优先出版  

• 东亚地区南北两个风暴源地中风暴的结构和动力学差异
• 赵远冰,梁湘三,朱伟军

• PDF

  摘要

  2018-04-20

• 摘要：基于欧洲中心中期天气预报再分析资料（ERA-40），本文使用涡旋追踪和合成技术、多尺度子空间变换以及局地多尺度能量分析方法研究了东亚地区南北两个风暴源地中风暴的差异。结果发现，南北两个源地风暴在结构上和内部动力过程上均存在着显著不同。南支源地（40°N以南）风暴底层比高层强，和线性斜压模式中的最不稳定模态结构相似；而北支源地（40°N以北）风暴则正好相反，和下游发展理论所描述的斜压波结构相似。并且发现，南支源地风暴的非地转风场比北支源地风暴的强。能量学诊断结果显示，南支源地风暴的能量源除了斜压不稳定外，有很大一部分来自正压不稳定，而北支源地风暴中则是存在弱的动能的逆尺度传输。此外，南支源地风暴的浮力转换和非绝热做功均比北支源地风暴的强，其主要原因是南支源地风暴的垂直运动更强，风暴中的水汽更加充足。

• 相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究
• 符式红,王秀明,俞小鼎

• PDF

  摘要

  2018-04-20

• 摘要：2016年6月5日（北京时，下同）和6日海南岛处在类似的环流背景下，5日海南出现了大范围8级以上阵风且伴有EF2级龙卷，而次日以短时强降水为主。为了研究两日产生不同类型强对流天气的原因，基于常规地面高空观测、海南10分钟一次的地面加密观测、海口多普勒雷达观测、NCEP—GFS 0.5°*0.5°分析资料进行对比分析，结果表明：1）5日整层大气相对干（PW为49mm）且中层干层尤为清晰（700—500hPa平均相对湿度41%），700—925hPa温度垂直递减率为7.25℃?km-1，有利于产生强下沉出气流及冷池形成，从而产生雷暴大风天气，而6日气层高湿，PW为 60mm，环境风弱风暴移速慢，有利于产生强降水；2）两日均属于弱的环境背景气流下的对流，相对而言，5日0—3km风垂直切变均较6日大，有利于形成飑线；3）结构分析表明5日对流风暴伴有较强阵风出流，较强的风垂直切变加之多个单体阵风出流合并抬升下，产生了持续1.5hr的飑线，并出现了弓形回波，而6日为低质心一般单体且阵风出流相对弱，尽管多个单体合并成了准线性的风暴，其持续时间亦与一般单体生命史相当；4）5日对流抑制能量相对较大，需较强的地面辐合抬升和午后强烈升温触发雷暴，雷暴触发后强烈发展； 6日CIN近乎零，弱的海风锋辐合及热力作用均触发对流；5）此次龙卷过程的风垂直切变与典型超级单体龙卷差异显著，产生龙卷的低层中气旋出现时间与龙卷发生时间仅差3分钟，故提前预警龙卷的可能性极小。

• 不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究
• 朱思虹,张华

• PDF

  摘要

  2018-04-13

• 摘要：本文将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD(974带)中，研究了不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫(DRF)与辐射强迫效率(DFE)。发现气溶胶在地表产生的DRF为负，在近地层大气中产生的DRF为正，DFE随气溶胶浓度的升高变大，说明大气气溶胶的含量越高，单位气溶胶光学厚度（AOD）产生的DRF越大。将短波(SW)划分为三个波段：紫外(UV)，可见光(VIS)和近红外(NIR)，发现在UV、VIS和NIR中，不同污染状况下气溶胶在地表造成的DRF值范围分别为：-1.36 ~ -13.66 W/m2，-3.03 ~ -32.41 W/m2和-2.74 ~ -28.62 W/m2，在近地层大气中产生的DRF值范围分别为0.44 ~ 4.26 W/m2，0.99 ~ 9.80 W/m2和0.93 ~ 8.87 W/m2。 通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响，发现人为气溶胶在地表(SUR)和大气层顶(TOA)产生的负DRF以及对整层和近地面大气造成的正DRF均大于自然气溶胶的影响，且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表DRF大小来分析不同种类气溶胶的影响，结果为SF(硫酸盐)>OC(有机碳)>BC(黑碳)>SS(海盐)>SD(沙尘)；按照近地层大气DRF大小排序则为BC>OC>SD>SS>SF。最后，通过分析散射型气溶胶(SF)与吸收型气溶胶(BC)对辐射通量的影响，还探究了大气中散射与吸收过程的异同。

• 一次冬季江淮气旋暖锋降水的雷达回波和气流结构分析
• 赵宇,蓝欣,杨成芳

• PDF

  摘要

  2018-04-12

• 摘要：2016年2月12～13日，受冷空气和江淮气旋暖锋锋生影响，山东出现一次极端暴雨雪天气过程，全省有42个站的降水突破同期历史记录。本文采用多种观测以及WRF模式模拟的热力学变量，基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLITv4.9），分析了气旋逗点云区云系的演变特征、降水不同阶段气旋逗点云区气流结构和轨迹特征。结果表明：（1）江淮气旋逗点云区由4条带状回波合并发展形成，气旋形成后降水回波呈气旋式旋转、拉长，形成多条中尺度强降水带。（2）降雨阶段气旋逗点头从下到上主要由来自东海、黄海、日本海或内陆的边界层气团、来自南海和中南半岛的暖湿气团以及来自西亚和东欧的干冷气团组成。气旋逗点头内有三个降水区：北部和南部暖湿气团浅薄、层结稳定，为层状云降水区；中部暖湿气团深厚，中高层有条件性不稳定发展，为深厚的对流云降水区。气旋逗点头中南部的干冷空气来自高层的西亚气团，而剖面北部有来自中层（即高原东部气团）的干冷空气，气团明显变性，对降水贡献大。（3）降雪阶段气旋逗点头从下到上主要由西伯利亚气团、东海气团、南海气团和孟加拉湾气团叠置而成。西部层状降水区分两部分：北部为降雪区，南部为降雨区。降雪阶段与降雨阶段的明显差别是冷湿的东海气团下面是否有西伯利亚冷气团。降雪区西伯利亚气团上空东海气团深厚，南海气团浅薄；降雨区南海气团深厚，东海气团浅薄。

• 关于业务上应用条件对称不稳定相关问题的讨论
• 章丽娜,周小刚,夏扬

• PDF

  摘要

  2018-04-11

• 摘要：条件对称不稳定（CSI）理论常常被用来作为倾斜对流的发展机制之一，在业务上常用来解释与锋面相联系的一条或多条中尺度雨带、雷达图像上观测到的带状雨带的成因等。条件对称不稳定的诊断包括CSI斜率判据、斜升对流有效位能（SCAPE）、湿对称不稳定（MSI）、相当位涡（EPV）等判据。业务预报人员存疑较多的问题是这些方法是否具有一致性并在业务上如何使用。针对上述问题，文章首先通过与业务预报人员较熟悉的条件不稳定类型作类比，来说明条件对称不稳定两种判据与条件不稳定两种判据的相似性。但在业务使用上，判别条件对称不稳定时多使用CSI斜率判据，即等动量面的坡度大于等位温面坡度而小于等湿球位温面坡度。由于条件对称不稳定通常出现在大气处于几乎饱和的情况下，此时的CSI斜率判据则演变为MSI判据，即等动量面坡度小于等湿球位温面坡度。为判别EPV与MSI判据是否具有一致性，文章中的推导和实例分析均表明，二维EPV实际上是MSI判据的另一种表现形式，但是MSI判据需主观去比较等相当位温面与等动量面斜率大小，而二维EPV则可通过其是否小于零进行客观判断。需注意的是，在与推导CSI斜率判据相同的二维坐标下，EPV与MSI判据才具有一致性，将EPV扩展到常规坐标下使用三维EPV作为MSI判据是不可取的。

