中国地区春季沙尘气溶胶短波辐射气候效应数值模拟研究

利用耦合了起沙模型(MEDM)的区域气候模式RegCM3,模拟研究了2000年春季中国地区沙尘气溶胶短波辐射气候效应。结果表明,春季中国沙尘气溶胶垂直负荷的大值区主要位于南疆盆地和阿拉善高原。引入沙尘气溶胶后,中国地区地表均出现负的辐射强迫,地面气温普遍降低,中低层(400 hPa层以下)大气温度则呈上升趋势。沙尘源区及其下游地区总云量及降水主要呈减少趋势,云量与降水的分布特征与空中流场的变化趋势一致性较好。     

华南沿海地区太阳直接辐射、能见度及大气气溶胶变化特征分析

分析了中国华南地区福州、广州、海口、南宁等地1961～1990年太阳直接辐射总量、日照时数、总云量、大气能见度和地面水汽压等资料,并利用这些资料反演了该地区大气气溶胶的光学厚度值。结果表明：近30年来,华南地区太阳直接辐射总量和日照时数呈明显下降趋势。与60年代相比,80年代各站太阳直接辐射总量的年平均值均下降20%以上,其中广州下降29.2%;日照时数,广州减少了1.1 h,福州1 h,南宁0.9 h,海口0.5 h。分析发现,造成下降的原因不是由于云量或大气中水汽含量的变化,而是由于地面能见度的明显减小和大气气溶胶的增加。4站中,14时地面能见度均以夏季最好,最高值出现在7月;而地面能见度最差的季节海口、南宁两站在冬季,福州和广州两站在春季3、4月份。相比较而言,海口能见度最好,福州和南宁次之,广州最差。4站大气气溶胶光学厚度值的大小、年及季节变化与地面能见度有密切的关系,但两者不尽一致,因此,在研究气溶胶的辐射和气候效应时必须合理地考虑中高层大气气溶胶的分布。     

人为气溶胶对地形云降水的影响:以黄山地区为例

选取黄山站为高山站,周围黄山区、绩溪、黄山市三个低海拔高度站为对比站,比较高山站与对比站1960—2009年降水量差值,即地形影响因子R0的变化趋势,以及同期能见度的变化,分析了人为气溶胶对黄山地形云降水的可能影响。结果表明,1960—1979年能见度下降,气溶胶含量增大,R0升高;1980—1989年,能见度升高,气溶胶含量有下降趋势,不同对比站R0变化趋势不同;1990—2009年,能见度下降,气溶胶含量升高,R0显著下降。气溶胶对降水的影响作用与背景气溶胶浓度有关,背景气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度可促进降水;背景气溶胶浓度较高时,增加气溶胶含量对降水抑制作用显著,对应的能见度阈值为10km。当气溶胶对降水起抑制作用时,抑制作用与风速成反比,与风频和各风向平均降水量呈显著正相关。     

北部湾典型大雾过程环流特征及气象要素对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和北部湾地区5站地面观测资料,对比分析了3次典型大雾过程的环流背景和气象要素特征。结果表明:(1)平流雾维持时间最长、强度最强,辐射雾发生范围最广,锋面雾发生范围最小、持续时间最短;(2)锋面雾和平流雾500hPa有较明显的南支槽,副高偏强,850hPa偏南风偏强,因冷空气入侵或冷空气减弱东移与暖湿气流相遇而成雾,辐射雾过程无冷空气直接影响,因夜间辐射冷却而成雾;(3)辐射雾过程气温与能见度呈同相变化特征,露点温度呈逐日上升趋势,锋面雾前期和后期气温、露点温度与能见度分别呈反相和同相变化特征,平流雾过程气温、露点温度呈逐日升高趋势,能见度具有较明显日变化特征;(4)辐射雾和锋面雾发生时相对湿度≥93%,偏南风和偏北风风速减小;平流雾期间相对湿度持续≥90%,风速由弱偏北风转偏南风。     

中国中部典型高山气象站风速的均一性检验及其变化特点

采用二相回归方法并结合台站历史沿革信息,在对中国中部典型高山站南岳和庐山1960-2017年平均风速资料进行均一性检验和订正的基础上,分析其变化特征及其与周边低海拔台站的差异,并利用NCEP/NCAR再分析风速资料对其差异进行验证。结果表明：南岳站平均风速序列存在一个由测风仪器变更而导致的非均一点,而庐山站不存在非均一点;南岳和庐山年及四季平均风速均显著高于周边台站,且高山站以春季和夏季风速最大,而低海拔台站各季节风速差异较小;近58 a高山站及周边低海拔台站的年及四季平均风速均呈显著的减小趋势,但高山站的减小速率显著高于低海拔台站;同区域NCEP/NCAR的1000 hPa和850 hPa平均风速变化的差异与高山站和低海拔台站的差异基本一致,说明中低空和地面风速的这种差异在中国中部地区具有一定的普遍性。     

