高原气象
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高原气象
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2018年 37卷 1期 刊出日期 2018-02-20

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2018 Vol. 37 (1): 0-0 [摘要] ( 29 ) [HTML] [PDF 487KB] ( 106 )
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1 高原夏季风对中国夏季极端降水的影响研究
龙妍妍, 范广洲, 李飞, 段炼, 冯琬, 张永莉, 邓伟, 路平平
利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和571站逐日降水资料,探讨了高原夏季风对中国夏季极端降水的影响机制。结果表明:(1)高原夏季风强(弱),东北、黄河河套、华南和四川西部地区夏季极端降水偏少(多),长江流域、南疆、青藏高原东侧边缘地区夏季极端降水偏多(少)。(2)中国东部从北向南呈现出明显纬向带状的"-+-"遥相关型相关分布。(3)中高层环流系统特征、中低层风场特征、水汽输送特征和湿位涡特征是高原夏季风对夏季极端降水影响的物理机制。
2018 Vol. 37 (1): 1-12 [摘要] ( 55 ) [HTML] ( ) [PDF 8669KB] ( 196 )
13 青藏高原新增探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响
于晓晶, 杜娟, 王敏仲, 徐洪雄, 何清
利用第三次青藏高原大气科学试验中青藏高原西部新增3个探空站(狮泉河、申扎、改则)的探空资料,基于中尺度数值(WRF)模式和GSI同化系统,选取2015年夏季南疆两次不同类型(南亚高压双体型和单体型)的强降水过程进行同化敏感试验,以初步评估新增3个站探空资料同化对南疆夏季降水预报的影响。从初始场物理量的增量场来看,同化高原3个站探空资料对两次过程的初始场均有一定改进,对南亚双体型过程的改进较显著,这可能与其偏南气流及上下游效应较强有关。中、高层物理量的增量中心均出现在高原中、西部,分别对应申扎和狮泉河两站,并向周边地区逐渐减小,南疆地区表现为弱的正或负增量。虽然高原探空资料均在600 hPa以上,通过动力调整对低层物理量也有一定影响。同化后低层的散度和湿度增量中心出现在高原西南侧,南疆地区变化较小。随着模式时间积分,各高度上的物理量和降水影响系统调整效果逐渐显著,总体使得200 hPa副热带长波槽有所加深、南疆上空的偏南急流得到加强,500 hPa低值系统强度有所减弱,850 hPa的散度和湿度在南疆地区均有显著调整,但低层散度和湿度在南疆西部强降水中心调整相对较小。从降水预报结果来看,同化高原3个站探空资料后,对两次过程的小量级降水评分显著提高,即对降水落区预报能力有所提高;但对强降水中心结果影响不大,即对局地性强降水的预报能力仍有所欠缺。
2018 Vol. 37 (1): 13-27 [摘要] ( 55 ) [HTML] ( ) [PDF 49730KB] ( 117 )
28 青藏高原地表感热通量变化特征及其对气候变化的响应
解晋, 余晔, 刘川, 葛骏
选取中国气象局在青藏高原(下称高原)地区常规气象观测站点中85个资料连续性较好的站点资料,基于CHEN-WENG感热交换系数方案计算了1981-2014年地表日均感热通量,并用M-K检验法分析了季节平均感热通量和年均感热通量的年际变化特征,结合经验正交函数法EOF(Empirical Orthogonal Function)、Pearson相关法,分析了年均感热通量的时空演变及异常分布特征以及不同地区站点感热通量与气候因子的相关性。结果表明,1981年以来,高原地表感热通量无论在年尺度还是季节尺度上的年际变化都表现为先下降后上升的趋势,其中春季和冬季由下降转变为上升的年份早于夏季和秋季,且夏季上升的幅度是四季中最弱的;1981-2003年间感热通量下降主要与地气温差和平均风速的减小有关,而2004-2014年间感热通量的上升主要与地气温差的显著增大有关。空间上,各站点感热通量的上升或下降并不同步,但存在一定的相互联系,感热通量上升的站点主要位于青海省;感热通量与各气候因子的相关性有明显的时空差异,整体上受地表温度影响显著,与地表温度变化呈正相关;与降水、日照时数、风速等气候因子的相关性在年尺度上存在较大的空间差异,在季节尺度上,感热通量与气象因子的季节相关性较好,尤其是夏季,感热通量与降水呈反相关,与日照时数、风速和气温呈正相关,其次是春季,秋、冬季相关性较差。
