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• 大气边界层高度确定及应用研究进展
• 张宏昇

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  摘要

  2020-03-29

• 摘要：大气边界层高度是表征边界层特征的重要参量,影响边界层内水热、物质、能量的垂直分布,也是数值模拟、环境评估中的重要参数。从湍流运动、热力作用、动力作用以及物质分布角度总结了大气边界层高度的定义及确定方法,回顾了采用直接观测手段和遥感手段确定大气边界层高度的不同方法,对比了大气边界层高度不同获取手段的优缺点,总结了大气边界层高度参数化方法,探讨了大气边界层高度确定中存在的问题,并指出未来相关研究和应用可能的突破方向。

• 江淮梅雨季节亚洲阻塞高压活动统计特征
• 孙晓晴,金荣花,肖天贵,杨宁,魏薇

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  摘要

  2020-03-27

• 摘要：[资料和方法]此文利用1960—2018年6—7月NCEP/NCAR逐日再分析资料和同期中国国家站日降水量资料，[目的]对江淮梅雨季节亚洲地区阻塞高压活动地理分布、关键区阻塞高压事件活动频次、生命周期以及年际和年代际变化，及其与江淮梅雨异常之间关系进行了系统的分析。[结果][结论]结果表明：（1）近59年江淮梅雨季节（6—7月），亚洲阻塞高压事件共计363次，其中心主要分布在乌拉尔山区域（40—80°E）、贝加尔湖区域（80—120°E）和鄂霍茨克海区域（120—160°E）三个关键区。（2）三个关键区阻塞高压事件的次数和累积日数由高到低依次为：鄂霍茨克海、乌拉尔山区域和贝加尔湖区域。双阻形势以乌拉尔山—鄂霍茨克海双阻居多，约占亚洲地区双阻日数的60%。阻塞事件的平均生命周期7天左右，最长维持时间为13天。（3）三个关键区总的及分区的阻塞次数和日数都有明显的年际变化，并呈增加的趋势，其中线性增加趋势最为明显的是鄂霍茨克海区域，与近59年江淮梅雨季节的累积雨量增加趋势一致。（4）江淮梅雨季节降雨量多寡与阻塞高压活动密切相关，梅雨正（负）异常年鄂霍茨克海区域、乌-鄂双阻日数和次数显著偏多（偏少），而乌拉尔山和贝加尔湖区域的阻塞高压事件与梅雨关系并不显著。（5）江淮梅雨季节，鄂霍茨克海阻高的日数多寡可能与前期海面温度异常信号ENSO有关。

• 集合预报多尺度奇异向量初值扰动方法研究
• 叶璐,刘永柱,陈静

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  摘要

  2020-03-26

• 摘要：[目的]目前国际上采用的奇异向量集合预报初值扰动法对于初值不确定性的描述存在一定的不足,为了更有效地反映初始误差的时空多尺度特性,[资料和方法]基于GRAPES全球奇异向量计算技术,计算了不同空间分辨率及不同最优时间间隔的多个尺度的奇异向量(Singular Vectors,SVs),并采用基于高斯分布的线性组合法来构造基于多尺度奇异向量的扰动初值,以代表在相空间中增长最快的多尺度初值误差模态。通过2019年1月19日的初值扰动集合预报试验,对比分析了单一尺度SVs初值扰动法与多尺度初值扰动法的扰动特征以及集合预报效果。[结果]结果表明,多尺度奇异向量初值扰动法为区域集合预报提供初始扰动场是合理的,扰动的大小随时间增长,且在空间分布上较好地反映了当前大气的斜压不稳定特征。此外,多尺度奇异向量扰动可以描述一定的大尺度以及中小尺度运动误差特征,较单一尺度奇异向量扰动,能反映出更多初始场的不确定信息。检验分析表明,GRAPES多尺度奇异向量集合预报在集合一致性、连续等级概率评分、离群值等方面有一定的优势,相比于单一尺度奇异向量法,有较好的预报技巧。[结论]因此,基于GRAPES的多尺度奇异向量初值扰动法对于集合预报的预报效果等有一定的提高,能为构建一套完善的GRAPES区域奇异向量集合预报系统提供一定的科学依据和应用基础。

• 两种微物理方案对夏季东北亚阻塞过程影响的数值模拟结果分析
• 杨旭

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  摘要

  2020-03-26

• 摘要：选用FNL再分析资料，利用中尺度模式WRF对2011年7月25日-8月3日的一次东北亚阻塞高压过程进行数值模拟试验。通过数值对比试验，讨论有冰相物质和无冰相物质的两种微物理方案对此次阻塞高压过程的强度和维持时间模拟的差异，并简要阐述原因。结果表明：中尺度模式WRF对阻塞高压过程有较好的模拟效果，有冰相物质的微物理方案模拟的阻高强度及维持时间较接近实况，整体阻塞闭合环流形式、高压中心值、中心位置、强度以及中心上下游的低压槽强度均与实况接近；无冰相物质的微物理方案模拟阻塞高压在500hPa及200hPa平均位势高度场上没有闭合的高值中心出现，500hPa阻塞高压强度弱，持续时间短，200hPa则相反。进一步研究发现，这两种差异主要由阻塞高压活动区域内的非绝热加热不同引起的，它对阻塞高压高形成的强度和维持时间具有很好的指示意义。另外，阻塞高压附近区域的微物理潜热释放对阻塞过程的强度和维持时间也有一定影响