• 湖北2015年冬季PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征分析
• 白永清

• PDF

  摘要

  2018-04-11

• 摘要：PM2.5污染仍然是湖北省冬季大气污染的首要污染类型，且具有明显区域传输特征，重污染过程的空气污染气象条件有别于华北地区，值得关注。采用WRF/Chem不同排放情景的模拟结果，并结合观测分析，研究了2015年12月-2016年1月湖北省PM2.5重污染过程的气象输送条件及日变化特征，从大尺度输送条件和局地边界层动力作用分析了外来污染物水平传输、悬浮聚集和向下传输的过程，并解释了该地区观测到的午后PM2.5特殊峰值的气象成因。结果表明，湖北重污染爆发以区域传输为主，地面观测PM2.5极值对应10m风速可达8-10m/s，边界层0-1km为较强偏北风输送，污染传输通量极值位于400m高度附近，为重要传输通道，低空无明显逆温，重污染过程具有“非静稳”边界层气象特征。重污染形成的大尺度输送条件为，长江中下游及北部地区偏北风异常偏强，南部地区风速减缓，使污染输送在中游平原堆积，鄂北边界风速越大，越有利污染输送增长。传输性污染主要来自偏北和东北方向的污染源输送，潜在源区贡献主要为途经偏北通道上的豫中、南阳盆地和关中地区，及途经东北通道上的鲁、皖、苏等部分地区。 PM2.5日变化双峰结构的天气成因不同，21：00-24：00峰值为静稳性污染，11：00-14：00峰值为传输性污染。污染输送受边界层高度（PBLH）影响，日出前PBLH较低，层结稳定并伴有上升运行，使得低空外来输送悬浮聚集在400m高度附近；日出后随PBLH升高，静稳层结被破坏，在干沉降作用下高浓度PM2.5开始向下传输，并在午后地面形成峰值。

• 不同云重叠参数对全球和东亚地区模拟总云量的影响_*
• 王海波,张华

• PDF

  摘要

  2018-04-11

• 摘要：本文在国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0中引入一组基于CloudSat/CALIPSO卫星观测的、能够体现真实时空变化特征的云垂直重叠参数（抗相关厚度，Lcf）数据，以减小由云的重叠描述造成的辐射场的不确定性。对比了采用时空变化的云重叠参数和采用恒定云重叠参数的气候模拟结果，发现无论在全球还是东亚区域，采用基于卫星观测的云重叠参数对模拟的总云量都有一定程度的改进。采用时空变化的云重叠参数后，冬、夏两季全球平均总云量与云和地球的辐射能量系统（CERES）卫星资料的误差减少了1.6%，其中热带对流区域总云量的正偏差和副热带地区总云量的负偏差都有明显减少，这些有助于正确模拟不同区域间的能量收支差异。在东亚区域，采用时空变化的云重叠参数后，冬、夏两季的东亚区域平均总云量与CERES卫星资料的误差分别减少了1.8%和1.4%。综上所述，基于CloudSat/CALIPSO卫星资料计算得到的Lcf有助于改进大气环流模式对总云量的模拟，从而提高模式对辐射场的模拟精度。

• 青藏高原上空一次重力波过程的识别与天气影响分析
• 李驰钦,左群杰,高守亭,鲁蓉

• PDF

  摘要

  2018-04-04

• 摘要：应用资料和方法再分析资料、多套卫星反演资料和WRF中尺度数值模拟资料，目的识别了2005年1月10日青藏高原上空一次重力波过程，以及重力波对高原西部降雪的影响。结果结果表明，此次重力波位于急流出口区的左方, 以西南-东北走向覆盖了高原大部分地区。大尺度的冷暖平流相间分布和不断增强的非平衡流为重力波的形成提供了有利背景场。小波交叉谱分析显示垂直涡度与水平散度在对流层中层满足重力波的极化性质，在高原西部的上升支对应有降雪过程发生。WRF可以较好地再现这一过程，并且能够模拟出再分析资料中所无法分辨的中尺度重力波。结论数值模拟表明，高原近地面强烈非绝热加热使得低层大气静力不稳定，在近地面暖区触发对流后引起高层凝结释放潜热，低层融化冷却，有利于激发重力波，并在其上升支产生固态凝结物，随后到来的冷气团提供了有利的水汽输送条件，大范围的弱抬升运动取代了原间隔进入降雪区的强对流上升支，使得固态凝结物得以落至地面，最终在高原西部形成本次降雪过程。

• 基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析
• 赵俊虎,陈丽娟,熊开国

• PDF

  摘要

  2018-04-04

• 摘要：利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料、及NOAA海温等资料，重点研究了1951~2015年江南入梅早晚的气候特征，及其与同期（5—6月）大气环流及前期海温变化的关系。结果表明，近65a来江南入梅日具有显著的年际变化特征，入梅平均日期是6月8日，最早和最晚相差47天。入梅日主要出现在6月，占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年，对流层高层到低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年，高层南亚高压和东亚副热带西风急流（西风急流）的建立较早，强度较强，南亚高压北移到高原上空也偏早，西风急流北跳偏早；中层中高纬经向环流较强，而西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳偏早；低层索马里越赤道气流建立较早，强度较强，西太平洋为反气旋式距平环流；入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬春季海温的异常是影响入梅早晚的重要的外部强迫因子，也是重要的前期预测信号：当冬季东太平洋SSTA偏冷、澳大利亚东侧海温梯度差为正位相、及春季北大西洋三极子处于正位相时，江南入梅偏早；其中入梅上一年12月澳大利亚东侧海温梯度差和当年3月北大西洋三极子与江南入梅关系最为密切，当12月澳大利亚东侧海温梯度差为正位相时，副高第一次北跳偏早，当3月北大西洋三极子为正位相时，6月西风急流偏强偏北，有利于江南入梅偏早。以上结论为江南入梅的短期气候预测提供了参考依据。

• 中国南方准静止锋对冬季大范围冻雨的影响
• 索渺清,丁一汇,鲁亚斌,唐盛,樊炫君,李婧华

• PDF

  摘要

  2018-03-28

• 摘要：利用1979-2016年1月逐日0.125°× 0.125°ERA-Interim再分析资料及冻雨观测资料，[方法]通过个例合成等方法，探讨了中国南方准静止锋和冬季大范围冻雨的关系。 结果表明：（1）中国南方大范围冻雨位于昆明和华南准静止锋锋后呈东西带状分布；(2) 高原东侧逆温如此之强，范围如此之广以及水汽如此充沛的主要原因在于，一是冷空气常堆积在横断山脉以东和南岭山脉以北等中国广大的南方地区，其形成机制主要为冷平流和绝热冷却，地势较高地带非绝热冷却也较明显；二是700和850hPa暖平流形成的暖层也十分宽广；三是850hPa源自南海和西太平洋的湿平流； (3)500hPa东亚大槽、700hPa南支槽、850hPa反气旋和地面蒙古冷高压为高原东侧对流层低层极地大陆性气团与热带海洋性气团和热带大陆性气团相交绥创造了必要的环流条件；（4）昆明和华南准静止锋的暖层相叠加使下落的冰晶或雪花等凝结物融化成液态水，再下降到近地面冷垫上冻结成冻雨，这两个锋面的作用是不同的，但又是相互关联缺一不可的。由昆明和华南准静止锋形成的复杂锋面结构，伴随宽广而强烈的逆温有利于中国南方大范围冻雨的产生。

• 基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验
• 马申佳,陈超辉,智协飞,何宏让,吴丹

• PDF

  摘要

  2018-03-28

• 摘要：针对对流尺度天气系统的高度非线性特征和高分辨率模式预报结果存在时空不确定性现象，以及当前邻域概率法主要考虑高分辨预报结果的空间位移误差,而不能有效解决预报结果存在时间超前与滞后问题, 因此文章将时间因素引入到邻域概率法中，结合一次强飑线过程进行对流尺度集合预报试验，并基于改进后的新型邻域概率法与分数技巧评分，对降水预报进行了不同时空尺度的效果评估检验。结论表明：（1）邻域集合概率法和概率匹配平均法在极端降水的分数技巧评分远高于传统集合平均，弥补了集合平均对极端降水预报能力偏低的缺陷。（2）对于此类飑线过程的对流尺度天气系统而言，邻域半径为15-45km的空间尺度能够改善降水位移误差的空间不确定性，并使其预报效果达到最优，其中15-30km的邻域半径对于尺度更小的大量级降水事件预报能力更高。（3）对流尺度降水预报考虑的时间尺度与降水强度之间存在着对应关系，不同时间尺度可以捕获到不同量级降水的时间不确定性。同时，时间尺度与空间尺度对于降水预报效果的影响是相互关联的。（4）改进的邻域概率法能够同时体现高分辨率模式预报结果在对流尺度降水事件上存在的时空不确定性，实现了对流尺度降水在时空尺度上的综合评估，并能为不同量级降水提供与其时空尺度相匹配的概率预报结果。

