各非地转Q矢量之间的定量比较

结合"海棠"台风在2005年7月19日08:00~20日08:00再次登陆福建省24 h期间所造成的降水过程,在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上,利用模式模拟输出结果,通过计算900~600 hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场,定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异,结果表明:(1)非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场,对同期模拟雨区都具有一定指示作用,同时,非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强,且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度,尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲,改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。(2)非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同,且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大,相对来讲,与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强,非地转湿Q矢量散度强迫次之,非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度,相对来讲,改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。(3)三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异,充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放,考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量,对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进,尤其是后者。     

"海棠"(Haitang)台风降水非对称分布成因初步研究

2005年第5号台风"海棠"登陆福建省前后所引发的降水呈明显的南北非对称分布特征。逐时MT1R静止气象卫星IR1云图分析揭示,陆地上台风环流云系呈南北非对称分布。浓白色的降水云区主要位于台风北侧,而在此期间,台风南侧云系则相对较暗。在WRF模式成功模拟的基础上,分析模拟的700 hPa高度上相对湿度和垂直上升运动场表明,垂直上升运动场呈现出与降水场相似的南北非对称分布特征,而台风南北两侧空气相对湿度呈均匀分布。进一步改进的湿Q矢量(Q*)以及地形抬升和地表摩擦作用(简称地形因子)分析表明,Q*矢量散度辐合区、地形因子强迫产生的垂直上升速度区都呈南北非对称分布特征。综合考虑指出,"海棠"台风降水分布的南北非对称性,主要由动力因子(Q*矢量(相当于上升运动)、地形抬升与地表摩擦以及垂直上升运动场)引起的,而热力条件(包括相对湿度)是不重要的。     

“海棠”台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因研究

"海棠"台风(2005)再次登陆福建省前后24 h期间(2005年7月19日00时—20日00时(世界时,下同)),给位于台风路径右侧的福建省东北部及浙江省境内(记为R区)造成大范围暴雨,同时,位于台风路径左侧福建省中南部及广东省境内(记为L区)仅有小雨发生,台风路径左右两侧暴雨落区呈明显非对称分布。基于WRF模式模拟结果诊断分析了"海棠"台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因,结果表明:(1)中尺度天气系统对"海棠"台风暴雨的垂直运动场的强迫作用是主要的,大尺度天气系统所起的强迫作用基本处于次要位置。地形抬升对"海棠"台风暴雨形成一直起着稳定、持续的促进作用,地表摩擦作用主要在台风登陆以后与"海棠"台风暴雨形成密切相关。(2)Q矢量强迫产生的降水场、地形强迫产生的降水场均呈左右非对称分布特征,气象因子是"海棠"台风降水非对称特征形成的主要因素,它一方面直接导致降水非对称特征形成,同时还引发地形因子强迫发挥了重要的促进作用。(3)进一步界定诊断范围对比分析表明,对于R区来讲,存在强烈的上升运动,并将低层汇聚的充沛水汽向上层输送,导致R区强降水发生,而对于L区来讲,上述与降水发生密切相关条件均较R区弱,不利于强降水发生。最后,对未来台风降水成因研究工作进行了初步展望。     

圣帕台风暴雨的非地转湿Q矢量的诊断分析

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"登陆后减弱成热带低压造成湖南省大暴雨的过程,使用模拟输出的高分辨率资料,借助非地转湿Q矢量对这次暴雨过程做了详细的诊断分析.结果表明:非地转湿Q矢量能比较清楚地揭示此次暴雨演变过程,尤其700 hPa的非地转湿Q矢量散度场对降水预报具有较好的指示意义,其散度辐合区域对应着降水的落区,散度辐合强度变化指示着降水强度的变化趋势,并且非地转湿Q矢量散度辐合强度的大小可预示着未来3～6 h降水的强弱,是具有预报价值的;非地转湿Q矢量散度是非地转ω方程的强迫项,并与地形条件共同作用激发了地面中尺度系统的发展与次级环流的形成,是此次暴雨得以发展与维持的机制.     

