镇江市寒潮特征分析及中、短期预报模型

对镇江地区1980-2010年寒潮天气过程及相关物理量统计分析结果表明:寒潮强度与范围成正比,强寒潮和特强寒潮只发生在镇江市4个基本观测站均达到寒潮标准的情况下。寒潮酝酿阶段500 h Pa超长波以波1、波2为主要波型,暴发阶段波3为主要波型。冷空气影响镇江前,500 h Pa纬向平均有效位能有2次能量积聚过程,纬向平均动能在25-45°N内加强,西风指数在35-55°N内出现≥30 m·s~(-1)的峰值。寒潮强度越强,冷空气影响前1~3天500 h Pa寒潮关键区温度和位势高度越低。冷空气影响前后,镇江站最低气温、最低地温、平均气压和850h Pa温度的降(增)幅均随时效增长而增大。利用超长波、纬向平均有效位能、纬向平均动能及西风指数的中期变化结果,通过权重法建立寒潮中期预报模型;利用"CMA最新寒潮等级方法"的判别标准,确定寒潮发生具体日期;根据500 h Pa寒潮关键区温度、位势高度,镇江850 h Pa温度、日最低气温、地表温度的短期变化情况,建立寒潮短期强度等级预报模型。建立的寒潮中、短期预报模型,对2011-2016年镇江出现的15次寒潮过程全部报出,并报准5次强寒潮中的4次寒潮强度等级。     

东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理

利用1979—2013年ERA-interim再分析资料,通过均方差分析、功率谱分析、带通滤波及合成分析等统计方法系统地分析了东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理。结果表明,东亚季风区冬季经向风异常在我国华南一带变化显著,振荡周期为10~20 d(准双周振荡)。在准双周尺度上,水平方向上,850 h Pa异常北风主要呈现从高纬向低纬传播的特点,60°N附近异常经向风向东南方向传播,副热带30°N附近弱的异常经向风向东传播,二者在华南汇合,随后分为两支中心,分别向南和向东继续传播,我国华南一带存在基本气流向准双周尺度波动的能量转换,因此异常经向风在华南会显著增强;垂直方向上,对流层上层、中层、下层的经向风呈现强—弱—强的异常中心特征,对流层下层850 h Pa和上层200~300 h Pa均存在经向风大值中心;我国东部上空300 h Pa上,副热带地区波动比850 h Pa更明显,60°N附近波动向东南方向移动,同样在我国东部地区合并,波动辐合导致波动能量增强。     

2017年7月陕西高温热浪天气成因及前期信号初探

利用陕西98个气象观测站最高气温逐日资料和NCEP/NCAR再分析逐日、逐月资料、NOAA逐月海表温度资料以及国家气候中心逐月环流指数资料,分析了2017年7月陕西极端高温热浪天气的成因,探寻其前期信号。结果表明:此次高温演变过程分为两个阶段,第一阶段为9—14日,陕西大部处于新疆至河套一带高度场正异常控制中,异常下沉运动和低层暖平流位置偏北造成陕西中北部出现高温;第二阶段为19—27日,西太平洋副热带高压明显北抬西伸、高空急流与南亚高压东进,造成异常下沉运动增强、南移,加之低层暖平流范围增大、强度增强,使得高温向陕西南部扩展,高温中心南移且强度增大。前期5—6月赤道西太平洋关键区(10°S—15°N、160°E—140°W)海温异常与7月陕西中南部高温呈显著正相关,它是7月陕西中南部高温一个可靠的前期信号。当前期5—6月关键区海温偏高时,其可通过激发遥相关波列与西太副高、南亚高压及东亚上空纬向风发生联系,进而影响陕西中南部气温变化,这可能是造成该地区7月极端高温事件的主要原因。     