2018 Vol. 37 (1): 28-42 [摘要] ( 54 ) [HTML] ( ) [PDF 22874KB] ( 126 )
43 青藏高原近地表土壤冻融状况的时空变化特征
杨淑华, 吴通华, 李韧, 朱小凡, 王蔚华, 余文君, 秦艳慧, 郝君明
利用青藏高原(下称高原)87个气象台站的日最低地表温度和气温资料,通过线性回归和相关分析法,分析高原1980-2015年近地表土壤冻融状况变化趋势及其与气温、海拔和纬度的相关性。利用Mann-Kendall检验对其进行突变分析,并探讨其空间变化特征。结果表明:近36年,高原近地表土壤冻融状况发生显著变化。冻结起始时间推迟约26天,其变化速率为0.72 d·a-1,冻结结束时间提前约14天,速率为0.40 d·a-1;冻结持续时间和冻结天数分别缩短约41天和33天,其变化速率分别为1.13 d·a-1和0.93 d·a-1。高原冻融状况变化整体表现一致,局部地区略有差异。高原中东部地区冻结起始时间较早,结束时间较晚;而在东南部地区则存在相反的变化特征,这是由于该地区海拔较低,且全年土壤温度较高导致。就冻融状况变化速率而言,东部地区变化最快,西部适中,变化较慢的站点零星分布在中部和南部地区。气温对近地表土壤冻融状况有重要影响,但气温对土壤冻融循环存在一定的滞后作用。此外,高原近地表土壤冻融状况与海拔呈极显著相关,随海拔的降低,冻结起始推迟,冻结结束时间提前,冻结持续时间和冻结天数显著减少。
2018 Vol. 37 (1): 43-53 [摘要] ( 51 ) [HTML] ( ) [PDF 3339KB] ( 139 )
54 高原涡诱发西南涡伴行个例的环境场与成因分析
高文良, 郁淑华
利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、历史天气图、青藏高原低涡切变线年鉴,分析了1998-2013年持续高原涡诱发西南涡结伴而行的观测事实,并对一例持续高原涡诱发西南涡的长时间伴行过程进行天气、诊断分析。结果表明,在持续高原涡与西南涡共同活动过程中,两涡移向较一致的多数是由持续高原涡诱发的西南涡过程造成的,它们的移向多为向东或东北移;持续高原涡诱发的西南涡是在500 hPa上东亚环流经向度减弱,在处在切变流场中的高原涡的环流东南部-西南气流下空生成的;伴行的西南涡受高原涡活动影响大,高原涡加强会影响西南涡加强;高原涡对西南涡的诱发作用是由高原涡移出高原,其伴随的正涡度向下伸,与对流层低层盆地内气流的气旋性弯曲所伴的正涡度叠合,使盆地内气旋性涡度加强而诱发西南涡生成的,西南涡区上空正涡度平流随高度增加的强迫上升作用是高原涡诱发西南涡的又一重要因素;高原涡与西南涡伴行是与高原涡区、西南涡区的正涡度平流及高原涡区、盆地涡区上空正涡度平流随高度增加的强迫上升作用密切相关的。
2018 Vol. 37 (1): 54-67 [摘要] ( 48 ) [HTML] ( ) [PDF 49140KB] ( 114 )
68 基于HYSPLIT4的一次新疆天山夏季特大暴雨水汽路径分析
姚俊强, 杨青, 毛炜峄, 韩雪云
利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 hPa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北-里海-巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海-北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。
2018 Vol. 37 (1): 68-77 [摘要] ( 49 ) [HTML] ( ) [PDF 10470KB] ( 120 )
78 基于多源数据的青藏高原夏季降水与水汽输送的联系
谢欣汝, 游庆龙, 保云涛, 孟宪红
