增长。污染过程结束于北方强冷空气南下时,此时风速增加,扩散条件转好。
2017 Vol. 36 (5): 1412-1421 [摘要] ( 39 ) [HTML] ( ) [PDF 10319KB] ( 89 )
1422 沙尘暴过程中沙尘气溶胶对气象场的影响
周旭, 张镭, 陈丽晶, 郭琪
沙尘暴是干旱区常见的天气现象,沙尘暴天气过程中,边界层内气象要素发生剧烈的变化。利用WRF/Chem模式结合Shao 2004的参数化方案,模拟了发生在2010年4月24-26日的一次沙尘天气过程,通过控制沙尘气溶胶是否排放到大气中,对比分析沙尘暴过程中沙尘气溶胶对边界层中气象要素的影响。结果发现,在沙尘暴过程中,夜间在沙尘层以下,沙尘气溶胶具有加热大气的作用,使得温度升高,最大值约1.8 K,这种"保温"作用还与地表反照率有关,反照率越大"保温"作用越强;而在沙尘气溶胶层内的中上部具有降温的作用,温度降低,最大值约3 K。夜间沙尘气溶胶能够抬升边界层高度,最大达1000 m;白天则降低,可降低700 m;沙尘气溶胶导致水平风速增大约1.0 m·s-1,使垂直风速在沙尘层下增大,在沙尘层以上减小。
2017 Vol. 36 (5): 1422-1432 [摘要] ( 33 ) [HTML] ( ) [PDF 7807KB] ( 82 )
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