• 超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水的影响
• 刘明竑,任宏利,张文君,任鹏飞

• PDF

  摘要

  2018-03-22

• 摘要：利用国家气象信息中心提供的中国地面逐日降水0.5°×0.5°格点数据集，研究了超强厄尔尼诺事件衰减年春夏季中国东部极端降水发生概率的变化，并通过诊断超强厄尔尼诺自身及其衍生模态各自的水汽输送和垂直运动特征，探讨了超强厄尔尼诺事件对中国东部极端降水的影响机制。结果表明，超强厄尔尼诺事件衰减年春季，整个中国东部尤其是江淮以北地区，极端降水事件发生概率显著增加。同年夏季，长江流域极端降水发生概率比常规年份高出近1倍，而在华南和华北地区则相对减小。诊断分析显示，春季超强厄尔尼诺自身及其与热带太平洋地区年循环相互作用衍生出的组合模态（C-mode）均对降水的环流背景影响显著，热带太平洋西北部低空存在强盛的反气旋性异常环流，导致大量水汽在中国东部汇聚并上升，有利于该地区极端降水事件的发生。夏季，厄尔尼诺事件已经消亡，但与C-mode影响相关联的西北太平洋异常反气旋环流仍然存在，长江流域维持极端降水事件发生的有利条件。此外，研究也显示，超强厄尔尼诺事件衰减年春夏季中国东部对流层中上层持续有异常经向风活动，频繁的南北冷暖气流交汇可能导致强对流事件发生次数增多，这也为该区域极端降水的频发提供了支持。

• 空调系统对城市大气温度影响的模拟研究
• 王咏薇,王恪非,陈磊,张蕾

• PDF

  摘要

  2018-03-22

• 摘要：人为热排放对城市边界层气候效应的影响起着举足轻重的作用。在人为热源的组成部分中，建筑物内部能源地消耗、热量地产生以及室内外热量地传输与交换，对于城市热环境的改变有着非常重要的作用。因此，为研究室内空调系统的产热和通过屋顶、墙面、地面进行室内外热量传输扩散，并对室外热环境产生的影响，本文运用WRF模式，选取BEP+BEM城市冠层参数化方案，即基于多层城市冠层方案BEP（Multilayer Urban Canopy Scheme）增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM（Building Energy Model）的方案，以南京2010年8月2日到2010年8月3日，夏季三伏天晴天小风天气作为背景天气，进行模拟研究。研究结果表明：采用WRF模式考虑空调系统室内外能量交换的BEP+BEM参数化方案，能够更好的模拟出夏季晴天城市近地层气温。当假设空调全天开启时，白天模拟值与观测值吻合较好。夜间温度模拟值高于观测值，在22点~0点，存在1℃左右的偏差。白天空调系统开启对于城市近地层气温的影响不明显，而夜间使得城市气温普遍升高0.6℃，尤其是在居民区密集的地方，22点~23点时刻最大有2℃左右的升温。当调整室内空调目标温度为25℃到27℃时，空调系统能量总释放量减少12.66%，中午13点~16点之间温度下降最大，平均有1℃左右，建筑物越是密集，温度下降越大。

• 不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的对比试验研究
• 刘畅,闵锦忠

• PDF

  摘要

  2018-03-22

• 摘要：由于适用于中长期集合预报中的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确，为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果，基于WRF模式设计三组模式扰动方案：多物理扰动（MP）方案、随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies, SPPT）方案以及由MP方案与SPPT方案组合构建的一种新混合扰动（SPMP）方案。对2013年7月5日至6日发生在江淮流域的一次强对流天气过程进行数值模拟。结果表明：MP方案的设计在积分前期的降水概率评分较为出色，对高层大气的扰动效果更为合理；SPPT方案中主要作用于积分中后期，对大气低层及近地面的扰动效果最为理想，尤其是对于地面水汽场的模拟；SPMP方案能显著提高大气中高层各预报变量的离散度，降低均方根误差，提升集合成员的可信度，有效弥补降水评分在单独使用MP方案和SPPT方案中不同积分时段的不足。在扰动水平传播方向上，SPMP方案的扰动形态主要受MP方案主导；垂直方向上，SPMP方案在低层的扰动形态与SPPT方案一致，在高层受MP方案控制。波普能量分析表明三组方案的扰动能量随积分时间均有向大尺度传播的趋势，SPMP方案能有效补偿两种方案能量在各尺度的耗散。

• 随机物理倾向扰动(SPPT)在风暴尺度集合预报中的影响研究
• 闵锦忠,刘畅

• PDF

  摘要

  2018-03-22

• 摘要：为深入探究随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies, SPPT）方案在风暴尺度集合预报中的影响。本文基于WRF模式利用fnl资料对SPPT方案中三个参量分别进行敏感性试验，得到SPPT方案的最佳参数配置，并在此基础上分析SPPT方案模拟的降水分布特征。结果表明：SPPT方案敏感性试验中，去相关时间选择6h时构造的集合成员可信度更高，逐小时降水评分效果在积分中后期较好，对于暴雨及以上量级的评分技巧最优；造成降水主要天气系统的维持时间对该变量的选取有较大的影响。去相关空间尺度选择100km的集合试验更为可靠，对降水预报技巧较高；同时该变量的选取与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃以及模式的空间分辨率有密切联系。通过对离散度和离群值分析认为扰动振幅选择0.525最为合理。SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量但是对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。

• 华北平原地下水灌溉对区域气候影响的数值模拟_*
• 武利阳,左洪超,冯锦明

• PDF

  摘要

  2018-03-13

• 摘要：在耦合模式WRF/Noah-MP中加入考虑地下水过程的动态灌溉方案，设计两组试验（分别为考虑和没有考虑地下水灌溉），连续模拟10a（2001-2010年），来研究华北平原地下水灌溉的区域气候效应。结果表明，地下水灌溉导致华北平原地下水位下降，在少雨的季节灌溉量大，水位下降较快。在灌溉期（3-9月），灌溉引起的土壤湿度增加影响了地表能量的分配（潜热增加，感热减少），导致2m气温显著降低0.6-1.0℃，同时也降低了灌溉区夏季模拟偏高的气温。灌溉对灌溉区边界层大气有增湿和冷却的作用，对春季的影响局限在边界层内，而夏季的影响持续到5000m以上。夏季灌溉对降水的影响远强于春季，灌溉的增湿和冷却效应分别对夏季降水产生正反馈和负反馈，共同影响灌溉区的降水变化。灌溉通过对水汽输送的影响，引起非灌溉区降水的变化，而长江中下游流域夏季降水的增加可能与高空西风急流轴位置南移有关。

• “5.7”广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析
• 徐珺,毕宝贵,谌芸,陈涛,宫宇,李嘉睿

• PDF

  摘要

  2018-02-22

• 摘要：2017年5月7日广州局地突发特大暴雨，降水集中爆发于广州北部复杂地形区，单点小时雨量大、强降雨持续时间长。然而降水发生于副热带高压边缘、无明显的低空急流等天气系统配合，为弱强迫背景下的华南前汛期暴雨，加之珠三角地形复杂，其触发和组织维持机制等问题引起了科研和预报工作者的广泛关注。针对其降水特点，采用5分钟自动站观测、分钟雨量、风廓线雷达、葵花8卫星红外等高时空分辨率观测数据探讨中尺度对流系统的触发和组织维持过程，发现：中纬度入海高压南侧偏东风和低层切变系统为珠三角边界层南风风速辐合提供了有利的天气背景，喇叭口地形增强了风速辐合。小尺度地形辐射降温配合城市热岛在山前形成高温度梯度区，山风与南风对峙使地面辐合线在山前移速减慢有助于热带云团的生成。地形阻挡抬升和高温度梯度加强上升运动，南风风速脉动使云团迅速向山前移动,最终对流爆发。以暖云降水为主的对流系统产生弱冷池驱动对流系统连续传播，使强降水回波面积增大并在小尺度地形影响下稳定位于增城附近，产生极端小时雨强；中尺度对流系统的单体移动方向和传播方向近乎相反导致系统移动非常缓慢，后向传播明显最终导致长时间强降水。