• 江苏北部不同等级雾的微物理结构及个例分析
• 祖繁,袁成松,吴泓,王宏斌,朱毓颖,朱承瑛

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  摘要

  2020-03-20

• 摘要：[资料]利用2015年秋季、2016年冬季在江苏北部观测到12次雾过程的雾滴谱仪数据及常规气象资料，[目的]统计分析了轻雾、大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾等级下的微物理特征量及雾滴谱分布，并通过一次雾过程的分析，探讨了不同雾等级下的主要微物理过程。[结果和结论]结果表明：随着雾等级的提升，雾滴数浓度、含水量增长明显，而轻雾、大雾和浓雾的平均直径和最大直径差异不大，但当能见度小于200 m时，平均直径和最大直径显著提升；能见度下降时，平均数浓度谱和含水量谱的谱型均产生抬升现象，从浓雾到强浓雾，粒径大于10 μm的大雾滴增长明显；雾滴数浓度主要由小雾滴控制，雾滴含水量受大雾滴影响；东海县郊的雾滴平均含水量与南京观测结果相差不大，但雾滴数浓度仅为南京的一半左右，平均直径大约是南京的2.3倍；个例分析中，能见度从1000 m下降到50 m，液滴活化并凝结增长是主要微物理过程，但可凝结水汽是影响该过程效果的一个重要因子，可使雾滴数浓度和平均直径呈现不同的相关性；能见度降到50 m以下时，碰并过程效果显著；日出后雾滴蒸发退活化作用显现并逐步增强。

• 高阶正定守恒的中心约束多矩有限体积平流模式
• 舒谦,唐杰,陈春刚,肖锋,沈学顺,周立隆,李泽椿,朱克云,李兴良

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  摘要

  2020-03-12

• 摘要：本文采用新的均匀三点中心约束多矩有限体积方法（MCV3_UPCC: 3-point Multi-moment Constrained finite-Volume scheme for Uniform Points with Center Constraints），[目的]发展了一个三阶正定守恒的平流模式。三点多矩有限体积方法在单网格内定义等距的三个自由度，采用多矩约束条件并通过控制方程获得时间演变方程。[方法]新的三点中心约束多矩方法能在单网格内采用等距的三个点值及中心一阶、二阶导数作为约束条件进行空间四次多项式数值重构，获得三个自由度的时间演变方程；所构建的新数值方案具有三阶精度，边界通量连续性保证了其数值严格守恒。为了抑制该方法的非物理数值振荡，引入了边界保型（BP: Bound-Preserving）限制器技术，它能够把数值解控制在既定物理场最小值（最小值为零时则保持数值正定）与最大值之间。[结果和结论]数值试验表明新发展的三阶平流模式具有良好的计算精度，能够严格保持数值解的正定性和守恒性，同其他高精度平流模式相当，在实际大气模式水汽等平流输送应用中具备良好的发展潜力。

• 基于WRF模式的对流尺度边界层方案参数随机扰动方法研究
• 王璐璐,闵锦忠,刘畅

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  摘要

  2020-03-12

• 摘要：边界层(PBL)参数化方案的准确性会影响模式对近地面变量和大气低层热动力结构的模拟,这对雷暴等强对流天气的预报非常重要。但PBL方案内在的不确定性使得单一预报具有局限性。随机参数扰动（Stochastic parameter perturbation, SPP）方案是一种针对物理参数化方案中不确定的参数进行扰动的集合预报方法,从根源上表征了预报不确定性。本文借助了常用的MYNN PBL方案,使用SPP方法扰动了方案中重要的三个不确定参数,探究了该方法在对流尺度集合预报中对北京一次雷暴过程的影响。同时调整了SPP方法的3个参量(去相关时间尺度、空间尺度和格点标准差)以探究在对流尺度中对MYNN方案中参数进行扰动的最优设置。结果表明：随机扰动MYNN边界层方案参数(SPPM)的方法可以有效提高近地面变量和700hPa以下低层变量的离散度,同时提高了此次短时强降水的位置和强度预报。对三个参量的试验说明去相关时间尺度增大为12h时集合离散度有明显提高。格点标准差增大为0.20时预报技巧也略有提高。去相关空间尺度维持在默认值700km较好,尺度过小(150km)技巧有明显降低。

• 基于高分辨率高程数据统计分析新一代天气雷达组网的地形遮挡影响
• 柳云雷,李昌兴,张乐坚,文浩,王曙东

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  摘要

  2020-03-12

• 摘要：新一代天气雷达由于受到地形限制产生波束遮挡导致波束能量衰减，从而造成雷达探测回波强度偏弱、雷达定量估测降水结果失真，因此对于雷达波束遮挡情况的统计和分析是一项重要的基础研究工作。利用SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）数字高程数据对中国目前业务运行的212部新一代天气雷达波束遮挡情况进行模拟计算分析。计算结果包括雷达单站遮蔽角、VCP21模式0.5°、1.5°、2.4°、3.4°、4.3°仰角波束遮挡率、混合扫描及分区混合扫描波束遮挡率，雷达单站探测范围覆盖情况；计算并绘制全国天气雷达组网遮挡率拼图，统计全国天气雷达组网遮挡情况；利用2019年8月广东省11部天气雷达基数据对比验证单站及组网遮挡计算结果。结果表明雷达组网探测面积覆盖率超过70%，整体覆盖效果较好，遮挡计算结果与实际数据对比验证结果高度一致，对雷达数据订正、降水估测等产品具有正贡献。