南京地区高温天气下城市化影响的模拟研究

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式耦合单层城市冠层模式,研究了南京地区一次高温热浪过程(2013年8月5—10日)中气溶胶的辐射效应、城市扩张对边界层的影响和它们间的相互作用。结果显示,由于气溶胶的直接辐射效应,在白天,南京近地面温度平均降低约0.11℃,净辐射平均降低约12 W/m~2;城市扩张使近地面温度增加约1.7℃,在本次试验过程中,城市扩张的增暖效应明显强于气溶胶冷却效应。另外,由于城市扩张后产生了较强的增暖作用,加强了周围气流的辐合运动,城市区域风速平均增加约0.8 m/s。白天潜热通量的减少与感热通量的增加导致城市边界层内温度升高,并且城市增暖引起的上升运动将气溶胶抬升至更高层,使边界层更不稳定,气溶胶与城市边界层稳定性之间可能存在正反馈。     

复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应

作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.     

空气污染抑制小雨：华南与青藏高原对比分析

以能见度作为气溶胶浓度表征物,采用1980-2011年青藏高原和华南共10个台站资料,分析空气污染对降雨的影响。结果显示:青藏高原空气质量一直维持在很好状态,而华南地区存在严重的空气污染;华南地区的南宁、北海、百色3站小雨下降趋势明显,而青藏高原5站和华南地区的梧州、桂林2站的小雨趋势变化不明显;南宁、北海、百色3站20时能见度与随后24 h(当日20时至次日20时)小雨雨量正相关显著,而青藏高原5站和梧州、桂林2站20时能见度与随后24 h小雨雨量正相关不显著,这可能表明南宁、北海、百色3站小雨下降趋势与空气污染抑制有关;定量分析显示能见度每降低1 km,南宁、北海、百色3站小雨雨量分别减少0.019、0.028和0.027 mm;南宁、北海、百色3站出现小雨时20时能见度与未来24 h内各时次归一化对流有效位能正相关显著,这一现象与空气污染抑制小雨现象吻合;归一化对流有效位能对地面能见度/气溶胶激励效应的响应时间每日有两个高值。     

中国大陆和印度黑碳气溶胶对东亚冬季气候的影响研究

黑碳(BC)气溶胶(简称黑碳)对区域和全球气候变化具有重要影响。为了进一步认识亚洲地区黑碳的区域气候效应，本文使用新一代的区域气候—化学模式RegCM4，研究了来自印度和中国大陆的黑碳排放对东亚冬季气候的影响。结果表明：来自中国大陆和印度的黑碳排放可导致东亚地区黑碳的区域平均柱含量、大气顶和地表有效辐射强迫分别变化了+1.78 mg m^-2、+1.98 W m^-2和-2.17 W m^-2。中国大陆和印度黑碳对东亚气候的影响机制相同。印度黑碳对东亚冬季气候的影响主要通过对大气动力过程的调整来实现，由此造成的散射气溶胶浓度增加可导致该区域850 hPa附近和地表气温降低，而中国大陆的黑碳还可直接影响东亚气候，其加热效应可导致该区域大部分地区850 hPa附近的气层变暖。由于中国大陆黑碳在东亚地区占主导，其在影响东亚区域气候变化方面发挥着更重要的作用。总体而言，两地总的黑碳会造成850 hPa高度附近云量减少和气温升高；地表日照时数减少，气温、感热通量和地表蒸发量下降；边界层高度降低和散射气溶胶的柱含量上升。研究结果还进一步反...     

杭州地面和高空850 hPa气温变化特征

根据杭州探空站近34a（1979-2012年）850hPa等压面以及地面的月平气温资料,分别讨论了杭州站两个层次上各季平均气温的演变特征。结果表明：1）杭州站各季节的地面和850hPa气温变化存在基本相同的年际变化和基本一致的线性变化趋势,其中春季增温最强,夏季、秋季次之,冬季最差。2）近34a杭州站四季平均气温升高趋势表明,地面气温上升趋势明显大于高空850hPa。3）近34a中的各个季节气温普遍存在变暖的的趋势。地面和高空850hPa气温的突变普遍始于上世纪80年代末和90年代。     

Intensified reduction in summertime light rainfall over mountains compared with plains in Eastern China

Based on daily rainfall data from 1960 to 2007, this study investigated the difference in rainfall trends between seven mountain stations and 21 nearby plain stations in eastern China for the months June–August. The amount and frequency of light rain (≤2.5 mm/day) over the mountain areas showed a greater decreasing trend than over the surrounding plain regions. The trend of light-rainfall frequency at mountain stations is ??4.8%/decade, approximately double that at plain stations (??2.3%/decade). The trend in light-rainfall amount at mountain stations is ??5.0%/decade, approximately three times that at plains station (??1.4%/decade). Reduced wind speed may explain the enhanced decrease in light rainfall over mountain areas through the weakened orographic lifting. Further study is needed to determine whether the precipitation difference between mountain and plain (urban) regions is exacerbated by air pollution in East China through its indirect effects and influence on regional air stability and wind speed.     