• 集合数值模式系统的定量降水预报统计后处理技术研究综述
• 代刊,朱跃建,毕宝贵

• PDF

  摘要

  2018-02-09

• 摘要：集合数值模式预报已在定量降水预报（QPF）业务中广泛应用，以获得预报不确定性、最可能预报结果以及极端天气预警。由于集合系统的数值模式不完善，且不能提供所有的不确定性信息，常表现出系统性偏差以及欠离散或过离散（如对于多模式集合）。为此需要发展统计后处理技术，在尽量保持集合预报解析度的条件下，提高预报的技巧和可靠性。近年来，各种集合预报统计后处理技术得到快速发展。针对QPF预报，依据技术方法的途径和成熟度将后处理研究归纳为三个方面进行总结，包括：1）不基于统计模型的非参数化后处理，包括集合QPF偏差订正、多成员或模式信息集成以及基于空间分析的对流尺度模式后处理；2）基于概率分布统计模型的参数化后处理，包括集合模式输出统计（EMOS）和贝叶斯模型平均（BMA）两种方法框架；3）考虑预报量的时间、空间和多变量间依赖关系或结构的处理方法，包括参数化和经验耦合概率方法。最后，讨论发展统计后处理技术需要关注的问题，包括：考虑不同来源、不同尺度的多模式信息集成；提供高质量、高分辨率的降水分析资料；发展再预报技术扩充训练样本；基于不同的订正目的和应用场景来使用不同的后处理技术；发展面向海量预报数据、捕捉极端降水以及考虑预报量结构的新技术。

• 近百年中国两次年代际气候变暖中的冷暖平流背景
• 童宣,严中伟

• PDF

  摘要

  2018-02-06

• 摘要：近百年中国气候经历了两次明显的年代际增暖，分别发生在20世纪40年代之前和70年代之后。由大气环流变化引起的冷暖平流异常，可为理解两次增暖提供参考。首先基于最新研制的近百年32站气温观测和集合经验模分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）方法揭示两次增暖过程中国地区的冷暖分布格局，进而利用全球格点气温和海平面气压资料计算了同期地转风导致的温度平流。结果表明1940s中国华北北部至东北大部和华南沿海局部偏冷而中东部至西南内陆大部偏暖的年代际气候异常格局，站点冷暖异常与大尺度温度平流的空间关联系数达85%；而对于近20年中国气候增暖而言，这一关联系数仅约49%。说明早期变暖过程中气候系统内部过程如大气环流异常的作用较大，而近几十年变暖则更多地受迫于外强迫。

• SPCZ季节循环及与地形和非绝热加热变化的联系
• 于亚鑫,管兆勇,方陆俊,孙婧超

• PDF

  摘要

  2018-02-06

• 摘要：利用1981-2015年NCEP/NCAR月平均资料、NOAA的逐月CMAP降水资料以及GODAS的月平均洋流资料和SODA的月平均风应力资料，定义了南太平洋辐合带（SPCZ）的关键区域，对SPCZ的季节变化特征及SPCZ的形成和维持原因进行了分析，结果表明：在SPCZ区域，在北半球4月份，存在由东西风切变型辐合带向东风辐合型辐合带转变的现象，而在北半球12月份则存在相反的转换。在对流层低层，SPCZ区域的向上伸展高度和辐合在北半球冬季较其他季节明显偏高和偏强。引起SPCZ形成与维持的原因有2个方面：一是地形的作用。由于地形的阻挡，造成等位涡线发生沿澳洲地形的绕行，利于澳洲地区反气旋性环流和SPCZ区域气旋性环流的形成与维持；同时，在地形和柯氏力共同作用下，还易使暖海水在SPCZ区域辐聚，形成高海温区，从而加热大气，利于SPCZ的形成与维持。二是非绝热加热作用。SPCZ区域范围内的热源作用可以使其上方的大气受到加热，并产生加热强迫纬向梯度，驱动低层大气产生辐合。这些结果对深刻认识全球环流特别是南半球热带环流变化有重要意义。

• 厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响及其可能机理
• 余荣,翟盘茂

• PDF

  摘要

  2018-01-26

• 摘要：根据中国气象信息中心提供的2400站逐日降水观测数据，分析了厄尔尼诺对长江中下游地区夏季持续性降水结构的影响。发现1961–2016年的降水主要以5天及以内的降水为主，其强度主要分布在4–24 mm/day；5天以上降水所占比例相对较小，而其强度主要分布在12–24 mm/day。其中，长江中下游地区夏季大于5天的降水事件（LPE）所占比例和强度在长江以南地区要强于长江以北地区。在厄尔尼诺年，长江以南地区的降水结构从2–5天短持续性降水事件（SPE）和持续1天的降水事件（NPE）向大于5天的持续性降水事件（LPE）转变，且LPE强度增加。而长江以北地区，以湖北为主，降水结构存在从NPE向SPE转变的现象，SPE强度也略有增加。因此，厄尔尼诺使得降水持续加强，也使得不同持续事件的强度加强。进一步分析发现厄尔尼诺年西太平洋副热带高压西伸加强，与西太平洋副热带高压相联系的东南季风所输送的水汽也有所加强。同时，中高纬度阻高环流形势稳定维持。这些都有利于降水的持续和加强。最终导致了长江中下游地区夏季降水持续性延长和降水强度加强。这将给长江中下游地区的农作物种植以及经济的发展等带来较严重的影响，给防洪防涝工作带来严峻的挑战。

• CICE海冰模式中反照率相关参数对北极海冰模拟的影响_*
• 储敏,房永杰,张录军,吴统文

• PDF

  摘要

  2017-12-27

• 摘要：国家气候中心气候系统模式BCC_CSM2.0最新耦合了美国Los Alamos国家实验室发展的海冰模式CICE5.0，为试验模式中与反照率相关的参数的敏感性及其对模拟结果的影响，提高模式对北极海冰的模拟能力，选取海冰模式中3个主要参数进行了敏感性试验。利用以BCC_CSM2.0耦合框架为基础建立的海冰-海洋耦合模式，选取CORE资料为大气强迫场开展试验，试验的3个参数分别为冰/雪表面反射率、雪粒半径和雪粒半径参考温度。结果表明，参数取值的不同对北极海冰的模拟有显著的影响，优化后的取值组合极大提高了模式的模拟能力，主要表现在：（1）改善了对北极冬季海冰厚度的模拟，海冰厚度增大，与观测资料更为吻合；（2）显著提高了对北极夏季海冰密集度的模拟能力，从而模拟的北极海冰范围年际循环与观测更为一致。参数取值的优化改进了模式对海冰反照率的模拟，进而影响了冰面短波辐射的吸收和海冰表层的融化，最终提高了模式对海冰密集度和厚度的模拟效果。

• 超强与普通El Ni?o海气特征差异及对西太副高的不同影响
• 钱代丽,管兆勇

• PDF

  摘要

  2017-12-26

• 摘要：利用NCEP/NCAR再分析资料、GODAS海洋资料、Hadley中心海表温度以及中国国家气候中心环流指数数据，依据美国气候预测中心的El Ni?o事件标准筛选出1980-2016年间的超强与普通厄尔尼诺事件，对比了两类事件的不同生命阶段内海表及次表层特征的差异，并探讨了其对西太平洋副热带高压（以下简称“西太副高”）的不同影响。结果表明：对超强El Ni?o事件而言，正海表温度距平（SSTA）发展早且迅速，正SSTA大值中心偏东，纬向梯度强，但对普通El Ni?o事件而言，其正SSTA中心偏西，纬向梯度小。El Ni?o事件的发展源于次表层海温异常（SOTA）随Kelvin波东传并沿温跃层上升到达海表所致，其波动前部区域异常垂直海流对SOTA的变化起到重要作用；当海气激烈耦合时，可在温跃层激发出更强的海洋波动，使得次表层增暖更明显，发展出强的El Ni?o事件。海温异常强迫出的大气异常环流的强度与强迫源的强度关系密切。两类El Ni?o均能通过异常的沃克环流引起大气Gill型响应，使得西太副高偏强、西伸，且当超强厄尔尼诺发生时，异常沃克环流更强，海洋性大陆区域上空的异常强辐散导致Gill型响应而产生的反气旋更强，对西太副高的影响更甚。印度洋SST对El Ni?o的滞后增暖所带来的影响在上述亚太大气环流的持续异常中起到重要作用。这些结果有利于加深对不同类型El Ni?o事件及影响西太副高机理的认识。