利用国家气象信息中心提供的1979-2014年青藏高原(下称高原)地区(26°-N42°N,75°-E105°E)113个站点的逐月降水资料作为基准降水资料,与另外4套格点降水资料(APHRO、CMAP、GPCP、GPCC)和8套再分析的降水资料(NCEP1、NCEP2、MERRA、ERA_Interim、ERA20c、20CRv2、JRA55、CFSR)作对比,可得12套再分析资料中,APHRO能够最好地刻画出高原1979-2007年夏季降水的时空分布形态。GPCP次之,能够较好地刻画其1979-2014年的特征。就气候态而言,水汽主要由南边界输入高原,输入大值区是下层;另外水汽同样从西边界和北边界输入高原,主要的输入层分别是中层和下层;而水汽主要是从东边界中层输出。多套资料比较可知,ERA_Interim和MERRA分别能较好地刻画高原本地和其周围地区夏季水汽输送情况。研究高原东南部降水的年际变化和环流的关系,发现在印度半岛和孟加拉湾处有一异常的纬向反气旋,其北边缘加强的水汽输送导致了高原东南部降水的异常增多。
2018 Vol. 37 (1): 78-92 [摘要] ( 45 ) [HTML] ( ) [PDF 22815KB] ( 154 )
93 基于C-FMCW雷达的高原夏季对流云垂直结构分析研究
阮悦, 阮征, 魏鸣, 葛润生, 李丰, 金龙
第三次青藏高原观测试验中C波段垂直探测雷达于2014年7-8月在西藏那曲地区进行了连续探测,对获取的降水云廓线数据进行处理分析得到37个对流云体,提取包括对流强度CI(大气上升运动与下沉运动差)、云顶高度Hctop、35 dBZ回波区顶高Hz35、最大回波强度Zmax等13个特征参数。运用模糊聚类分析方法对对流降水云体特征参数进行深厚和浅薄对流云分类,其中Hctop和Hz35分类清晰,与CI分类的相似度超过0.8,使用一致性较好的三个特征参数CI、Hctop、Hz35对37个对流降水云进行聚类分析,得到9个深厚对流降水云体和28个浅薄对流降水云体。深厚对流云体中CI最大达到33 m·s-1、Hctop最深为12 km、Hz35高于5 km(距地高度AGL,下同);浅薄对流云中CI平均仅14 m·s-1、Hctop平均为2.5 km。在深厚对流云中0.8~1.5 km高度处常出现类似零度层亮带的回波强度和径向速度加强层,浅薄对流云体此特征不明显。结合天气雷达回波分析,深厚对流云体的水平分布多表现为对流单体嵌入到降水系统中,而浅薄对流云体则表现为孤立的爆米花分布。9次深厚对流累积地面降水量82.7 mm,占7-8月总降水量的28%,多伴有冰雹出现;28次浅薄对流累积地面降水量28.7 mm,降水贡献远小于深厚对流云。
2018 Vol. 37 (1): 93-105 [摘要] ( 48 ) [HTML] ( ) [PDF 14169KB] ( 98 )
106 基于CERES卫星资料的青藏高原有效辐射变化规律
于涵, 张杰, 刘诗梦
有效辐射作为地表辐射平衡的重要组成部分,其对大气的加热对辐射平衡,能量平衡以及周边大气环流起着重要的作用。基于2000-2014年的Aqua/CERES卫星产品地表长波辐射及其他相关参数,研究了青藏高原(下称高原)地区全天气和晴天两个不同条件下地表有效辐射的时空分布及其成因。结果表明:在高原地区有效辐射呈现出西部地区较大,东南部较小的空间分布。由于高原有效辐射的变化存在区域性的不同,应用经验正交分解方法将高原分为高原西部边缘(Ⅰ区)、中西部腹地(Ⅱ区)、东北(Ⅲ区)和东南(Ⅳ区)4个气候区。有效辐射与地表向上长波辐射的增加(减弱)趋势基本一致,而大气逆辐射的改变对有效辐射的影响在不同气候分区的不同季节呈现出不同的变化趋势,且云通过增加大气逆辐射进而减小有效辐射。在高原中西部腹地(Ⅱ区)以冷平流为主,相对湿度偏低,而在其他三个地区则以暖平流为主,相对湿度偏高。温度平流和大气水汽等因子均通过影响大气逆辐射进而影响有效辐射。研究结果可为认识高原整体非绝热加热特征及影响机理提供参考。
2018 Vol. 37 (1): 106-122 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 18535KB] ( 112 )
123 GLDAS和CLDAS融合土壤水分产品在青藏高原地区的适用性评估
崔园园, 覃军, 敬文琪, 谭桂容