应用湿Q矢量分解方法诊断分析“圣帕”(2007)台风暴雨

利用WRF中尺度模式模拟了台风"圣帕"(2007)登陆后,减弱成热带低压造成湘赣地区大暴雨的过程,并借助非地转湿Q矢量(Q*)及其分解对这次暴雨过程做了详细的诊断分析。结果表明:800 hPa的Q*矢量散度场的辐合区范围及其辐合强度对降水落区位置及降水强度有非常好的指示作用。将"总"Q*矢量分解成平行和垂直于等位温线两部分后,揭示出了不同尺度的Q矢量散度辐合强迫的不同作用:在暴雨强盛时期,大气以中尺度运动为主,在暴雨发生前、后时期,大气以大尺度运动为主。此外,非地转湿Q矢量散度辐合强迫产生的次级环流也有助于本次暴雨发展与维持。     

台风登陆后非对称降水的非地转湿Q矢量研究

利用NCEP再分析资料和热带降水测量卫星资料,采用改进后考虑非绝热加热的非地转湿Q矢量理论,对“0907”号热带风暴“天鹅”登陆后非对称降水特征进行研究.结果表明:(1)台风登陆后雨带出现断裂,降水呈现明显非对称性特征,强降水主要位于第二象限;(2)非地转湿Q矢量散度分布较好描述了台风登陆后降水的非对称性,与降水的分布有较好的对应关系,强降水主要位于湿Q矢量散度梯度的大值区;(3)沿台风移动方向上,非地转湿Q矢量辐合、辐散交替分布构成雨区内的垂直环流结构,其中倾斜上升支的非对称结构,造成了降水的非对称性;(4)经过台风中心存在纬向的次级环流,对降水起抑制作用,其东西向的不对称结构有利于降水的非对称性发展;(5)非绝热加热项有利于加强降水的非对称性特征.     

结合“海棠”台风（2005）定量分析非绝热加热对湿 Q 矢量诊断能力的影响

湿Q矢量最大特点就是考虑了非绝热加热作用,各种湿Q矢量差异也主要表现在对非绝热加热计算处理方案的不同.因此,通过比较分析非绝热加热作用,可揭示出不同湿Q矢量之间诊断能力的差异.2005年第5号登陆台风"海棠"在7月19日08时20 H 08时,给福建省东北部及浙江省造成大范围暴雨.WRF模式成功模拟出此次台风暴雨过程.文章将结合"海棠"台风(2005)登陆台风暴雨过程,利用 WRF模式模拟输出的气象要素,通过计算降水场,定量分析了非绝热加热作用及其对湿Q矢量诊断能力的影响.结果表明:(1)对于公包括大尺度凝结加热的非绝热加热作用H1及包括了潜热加热(大尺度凝结加热和对流凝结加热)、感热加热和辐射加热的非绝热加热作用H2来讲,局地变化项的强迫作用较垂直平流项、水平平流项的强迫作用约小1-2个量级,可以忽略不计,垂直平流项的强迫作用是主要成分,对于水平平流项来讲,尽管其强迫作用明显小于垂直平流项的强迫作用,但也明显大于局地变化项的强迫作用,考虑其将更有利于充分反映H1、H2的强迫作用.对于包括非均匀饱和大气中潜热加热的H3来讲,水平平流项与垂直平流项的强迫作用相当,均为主要成分,而局地变化项的强迫作用为次要成分且不容忽视,对其考虑将有助于全面描述H2的强迫作用.(2)非绝热加热作用H1、H2以及H3强迫产生的24 h累积降水场具有相似的水平分佰特征,三者强迫产生的逐时雨量随时间演变特征也非常相似,这表明水汽凝结潜热是非绝热加热作用的主要成分.(3)进一步结合模拟降水场分析表明,相对于H1强迫产生的降水场来讲,H2与H3强迫产生的降水场更接近模拟结果,这揭示出包含H2的湿Q矢量与包含H2的湿Q矢量诊断能力相近,且对降水反映能力较包含H1的湿Q矢量诊断能力强.(4)不同湿Q矢量各自有其自身诊断特点,根据不同研究目的的需要,可有针对性的选取相应的湿Q矢量来作为研究工具.如需要具体、细敛分析水汽潜热的强迫作用,可以选朋包含H1、H3的湿Q矢量,如仅需考虑总的湿Q矢量强迫作用,则可以直接选用包含H2的湿矢量.     

引入对流凝结潜热作用对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量的改进研究

结合2009年第8号台风"莫拉克"登陆福建省引发的强降水过程,通过考虑对流凝结潜热加热,探讨了对非均匀饱和大气中非地转湿Q矢量(Qum)的改进。结果表明:(1)2009年8月9日08:00(北京时,下同)～10日08:00台风"莫拉克"给浙江大部分地区和福建中北部地区带来了一次暴雨过程,WRF模式较成功地模拟出了此次强降水过程。(2)850hPa Qum矢量散度场对同期降水落区具有一定指示意义,散度辐合强度变化与降水强度变化趋势有一定的对应关系。(3)此次暴雨过程中伴有大量的对流凝结潜热释放,最大潜热中心主要位于600hPa。(4)考虑对流凝结潜热加热作用得到改进的Qum矢量,600hPa改进后的Qum矢量散度辐合区对同期降水落区的指示作用得到进一步增强,诊断能力也得到进一步提高。     