• 长江梅雨的长期变率与海洋的关系及其可预报性研究_*
• 梁萍,陈丽娟,丁一汇,何金海,周兵

• PDF

  摘要

  2017-12-26

• 摘要：采用最新发布的梅雨国家标准资料，以长江区域梅雨为代表，在分析区域梅雨的多时间尺度变化特征的基础上，从海洋外强迫影响因子角度探讨了梅雨的可预报性来源，进一步综合海洋背景变率和预测模型回报试验讨论梅雨异常的可预报性。结果表明：（1）长江梅雨呈现周期为3-4年、6-8年、12-16年、32年、64年的多时间尺度变化分量和长期减少趋势。其中，3-4年准周期变化是梅雨异常变化的主要分量。梅雨的干湿位相转变受12-16年的准周期变化调制，极端涝年易出现在12-16年准周期变化湿位相和3-4年变化分量峰值位相叠加的情况。（2）长江梅雨的各准周期变化分量有不同的海洋外强迫背景，是梅雨可预报性的重要来源。时间尺度较短的年际变化分量相联系的海温关键区主要分布于热带，而与时间尺度较长的年代际或多年代际变化分量相联系的海温关键区则来自中高纬度。3-4年准周期变化分量的海洋外强迫强信号随季节变化由前冬的ENSO（El Ni?o-Southern Oscillation）转为春末初夏的IOD（Indian Ocean Dipole）。6-8年和12-16年准周期变化分量的海洋强迫关键区主要位于太平洋。准32年和64年周期振荡则受北太平洋多年代际变化（Pacific Decadal Oscillation, PDO）和北大西洋多年代际变化（Atlantic Muti-decadal Oscillation，AMO）的共同影响。梅雨的长期变化趋势则与全球增暖背景及PDO为代表的年代际海洋外强迫因子相联系。（3）尽管梅雨异常与ENSO的正相关关系呈现减弱趋势，但20世纪70年代以后的梅雨异常年际变化分量的可预报性有所增大。（4）将梅雨各变化分量作为预测对象分别建模，进一步构建梅雨异常预测统计模型。采用该模型对近5年梅雨预测进行独立样本检验,有较好的回报效果，验证了梅雨异常年际分量可预报性的稳定性以及基于多时间尺度分离建立梅雨预测模型的优越性。

• 基于西南涡加密探空资料同化的一次奇异路径低涡耦合大暴雨数值模拟研究
• 高笃鸣,李跃清,程晓龙

• PDF

  摘要

  2017-12-26

• 摘要：利用WRF模式及WRFDA同化系统，引入业务探空资料和西南涡加密探空资料，对一次四川盆地奇异路径低涡耦合大暴雨过程进行了数值试验，对比检验不同同化试验对本次过程降水和低涡移动路径的模拟能力，分析了加密探空资料同化对西南涡结构及其降水演变的影响。结果表明：在同化业务探空资料的基础上，引入西南涡加密探空资料能改善模式对本次降水和低涡移动路径的模拟，而仅同化业务探空资料对模拟结果的改善作用有限；引入西南涡加密探空资料，一方面能在初始风场上产生气旋式扰动，增加初始高原涡和西南涡的强度，另一方面通过调整初始四川盆地上空大气温湿结构，使模式在积分初期就能产生出实况量级的降水；西南涡加密探空资料的同化试验揭示了仅靠高层的高位涡不足以激发和维持700hPa的西南涡，需要通过低层水平辐合引起正涡度增加并向上输送来增强700hPa的气旋式环流，进而促进西南涡的移动和发展，而模拟初期降水产生的潜热释放也起着重要作用，加深了对西南涡及其降水成因的认识。

• 基于亮温通道变率的FY-3C微波湿度计陆地云检测新方法
• 朱利剑,秦正坤,王金成

• PDF

  摘要

  2017-12-26

• 摘要：云检测是卫星资料同化的重要前处理步骤，无论是晴空资料同化还是有云资料同化，都需要准确的区分有云和晴空资料。由于陆地地表发射率的多变性和微波能穿透部分云类的特点，微波湿度计资料在陆地上空的云检测研究一直是难点。论文利用CRTM(Community Radiative Transfer Model)快速辐射传输模式分析了不同云类条件下FY-3C微波湿度计(MWHS-II, MicroWave Humidity Sounder-II)各通道亮温的通道间变率特征，根据MWHS-II亮温通道间变率随云高以及云中液态水含量的增加而减小的特点，提出了一个基于亮温通道变率的MWHS-II陆地资料云检测方法。与已有的云产品比较结果表明：新的云检测算法能有效地剔除大部分受云影响的资料，剔除后的晴空资料观测和模拟偏差更好的符合高斯分布。新方法对过冷水云、冰云、重叠云的检测能力较强，正确检测率可以达到80%，对卷云以及高度较低的水云的检测能力相对较弱。新方法能有效利用MWHS-II观测资料自身完成云检测，在MWHS-II资料同化中有很好的应用前景。

• 鲁中地区分类强对流天气环境参量统计特征
• 高晓梅,俞小鼎,王令军,王文波,王世杰,王新红,韩晓

• PDF

  摘要

  2017-12-26

• 摘要：将山东中部地区16年间暖季（4-9月）106次伴随瞬时风速8级或以上的强对流个例划分为雷暴大风、冰雹雷暴大风和强降水混合型等三种类型，利用常规探空资料和地面观测资料，通过箱线图的形式分别讨论三种类型对应的一系列关键环境参数的分布特征和预报阈值。进一步，又将上述106次个例中的特强对流个例，包括产生25m/s以上瞬时大风的特强雷暴大风个例、产生20mm直径或以上尺寸冰雹的特强冰雹个例以及50mm/h或以上强度的特强短时强降水个例提取出来构成一个子集，讨论其关键环境参数分布特征和预报阈值，并与全部对流个例的相应关键环境参数进行比较。最后，对鲁中地区强对流系统的触发机制进行了简要阐述和讨论。结果表明：(1)雷暴大风型、冰雹雷暴大风型和强降水混合型对应的850hPa和500hPa间温差的最低阈值为25℃；三种类型对应的地面露点最低阈值分别为：13℃、16℃和24℃；相应的大气可降水量最低阈值分别为：20mm、24mm和32mm；相应CAPE值的最低阈值分别为：300 J/kg、900 J/kg和1300J/kg；相应的0-6km垂直风切变最低阈值分别为：12.0 m/s、12.5 m/s和8.0 m/s。（2）通过地面露点、大气可降水量以及暖云层厚度等关键参数的分布特征可以将上述三种类型的前两种与第三种类型即强降水混合型进行一定程度的区分，但要通过各个关键参数的分布特征区分前两种强对流天气是困难的。(3)对于伴随冰雹的强对流天气，适宜的融化层高度为3.0-3.9km；(4)特强雷暴大风、特强冰雹和特强短时强降水等三种特强对流类型与全部强对流个例的三种类型相比较，其条件不稳定度明显增大,体现为850hPa和500hPa间温差的增大、水汽条件有所加强、对流有效位能明显增大，三种类型特强对流天气对应的CAPE最低阈值分别为：1000J/kg、1100J/kg和2000J/kg;相应的0-6km垂直风切变最低阈值分别为：16m/s、12m/s和11m/s，即特强雷暴大风型和特强短时强降水型的垂直风切变阈值明显增大。上述工作构成了山东中部伴随雷暴大风的强对流天气短时预报的一个基础，结合各类强对流天气发生的气候概率，可以通过决策树或模糊逻辑方法制作成适合于地市气象台的分类强对流天气短时预报系统。

• 高空急流对高原切变线影响的数值试验与动力诊断
• 罗雄,李国平

• PDF

  摘要

  2017-12-19

• 摘要：利用NCEP 1°×1°再分析资料和中尺度数值模式WRF对一次青藏高原（简称高原）切变线过程进行了数值试验，主要研究高空急流强度对高原切变线的影响，并结合ω方程分析了影响高原切变线上垂直上升运动的若干因子。研究得出高空急流的强度对低层风场有重要影响，急流增强会使高原切变线上的风切变增大，切变线变长，同时高空急流强度的增强也有利于高原切变线上水汽的辐合。高空急流可通过影响高层辐散、低层辐合的散度场垂直配置，对高原切变线上的正涡度柱与辐合上升运动产生作用。ω方程的诊断分析表明：温度平流的拉普拉斯项对高原切变线上的垂直上升运动起主导作用，低层暖平流有利于切变线上产生上升运动。高空急流强度的变化对差动涡度平流项的影响要大于温度平流拉普拉斯项，高空急流强度的增强会放大差动涡度平流项和温度平流项的正贡献，从而更加有利于上升运动及高原切变线的维持。