• 京津冀及周边地区冬季能见度与PM2.5和环境湿度的多元回归分析
• 刘兆东,王宏,沈新勇,彭玥,施义舍

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  摘要

  2020-03-10

• 摘要：2013年至今，我国冬季与雾霾相伴的低能见度事件频发，京津冀及周边地区尤为严重。PM2.5浓度与环境湿度是导致低能见度的最关键影响因素。[目的]为了深入研究PM2.5浓度与环境湿度对大气能见度的影响，[资料和方法]利用2017年1月京津冀及周边地区MICAPS气象数据与PM2.5观测数据，运用天气学诊断分析方法讨论了不同相对湿度下PM2.5浓度、环境湿度对冬季能见度变化的相对贡献，按照地理环境与污染程度差异将京津冀及周边地区划分为北京-天津地区与河北-山东地区，建立了PM2.5浓度、露点温度、温度对能见度的多元回归方程，并对2015、2016、2018、2019年冬季能见度进行了回算检验。[结果和结论]研究结果显示：相对湿度低于70%、PM2.5浓度低于75μg/m3时，北京-天津地区与河北-山东地区能见度多高于10km，PM2.5浓度增加是此时能见度迅速降低的主导因素；相对湿度上升（70-85%）和PM2.5浓度增加（75-200μg/m3）的共同作用导致了能见度降低至10-5km；能见度进一步下降至5-2km则更多依赖于相对湿度的进一步升高（85-95%），PM2.5浓度与此时能见度相关性减弱；能见度降低至2km甚至更低主要是由于水汽近饱和状态下（相对湿度为95%以上）的雾滴消光，与PM2.5浓度的变化关系不大。与不分组直接拟合相比，以相对湿度85%为限，分别拟合能见度能够很大程度优化多元回归模型，相对湿度高于85%时能见度拟合值的RMSE从9.2、5.2下降至0.5、0.7，5km以下拟合能见度的误差大幅度减小。按相对湿度85%将数据分组所得的拟合方程对2015至2019年1月能见度估算结果较好，观测值与拟合值相关系数均高于0.91，为雾-霾数值预报系统提供了新的能见度参数化算法。

• 中国当代强对流天气研究与业务进展
• 俞小鼎,郑永光

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  摘要

  2020-03-05

• 摘要：对当代中国几十年来强对流天气研究和业务进展进行了阐述。主要包括强对流系统产生的环境背景和主要组织形态，以及具体强对流天气的有利环境条件、触发机制、卫星云图特征、多普勒天气雷达回波特征以及预报预警技术等诸方面进行综述。总体来看，中国学者对中国强对流以及不同类型强对流天气（强冰雹、龙卷、雷暴大风）发生发展的环流背景以及通过雷达和卫星观测到的组织结构及其演变特征都已有了明确认识，研究了对流系统的多种触发机制，充分认识了超级单体、飑线等对流系统的环境条件、组织结构特征和维持机制，了解了中国中尺度对流系统的组织形态和气候分布特征，获得了强冰雹、龙卷、下击暴流和雷暴大风等的雷达、卫星和闪电等的多尺度观测特征、形成机制和现场灾害调查特征，发展了各类强对流天气分析方法、以及基于“配料法”和深度学习方法等的预报预警技术等。

• 地形作用下低空急流的演变与强降水对流风暴系统的相互作用
• 黄小彦,孙继松,刘文婷

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  摘要

  2020-03-05

• 摘要：利用雷达、卫星、风廓线雷达和地面加密区域站等观测资料,分析了2016年入梅后发生在鄂东地区一次极端强降水事件的中尺度对流系统发生发展过程、结构演变及其传播特征,旨在揭示造成强降水过程中三个MCS的触发、发展维持机理以及它们之间内在的中尺度动力学关系,尤其是地形作用下的低空急流的演变与强降水对流风暴系统相互作用过程。研究表明：(1)与大多数梅雨锋上的强降水带与低空切变线平行分布不同,此次极端强降水雨带呈倾斜的n字形,其中两条主雨带近乎与低空切变线垂直；此次极端强降水分别由大别山迎风坡上西北-东南向MCS、湖北中东部平原地区西北-东南向MCS和桐柏-大洪山东侧东北-西南向MCS造成。三个MCS移动缓慢,都具有后向传播的特征。(2)大别山迎风坡上MCS初始雷暴是低空急流下边界不断向下扩展过程中在地形抬升作用下触发的,而湖北中东部平原地区的MCS和桐柏-大洪山东侧MCS的触发、发展、加强都与大别山迎风坡上MCS形成的冷池加速推进形成的出流边界与环境气流形成的强烈辐合抬升作用有关。(3)垂直于大别山的边界层西南急流对山坡上的对流冷池产生的顶托作用不仅平衡了冷池密度流产生的向下作用力,而且进一步强化了山区的辐合抬升强度,使得大别山迎风坡上强降水风暴系统得以长时间的维持和发展；当山坡上的对流冷池堆积到足够厚度,或者由于低空急流的下边界迅速抬高,这种平衡被打破,大范围的冷池俯冲下山并在平原地区快速推进,造成了湖北中东部平原地区产生大范围的雷暴大风和MCS发展加强,并沿冷池前沿逐步组织化,形成平原地区东南-西北向的强降水带。