台风“桑美”的数值模拟和地形敏感性试验

用WRF模式对0608号台风“桑美”进行了数值模拟研究,较为成功地模拟出了台风路径和降水,但模拟的台风中心气压远高于实况。为研究“桑美”登陆期间地形的抬升作用对其降水及结构的影响,通过改变特定区域内的地形高度设计了一组敏感性试验。结果表明,台风登陆过程中地形抬升作用对台风降雨量有显著的增幅作用;台风中心位势涡度、气流垂直上升速度、水平水汽通量散度明显增大;地形抬升机制在台风登陆时刻达到最强。     

“海棠”台风（2005）降水非对称分布特征成因之大气因子研究

利用NCEP/NCAR FNL（Final Analysis）资料,通过分析1 000～600 hPa（低层）、500～100 hPa（高层）气柱内水汽条件、垂直上升运动条件及计算非地转干Q矢量及其分解、非绝热加热作用,进一步揭示大气因子对“海棠”台风（2005）降水非对称分布特征形成的贡献。结果表明:（1） 台风路径左右两侧低层大气湿度条件相当,而高层大气的湿度则是右侧明显比左侧大。（2） 台风路径右侧的高、低层大气中的垂直上升运动的范围、强度均比左侧广、强。（3） 台风路径左右两侧的高层大气对垂直上升运动的强迫作用相当,而台风路径右侧低层大气垂直上升运动的范围、强度明显比左侧广、强。均呈现出明显的非对称分布特点。进一步Q矢量分解诊断分析表明,低层大气中尺度天气系统对垂直上升运动的强迫作用比大尺度天气系统的强迫作用大。（4） 台风路径左右两侧的高、低层大气中均一直存在非绝热加热作用,且在范围及强度上均呈现出一定的非对称分布特点。高层大气的湿度条件、低层大气对垂直上升运动的强迫作用,尤其是低层大气中尺度天气系统的强迫作用,及高、低层大气中的非绝热加热作用,均呈现出与“海棠”台风（2005）降水场相似的非对称分布特征,表明上述大气因子均有助于降水非对称分布特征的形成。      

南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射特性的观测

通过对南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射系数的连续观测,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射特性在不同天气状况下的演变规律.结果发现:霾日状况下大气气溶胶吸收和散射系数日变化剧烈,非霾日次之,雾日变化较稳定;在00时(北京时间,下同)至08时霾日气溶胶吸收和散射系数与雾日相差不大,而在08时至24时则雾日明显大于霾日;非霾日气溶胶吸收和散射系数最小;降水使得大气气溶胶吸收和散射系数明显降低.     

LAPS在冰雹云模拟中的应用

LAPS是中国气象局武汉暴雨研究所引进的中尺度分析系统,能融合区域内多种非常规观测资料,提供高分辨率中尺度分析场。该文对探空资料和LAPS分析场两种初始场的大气层结和环境风场信息进行了比较,并应用探空资料和不同时次的降雹点的LAPS分析场作为三维对流云模式的初始场对2008年7月27日、28日湖北西部山区冰雹天气过程进行数值模拟,并将模拟结果与观测实况进行了对比分析,最后对27日降雹过程应用临近降雹时次的LAPS分析场作为云模式初始场模拟的回波、风场和垂直速度等特征进行了分析,以探讨LAPS用于云数值模式的适用性、优越性以及冰雹云发生发展特点。结果表明: LAPS输出场用于云模式初始场进行冰雹云数值模拟具有时空上的优势,能更好地模拟出午后局地降雹,可以弥补探空资料作为云模式初始场的不足,应用临近时次的LAPS分析场作为云模式初始场的数值模拟能体现出冰雹云发展过程中多次增强等细节,有利于人工防雹作业预警和催化方案的确定。     

Changes in temperature extremes based on a 6-hourly dataset in China from 1961–2005