• 东亚干旱半干旱区空中水资源研究进展
• 刘玉芝,常姝婷,华珊,黄建平

• PDF

  摘要

  2017-12-01

• 摘要：针对东亚干旱半干旱区空中水资源相关的研究，系统回顾了近年来国内外对该区域空中水资源方面的主要研究进展，主要包括大气水汽、云的分布特征、空中水资源的降水转化率及其影响因子等。东亚干旱半干旱区西部及东部水汽含量较中部高，背风坡水汽含量较迎风坡高，季风区及山脉地区云水资源高于盆地、沙漠上空的云水资源。20世纪80年代中期之后，东亚干旱半干旱区对流层底部的水汽显著增加，其中夏季增加最为明显。在全球气候变化背景下，我国西北部分地区云水路径总体上呈现上升趋势，同时呈现“东正西负”的东西向变化差异以及“北正南负”的反相位特征。大气环流、地表温度、下垫面地表特征等因子通过影响东亚干旱半干旱区的水汽输送及蒸散发，进而改变东亚干旱半干旱区空中水资源，空中水资源的改变通过影响辐射收支、不同高度云量及第二次相变产生的云水含量进而对局地温度和降水产生进一步影响。以往研究中，大部分主要针对东亚干旱半干旱区大气中的水汽含量和云平均状态的分布和变化特征，而与降水相关联的空中水资源的变化特征目前仍不清楚，有待系统深入地研究。

• GRAPES_GFS中三维参考大气的研究Ⅰ：理论设计和理想试验
• 苏勇,沈学顺

• PDF

  摘要

  2017-12-01

• 摘要：参考大气的选取对于半隐式半拉格朗日（Semi-Implicit Semi-Lagrangian，以下简称SISL）模式动力框架的计算精度至关重要。中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES_GFS（Global Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System）采用基于等温大气构造的一维参考大气，该方法求解简单、易于实现，但无量纲气压和位势温度扰动量的数量级较大，降低空间计算精度的同时，由于非线性项较大，使得时间计算精度也比较低。本研究借鉴近年来世界上各主要业务中心的数值模式框架搭建方法，拟在GRAPES_GFS的动力框架中引入不随时间变化且满足静力平衡的三维参考大气，使得积分过程中参考大气可以尽量的靠近模式大气，提高空间计算精度的同时，减小非线性项的数量级，进而提高时间积分的计算精度。本研究重新推导了引入三维参考大气之后模式动力学方程组的求解过程，通过若干个理想试验验证了理论方法以及代码实现的正确性，说明了新的三维参考大气可以有效的提高模式动力框架的计算精度。后续工作会着重于实际资料预报情况下的初值构造方法，并通过连续循环预报试验检验新框架的实际预报性能。

• GRAPES模式中三维科氏力计算及其效果评估
• 牛嫣静,彭新东

• PDF

  摘要

  2017-11-16

• 摘要：作为一种连续可压缩流体，大气具有分层流体特性，其状态变化可由牛顿第二定律、热力学第一定律、连续方程和理想大气状态方程组成的偏微分方程组描述。为了更加精细化的描述GRAPES全球模式的动力过程，使模式大气更加接近真实大气。在全球非静力模式GRAPES中考虑三维科氏力作用，通过重新构建半隐式半拉格朗日求解大气动力方程组的Helmholtz方程系数，不改变求解方案的前提下实现对GRAPES模式动力过程的更新。然后采用在静力平衡基础上建立的三维大气理想试验对新的动力过程进行数值试验，检验其计算效果和数值稳定性。结果显示，考虑三维科氏力的模式动力框架计算稳定，改善了三维标量和矢量场的计算精度，在水平1°×1°分辨率模式中，平衡流试验第15天计算结果标量场 的 和 误差分别为0.00023和0.0004，而三维矢量场 的 和 误差分别为0.002 和0.003，都较原模式误差小一个数量级。在Rossby-Haurwitz波、地形Rossby波和斜压波试验中，新框架也都表现出很好的计算稳定性和计算效果。

• 基于T639集合预报的持续性强降雨中期客观预报技术研究
• 刘琳

• PDF

  摘要

  2017-11-10

• 摘要：针对持续性强降雨预报困难的问题，根据Anderson-Darling检验原理，构建基于CMA T639集合预报系统的持续性强降雨中期客观预报方法。对比分析2010-2015年5-9月T639集合预报降水与实况降水的累积概率分布函数差异，在此基础上采用扩展时间序列和空间范围的方法构建3种模式气候累积概率方案进行批量预报试验和检验，选取最优概率方案纳入预报模型,考察持续性强降水个例的最长预报时间。结果表明：随着预报时效的延长，集合预报模式的降水逐渐集中于小雨和中雨量级，无降水和暴雨以上量级的降水概率低于观测，168h以后模式降水概率趋于稳定。通过扩展时间序列和空间范围能弥补模式气候资料年限不足所带来的偏差，根据区域气候特征细分模式气候的方法重点突出了不同区域的降水特征，明显优于简单集合所有区域数据的模式气候方案。基于集合预报的持续性强降雨预报模型对持续性强降雨个例的预报能力是8-9天，随着预报时效的延长，降水强度以及雨带位置的预报能力逐渐减弱。

• 一次华南暖区暴雨过程可预报性的初值影响研究
• 吴亚丽,陈德辉

• PDF

  摘要

  2017-11-10

• 摘要：华南暖区暴雨发生时，冷空气和锋面离广东较远，往往事前不易被发现，漏报或迟报较多。基于覆盖华南区域的3km GRAPES_Meso模式和ADAS(ARPS Data Analysis System)系统的复杂云分析方案，选取2015年5月16日一次发生在粤西沿海地区的暖区暴雨个例进行数值试验，研究模式初始湿度条件的差异对暖区对流系统的触发、发展和维持的可预报性的影响。试验结果表明，增加模式的初始云信息可以增加初始场中低层的大气湿度，使空气接近或达到饱和，从而使数值模式有能力模拟出与实况相接近的降水。分析模拟结果的对流触发和维持过程，可以发现，（1）初始水汽和云水物质的增加，增大了大气的不稳定性：对流有效位能（CAPE）增加、K指数增加，对流抑制能量（CIN）减小、抬升指数（LI）减小，而且大气可降水量（PW）增多，从而使对流能够被快速激发；（2）暖区暴雨对流触发和对流维持的机制有所不同：模式对初始时刻湿度条件高度敏感，模式开始积分后饱和大气释放凝结潜热加热大气，所导致的浮力增强使对流更容易被触发；对流维持发展阶段，降水引发地面弱冷池形成，冷池向外流出气流与粤西沿海暖湿气流的汇合维持了低层水平风场辐合，从而维持了对流和降水的发展。进一步的敏感性试验表明，减少初始水汽增量，则辐合上升运动减弱，激发的对流强度减弱，且对流发生、发展、消散的速度减慢、滞后于实况。本文的研究成果丰富了对华南暖区暴雨可预报性的认识，可为今后针对性地发展业务数值预报循环同化系统提供借鉴参考。