• 大样本初始化十年际预测试验(CESM-DPLE)对东亚夏季气候预测的评估
• 姜大膀,司东,郎咸梅

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  摘要

  2020-02-24

• 摘要：[资料和方法]基于气温和降水观测资料以及NCEP/NCAR大气再分析资料,[目的]系统评估了大样本初始化十年际预测试验CESM-DPLE对1959–2016年东亚夏季气候预测的能力。[结果]结果表明,CESM-DPLE能较好地模拟东亚夏季气候以及相关主要大气环流系统的基本态特征,在年际尺度上对东亚气温有很高的预测技巧但对降水几乎没有能力。CESM-DPLE再现了北大西洋多年代际振荡(AMO)经由激发遥相关波列所引起的中高纬大气环流、东亚夏季风和气候的异常。20世纪90年代末之后,AMO由冷位相转为暖位相,遥相关波列位相调整,东亚受异常低压控制,东亚夏季风偏强,夏季气温偏高、降水偏多。[结论]总体上,尽管还存在着不足,CESM-DPLE对东亚夏季温度年际变化以及与20世纪90年代末AMO位相转变相联的东亚夏季气候年代际变化具备一定的预测能力,是目前研究和预测东亚气候变化的一套较好试验数据。

• 中国干旱事件成因和变化规律的研究进展与展望
• 张强,姚玉璧,李耀辉,黄建平,马柱国

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  摘要

  2020-02-14

• 摘要：干旱是世界上危害最广泛、最严重的自然灾害之一,我国作为典型的季风气候区,受干旱灾害的影响尤为突出。国际上对干旱问题进行了大量研究,已逐渐由对干旱的定性和表象的认识,发展到干旱客观特征的定量认识和形成机理的深入揭示。我国自新中国成立以来,从只对一些重大干旱事件的零散研究到逐步与国际干旱研究的完全接轨, 在干旱研究方面取得了长足进展。但目前,对干旱研究取得的科学进展缺乏客观清晰的认识,对干旱研究的发展方向尚未充分洞察。本文在全面了解国际干旱研究现状的基础上,系统回顾了新中国成立以来我国干旱研究的历程,总结了我国干旱研究的重要进展,划分出了干旱事件的现象特征和时空分布、干旱形成机理及变化规律、干旱灾害风险和骤发性干旱研究兴起等我国干旱研究的四个主要发展阶段,并从干旱事件特征、干旱时空分布、干旱变化规律、干旱成因、干旱影响机制、干旱风险形成过程以及干旱对气候变暖的响应、骤发性干旱的特殊性等方面归纳凝练了我国干旱研究的重要成果。同时,结合干旱研究的国际前沿、热点问题和发展趋势,科学分析了我国干旱研究的不足和问题,提出了未来我国需要在加强典型干旱频发区综合性干旱科学试验研究的基础上,在干旱形成的多因子协同作用、陆-气相互作用对干旱形成发展的作用、骤发性干旱的判别及监测预测、各类干旱之间传递规律及其非一致性特征、关键影响期对农业干旱发展的作用、干旱对气候变暖响应的复杂性、干旱灾害风险的科学评估等六个重点科学问题上取得突破。该研究对我国干旱研究未来布局和规划及推动干旱研究取得新的突破有重要指导意义。

• 江淮地区一次冰雹过程的双线偏振雷达观测分析
• 杨吉,郑媛媛

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  摘要

  2020-02-03

• 摘要：为了进一步认识冰雹和三体散射的双线偏振雷达观测特征，提高业务预警能力和奠定基于双线偏振雷达的地面降雹识别基础，利用南京双线偏振雷达观测资料，统计分析了2019年3月20日冰雹过程发展、成熟和降雹阶段的观测特征及微物理过程。结果表明：1）雹暴在成熟阶段具有高悬的强回波中心和较高的顶高，强回波中心ZDR < -0.5 dB，ρhv约为0.9，由于冰雹后向散射相位的影响，该区域KDP呈现负值，指示了该区域有冰雹存在，并被HCA方法(Park et al. 2009)正确识别；2）降雹阶段，高层反射率因子减小，强回波中心下降到地面附近，融化层以下ρhv增加，指示高层下落的冰相粒子整体尺寸减小；HCA识别到冰雹开始减少时，地面观测到降雹；3）三体散射的ZH，ρhv和（SD（ZH））概率密度分布与北美三体散射比较接近； ZDR分布更偏向于负值区域，SD（φDP）分布范围大约是北美结果的两倍。

• 我国数值天气预报的自主创新发展
• 沈学顺

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  摘要

  2020-01-22

• 摘要：数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。我国数值预报研究和业务应用一直受到高度重视,在理论、方法和数值模式研究方面取得了有广泛国际影响的研究成果。本文在回顾新中国数值天气预报自主创新研究成果的基础上,重点对GRAPES(Global Regional Assimilation and PrEdiction System)研发和业务应用的状况以及所取得的重要科学进展进行了综述。近年来,通过自主研发建立了自主数值预报业务全面体系～GRAPES体系。在我国首次以自主技术实现了从区域3～10公里到全球25～50公里分辨率的确定性与集合预报的完整数值预报体系,并建立了大气化学数值预报、台风数值预报和海浪预报系统等。自主数值预报体系的建立是长期坚持既定科学技术方向、以及研究和业务应用经验不断积累的结果,是我国自主发展数值预报技术的重要起点。