陕西冬季气温变化特征及其成因

利用1961—2012年NCEP/NCAR再分析资料以及陕西月平均气温资料,分析陕西冬季气温年际变化特征及其形成机制。结果表明:陕西冬季气温主要呈全区一致的空间分布型,低温年,500h Pa高度场我国西部存在稳定的负距平,垂直方向呈准正压结构,西太平洋遥相关型(WP)与第一模态时间系数的相关性最显著。中高纬地区海温可能是影响陕西冬季气温的主要强迫因子,西北太平洋海温负异常,黑潮区、热带印度洋、北大西洋海温显著偏低,有利于陕西冬季气温偏低,且这些关键区海温的异常信号,在前期夏、秋季已经表现明显,对冬季气温预测有指示意义。     

2015年河南首场区域暴雪伴高架雷暴过程分析

利用常规观测资料、1°×1°NCEP分析资料和雷达资料,对2015年河南首场区域暴雪伴高架雷暴过程的天气形势、大气层结和水汽、动力、能量等物理量场的特征及雷达回波特征进行分析。结果发现:500h Pa高空低槽、700h Pa低空切变线和低空急流是此次暴雪天气的主要影响系统;700h Pa西南急流和850~925h Pa低空东北以及东风急流为河南上空输送充足的水汽,同时850~925h Pa低空急流为暴雪提供了深厚的冷垫。暴雪天气出现时西南急流加强、湿层增厚,河南上空具有强水平风垂直切变说明大气层结动力不稳定、对称不稳定。水汽通量大值区和水汽通量散度大值区与降水大值区较吻合;散度和垂直速度大值区与强降水区域对应较好;对流不稳定能量释放有利于暴雪天气的出现;高层对称不稳定能量释放是桐柏出现雷暴天气的原因之一。雷达径向速度图上零线两次出现清晰完整的"S"形状对应暖平流加强,暴雪出现在暖平流强盛的时间段内,28日14时河南南部地区对流回波强度为35~40d Bz,回波顶高8km,对流云顶高度达到了-40℃~-20℃的温度层,有助于雷暴天气出现。     

基于高分辨率资料的湿螺旋度指标及其对成都强降水的预报应用

为了更好的提高成都地区(30.1°N-31.5°N,103°E-104.9°E)强降水的预报准确率,利用国家气象中心(T639)高分辨预报场(0.28°×0.28°)资料以及加密自动站降水量资料对成都地区2011-2012年汛期(7-9月)共计15例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析,分别归纳总结出3 h、24 h内强降水发生、发展及落区分布的判据。利用这些判据对2013年6月20日以及7月8日发生在成都地区的两例强降水过程进行检验,同时根据这些判据对成都2013年6-8月强降水过程进行检验评分并投入业务试应用。结果表明,低层湿螺旋度对成都区域性暴雨的预报准确率较高。700 h Pa和850h Pa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布有较好的预报效果,强降水出现在700 h Pa湿螺旋度正、负值等值线密集区(靠近正值一侧),以及850 h Pa正值区;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~80×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性暴雨天气;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~140×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性大暴雨天气;当不同层次上出现300×10-11~500×10-11Pa·s-3时,可能出现局地强对流天气,如大风、短时强降水等。     

春季中国大陆降水的特征及其与全球海温的关系

利用NOAA CMAP 1979—2010年逐月再分析降水资料、1978—2010年逐月ERSST资料和NCEP 850 h Pa再分析风场资料,研究了春季中国大陆的降水特征,及影响其降水的关键时段和关键海温区。结果表明,春季中国大陆降水偏多年和偏少年频次与强度都相当,年际变化明显。20世纪80年代前期降水偏多,80年代后期至90年代末降水偏少,2000年后至今降水偏多;降水主要有2个周期频段:8~10和3~4年。确定影响春季中国大陆降水的3个关键海温区:海区1:75°—180°E,30°S—30°N;海区2:150°—120°W,30°—60°N;海区3:180°E—130°W,20°S—20°N。不同海区海温在不同时期对中国大陆不同地区春季降水的影响有所不同。     

海南岛气温年际变化与海温的关系

利用1966～2007年海南岛18个市县逐月平均气温和NCEP再分析海表温度资料,对海南各季平均气温年际变化的时空特征及其与不同海域海表温度的相关关系进行了较细致的分析,结果表明:海南各季节气温年际变化的空间分布呈现出很好的一致性;西北太平洋西部是影响海南省冬季气温年际变化的关键区,受海温影响最显著的是中部山区;热带印度洋是影响海南省春季气温年际变化的关键区,受该海域表面温度影响最显著的是南部地区;南海海域是影响海南省夏季气温年际变化的关键区.受该海域表面温度影响相对较弱的是东南少部分地区;热带东太平洋是影响海南省秋季气温年际变化的关键区,受该海域海表温度影响相对较弱的依然是东南的少部分地区.     