• FY-3A/MERSI、MODIS C5.1和C6气溶胶光学厚度产品在中国区域的质量评价_*
• 唐维尧,鲍艳松

• PDF

  摘要

  2017-11-10

• 摘要：准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义。通过波长插值和时空匹配的方法，利用气溶胶自动观测站网（AERONET）观测的气溶胶光学厚度（AOD）对风云三号卫星中分辨率光谱成像仪（FY3A-MERSI）AOD、Terra/Aqua-MODIS 的Collections 5.1和Collections 6 AOD产品在中国区域的反演精度进行验证分析。结合一次发生在我国境内的沙尘天气与一次严重雾霾天气个例，分析上述卫星AOD的分布特征。研究结果表明： (1)FY-3A/MERSI AOD的反演精度较高（R=0.887，RMSE=0.234）,偏低于AERONET AOD（Bias= -0.293）。（2）在不同的下垫面情况下,各种卫星暗像元算法AOD产品反演精度有差异，植被覆盖情况越好，反演精度越高，而植被很少的地区，即亮地表甚至没有反演值。（3）MODIS C5.1深蓝算法产品能在亮地表地区反演AOD，但效果不佳。C6中的深蓝算法产品在不同下垫面的反演精度都很高（RMSE范围：0.096－0.127）。（4）在不同季节的对比中，各种卫星AOD产品在夏季的反演精度最差，而反演最好的季节各有不同。（5）在一次沙尘天气污染与一次严重雾霾天气个例中，在中国西部与北部区域，MODIS C6深蓝算法AOD的监测效果优于其他算法AOD；MERSI AOD产品在此区域的分布不连续。总体而言，MODIS C6 AOD分布比MODIS C5.1产品连续，MODIS 3km 产品在相同区域的AOD值高于其他产品。以上结论可为卫星AOD产品在中国区域的使用提供参考。

• 中国探空观测与第三代再分析大气水汽资料的对比研究
• 张思齐,郭艳君

• PDF

  摘要

  2017-11-10

• 摘要：为评估中国探空观测与第三代再分析大气湿度资料的差异，基于ERA-Interim、JRA55、MERRA和CFSR再分析和中国118探空站1979—2015年逐月850-300hPa大气比湿和相对湿度的原始值和均一化序列，通过分析探空与再分析的相对偏差、相关系数、标准差比和变化趋势,研究了两者在多年平均值、年际变率、离散度及长期变化趋势等方面的差异。结果表明，中国探空原始湿度序列存在显著的非均一性问题，均一化提高了序列的连续性，但存在显著的干偏差，总体较原始湿度偏干5%-43%。再分析中国平均对流层大气比湿和相对湿度较探空观测偏湿，相对湿度的偏差幅度(7%-48%)较比湿大(4%-13%)，对流层高层较低层大，春秋季偏差较夏季显著。各再分析间的差别较小，JRA-55在对流层高层较其他再分析偏干，与探空观测较接近。再分析与均一化后中国探空比湿和相对湿度年际变率和离散度在对流层低层较为一致，对流层中高层再分析的离散度明显高于探空。再分析与均一化探空中国平均比湿在对流层低层一致呈上升趋势；对流层中层探空为上升趋势，再分析为下降趋势。再分析与均一化探空相对湿度变化趋势差异较大，探空为上升趋势且对流层中高层上升显著, 对流层再分析为下降趋势。

• CloudSat/CALIPSO卫星资料分析云的全球分布及其季节变化特征
• 郑建宇,刘东,王志恩,王英俭,田晓敏,谢晨波

• PDF

  摘要

  2017-11-10

• 摘要：全球气候模式（GCMs）中云的参数化方案具有不确定性，了解云的时空变化能为参数化方案提供有效参考。利用搭载在属于A-Train卫星序列的CloudSat和CALIPSO上的94Ghz云雷达(CPR)以及正交极化云—气溶胶激光雷达(CALIOP)联合的2级云分类产品，分析了2007年3月至2010年2月八种云类及三相态的云量地理分布、纬向垂直分布的季节变化特征以及云层分布概率。结果发现，卷云的分布体系与深对流相似，主要集中在西太平洋暖池、全球各季风区及赤道辐合带，分布体系与气压带风带季节性移动一致。层云与层积云主要分布在中低纬非季风区以及中高纬的洋面上。高积云与高层云的分布形成明显的海陆差异，雨层云与积云的分布形成明显的纬度差异。冰云分布体系与卷云相似，云高随纬度递增而递减；水云分布体系与层积云相似，平均分布于2km高度；混合云集中于高纬地区及赤道辐合带，中纬度地区随纬度变化集中于海拔0-10km的弧形带。层状云多以多层云形式出现，积状云多以单、双层云的形式出现，层状云的云重叠现象比积状云更显著。积状云类和层状云类的分布特征与积云降水和层云降水的分布特征基本一致，验证了不同类型降水的卫星观测结果，同时为气候模式的云量诊断方案提供对比验证的数据。

• 中国95oE以东区域性暴雨过程时空分布统计特征(1981-2015)*
• 牛若芸,刘凑华,刘为一,赵晓琳

• PDF

  摘要

  2017-10-25

• 摘要：基于1981-2015年全国逐日降水量加密观测资料和NCEP/NCAR大气再分析资料，采用主客观相结合的方法，以天气过程为单元建立了中国95oE以东地区及其6个子区的区域性暴雨过程个例谱，进一步使用小波功率谱、九点二项式平滑及ward聚类等方法剖析了中国95oE以东区域性暴雨过程的时空分布统计特征。结果表明：（1）中国95oE以东区域性暴雨过程平均年总次数接近30次；其中江淮流域是出现区域性暴雨过程最多的子区，平均为19次/a；其次为华南和西南地区东部，平均为10.5次/a和5.8次/a；东北地区、华北和西北地区东部平均仅为1—3次/a。（2）中国95oE以东及各子区区域性暴雨过程次数的年及年代际变化主要表现为波动特征，各子区中江淮流域与中国95oE以东地区的年及年代际波动变化最为一致；华南与西南地区、东北地区与华北的波动变化互为显著的正相关关系。中国95oE以东及各子区区域性暴雨过程年总次数都表现出2—4a的周期变化，另外江淮流域、华南和西北地区东部还表现出6—10a的周期变化，华北表现出13—17a的周期变化。（3）中国95oE以东区域性暴雨过程总体呈夏季最多、冬季最少、春季多于秋季的分布特征，其中以7月出现次数最多。各子区中，江淮流域和西南地区东部区域性暴雨过程以6、7月最多，华南以5、6月最多；东北地区、华北、西北地区东部集中出现在7、8月。（4）中国95oE以东地区的极端区域性暴雨过程可划分为7种分布类型。第Ⅰ-Ⅳ型强降雨区从江南南部和华南呈阶梯状逐步北抬至黄淮和四川盆地东部一带，第Ⅴ-Ⅶ型除在东南沿海均有强降雨区外，第Ⅴ型在华南东部至江淮、第Ⅵ型在黄淮北部至东北地区中南部、第Ⅶ型在黄淮西部和华北中南部还分布有强降雨区。

• 北大西洋爆发性气旋的统计特征_*
• 孙雅文,傅刚

• PDF

  摘要

  2017-10-23

• 摘要：本本文利用National Centers for Environmental Prediction (NCEP)提供的Final Analysis (FNL)再分析资料，对2000年~2015年冷季(10月至次年4月)北大西洋上的爆发性气旋进行了分析, 综合考虑气旋中心位置经向分布特征和海面10 m高度风场对爆发性气旋的定义进行了修订。根据气旋中心海表面气压最大加深率的空间分布，发现北大西洋爆发性气旋主要发生在4个区域，即：北美大陆区，西北大西洋区，北大西洋中央区和东北大西洋区。整个北大西洋区爆发性气旋个数随海表面中心气压最大加深率增大而减少，自西向东气旋强度加强，气旋移动路径呈西南-东北向。气旋的强度等级可分为4类：超强[≥ 2.15 Bergeron (Ber)]、强(1.75 Ber -2.14 Ber)、中(1.45 Ber -1.74 Ber)、弱(1.00 Ber -1.44 Ber)爆发性气旋。在北大西洋海盆区，自西南向东北爆发性气旋的个数逐渐减少，爆发时长变短。西北大西洋区气旋中心气压加深率最大，爆发时长最长。东北大西洋区加深率最小，爆发时长最短。东北大西洋区爆发性气旋主要发生在12月，北大西洋中央区主要发生在12月～3月，西北大西洋区主要发生在1月～2月。与海上相比，北美大陆区爆发性气旋发生个数少，强度弱，爆发时长短。