利用第三次青藏高原(下称高原)大气科学试验(TIPEX Ⅲ)和高原周边自动土壤水分观测站0~10 cm层次土壤湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V1.0)与观测资料之间的相关性和偏差,综合评估了融合土壤水分产品在高原的适用性。结果表明,两种融合资料在安多、那曲、聂荣、Sta-ave区域(小嵩草高寒草甸)4个站点表现较优,而融合资料在班戈(禾草高寒草原)、嘉黎(亚高山常绿叶灌丛)和比如(亚高山常绿叶灌丛)质量较差,阿里站(矮半灌木荒漠)是融合资料与观测相差最大的站点;融合土壤湿度产品的质量存在明显的日变化,并在14:00-20:00(北京时)表现为最差;融合资料的质量2014年整体上优于2013年,其中2013年8月中下旬和10月中旬两种资料质量较差,进一步分析发现当降水强度急剧增强时,融合资料的质量变差;融合产品质量在高原地区由东南向西北方向递减,相对于GLDAS资料,CLDAS在对四川东南地区和新疆地区大部分站点的土壤湿度描述能力上有了较大的改善,两种资料在四川东北部地区有较好的一致性。
2018 Vol. 37 (1): 123-136 [摘要] ( 61 ) [HTML] ( ) [PDF 21085KB] ( 130 )
137 冬春季昆明准静止锋与云贵高原地形的关系
段旭, 段玮, 邢冬, 张亚男
利用1961-2010年地面气象观测数据、2008年1月10日至2月15日和2013年12月10-20日ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析数据以及DEM地形高度数据,研究了昆明准静止锋(Kunming Quasi-Stationary Front,KQSF)位置、云贵高原地形和锋面附近大气要素三者之间的关系。研究结果表明:(1)云贵高原以乌蒙山脉(103°E)分为东、西两部,云贵高原东部地区昆明准静止锋出现的频次为61.5%,西部地区出现频次为38.5%,大部分冷空气被阻挡在了云贵高原东部地区,仅有少部分较强冷空气能越过乌蒙山脉进入云贵高原西部,高原大地形对冷空气的阻滞作用显著;(2)昆明准静止锋的进退与锋面前后地面温压场关系有较好的相关性,锋后冷气团越强、锋前暖气团越弱,锋面位置越偏西,反之越偏东,其相关的显著性主要体现在云贵高原西部,而在高原东部地区,地形作用降低了锋面位置与温压场的相关性;(3)高原地形阻挡作用使冷空气移动速度缓慢甚至停滞而形成准静止锋,抬升作用使局地近地层形成顺时针的次级环流,导致逆温层的出现,一旦冷空气越过高原,抬升作用减弱,逆温层消失;(4)东西风零线能较好地描述锋面位置和冷气团厚度,体现了KQSF呈准南北向和云贵高原地区的冷空气由东向西路径特征;(5)锋后冷高压的位势高度可表示冷气团的厚度,在云贵高原东部锋面位置取决于冷气团的厚度,当锋面到达云贵高原西部后,地形的阻挡作用显著减弱和消失,锋面位置取决于冷暖气团之间势力的强弱对比。
2018 Vol. 37 (1): 137-147 [摘要] ( 76 ) [HTML] ( ) [PDF 3382KB] ( 179 )
148 西北干旱区夏季晴天、阴天边界层结构及其陆面过程对比分析
杜一博, 张强, 王凯嘉, 张红丽
以2006年夏季敦煌野外观测的探空资料为基础,对比研究了西北的荒漠区晴天、阴天大气边界层的构造以及对应的陆面过程。结果表明,西北荒漠区晴天和阴天的对流边界层以及稳定边界层均比中国中部、东部地方发展旺盛。相比而言,晴天的边界层在构造和陆面过程都和阴天存有较大差异。晴天对流边界层高度可达3.5 km,稳定边界层高度约为1 km,而阴天这两者的日最大高度分别仅约为2.5 km和0.2 km。除边界层高度外,西北荒漠区的比湿表现为阴天高于晴天,晴天比湿随高度变化幅度大于阴天,阴天从地表开始向上200 m内出现较弱的逆湿现象,而晴天不出现逆湿现象。造成晴天、阴天边界层的不同原因主要是热力因子和动力因子差异。首先,强烈的太阳辐射、较大的感热通量转化率使得晴天比阴天热对流发展更加旺盛;其次,近地面水平风速晴天的速度均比阴天大,这种以湍流形式的动力作用也为晴天边界层的发展高度大于阴天提供了一定的动力背景。对流边界层在发展初期受陆面热力因子影响很大,没有了稳定边界层的限制后就会迅速发展,而且发展在时间上与净辐射、地表温度、感热通量的日变化中表现出一定的滞后性,这与能量的转化和传输有关。
2018 Vol. 37 (1): 148-157 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 4468KB] ( 128 )
158 新疆北部一次暖区暴雪过程锋面结构及中尺度云团分析
刘晶, 李娜, 陈春艳