• 我国全球气候系统模式的发展及其模拟和预估
• 周天军,陈梓明,邹立维,陈晓龙,俞永强,王斌,包庆,鲍颖,曹剑,何编,胡帅,李立娟,李建,林岩銮,马利斌,乔方利,容新尧,宋振亚,唐彦丽,吴波,吴统文,辛晓歌,张贺,张明华

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  摘要

  2020-01-22

• 摘要：地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。我国的地球气候系统模式研发工作自20世纪80年代开始,在最近10年得到了快速发展,在研发格局上,已经形成中科院、部委和高校三足鼎立的局面。本文在简要回顾中国地球气候系统模式早期发展历史的基础上,总结了中国参加第六次耦合模式比较计划的9个地球气候系统模式[资料和方法]的技术特点[目的],初步评估了中国4个模式对全球和东亚气候模拟的基本性能,分析了其在四种共享社会经济路径情景下对全球降水与温度的预估变化及其与平衡态气候敏感度的联系[结果]。最后,结合国际态势,从发展的角度,提出未来我国气候模式研发工作需要加强的八个方向[结论]。

• 近百年中国气候变暖趋势之再评估
• 严中伟

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  摘要

  2020-01-10

• 摘要：基于均一化的气温观测序列集，1900年以来中国气温升高趋势约1.3-1.7℃/100年。这个已用于新近的国家气候变化评估报告的结果，远大于早期的评估结果（0.5-0.8℃/100年）。本文回顾了始于上世纪80年代的中国百年气温序列的研究，指出其中关键进展在于近年来研发了均一化的长期站点气温观测序列集。早年构建的中国气温序列中，1940年代前异常偏暖，除了战乱期间观测缺失严重及记录代表性问题外，主要是由于1950年代前后很多台站迁址导致早期气温观测值系统性地偏高所致，从而低估长期变暖趋势。1940年代前后部分区域确实偏暖，但由于不同区域气温波动位相不一致，因而大范围平均序列中并不明显。这一事实可与近年发展的“北极暖-大陆冷”等气候变化动力学理论以及一些区域气温代用资料相映证。近几十年城市化对中国气温趋势之贡献大小尚存争议，但远非主导因素。本文最后总结了该领域尚存问题及未来值得重视的进一步研究。

• GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究
• 吴政秋,张进,陈静,庞波,夏宇,陈法敬

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  摘要

  2020-01-03

• 摘要：[目的]为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性，[资料和方法]采用2009年至2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据，分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征，在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法（Conditional Typhoon Vortex Relocation，CTVR），构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程，利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System, GRAPES-REPS）,对2018年西北太平洋上的三个台风（1808号“玛莉亚”、1824号“谭美”和1825号“康妮”）进行轴对称结构和轴对称加非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。[结果]结果表明：（1）中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km，可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值；（2）统计检验结果和典型个例分析表明，采用轴对称结构和轴对称加非对称结构条件性台风涡旋重定位方法的台风集合预报路径误差及集合预报一致性结果比较接近；（3）条件性台风涡旋重定位方法可以有效改进GRAPES-REPS区域集合预报台风路径概率预报效果，如台风路径集合预报平均误差有所减小，集合预报一致性（路径离散度与路径均方根误差比值）有增加，特别是预报初期概率预报效果改进更为显著，而预报中后期改进有限；（4）通过对“玛莉亚”台风集合预报诊断分析发现，经过条件性台风涡旋重定位后，各集合成员的台风路径误差在预报初期明显减小且路径收敛，但随着预报时效的增加台风路径逐渐发散。应用条件性台风涡旋重定位方法后，台风涡旋环流和大尺度环境场之间仍然比较连续协调，且台风涡旋环流外的大尺度环境场具有一致性特点，最低气压误差、最大风速误差和降水预报技巧基本不变。[结论]可见，条件性台风涡旋重定位方法的应用可以提供更准确的台风路径预报不确定性信息，帮助预报员作出更准确的预报决策。

• 太平洋年代际振荡的年代际预测方法
• 黄艳艳,王会军

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  摘要

  2020-01-02

• 摘要：太平洋年代际振荡(PDO)是北太平洋海表温度年代际变率的主模态。由于PDO对区域乃至全球气候的显著影响,合理的PDO预测结果可以带来多方面收益。然而,针对PDO及其有关的海表温度的年代际预测,目前气候模式的预测水平还十分有限。因此,该文提出了一个新的增量方法。一系列的验证结果表明,增量方法可以有效预测PDO,其中包括成功预测出PDO的年代际转折。增量方法的预测过程主要包括以下三个步骤：首先,采用五年滑动平均得到PDO的年代际变率；其次,利用三年增量形式的预测因子,构建预测模型,预测三年增量的PDO(DI_PDO)；最后,将预测得到的DI_PDO加上三年前的观测PDO,得到最后预测的PDO。增量方法亦可以应用到气候系统年代际内部变率的其他模态(例如,北大西洋年代际振荡)和其他气候变量的年代际预测(例如,海表温度)。

• 城市气象研究进展
• 苗世光,蒋维楣,梁萍,刘红年

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  摘要

  2020-01-02

• 摘要：我国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。本文从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等四个方面论述了城市气象的主要研究进展：我国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网；北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验，被WMO列入研究示范项目；成功开展了风洞实验、缩尺外场实验研究；建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式，并应用于业务；在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出，未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用，为我国城镇化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。