• 斜压不稳定理论的发展历程分析
• 张萌

• PDF

  摘要

  2017-10-20

• 摘要：斜压不稳定理论是中高纬地区天气尺度扰动生成和发展的机制，是继长波理论之后大气动力学上的又一重大进展，对现代天气预报具有重要的指导意义。按照斜压不稳定理论发展的时间脉络，阐述了赵九章、查尼和伊迪在斜压不稳定方面开展的研究工作，分析了三位科学家各自的研究特点及历史贡献。赵九章1946年发表在Journal of Meteorology上的论文，最早提出了“斜压不稳定”这一概念，文中给出了不稳定的临界波长，并阐述了在不稳定扰动情况下能量的转换，以及不稳定波对大气环流带来的可能影响，尽管得出的不稳定临界波长与观测差别较大，但其对波流相互作用的讨论在当时是超前的。查尼于1947年采用滤波和尺度分析等方法，将大气扰动方程简化为一个可以求解的系统，推导出大气稳定状态的判据，建立了斜压不稳定理论，其结果与实况比较接近；并据此把准地转模式成功应用于数值天气预报实践中，促使数值天气预报获得首次成功。1949年，伊迪在查尼研究工作的基础上通过合理的简化方法，得到了更为简洁的模型。最后，通过对比他们的研究思路，重点分析了赵九章未能使得斜压不稳定理论提前一年建立的原因：由于其研究思路始终局限在大气水平运动上，忽略了斜压系统发展中散度项的贡献，因而未能抓住天气系统发生发展的本质，致使其最终与斜压不稳定理论的成功建立失之交臂，其论文本身存在的一些亮点也因此被后人忽略。

• 隐式等权重粒子滤波在高维准地转模式中特性研究
• 陈妍

• PDF

  摘要

  2017-10-20

• 摘要：粒子滤波自从被引入到资料同化领域以来，对于高维系统存在的粒子衰退问题一直困扰着资料同化领域的研究。隐式等权重粒子滤波（Implicit Equal-Weights Particle Filter，IEWPF）通过在高维的状态空间维数的前提下，隐式从每个粒子都具有特殊协方差的提议密度（proposal density）中进行采样，构建等权重的粒子集合，从而解决了高维系统的粒子衰退问题。本文通过在高维准地转模式中应用IEWPF方法，验证了IEWPF的系统一致性和资料同化效果。通过对水平动能谱的检验，验证了IEWPF可以保持系统的原始平衡特性。通过IEWPF与等权重粒子滤波（Equivalent Weights Particle Filter，EWPF）的对比试验发现，两者的资料同化分析场非常接近，但在运行效率上，IEWPF远好于EWPF。同时，IEWPF也为解决一系列的资料同化问题，比如参数估计，提供了新的解决途径。

• 基于星载降水雷达长时间(2004-2014)观测的川渝地区降水垂直结构的气候特征分析
• 仲凌志,陈林,杨蓉芳,唐国强,李瑞义,周青

• PDF

  摘要

  2017-08-18

• 摘要：本文使用热带降水卫星TRMM搭载的降水雷达PR自2004-2014长达11年的连续观测资料对青藏高原东南缘川渝地区不同季节不同降水类型的垂直结构特征进行了统计与分析，并建立了相应的气候态反射率垂直廓线(Vertical Profiles of Reflectivity, VPRs)。研究得出：由于不同的微物理及动力过程，降水类型对反射率垂直廓线的结构特征影响很大， 90%的层云亮带峰值强度低于32dBZ，50%的对流云最大反射率强度超过35dBZ。降水类型及强度都对VPRs的形状影响很大，层云系统发生中雨及大雨时其冰雪区的聚合反应效率明显较发生小雨时高，冬季由于温度、水汽减少等原因，层云内部水凝物转化速率较其余季节偏慢。VPRs特征参数具有一定的区域性和季节特征，且地表加热和地形高度的作用会加强上升气流对反射率垂直廓线形态的影响，上升气流的强度影响着冰雪及雨水区的碰并增长率以及低层的蒸发作用，从而进一步影响低层雨区的VPR斜率，边界层的相对湿度是另一个影响雨区VPR斜率及蒸发率的重要因素。星载降水雷达的云分类算法在高原东南缘地区受到一定的挑战，仍有改进的空间；未来可以将基于星载降水雷达建立气候态层云典型VPRs应用于联合地基天气雷达网观测以弥补后者在复杂地形条件下探测范围及能力受限的缺陷，从而改进雷达定量降水估测(Quantity Precipitation Estimation, QPE)的误差。

• 不同形状冰晶权重假定对冰云光学和辐射特性的影响
• 陈琪,张华

• PDF

  摘要

  2017-08-18

• 摘要：[资料和方法]在BCC_RAD辐射传输模式和包含多形状冰晶粒子的冰云光学性质参数化方案的基础上，[目的]详细分析了不同冰晶粒子权重选取对冰云光学和辐射特性的影响。[结果] 结果显示，不同形状冰晶粒子权重的选取对长波带平均消光系数、单次散射比、不对称因子和短波带平均不对称因子均有较大的影响。冰晶粒子权重选取对长波辐射通量有很大影响：对长波向下辐射通量，权重选择不同可在云底处造成高达-10.50W/m2的差别；对长波向上辐射通量，权重选择不同可在云顶处造成高达15.05W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对短波辐射通量也存在较大影响：对短波向下辐射通量，权重选择不同可在云底处造成高达12.48W/m2的差别；对短波向上辐射通量，权重选择不同可在云顶处造成高达-10.23W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对长波加热率影响较大，在云顶处和云底处分别可达1.31K/d和-2.06K/d。[结论]研究表明，不同形状冰晶粒子权重的选取对冰云光学性质和辐射计算均有较大的影响，在长波区间尤其明显。

• 南京雷达中气旋产品特征值统计分析
• 王易,郑媛媛

• PDF

  摘要

  2017-08-18

• 摘要：[目的]为了研究南京雷达中气旋的特征,[资料方法]利用南京新一代天气雷达资料对2005-2013年的中气旋产品特征进行统计,[结果]重点对持续3个体扫以上的中气旋结构特征进行分析。[结论]分析表明：中气旋通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变较大的环境条件下,6-7月是中气旋的多发月份,主要出现在午后到前半夜,中气旋的底高、顶高和最强切变与中欧的中气旋分布相似；高质心中气旋有利于冰雹的产生,而低质心、强切变中气旋有利于产生龙卷。

• 基于贝叶斯模型的器测、古气候重建与气候模拟数据的融合试验
• 余君,李庆祥,张同文,徐文慧,张雷,崔妍

• PDF

  摘要

  2017-08-18

• 摘要：气象部门馆藏的西部最早的器测气象资料始于1930s，不能满足建立20世纪以来中国气候变化序列的需求，而古气候重建或气候模拟资料则可以延伸到器测时代以前。[目的]为了探讨长序列多源气候资料序列融合方法，[资料和方法]本文采用贝叶斯方法对北疆地区8条树轮气温重建资料、器测资料与CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式模拟资料进行了融合试验。首先利用器测资料对气温代用资料进行了校验与网格重建，并以此作为贝叶斯模型的先验分布，然后，用泰勒图选出了该区域气候模拟效果最佳的几个模式；最后将网格重建和气候模拟序列用贝叶斯模型进行了融合试验。[结果、结论]结果表明：贝叶斯融合模型能有效提取各种数据来源的有用信息进行融合，融合结果的长期变化（线性）趋势更接近器测气候序列，并在一定程度上提高了序列的精度，减小了结果的不确定性；并且，融合结果能够分别纠正先验分布及气候模拟数据的明显偏差，为长年代气候序列重建提供了一个可行的思路。

• 夏季西太平洋暖池热含量对华西秋雨的影响及可能的物理机制
• 郑然,刘嘉慧敏,马振峰

• PDF

  摘要

  2017-08-18

• 摘要：本文利用1971-2012年台站逐日资料，综合考虑降水量、降水日数及日照时数计算华西秋雨强度，结合不同深度海温资料，研究了华西秋雨强度与夏季西太平洋暖池热含量年际变化的联系，并讨论了其可能的物理机制。结果表明，前期夏季西太平洋暖池关键区（5°S—5°N，130°E—160°E）热含量变化与华西秋雨强度有显著正相关关系，当前期关键区热含量偏高（低）时，华西秋雨强度较强（弱）。分析发现，当前期关键区热含量偏高时，其相对大气是一个异常热源，由于大气对其的响应，在热含量关键区西北侧南海-中南半岛附近生成了异常气旋式环流，其偏东偏南气流有利于向华西输送中低纬洋面上大量暖湿水汽，并与北方的干冷空气在此交汇，同时，高层西风急流异常西伸，华西地区恰好位于急流入口区右侧的辐散区，这种高低层有利的耦合形势使得秋雨偏强，反之亦然。