Characteristics of nocturnal low-level jets over Ulsan airport

We analyzed wind profiler data collected over Ulsan airport during the period from 2008 to 2009 to examine the characteristics of low level jets (LLJs). The Ulsan airport is located within the narrow valley with north-south axis. The frequency analysis results indicates that the nearly 19% of the total nocturnal periods have the presence of jets and LLJ occurrence rate is high in winter (32%) and low in summer (10%). The mode in the wind speed histogram is 4?C6 m s^?1. A majority of jet occurs below 100 m (about 77.8 m) above ground. The predominant wind direction of jet is northerly. In order to examine the favorable conditions for LLJ formation of Ulsan airport, we investigated temperature difference between valley and plain at the surface and synoptic wind direction and speed at 850 hPa. Our results show that air temperature in the valley is lower than over the plain during the nighttime, indicating the existence of thermal forcing for along-valley wind. Under a significant temperature difference along the valley, westerly wind speed at 850 hPa is slightly weaker on LLJs event night than no event night, indicating weaker north-south large-scale pressure gradient on LLJ event night. The magnitude of northerly wind at 850 hPa is much stronger on event night than no event night, implying higher downward transfer of northerly wind on event night. Our findings suggest that jet formation over Ulsan airport is related to the strong northerly wind at 850 hPa in the presence of thermal forcing due to temperature contrast between valley and plain.     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

New evidence of orographic precipitation suppression by aerosols in central China

The correlation between light precipitation events and visibility at Mt. Hua, (Shannxi Province, China) and at the surrounding plains stations was analyzed. Trends and changes in visibility, precipitation, the precipitation difference between Mt. Hua and the plains stations (De) and wind speed over the study area during the years 1980–2009 were also investigated. The significant positive correlation between visibility and light precipitation throughout the study period indicates that light precipitation events, notably orographic precipitation, are suppressed by aerosol pollution in this region. The trend of increasing air pollution aerosols since 1980, represented by visibility at Mt. Hua, ended in 2002 with a decreasing trend observed in more recent years. These changes were mirrored by corresponding changes in De. However, the total precipitation trends at Mt. Hua and the plains stations are consistent in both frequency and amount during the two periods, suggesting that the suppressive effect of pollution aerosols on light and moderate precipitation is the most likely cause for the changes in orographic precipitation at Mt. Hua during this time. The analysis of wind strength suggests that the increase in winds at Mt. Hua is highly related to the aerosol radiative effects; this increase of mountain winds is therefore a potential cause for the reduction in precipitation at Mt. Hua. This research provides further support for the hypothesis that aerosol microphysical effects can reduce orographic precipitation and suggests that aerosol radiative effects might act to suppress orographic precipitation through changes in wind speed.     

2006—2008年秋季广州市重大气污染过程特征研究

利用地面图、高空天气图(850 hPa、500 hPa)以及气象要素对2006—2008年秋季(9—11月)广州市4次典型的大气污染过程进行研究,分析其大气污染过程的特征及其相对应的天气系统、与气象要素之间的关系。结果表明,广州市秋季重大气污染多数发生在:(1)广州受冷空气影响或回暖期,持续小风或出现静风会导致污染物大量积聚,且多出现能见度明显下降;(2)由于偏北风的输送作用,处于下风向的万顷沙站较易出现重大气污染过程,表现出明显的区域性污染输送特征;(3)冷高压脊、回流天气形势、台风外围下沉气流影响期间;(4)近地面层出现逆温层或等温层。     

冷涡背景下华北平原一次弓形回波致灾大风过程分析

为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明：此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处于中层干冷气流与低层西南暖湿气流叠加区域,因此有利于强对流天气的发生;对流风暴演变可归结为“超级单体-弓形回波-逗点回波”三个阶段,风暴环境逐渐从中等强度的对流有效位能和深层风垂直切变向弱的对流有效位能和强的风垂直切变演变;超级单体阶段,探空曲线呈“X”型分布,负浮力效应为地面大风的产生做主要贡献,动量下传和冷池密度流的作用为辅;弓形回波阶段,由于低层暖平流和地面辐射降温的共同作用,近地面出现较强逆温,850—500 hPa垂直温度直减率增大,负浮力、动量下传和冷池密度流作用均较前一阶段明显加强,导致地面13级致灾大风的形成;逗点回波阶段,850—700 hPa的干层减弱,负浮力作用与超级单体阶段相当,动量下传和冷池密度流作用与弓形回波阶段相当,造成地面大风的形成。最后给出本次弓形回波环境演变和致灾机理的物理模型。     