通过对2014年1月29-30日北疆北部地区出现强降雪过程中常规资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料及卫星红外云图的分析研究。结果表明:(1)500 hPa极锋锋区偏西急流与中纬度西南急流交汇,锋区在巴尔喀什湖附近加强并东移进入北疆偏北地区,为此次暴雪天气的发生提供有利的环流形势;高低空急流耦合明显,在地形强迫和锋面抬升下垂直上升运动再次得到增强,是暴雪发生的有利动力抬升条件;(2)中低层暖锋锋生,锋区随高度向东北倾斜,暖湿气团强盛并沿底层冷楔爬坡,推动冷气团向北移动,暴雪区位于暖锋锋区前沿处;(3)巴湖附近带状云系中不断有中尺度云团生成、合并和消亡,暴雪区与中尺度云团边缘TBB等值线梯度大值区有较好的对应关系。
2018 Vol. 37 (1): 158-166 [摘要] ( 44 ) [HTML] ( ) [PDF 11165KB] ( 108 )
167 关中盛夏强湿雷暴环境条件与云微物理特征
张雅斌, 黄蕾, 毛冬艳, 杨睿
利用NCEP、地闪、云图和WRF模式等资料,分析总结2010年8月11-12日和2011年8月15-16日关中近10年地闪次数最多的两次湿雷暴天气特征。结果表明:欧亚中高纬为两槽一脊环流形势,西太平洋副热带高压(下称西太副高)稳定少动控制陕西,关中低层受切变线直接影响,有利于盛夏强湿雷暴发生。北部高层冷平流和正湿位涡向南下滑,陕北能量锋区南压,陕西西南部低层暖舌向东北方向伸展,关中不稳定层结加强,最大对流有效位能超过3 000 J·kg-1,垂直上升运动深厚,是强湿雷暴发生的有利环境条件。西太副高偏强偏西,"上干下湿"层结不稳定,近地层高温高湿,对流有效位能偏大,垂直上升运动中心和对流云顶偏高,导致强湿雷暴比普通暴雨过程地闪明显偏多。关中地闪与强降水二者中心接近,密集区与低层高位温区走向一致,主要分布在50 m-2·s-2以下正螺旋度区。强湿雷暴不同阶段对流云团与地闪分布差异明显。发展阶段,MCS冷云罩显著扩大,北侧TBB大梯度区呈反气旋北凸,对流云顶和地闪密集区不一致,地闪趋于集中、频次增大;成熟阶段,TBB中心降至-76℃以下,地闪密集区与对流云顶基本重合,密度和频次达到过程最大,正闪分散在负闪密集区西南方向;消散阶段,地闪密集区与云顶逐渐分离,明显减弱、分散,正闪相对活跃。WRF输出的-20~-10℃层之间雪、霰粒子质量混合比与地闪频数呈正相关变化,可有效指示关中地闪发展趋势。雪粒子落区相对连续、在地闪周围,霰粒子相对分散、中心靠近地闪密集区。雷暴成熟阶段,雪、霰粒子分别在8~16 km、6~12 km高度附近,密集区与显著上升运动区一致。上升运动偏强时,地闪平均电流和雨强偏大,与雪粒子空间相关性明显;上升运动偏弱时,地闪平均电流和雨强偏小,与霰粒子相关性明显。地闪频次峰值出现在对流云发展最高时段,频次成倍增大之后3 h内冷云面积显著增大至峰值,随后周边出现过程最大雨强。
2018 Vol. 37 (1): 167-184 [摘要] ( 44 ) [HTML] ( ) [PDF 40456KB] ( 122 )
185 中国两级阶梯地势区域冰雹天气的环境物理量统计特征
曹艳察, 田付友, 郑永光, 盛杰
通过时空匹配2002-2010年逐年3月1日至9月30日中国海拔3 km以下地区671个国家站逐时冰雹观测资料和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)FNL(Final Analysis)资料,以海拔1 km作为分界线划分为两个阶梯区域(简称两级阶梯,并把两个区域分别简称为一级阶梯和二级阶梯),对表征中国两级阶梯冰雹天气的水汽、热力和动力环境条件进行了统计分析。考虑气温0℃层高度对形成冰雹天气的影响,首先用0℃层高度对样本进行过滤,然后对两级阶梯冰雹天气的环境物理量特征进行统计和对比分析。结果表明,两级阶梯冰雹环境的水汽、热力和不稳定能量差异显著,一级阶梯冰雹往往出现在具有更不稳定的层结结构、更多不稳定能量、更多水汽含量以及更强的垂直风切变环境中。一级阶梯冰雹的整层可降水量集中在15~41 mm,二级阶梯则集中在6~30 mm,无冰雹出现在整层可降水量超过56 mm的环境中。两级阶梯超过50%的冰雹均出现在最有利抬升指数为负值的不稳定环境中,最优对流有效位能分布则表明,超过75%的冰雹均出现在具有一定不稳定能量的环境中;但当最有利抬升指数大于2.8℃时,两级阶梯均不会出现冰雹天气;两级阶梯超过50%的冰雹均出现在强的垂直温度递减率环境中。多物理量的高概率密度区更显著地揭示了两级阶梯冰雹天气所需的物理量分布差异。这些结果为两级阶梯冰雹天气的主客观潜势预报提供了客观的统计基础和依据。
2018 Vol. 37 (1): 185-196 [摘要] ( 54 ) [HTML] ( ) [PDF 4281KB] ( 115 )