• 东北暖季干线统计分析
• 方祖亮,俞小鼎,王秀明

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  摘要

  2019-12-20

• 摘要：基于常规地面观测、高空观测和卫星雷达资料，对2003-2017年东北地区暖季(5-8月)干线时空分布、气象要素等进行了统计分析。研究发现，东北地区干线主要出现在东北平原和辽宁西部，干线发生频率呈现南多北少的趋势。干线大多呈西南东北走向，宽度约为90-120km，长度在100-800km。东北区域暖季年均干线发生频率为15.5%。干线发生频率年际变化不明显，年均逐旬变化显著且呈正弦曲线状，其中5月中下旬-6月下旬和8月中下旬为波峰，干线发生频率在20%以上，7月低于10%，为波谷。干线湿侧气压相比干侧略高1hPa，两侧温度大多在24℃以上，温差一般在1-4℃，露点梯度和比湿梯度范围分别为9.6-15℃/100km和4.5-8.3g/(kg·100km)，相当位温梯度在9.6-19K/100km左右。干线 两侧要素及其梯度值逐旬变化显著，其中两侧湿度、温度和湿度梯度值从5月到8月呈增大趋势，而温度梯度绝对值呈减小趋势。在共计286例干线中有40%的干线触发了对流，6月中上旬干线触发对流比率最高，达60%以上。干线是否触发对流与其所在位置关系不大。对流干线湿度梯度略大于无对流干线。无对流干线和对流干线探空要素的最显著的区别表现在湿侧CAPE值上，前者湿侧CAPE在1200J/kg以下，后者湿侧CAPE值基本都在1200J/kg以上，最高甚至能达到3000J/kg左右。

• 我国热带海气相互作用与ENSO动力学及预测研究进展
• 任宏利,郑飞,罗京佳,王润,刘明竑,张文君,周天军,周广庆

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  摘要

  2019-12-18

• 摘要：国际上针对海洋-大气系统的观测、理论和模拟方面已经开展了广泛而深入的研究工作，为短期气候预测水平的不断提升奠定了坚实基础，这其中我国学者做出了重要贡献。本文简要回顾了我国学者70年来在热带海气相互作用与ENSO动力学及预测方面的研究进展情况。其中，热带海气相互作用部分主要涉及4个方面的内容：热带太平洋气候特征与ENSO现象、热带印度洋海温主要模态及其与太平洋相互作用、热带大西洋海温主要模态及海盆间相互作用、中高纬海气系统对ENSO的影响；ENSO动力学包括7个方面的内容：基本理论的相关研究、ENSO相关的诊断与模拟研究、两类ENSO相关研究、ENSO触发机制相关研究、ENSO与其他现象的相互作用、外部强迫与大气遥相关、气候变化与ENSO响应；ENSO预测主要包含2个方面的内容：动力-统计ENSO预测方法、ENSO预测系统与应用。最后，本文讨论了上述相关方面后续亟待解决的问题。

• ENSO对我国冬季天气尺度气温变率的影响及可能机理
• 任曼琳,张文君

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  摘要

  2019-12-11

• 摘要：基于1960-2017年国家气象信息中心整编的753站逐日平均温度资料、美国国家海洋大气中心（NOAA）重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的再分析大气环流资料，分析了ENSO对我国冬季天气尺度气温变率的影响。结果表明，ENSO与我国东部大部分地区的冬季天气尺度气温变率呈显著正相关，即El Ni?o年冬季，我国气温波动程度增大，天气尺度气温变率明显偏强；而La Ni?a年冬季，气温变化相对平稳，天气尺度温度变率偏弱。进一步研究发现，El Ni?o事件加强了冬季欧亚大陆中高纬的经向温度梯度，根据热成风原理，局地大气斜压性得到增强，西伯利亚地区的风暴活动和下游东亚地区大气环流的天气尺度变异也随之加强，因而有利于我国大部分地区天气尺度温度变率的增强。La Ni?a年冬季，异常情况与之大致相反。这一研究结果对我国高频天气变率的短期气候预测提供了新的参考依据。

• 中国气候预测研究与业务发展的回顾
• 王会军

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  摘要

  2019-12-11

• 摘要：天气预报是指一周内至两周时间尺度的气象预报，而月季及以上时间尺度的预报则属于气候预测范畴。我国的气候预测起步很早，无论在研究工作中还是在业务应用上都取得了显著成就。本文扼要地回顾了这些研究和业务发展成就，重点包括：对于季风和梅雨、寒潮的早期认知和后期研究发现、早期气候预测业务发展概况、动力气候预测的早期探索、动力-统计气候预测方法的研制和应用、气候预测模式的发展以及初始化和多模式集合预测、东亚气候系统变异的全方位探索、气候预测范畴的不断拓展和气候预测研究的不断创新。本文也对未来气候预测研究和业务发展提出了几个重大挑战性课题，涉及不同时间尺度气候变异过程之间的相互作用、季节内至年代际气候预测、气候系统模式及初始化、动力-统计相结合的气候预测方法等方面。