安徽省雾、霾、晴空天气的气象条件对比分析

使用2008~2012年逐日地面观测资料,揭示了安徽不同地区雾、霾、晴空天气气象条件的差异,指出不同地区要根据本地特点建立雾、霾预报指标和预报方法。3类天气差异最大的地面气象要素是能见度和相对湿度。根据3种天气前一日和当日能见度和相对湿度分布特征,全省站点可以分为3类:1)从雾、霾到晴空,能见度递增、相对湿度递减,且差异显著,如合肥站;2)雾、霾天的能见度和相对湿度均很接近,但与晴空天差别较大,如阜阳站;3)能见度在雾、霾天无明显差别,但相对湿度在雾、霾天差异显著,如安庆站。地级市测站雾后即霾的可能性较大(大于50%),县城测站雾后即霾的可能性较低(低于25%)。垂直方向,雾时相对湿度随高度下降很快,850 h Pa中位值已降到20%(安庆)和45%(阜阳)以下,霾时相对湿度随高度下降缓慢,850 h Pa中位值仍在60%左右;另外,霾天边界层中上部风切变较小,雾天和晴空天边界层中上部都存在较大的风切变。     

2015—2019年防城港市空气污染气象条件综合分析

对防城港市影响最大的首要空气污染物为PM_2.5和O₃,空气污染日主要集中在秋冬季。空气污染按500 hPa环流形势可分为西北气流型、偏西气流型及西南气流型;按地面气压场可分为冷高压脊型、均压型、高压后部低压前部型。在无境外输入的情况下,PM_2.5产生在风速小、气温较低、能见度小、湿度较大并且无降雨或降雨不明显的天气环境里,而O₃产生在高温、低湿、日照充足、风速较大和能见度好的天气环境里。在垂直运动方面,中低层的下沉气流利于空气污染物累积。在温度层结分布方面,700~850 hPa的低层存在的逆温层对PM_2.5浓度增加非常重要,近地面的逆温层对PM_2.5浓度增加的作用要比低层弱,而近地面的逆温层对O₃浓度的增加非常重要,但是低层的逆温却不重要。     

过去60年中国秦岭地区云量变化及原因分析

利用近50年秦岭地区高山站及邻近2个地面站的气象资料、季风指数及海温资料,初步分析了云量的变化特征和原因,结果表明:(1)秦岭地区云量变化呈减少趋势,其中华山站(高山)、华县和西安站(平原)夜间的低云量分别为-1.74%·(10a)-1,-1.56%·(10a)-1和-4.23%·(10a)-1,白天的分别为-0.73%·(10a)-1,-1.94%·(10a)-1和-4.62%·(10a)-1;(2)夜间高山站总云量比平原站减少的多(-1%·(10a)-1),白天减少的少(<-0.6%·(10a)-1);(3)高山站和平原站四季的低云量都是减少的,除了平原站夏季总云量是增加的外,其他季节均减少。云量变化的主要原因是:(1)局地气溶胶冷却作用,导致地面接收太阳辐射减少,使局地对流减弱,造成低云量减少;(2)由于西太平洋副热带高压面积增大,使秦岭地区总云量减少。     

景德镇市三类降雪天气概念模型研究

计算并分析了景德镇市出现雨夹雪、一般降雪、大雪（分别简称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类降雪）形势场、本站要素、层结资料,概括了3类降雪的天气学概念模型。分析结果表明：（1）3类降雪天气过程中,高空500 hPa有强盛的西南偏西气流,且随着降雪强度的增大,西南风速逐渐增大。地面则有较强冷空气堆积,位于贝加尔湖西部的冷高压中心气压在1 050 hPa以上,景德镇处于冷高压底部。925 hPa 30°N附近冷空气势力强,气温低。Ⅰ类降雪的主要影响系统是在江西省北部上空交汇的冷、暖平流,Ⅱ类、Ⅲ类则是850 hPa的切变线,出现Ⅲ类降雪时切变线位于景德镇附近,而出现Ⅱ类降雪时切变线则稍偏南,位于赣中。（2）地面气温变化是降水相态改变的关键,气温越低,越易出现降雪。从大雪至雪后雨,气温逐渐上升。（3）中低层的气温,Ⅱ类降雪较Ⅰ类低;近地面层气温,Ⅲ类降雪与Ⅱ类降雪接近;700 hPa和850 hPa层气温,Ⅲ类降雪比Ⅱ类降雪偏高。（4）Ⅰ类降雪常伴有逆温,但在向Ⅱ类降雪的转换过程中,逆温逐渐减弱,到Ⅲ类降雪时,逆温消失。（5）3类降雪均存在明显的风垂直切变,低层风弱,高层风强,且随着降雪强度的增大,表现愈加明显。