2011年夏季广东季风槽暴雨与准双周振荡

采用小波分析、Lanczos时间滤波器、合成分析等方法分析了2011年夏季广东季风槽暴雨与大气低频振荡的关系。结果表明,2011年夏季降水主要存在准20 d的周期振荡,季风槽暴雨过程对应强的准双周振荡。选取与夏季降水显著相关的区域（102.5~117.5 °E,20~27.5 °N）平均的500 hPa高度场作为影响广东夏季降水的“500 hPa关键区”指数,同样选取区域（110~120 °E,15~22.5 °N）平均的850 hPa风场作为“850 hPa关键区”指数;2011年夏季500 hPa关键区与850 hPa关键区分别存在显著的准23 d、准22 d周期振荡,季风槽暴雨发生在500 hPa关键区准双周振荡的波谷、850 hPa关键区准双周振荡的波峰附近。从南海南部开始的3次低频纬向风、OLR、湿度的北传与从菲律宾以东的西太平洋向西传播的低频中心相遇,导致3次季风槽暴雨过程。利用典型个例的合成分析,对2011年6—8月广东3次季风槽暴雨的准双周振荡不同位相的大气环流场的共同演变特征进行分析,它们反映了季风槽暴雨从间歇-开始-旺盛-减弱-结束期的大气环流场演变特征,为广东季风槽暴雨的中期预报提供参考依据。      

山西春季旱涝与太平洋海温场和环流场异常关系

利用山西省62个气象站1961年-2008年春季逐月降水资料,同期NCEP/NCAR再分析资料,NOAA太平洋海温资料等,应用SVD、蒙特卡罗统计检验、合成分析等方法,研究了山西春季旱涝与同期太平洋海温场和环流场异常关系.研究表明：影响山西春季旱涝的同期500 hPa关键区主要位于日本海、北太平洋东部的阿留申地区南部,以及极地、西西伯利亚,山西北部和西南部受关键区异常影响更明显;当春季500 hPa平均高度场上日本海、北太平洋东部出现正异常,而极地、西西伯利亚出现负异常时,山西春季易偏涝,反之山西春季易旱.春季赤道东太平洋以及北太平洋海盆东南部λw150°～λw160°,ψN30°～ψN 35°附近海域是影响山西春季旱涝的太平洋海温的关键区,山西中南部受关键区海温异常影响最明显;当春季赤道东太平洋海温异常偏高,北太平洋海盆东南部海温异常偏低,山西春季降水易偏多,反之山西春季易旱.春季850 hPa上我国东部地区λE110°～λE120°范围偏南风减弱是导致山西春旱的重要因素.     

北京一次暴雨过程的成因分析

2011年6月23日下午到夜间,受蒙古低涡东移南下天气过程及冷暖空气共同作用影响下,北京地区出现了强雷雨天气过程,局部地区降雨量达到大暴雨标准。此次大暴雨过程具有突发性、局地性、短时性和高雨强等特点。利用常规天气资料、fnl再分析6 h资料等,对此次大暴雨过程进行了分析,并对其成因作了初步讨论。结果表明:东移南下的蒙古低涡及北京北部、贝加尔湖以东的外蒙古境内的阻塞高压为此次天气过程的影响系统,北京地区处于低槽前部的不稳定区。由垂直速度场可以看出,北京地区处于垂直速度大值中心,同时位温随高度增加而减小的分布状况,表明暴雨发生时北京地区大气层结是极不稳定的,地面低压辐合带配合高空东移的横槽造成高低空辐散带叠加,产生了极强的上升运动,有利于大暴雨的发生发展。近地面东南风将渤海的水汽源源不断地输送到北京地区,借助强的上升运动,在高空呈现很强的水汽通量辐合,为大暴雨的发生提供了充足的水汽条件。     