Changes in Chinese temperature extremes are presented based on a six-hourly surface air temperature dataset for the period 1961--2005. These temperature series are manually observed at 0200, 0800, 1400, and 2000 Beijing Time (LST), and percentile based extreme indices of these time series are chosen for analysis. Although there is a difference in time among the different time zones across China, as more than 80% of the stations are located in two adjacent time zones, these indices for all the stations are called warm (cold) nights (0200 LST), warm (cold) mornings (0800 LST), warm (cold) days (1400 LST), and warm (cold) evenings (2000 LST), respectively for convenience. The frequency of the annual warm extremes has generally increased, while the frequency of the annual cold extremes has decreased, and significant changes are mainly observed in northern China, the Tibetan Plateau, and the southernmost part of China. Based on the national average, annual warm (cold) nights increase (decrease) at a rate of 5.66 (-5.92) d (10 yr)^-1, annual warm (cold) days increase (decrease) at a rate of 3.97 (-2.98) d (10 yr)^-1, and the trends for the annual warm (cold) mornings and evenings are 4.35 (-4.96) and 5.95 (-4.35) d (10 yr)^-1, respectively. For China as a whole, the increasing rates for the occurrence of seasonal warm extremes are larger in the nighttime (0200, 2000 LST) than these in the daytime (0800, 1400 LST), the maximal increase occurs at 2000 LST except in the summer and the minimal increase occurs at 1400 LST except in autumn; the maximal decrease in the occurrence of seasonal cold extremes occurs at 0200 LST and the minimal decrease occurs at 1400 LST.     

Analysis of the Characteristics of the Low-level Jets in the Middle Reaches of the Yangtze River during the Mei-yu Season

Here, we analyze the characteristics and the formation mechanisms of low-level jets(LLJs) in the middle reaches of the Yangtze River during the 2010 mei-yu season using Wuhan station radiosonde data and the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ERA5) reanalysis dataset. Our results show that the vertical structure of LLJs is characterized by a predominance of boundary layer jets(BLJs) concentrated at heights of 900–1200 m.The BLJs occur most frequently at 230...     

利用激光雷达结合数值模式估算兰州远郊榆中地区夏季边界层高度

用激光雷达资料,采用小波变化法反演兰州远郊榆中地区兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的边界层高度,并利用WRF中尺度数值模式,选取两种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ)模拟了该地区边界层及其高度.分析表明激光雷达反演边界层高度与WRF模拟边界层高度结果基本一致;WRF选用YSU方案能较好反映热对流边界层,而MYJ方案对于动力作用边界层模拟较好.日出后08:00(北京时间,下同)SACOL不稳定边界层开始发展,17:00达到最大高度.热对流边界层可以达到2 km;动力作用边界层可达到1.5 km,之后热对流边界层下降速度明显高于动力作用边界层.     

太原地区灰霾天气特征及影响因子分析

利用2008~2012年太原常规地面气象观测资料、高空探测资料和大气污染物观测资料,对主要天气形势、典型气象要素以及空气污染状况下灰霾天气特征及形成机制进行了综合分析。结果表明:1)太原地区灰霾出现频率存在明显的季节变化,冬半年灰霾出现天数占全年的65.7%;一天中08:00(北京时间,下同)至13:00发生灰霾的频率较高。2)霾日静风频率较高,主导风向为偏东南风;重度灰霾天气出现时相对湿度较高。3)霾日的大气稳定度主要表现为稳定类;霾日平均混合层高度比非霾日低约100 m;08:00逆温出现次数高于20:00,霾时平均逆温强度和厚度高于非霾时。4)高压类型天气形势对灰霾的产生有重要影响,低压天气形势下较少出现灰霾天气。5)可吸入颗粒物、SO2和NO2浓度在非霾日比霾日分别下降32.6%、48.6%、21.7%;随着灰霾等级的增加,SO2和可吸入颗粒物的浓度有显著的增加。6)灰霾天气下到达地面的太阳辐射强度明显减弱,日照时数明显减少。     

Climatic features of the south-westerly low-level jet over southeast china and its association with precipitation over east China

The major features of the south-westerly low-level jet (LLJ) in the lower troposphere over Southeast China and its climatic impacts are investigated by using FNL reanalysis data and observational precipitation data. Results show that LLJ mainly occurs in spring and summer and the occurrence frequency of LLJ over southeast China has significant diurnal cycle, most LLJ occur in the nighttime (0200 LST and 0800 LST). The high nocturnal occurrence frequency of LLJ is mainly resulting from increased nocturnal ageostrophic wind. Research on the climatic impacts of large-scale conditions depicts that, the occurrence of LLJ in April mainly results from the northward shifting of western pacific subtropical high (WPSH), and the occurrence of LLJ in July results from the strengthening of detouring flow around Tibetan Plateau. Analysis of the climatic effects of LLJ on precipitation distribution in 3 rainy seasons over Southeast China indicates that the rainfall events with strong intensity correspond to strong LLJs. The LLJ affects the precipitation over Southeast China by transporting water vapor and triggering upward motion. Rainfall regions well corresponds to the regions of the moisture convergence and strong upward motion triggered by LLJ. Negative wind divergence anomalies at 850 hPa and positive wind divergence anomalies at 200 hPa over the Yangtze-Huaihe River Valley strengthen the upward motion over this region, which are conductive to produce more precipitation over the Yangtze-Huaihe River Valley.     