• 近40年5-6月东北亚和北半球其他区域阻高活动特征及其联系
• 徐士琦,刘刚

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：[资料和方法] 基于美国NCEP/NCAR-I 再分析资料，按照国际通行的阻塞高压（阻高）定义，采用计算机自动识别和天气图目视主客观相结合的检测方法，获得了1979—2018年5月和6月逐日北半球中高纬度阻高活动的无缝隙分布图；并利用线性相关和信息流因果关系等统计方法，[目的] 研究了东北亚（鄂霍次克海）阻高与北半球其它频繁活动区阻高活动特征及之间的联系。[结果、结论] 根据阻高活动集中程度与占北半球活动总天数的百分比，选定8个5月阻高主要频繁活动区和10个6月阻高主要频繁活动区。从统计结果来看，5月北太平洋、北美和乌拉尔山阻高活动占前三位，6月东北亚阻高活动天数跃升第一。值得注意的是，初夏在贝加尔湖以南、青藏高原以北地区出现了明显的阻高形势，称谓青藏高原北阻高。5月和6月北半球各频繁区阻高活动中心集中的纬度分布，自西向东具有“正弦波”特征，其主要活动频繁区虽引起同期北半球500hPa高度场的异常不尽相同，但均具有一定的遥相关特征；5月和6月东北亚阻高活动天数的年际变化分量具有明显的相对独立性。5月东北亚阻高是6月贝加尔湖阻高活动年际变化的稳定影响源，是6月青藏高原北阻高活动年际变化的不稳定影响源；唯有5月北太平洋阻高是6月东北亚阻高年际变化的稳定影响源。2019年6月北半球阻高活动最频繁和异常的区域位于欧洲地区达19d，为气候平均7d的2.6倍，也是导致欧洲大陆初夏高温的主要影响系统。

• 赤道太平洋高低频纬向环流差异及其物理机制
• 金晨阳,张文君

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：利用1982-2017年欧洲中期天气预报中心再分析资料和美国国家大气海洋管理局的观测资料,分析了赤道太平洋高低频海平面气压距平场的特征及差异,并通过诊断赤道太平洋海气耦合的时间尺度,探讨了导致赤道太平洋高低频纬向环流差异的原因。结果表明,南方涛动海平面气压东西跷跷板耦合现象只是在低频场中才存在,而在高频场中并不存在。低频场上,主要受到热带最明显的年际信号ENSO的调控,海平面气压场和海表温度场呈现出东西振荡型。相比而言,在高频场上由于时间短,海气异常还没有发生较好的耦合,气压场和风场呈现出全海域一致型。高频纬向环流与热带季节内振荡(MJO)紧密联系,具有明显的东传特征,传播速度大概为5m?s-1,其变率方差的34%可以由MJO线性解释。相干谱分析表明海气耦合具有时间尺度依赖性,南方涛动通常只在20候以上的时间尺度才能存在,这与赤道海洋Kelvin波横穿太平洋时间相当。

• 太阳能光伏屋顶对城市热环境及能源供需影响的模拟
• 郝晓龙,王咏薇

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：[目的]太阳能光伏屋顶的安装在一定程度上缓解城市化带来的能源危机和城市热环境的破坏。[资料和方法]将太阳能板的传热模型引入WRF的多层城市冠层方案中，选取了一次典型的高温热浪过程，在线模拟太阳能屋顶两种安装形式（贴覆式和支架式）对城市热环境及能量平衡的影响。[结果与结论]结果表明：（1）贴覆式太阳能屋顶可使白天2m气温最多降低0.29°C，降温效果优于支架式安装，但夜间温度下降较小。支架式屋顶白天最大降温0.23°C，夜间降温效果明显，与普通屋顶相比，温度最多降低了0.60°C。（2）太阳能屋顶白天确实可以起到降温效果，但同时也会削弱湍流影响，抑制白天边界层的发展，降低边界层的高度。在湍流发展旺盛的情况下，太阳能屋顶的弱化效应更加明显。（3）太阳能屋顶除了对城市气象的影响外，最重要的是它对能源的贡献。从结果来看，太阳能电池板产生的电能可以满足商业区54.5%的空调消耗。

• 过去1500年典型暖期东亚夏季风年代际变化特征对比及其可能成因
• 王晓青,刘健,王志远,刘斌

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：利用通用地球系统模式（Community Earth System Model，简称CESM）开展的过去1500年气候模拟全强迫试验和控制试验结果，在验证模式模拟性能的基础上，采用多变量经验正交函数分解（Multivariate Empirical Orthogonal Function，简称MV-EOF）等方法，对比分析了典型暖期东亚夏季风（East Asian Summer Monsoon，简称EASM）年代际变化特征及其成因机制。结果表明，两个典型暖期东亚夏季风变化的主周期均为准10年和准20年。中世纪暖期（Medieval Warm Period，简称MWP），黄河流域至日本南部一带降水偏多，长江流域以南和西北太平洋一带降水偏少；现代暖期（Present Warm Period，简称PWP），东亚夏季风降水表现为“南涝北旱”型分布特征。内部变率是影响典型暖期东亚夏季风变化的主控因子之一，其中太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation，简称PDO）起到了决定性作用。当PDO处于正位相时，热带西太平洋(东亚大陆)变暖(变冷)，东亚地区海陆热力差减弱，对应弱的EASM。另外，MWP时期海平面气压的动态变化对应850hpa风场在西北太平洋(日本海)一带均出现了经向排列的异常反气旋(气旋)，从而导致中国南部(北部)降水偏多(偏少)。