春夏季DSH1与SL3 1型降水传感器数据比较

为掌握称重式降水传感器的液态降水观测性能,推进降水自动化观测进程,按照降水过程强弱,依照北京市观象台2011年春夏季降水观测数据的统计结果,对DSH1型称重式降水传感器与业务用SL3 1型双翻斗雨量传感器进行比较分析。结果表明：以SL3 1型双翻斗雨量传感器为参照,DSH1型称重式降水传感器的观测数据基本可靠,在小雨过程中,两种型号传感器的观测数据有较好一致性;在中雨及大雨过程中,DSH1型称重式传感器与SL3 1型双翻斗雨量传感器还有一定的差异,有待于进一步试验与研究。试验过程中,DSH1型称重式传感器曾有故障出现,仪器可靠性有待提高。     

Permafrost hydrology in North America 1

Abstract

This paper reviews hydrologic processes in the permafrost regions of northern North America. Much work has recently been done at specific experimental plots to parallel the progress in laboratory investigations, improving our understanding of the heat and water fluxes in thawed and frozen grounds, infiltration in frozen soils, evaporation in a cold environment, interaction between snow and its frozen substrate, and the dynamics of storage in the active layer. Field research on permafrost slopes and in northern research basins adds to our knowledge of permafrost groundwater hydrology, runoff generating processes, river freeze‐up and breakup processes and allows more precise definition of basin water balance. Sufficient hydrometric data are now available to analyse the streamflow characteristics in an area with permafrost, and more work should be done along this line. It is urged that process studies be continued to gain a better understanding of the effect of permafrost upon the hydrologic cycle. Further research is needed to predict the impacts of human activities on the movement and redistribution of water.     

2011年7月29日山西大暴雨过程的多尺度特征

利用1°×1°的NCEP再分析资料、红外辐射亮温（TBB）、多普勒雷达和气柱水汽总量等资料,对2011年7月28-29日发生在山西境内的区域性暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：（1）乌拉尔山阻高崩溃,西风槽东移、副高进退是此次暴雨发生的环流特征;（2）850 hPa低涡切变和700 hPa暖式切变线及地面冷锋是暴雨发生的中α尺度触发系统;（3）〉30 dBZ的雷达回波呈南北向位于地面冷锋与700 hPa切变线之间,雷达回波随地面冷锋和700 hPa切变线的东移而东移;（4）低空低涡切变受500 hPa强盛西南气流的引导向东北移动,暴雨落区始终与低涡切变相伴随;（5）暴雨过程山西境内共有9个中β尺度对流云团活动,山西西南部的暴雨主要由5个中β尺度对流云团的相继移入并在自动站极大风速风场切变线附近触发对流发展所致;山西东南部的大暴雨则是3个中β尺度对流云团合并发展的结果,中γ尺度气旋是导致局地大暴雨发生的直接影响系统;（6）暴雨发生在气柱水汽总量空间分布图中水汽锋的南部和东部及靠近气柱水汽总量的大值区一侧,水汽锋的形成比降水开始提前17 h,比暴雨发生提前24 h以上,对暴雨的短期、短时预报有指示意义。     

GM(1, 1)模型的建模条件

GM(1,1)模型是灰色系统理论的核心预测模型,对GM(1,1)模型的建模条件进行研究是提高模拟精度的基础.采用理论证明和数值算例相结合的方法对GM(1,1)模型的建模条件进行研究,拓展了经典灰色预测模型的级比判定条件.结果表明:当原始序列的累加序列值都相等时,发展系数不存在;提高原始序列光滑度不是提高模拟精度的充分条件.     