197 近53年四川盆地夏季暴雨变化特征分析
陈丹, 周长艳, 熊光明, 邓梦雨
利用1960-2012年川渝逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和Hadley海温资料,借助小波变换、合成分析和相关分析等方法,讨论了四川盆地夏季暴雨的时空变化特征,分析了盆地西部和东部暴雨异常时的水汽输送、大气环流和海温异常情况。结果表明,四川盆地暴雨频数和暴雨量在东、西部呈相反变化,盆地西部暴雨呈减少变化,东部呈增加变化,暴雨量和暴雨频数存在十分显著的正相关。盆地西部暴雨量在20世纪60年代和80年代偏多,90年代出现显著减少的变化,21世纪初也明显偏少,20世纪60年代、80年代中期至90年代末主要为显著的6~7年年际周期振荡;盆地东部暴雨量在60年代和70年代明显偏少,80年代、90年代以及21世纪初明显偏多,20世纪70年代初至90年代初主要存在显著的8~9年年际周期振荡和14~15年的年代际周期振荡。副热带高压(简称副高)偏北偏强,有利于西太平洋水汽输送至盆地西部地区,中高纬度槽线发展引导冷空气南下与副高西南侧的暖湿气流在盆地西部汇合,导致盆地西部暴雨偏多;副高偏南,西太平洋水汽向盆地东部输送较多,贝加尔湖西部多阻塞形势,冷空气南下有所偏东,使得冷空气和暖湿空气在盆地东部汇合,导致盆地东部暴雨偏多。西太平洋暖池偏强(弱),ENSO冷(暖)事件时,四川盆地西部暴雨偏多(少);盆地东部暴雨与海温的关系明显弱于西部,主要表现为负相关。
2018 Vol. 37 (1): 197-206 [摘要] ( 53 ) [HTML] ( ) [PDF 2178KB] ( 133 )
207 海南岛地形对局地海风降水强度和分布影响的数值模拟
王莹, 苗峻峰, 苏涛
利用高分辨率模式WRF对2013年5月31日发生在海南岛的一次海风降水过程进行数值模拟,通过不同地形高度及裸土化的敏感性试验,探讨了地形对局地海风降水模拟的影响。结果表明,随着海风环流的不断发展,海风锋与降水落区几乎同相向内陆推进,降水落区主要分布在岛屿西部的黎母岭山前。海南岛海风降水的强度及分布特征与当地四周低平、中间高耸的地形特点密不可分,地形在整个海风降水期间存在动力、热力作用的交替演变。11:00(北京时,下同)-16:00,降水主要由岛屿单侧海风锋引起,由于海风所经之处地形坡度较低,地形对海风的影响以热力增强为主,地形高度越大,驱动海风发展的海陆感热通量差异越大,海风环流发展越旺盛,降水强度也越大。17:00-21:00,降水主要由东南、西北向海风锋正向碰撞造成,随着海风不断向内陆传播,地形的动力阻挡作用越来越强,当地形坡度增加到一定程度时,这种阻挡作用可以迅速削弱海风环流,使降水强度减小。裸土化试验进一步表明,地形高度变化导致的以上影响依赖于下垫面的非均匀特征,地形和植被的共同作用可使地表能量的分配产生更大的差异,进而对局地降水产生较大的影响。
2018 Vol. 37 (1): 207-222 [摘要] ( 48 ) [HTML] ( ) [PDF 23035KB] ( 98 )
223 毫米波雷达反演层状云液态水路径研究
姚志刚, 杨超, 赵增亮, 王磊
为了从毫米波雷达观测数据准确反演云中液态水路径,利用中国区域飞机探测资料得到的云粒子谱参数,基于2008年寿县ARM-AMF地基毫米波云雷达观测,针对层状云采用不同的云粒子谱参数假定,由物理迭代法和经验关系法反演云中液态水路径,并与地基微波辐射计的云水产品进行对比,开展了基于地基毫米波雷达的层状云液态水路径反演算法的对比分析。结果表明,反演结果与谱参数的选取以及云的特征密切相关,但物理迭代法总体上优于传统的经验关系法且前者对谱参数假定的依赖性相对较弱;基于中国区域的飞机探测资料得到的谱参数能够得到更优的反演结果;云中可能存在的大粒子是云雷达液态水路径反演高估的可能原因之一。最后,提出了基于云特征的谱参数选择方案,显著改进了云中液态水路径的反演结果。
2018 Vol. 37 (1): 223-233 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 9079KB] ( 118 )
234 黑河下游影响荒漠河岸胡杨林蒸腾的冠层与大气耦合分析
高冠龙, 冯起, 张小由, 鱼腾飞