连续雾霾天气污染物浓度变化及天气形势特征分析

利用MICAPS资料、地面观测资料、NCEP资料和衡水市环境监测站细颗粒物(PM2.5)及PM10浓度资料,对2013年1月衡水市出现的连续雾霾天气从PM10及细颗粒物浓度演变、雾霾天气污染物浓度与地面要素关系、中低层环流形势特征进行了分析,结果表明:1)雾霾天气期间06:00(北京时间,下同)至07:00和16:00至21:00为PM10和细颗粒物浓度较低时段,PM10最大值出现在15:00,细颗粒物最大值出现在02:00,两者并不同时达到极值。2)雾霾天气污染物浓度与地面湿度并不是简单的正相关或负相关关系,还和许多其它因素有关。3)衡水市污染源主要来源于工业污染源、扬尘污染、冬季燃煤采暖、局部污染源及区域性污染。4)雾霾天气相对湿度和能见度基本呈负相关,气压变化不大,风向频率最多为北到东北风,平均风速一般都在2 m/s以下。雾日时大部分时段为雾和霾的混合物。5)重污染日期间500 hPa为平直偏西气流或西北偏西气流,没有明显的槽脊活动。而污染较轻的时段500 hPa为明显的西北气流控制或有槽脊活动。6)雾霾天气期间大部分日数08:00在850hPa以下都存在逆温层;地面气压场偏弱,尤其河北平原一带基本为均压场。最后对雾霾天气影响及对策进行了简单探讨。     

Uncertainty in land surface temperature simulation over China by CMIP3/CMIP5 models

In this paper, China-based observations are used to evaluate the performance of 24 CMIP3 (phase 3 of the Coupled Model Intercomparison Project) and 10 CMIP5 models in simulating land surface temperature (LST). It is found that all models can generally reproduce the climatology patterns of LST averaged during the period from 1960 to 1999. Further analyses of the regional features of LST show that the discrepancies between the observations and the simulations are smaller in Southwest and East China. Moreover, these models overestimate the temperatures in almost all areas, particularly in July. Although many models have large biases relative to the observations, the spread of the model results is large (i.e., >22 °C in Northwest and Northeast China). For the interannual variations, neither the individual models nor the multi-model mean has a remarkable positive correlation to the observations in the selected subregions. However, most models can capture geographic features during trend evaluations. A multi-model ensemble is believed to be an effective way to limit uncertainties, but the results suggest that its efficiency is restricted to simulating the LST trend. Examination of the surface energy budget indicated that the modeled discrepancies of net shortwave radiation and surface sensible heat flux may be responsible for the LST results, especially in July. It is concluded that the ability of current models in simulating LST over China is still a significant challenge. The spread of the models is large in simulating the climatology, interannual variation, and trend of LSTs. In general, the magnitudes of the spread may be as large as the magnitudes of the observations. Additionally, it is found that multi-model ensembles do not simulate LST with any more skill. Therefore, more work must focus on the limitations of the models' uncertainties in land surface research.     

Impact of Taihu Lake on City Ozone in the Yangtze River Delta

The lake-breeze at Taihu Lake generates a different specific heat capacity between the water body and the surrounding land. Taihu Lake has a significant impact on the atmospheric conditions and the air quality in the Yangtze River Delta. This phenomenon is referred to as the Taihu Lake effect. In this study, two simulations were conducted to determine the impact of the Taihu Lake effect in the reference experiment(R-E) and sensitivity experiments(NO TH). The control simulations demonstrated that the meteorological field and the spatial distribution of ozone(O3) concentrations over Taihu lake obviously changed once the land-use type of water body was substituted by cropland. The surface temperature of Taihu Lake was reduced under the impact of Taihu Lake, and a huge temperature difference caused a strong lake-breeze effect. The results also showed that the difference in the average concentrations of O3 between the R-E and NO TH experiments reached 12 ppbv in most areas of Taihu Lake, all day, on 20 May 2014. During daytime(0800–1600 LST, LST=UTC+8), the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was not significant. However, the influence of the Taihu Lake effect on O3 in the Suzhou region was obvious during nighttime(1800–2400 LST). The larger changes in the physical and chemical processes were horizontal and vertical advections under the influence of the Taihu Lake effect in Taihu Lake.