Development of 1km-Scale Operational Model in South China

To support short-range weather forecast, a high-resolution model (1km) is developed and technicallyupgraded in the South China Regional Center, including the improvement of the 3D reference scheme and predictor-corrector method for Semi-Implicit and Semi-Lagrangian (SISL) in model dynamical core, as well as the improvementof physical parameterization. Furthermore, the multi-process parallel I/O and parallel nudging techniques are developedand have facilitated rapid updating in the assimilation prediction system and fast-output post processing process. Theexperimental results show that the improved 3D reference scheme and upgraded physic schemes can effectively improvethe prediction accuracy and stability with a longer integration time step. The batch test shows that the precipitationforecast performance of 1-km model is significantly better than that of 3-km model. The 1-km model is in operation withrapidly updating cycle at 12-minute intervals, which can be applied to short-range forecast and nowcasting application.     

非对流性云中龙B-1 AgI烟迹扩散的研究

利用ＡｇⅠ和空气混合物的扩散方程,对催化剂在高空云中的传输,扩散进行了分析,计算了龙Ｂ－１焰弹催化系统播散的ＡｇⅠ气溶胶在云中的扩散,并给出龙Ｂ－１焰弹催化剂使用量的理论值,供在实际应用中参考。     

Characteristics of Chemical Speciation in PM_1 in Six Representative Regions in China

A better knowledge of aerosol properties is of great significance for elucidating the complex mechanisms behind frequently occurring haze pollution events. In this study, we examine the temporal and spatial variations in both PM_1 and its major chemical constituents using three-year field measurements that were collected in six representative regions in China between 2012 and 2014. Our results show that both PM_1 and its chemical compositions varied significantly in space and time, with high PM_1 loadings mainly observed in the winter. By comparing chemical constituents between clean and polluted episodes, we find that the elevated PM_1 mass concentration during pollution events should be largely attributable to significant increases in organic matter(OM) and inorganic aerosols like sulfate, nitrate, and ammonium(SNA),indicative of the critical role of primary emissions and secondary aerosols in elevating PM_1 pollution levels. The ratios of PM_1/PM_(2.5) are found to be generally high in Shanghai and Guangzhou, while relatively low ratios are seen in Xi'an and Chengdu, indicating anthropogenic emissions were more likely to accumulate in forms of finer particles. With respect to the relative importance of chemical components and meteorological factors quantified via statistical modeling practices, we find that primary emissions and secondary aerosols were the two leading factors contributing to PM_1 variations, though meteorological factors also played important roles in regulating the dispersion of atmospheric PM.     

基于高光谱资料对FY-1C/1D气象卫星进行交叉定标

介绍了利用AQUA卫星高光谱AIRS资料对FY-1C、FY-1D气象卫星热红外通道进行交叉定标的方法及定标结果。首先利用卫星轨道预报软件预报出AQUA与FY-1C以及AQUA与FY-1D卫星交叉点,再对交叉区域卫星资料进行像元投影和像元匹配,像元匹配包括时间、观测角度、环境均匀性等检验。以AIRS探测结果作为辐射基准,利用其观测值和FY-1卫星热红外通道光谱响应函数进行光谱匹配,最终得到FY-1卫星热红外通道的准真值并与FY-1卫星的业务产品进行比较分析。对FY-1C、FY-1D两年多卫星资料进行多次交叉比对,结果表明FY-1C通道4比AIRS观测亮温低1.3K左右,通道5低3.6K左右;而FY-1D通道4比AIRS观测亮温低0.3K左右,通道5低3.6K左右。这个准真值与FY-1观测的计数值进行再定标得到新的定标系数。     

乌鲁木齐市1955—2007年日照特征变化分析

利用乌鲁木齐市1955—2007年逐月日照时数以及与日照变化相关的≥0．1mm降水日数、雾日数等实测资料,运用一元线性回归、Mann—Kendall等方法分析了乌鲁木齐市日照的变化特征及影响日照减少的可能气象因素。结果发现：乌鲁木齐市日照呈减少趋势,其中秋季日照时数减少比较显著,突变检验的结果表明年日照时数在1976年发生了突变,之后年日照时数逐渐减少。日照时数和≥0．1mm降水日数、雾日数具有很好相关性,说明日照时数减少可能受降水日数、雾日数的影响。