基于2014年胡杨主要生长季内树形特征、树干液流、环境因子的实际观测数据,利用经验公式,计算了胡杨冠层蒸腾速率、冠层气孔导度与解耦系数的值,分析了其日变化与季节变化特征。结果表明:(1)从日变化趋势来看,解耦系数在早晨和傍晚时较小,中午达到最大值,这主要是由于早晨和傍晚时太阳辐射比较弱、作物气孔开度小,使冠层气孔导度降低造成的;而中午时冠层气孔导度达到全天的最大值,解耦系数值也达到最大。(2)从季节变化趋势来看,解耦系数与冠层气孔导度变化趋势相近,在生长季内均呈先增大后减小,之后略有浮动增大,最后减小的趋势。本研究对影响荒漠河岸胡杨林蒸腾的冠层与下层大气进行相关性推断,认为影响胡杨林蒸腾的冠层与大气耦合度较高。尽管试验地处于极端干旱区,下层大气十分干燥,林冠层叶气界面水分散失很快,但黑河下游河岸林供水良好,林冠层空气动力学条件相近,使得胡杨林蒸腾主要受叶面气孔控制。
2018 Vol. 37 (1): 234-239 [摘要] ( 40 ) [HTML] ( ) [PDF 763KB] ( 101 )
240 四套再分析土壤湿度资料在中国区域的适用性分析
朱智, 师春香, 张涛, 王佳强
利用国家气象信息中心提供的"中国农业气象土壤水分数据集(1981-2010年)(V1.0)"中150个农业气象站的土壤湿度观测资料,对2001-2010年CFSR、ERA-Interim、NCEP R-1和NCEP R-2四套再分析土壤湿度资料在中国区域的适用性进行了比较与评估。结果表明:(1)从空间分布来看,四套再分析资料都可以正确描述出中国区域土壤湿度的分布特征,但是NCEP R-1对于青藏高原土壤湿度的模拟存在一定的问题;(2)从时间变化来看,CFSR再分析资料能够较好地描述了土壤湿度的时间变化,而NCEP R-2再分析资料表现得较差;(3)从土壤湿度的季节循环看,在表层,CFSR和ERA-Interim再分析资料模拟地比较好,而NCEP R-1和NCEP R-2再分析资料出现了高估现象;而在深层,除NCEP R-1外,其他三种再分析资料都可以较好地模拟出土壤湿度的季节循环。
2018 Vol. 37 (1): 240-252 [摘要] ( 41 ) [HTML] ( ) [PDF 18615KB] ( 110 )
253 基于带约束项广义变分同化AIRS云影响亮温研究
王根, 张建伟, 温华洋, 杨寅
经典变分同化基于误差服从高斯分布理论,在同化受云影响的红外探测器通道亮温时,需进行云检测或只同化权重函数峰值位于云顶之上的通道亮温。在云检测过程中需对亮温进行严格的质量控制以剔除"离群值",导致丢失大量有用数据。文中基于带约束项非高斯模型的广义变分对高光谱大气红外探测器(Atmospheric Infra-Red Sounder,AIRS)受云影响亮温进行了初步的同化研究。在执行过程中,首先,动态选择AIRS通道形成通道子集。其次,把云参数(有效云量和有效云顶气压)作为辐射传输模式输入变量参与变分同化极小化迭代并用于通道子集亮温模拟。同化试验结果表明,对于高云,基于Cauchy-估计的变分同化反演结果最好,而对于中云和低云,基于Huber-估计得到了较好的同化反演结果。然而,在反演模式高层温度时,基于Fair-估计反而得到了较差的结果,但其对于湿度反演效果较为理想,其结果可能与Fair-估计分布的固有特点有关。带约束项广义变分同化方法对受云影响亮温的同化效果比经典变分方法的好,但依赖于M-估计的选取。
2018 Vol. 37 (1): 253-263 [摘要] ( 49 ) [HTML] ( ) [PDF 7329KB] ( 112 )
264 基于多普勒天气雷达体扫资料的MARC特征自动识别算法
肖艳姣
下击暴流是对流风暴最常产生的天气现象,预报其初始爆发的时间是强对流风暴预报中最具挑战性的内容之一。而较为显著的中层径向辐合(Mid-Altitude Radial Convergence,MARC)特征是下击暴流的预警指标之一,预报时效为10~30 min。基于多普勒天气雷达体扫资料的三维MARC特征自动识别算法首先采用二维局地LLSD方法计算径向速度的径向散度切变,其次是基于径向散度切变数据,使用类似SCIT算法的SCRCZI算法进行风暴单体三维径向辐合区的自动识别,然后使用基于反射率因子数据识别的风暴位置对与强风暴无关的三维径向辐合区进行消空处理,最后被保留下来的三维径向辐合区就是被识别出来的三维MARC特征。该算法能较好地识别出与强风暴相关的三维MARC特征,包括表现为非典型"正-负速度区域对"的径向辐合区。使用武汉雷达观测的强风暴个例体扫资料,分析了一个产生下击暴流的强风暴反射率因子和径向速度回波演变特征,并对MARC识别算法进行了检验。结果表明:在最低仰角径向速度图上首次出现辐散特征之前的3个体扫和之后出现辐散特征的3个体扫里,该算法都识别出了强风暴较为显著的三维MARC特征,其平均高度为3.9 km,平均厚度为2.5 km,最强辐合高度位于3.0~4.6 km之间,平均最强辐合量为-58×10-4 s-1,预报时效为18 min。