• 改进的Holroyd云粒子形状识别方法及其应用
• 黄敏松

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：云降水粒子形状是云微物理过程的重要方面，准确的云粒子形状信息是诸多云微物理参量计算的前提。为获取机载云粒子成像测量仪(CIP)所测云粒子的形状信息，本文提出了一种改进的Holroyd云粒子形状识别方法，即先对云粒子形状进行预分类，然后针对预分类后的完整状粒子和可识别的部分状粒子，分别选出合适的参数及其阈值再进行具体的分类，最终可将云粒子形状分为微小状、线形状、聚合状、霰、球形状、板状、不规则状和枝状。利用实测数据对原始的Holroyd方法和改进的Holroyd方法进行识别效果上的对比验证。经对比发现，改进的Holroyd方法在云粒子形状识别的准确性方面比原始的Holroyd方法有了较大的提高。将所提方法应用于山西太原地区一次降水性层状云的云微物理飞机观测资料以分析不同的降水阶段云中冰晶粒子的形状分布、增长机制、冰晶粒子数浓度以及冰水含量的垂直分布特征，所获取的云中冰晶粒子属性表明本文所提方法非常有助于云微物理分析。

• ENSO空间形态变异对ENSO-IOD关系年代际减弱的可能作用
• 滕宇威,张文君

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  摘要

  2019-12-09

• 摘要：基于1979-2017年哈德来中心的逐月海表温度资料（HadISST）和美国环境预报中心/美国大气资料中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析数据，本文研究了北半球秋季厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）与印度洋偶极子（IOD）关系的年代际变化特征及其可能原因。结果发现：ENSO-IOD关系存在显著的年?代际变化：2000年代以前，两者呈显著正相关，El Ni?o（La Ni?a）年秋季常对应显著的IOD正（负）异常；但2000年代之后，ENSO-IOD关系显著减弱，在统计上并不显著。进一步研究表明，ENSO空间型态的变异对于该关系的年代际减弱有着重要的作用。在后一时段，中部型厄尔尼诺（CP El Ni?o）事件和东部型拉尼娜（EP La Ni?a）事件频发，CP El Ni?o与IOD强度的关系与其纬向位置密切相关，与其强度的线性关系较弱；而EP La Ni?a，由于海温异常（SSTA）位置偏东，位于赤道东太平洋冷舌区，在偏冷的气候态海温作用下，其引起的大气局地响应很弱，对印度洋的遥强迫作用较弱，因而对IOD强度的影响也偏弱。在两者的共同作用下，ENSO-IOD的关系发生了年代际的减弱。该研究结果对于理解ENSO-IOD关系的复杂性有着重要意义。

• 北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析
• 何娜,丁青兰,俞小鼎,付宗钰,周璇,刘璐,李桑,柳克

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  摘要

  2019-11-15

• 摘要：为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征，使用2006～2015年10年期间暖季5～9月的北京多普勒雷达资料及北京、河北、天津自动气象站资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明，346次阵风锋过程中有232次过程触发了雷暴新生，占总数的67%，表明阵风锋具有较强的对雷暴的抬升触发能力。阵风锋在6、7、8月份出现的天数占总数的85%；出现的时间主要在午后至傍晚（12～21时北京时），维持的时间为0.5～3小时；阵风锋在北京东南方向生成的数量最多，且触发雷暴新生的次数也最多；接下来为偏东和东北方向；偏南和西南方向生成阵风锋数量居中，而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对少，触发雷暴新生的比例也相对低。产生阵风锋的母体雷暴中48%为孤立雷暴（包括孤立多单体和超级单体风暴），31%为雷暴群，21%为飑线；97%的母体雷暴最强回波在50dBZ以上,阵风锋的回波强度主要在10～25dBZ区间。91%的阵风锋移动速度集中在10～60km/h，与母风暴的最大距离在1～60km之间；在母风暴衰减到30dBZ以下时，80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2个小时。阵风锋母风暴向东南方向部移动的个例最多,从阵风锋和母风暴移动方向的关系来看,阵风锋与母体风暴移向一致的情况占比例最高为32%，其次为母风暴无移动及阵风锋弧形扩散情况，各占17%；阵风锋与母体雷暴移向相反情况所占比例为最少，只有3%。最后统计了阵风锋经过地面自动站时，自动观测量的变化情况。结果显示，阵风锋在经过地面自动站时会造成风速增大，温度降低，相对湿度增大，气压增加的现象。

• 一次积层混合云系垂直结构和降水机制的飞机观测资料分析与数值模拟
• 刘香娥,高茜,何晖,马新成,毕凯

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  摘要

  2019-09-04

• 摘要：积层混合云是影响北京地区的重要降水云系，文中运用飞机探测资料结合中尺度数值模式WRF，对2014年9月23日发生在北京地区的一次积层混合云系的垂直结构和降水机制进行了探测资料分析和数值模拟研究。通过分析云系的雷达回波演变，发现云中的对流泡没有出现爆发式增长，回波在垂直方向上增长不明显，[结论]此次过程属于积-层水平混合型云系降水。飞机探测资料分析显示，上下午探测云系的液态水含量都不高（最大低于1g m-3）；在云系不同高度，飞机探测到的冰晶形状主要有板状、针柱状、辐枝状和不规则形状；[结论]由于云中过冷水含量相对较少，聚合冰晶的数量明显多于淞附冰晶，冰晶的聚合过程是云中粒子增长的主要过程。对模拟云系垂直微物理结构和降水粒子的源汇项分析得到：在高层，由凝华产生的冰晶和雪晶在过冷水含量较少的环境中不断聚并、长大并下落，云系中霰的含量很少，增大的冰晶和雪晶下落至零度层附近融化是产生地面降水的主要机制；此外，[结论]在融化层附近，雨滴捕获云滴不断长大并下降至地面也是地面降水的另一重要源项。