2018 Vol. 37 (1): 264-274 [摘要] ( 46 ) [HTML] ( ) [PDF 23605KB] ( 97 )
275 三种风场再分析资料在辽宁省海岸带的比较与评估
敖雪, 翟晴飞, 崔妍, 周晓宇, 易雪, 沈历都, 赵春雨, 林蓉
利用1981-2015年辽宁省海岸带20个气象站常规观测资料与同期ERA-Interim、JRA-55和CFSR三种再分析资料进行对比分析,讨论了风速场再分析资料在辽宁省海岸带的适应性问题。结果表明,三种再分析资料与观测资料的大风相关性均通过显著性检验,ERA资料相关性最好,但ERA的最大小时风速明显较观测资料偏小。三种再分析资料在空间上的偏差有明显的不均匀性,绥中、兴城一带偏差较小,旅顺口站偏差较大;CFSR资料最大小时风速的偏差绝对值小于1的站点最多,适用性较好;ERA资料的大风次数与观测资料最为接近,且14:00(北京时,下同)最大小时风速和大风次数的偏差均较08:00偏小。三个海区最大小时风速平均绝对误差的差别不显著,基本在1.5~3 m·s-1之间,而大风次数的误差较显著,渤海海峡误差相对较大,黄海北部次之,渤海北部误差最小,其中CFSR资料的风速平均绝对误差最小。观测的最大小时风速和大风次数呈显著减少趋势,JRA和CFSR资料呈缓慢减少趋势,而ERA资料呈增加趋势;ERA和JRA资料的年代际曲线波动平稳,不能表现出观测资料的年代际变化趋势,CFSR资料与观测值最为接近,但是变化趋势较观测资料缓慢。在长期变化趋势空间分布上,CFSR资料的可信度相对较好,JRA资料次之,ERA资料差别较大。
2018 Vol. 37 (1): 275-285 [摘要] ( 51 ) [HTML] ( ) [PDF 6703KB] ( 113 )
286 黄土高原半干旱区沙尘气溶胶光学和微物理特性
史莹莹, 张镭, 田鹏飞, 刘慧, 马强
利用2006-2012年兰州大学半干旱气候与环境观测站太阳光度计资料,采用严格判断方法确定出沙尘气溶胶数据,分析沙尘气溶胶的光学和微物理特性。结果表明,沙尘气溶胶光学厚度最大值(2.80)出现在春季,主要分布在0.3~0.8,日均值0.63。Ångstr m波长指数与光学厚度位相相反,春季最小(0.002),秋季最大(0.525),主要分布在0.2~0.4,日均值0.27。沙尘多为大粒径气溶胶,粒子谱粗模态占主导。总粒子和粗模态粒子体积浓度变化很大,与光学厚度年变化一致,在4月达到最大。有效半径与复折射指数实部变化一致,春、冬季较大,夏、秋季较小。单次散射反照率冬、春小,夏、秋较大,最小值出现在2月,与复折射指数虚部反位相。
2018 Vol. 37 (1): 286-295 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 3565KB] ( 107 )
296 重霾天气气溶胶辐射效应对近地面臭氧峰值的影响
刘姝岩, 包云轩, 金建平, 刘诚, 许建明, 李建民, 黄建平
重度灰霾(或重霾)条件下,大气气溶胶颗粒物显著衰减到达地表的太阳紫外辐射,对臭氧O3光化学过程形成产生重要影响。通过对2013年12月1-10日发生在长三角地区的一次重霾过程进行详尽分析,结合对流层紫外和可见光模型(TUV)及NCAR箱式模型(MM),探讨气溶胶辐射效应对地面臭氧形成和浓度峰值的影响。研究表明,区域输送、稳定边界层累积和二次气溶胶过程等是导致本次重霾发生的主要原因;重霾条件下,臭氧光化学反应明显减弱,臭氧日峰值明显降低,但光化学反应仍缓慢进行;受各种因素如区域输送、边界层累积效应及二次气溶胶等过程影响,臭氧浓度随细颗粒物PM10浓度升高而缓慢上升。TUV和MM模拟结果与观测吻合较好,模拟结果进一步显示,当气溶胶光学厚度AOD由0.8增加到2.0时,到达地表的紫外辐射衰减63%,地面臭氧峰值浓度降低近83%,表明随着灰霾污染加重,近地层臭氧浓度有所降低。
2018 Vol. 37 (1): 296-304 [摘要] ( 42 ) [HTML] ( ) [PDF 1436KB] ( 112 )
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