2010年7月甘肃大暴雨及其低涡结构分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度模式MM5V3,对2010年7月造成甘肃东部大暴雨过程的低涡系统进行了诊断分析和数值模拟.结果表明:(1)在低涡发生、发展阶段,假相当位温和比湿的垂直平流在视热源、视水汽汇中占绝对优势,说明垂直平流变化与低涡发生、发展及强降水有很好的正相关;(2)上升运动中心与视热源、视水汽汇大致中心相对应,变化趋势基本一致,最强的凝结潜热加热发生在中层,最强上升运动同样也出现在中层,说明降水过程中大气加热与大气上升运动密切相关,大气热源主要来自于水汽的凝结潜热;(3)低涡发生、发展过程中伴随中低层有西南风急流、强正涡度中心、低层辐合、高层辐散结构、强上升运动及低层水汽通量辐合;(4)低涡区上空对流层低层为对流不稳定层结,中层至中高层为条件对称不稳定层结,对流不稳定层结强度随时间变化不大,而条件对称不稳定层结强度随时间有明显加强,位势不稳定和条件性对称不稳定共存使得假相当位温高值区域的垂直上升运动得以产生和维持.     

一次夏季冷锋后暴雨的形成机制探析

利用常规观测资料,卫星、雷达及NCEP再分析资料,对2013年7月9日山西太原至河北石家庄一带的暴雨成因分析表明:(1)山西太原附近的暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后,层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动,暴雨区位于地面冷锋北侧低层冷区中,距离地面锋面120 km以上,极易漏报;(2)850 hPa东北风显著增强,低层假相当位温小的干冷空气随东北风向西南方向伸展,低层稳定层持续增厚,不稳定区位于稳定的边界层之上,强降水由高架对流造成;低层东北风和高层西南风同时增强,锋区斜压性显著增强,锋面抬升加强,锋面抬升和与500 hPa西南气流相伴的干平流使得锋区上空大气层结由近中性的绝对稳定转化为位势不稳定,锋区抬升使得位势不稳定转化为条件性不稳定;(3)午后河北中西部大气层结绝对稳定,石家庄雷达监测到其附近数条平行于热成风方向的水平尺度几十千米的对流云带是由条件性对称不稳定导致的倾斜对流。     

一次伴有雷暴的暴雪天气成因机理分析

利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料和NCEP1°×1°再分析资料,采用针对对流发生的诊断分析方法对济南市2010年2月28日—3月1日的一次伴有雷暴的暴雪天气过程的水汽条件、不稳定能量和触发机制以及雷达回波特征进行了分析。结果表明:本次暴雪过程是受高空槽影响产生的,中低层的暖湿急流的输送为暴雪的产生提供了充足的水汽,造成暴雪和雷暴的不稳定状态包括对流不稳定和条件性对称不稳定。而锋生次级环流是触发不稳定能量释放的重要原因。多普勒雷达产品中的带状回波和强风速垂直切变反映了条件性对称不稳定的存在。云顶高度超过-40 ℃层,满足产生雷暴和闪电的必要条件。     

2012年5月22日贵州西部大暴雨成因分析

该文利用地面观测资料、NCEP再分析资料(水平分辨率2.5°×2.5°),国家卫星气象中心发布的FY-2E的TBB等资料,对2012年5月22日贵州西部大暴雨过程的天气形势、水汽通量及水汽通量散度、温度平流、涡度平流、假相当位温、中尺度云团、湿位涡等进行了分析。结果表明:强降水主要是由于南支槽前的西南暖湿气流配合北方南下的冷空气,冷暖平流和正负涡度的交汇,MCC在贵州生成并发展维持的共同影响造成的。此次暴雨过程发生在对流层中低层MPV1负值区和MPV2的正值区以及θse的高能区内。湿位涡的正压项与斜压项综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定状况。这一判据将大气中的对流不稳定和斜压不稳定很好地联系在一起,为暴雨天气的诊断和实际预报提供了一种思路。这次过程是由MCC在贵州的生成并发展维持造成的。云团具有很强的MCC特征,降雨强度的时间分布与MCC的强度范围有很好的对应关系。     

海南岛“0810”特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征。结果表明：导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放。正差动假相当位温平流意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖平流破坏了海南岛的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强。充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件。多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和＂列车效应＂使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同。     

海南岛"0810"特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征.结果表明:导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放.正差动假相当位温平流意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖平流破坏了海南岛的准地转平衡,动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强.充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件.多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和"列车效应"使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同.     

2012年早春河南一次高架雷暴天气成因分析

利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高架雷暴发生在中纬度暖性低槽发展东移的环流形势下,边界层顶以上近中性条件不稳定性层结(偏向于很弱的条件不稳定)在高空槽前正涡度平流和低层暖湿平流的强迫作用下,使得700 hPa以上出现较大范围的较强上升运动,地面冷高压后部偏东气流对高架对流的产生具有冷垫作用。(2)出现高架雷暴的大气低层存在较强的逆温层,700 hPa暖温度脊前的西南暖湿低空急流为高架雷暴的产生提供了充足的水汽和能量,并使低层逆温层顶以上出现弱条件不稳定层结和较高的露点,两者结合导致弱的最不稳定对流有效位能MUCAPE,其值在10~50 J·kg~(-1)之间,高架对流是由逆温层顶附近及其以上的暖湿气块被抬升而造成的,对应1.0~3.0 m·s~(-1)的雷暴内最大上升气流。(3)此次高架雷暴发生在强斜压环境中,有较强的动力不稳定,中低层0~6 km和0~3 km垂直风切变值分别为(3.0~3.7)×10~(-3)和(5.0~5.3)×10~(-3)s~(-1)。(4)本次过程-10℃、-20℃层高度分别在5、6.5 km,弱对流云顶高度多在6~8 km或以上,超过了冻结层高度,易导致雷电发生。(5)从流型配置模型看,高空暖性低槽、中高层强烈发展的温度脊、700 hPa强西南暖湿低空急流和边界层冷中心、冷温度槽、地面冷高压等是值得关注的影响系统,当这些天气系统有利配置时,应注意低层逆温层、中层弱条件不稳定层结的建立以及高架雷暴发生的可能性。     

冷涡背景下苏北地区连续两次强对流天气过程对比分析

利用地面观测资料、天气雷达资料和ECMWF-ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,主要从环境条件和触发机制两个方面,对2019年6月8日（简称过程A）、9日（简称过程B）影响江苏省北部的两次冷涡型强对流天气过程进行了对比分析。结果表明： 过程A是由暖湿气流引起的短时强降水伴随雷暴大风的湿对流天气;过程B则是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流天气。过程A,由暖湿气流形成强对流不稳定层结,垂直风切变强度一般,湿层深厚,有利于短时强降水的发生;过程B,中高层的较强干冷平流叠加在低层暖湿平流上而形成强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹的发生。两次天气过程的触发机制都是地面辐合线。过程A的预报重点为水汽条件和来自上游的对流系统与当地地面辐合线的耦合;过程B的预报重点为大气的不稳定度和冷涡后部冷空气的干侵入与地面辐合线的耦合。     

两种类型短时强降水形成机理对比分析——以甘肃两次短时强降水过程为例

利用"2014·06·18"和"2013·06·19"两次短时强降水过程的实况资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对比分析了发生在甘肃省中南部地区相同季节、相似气候背景下的不同类型短时强降水过程实况特征、天气形势配置、动力热力特征、云图及雷达特征。结果表明:两次过程雨强均较大,但"2014·06·18"降水过程分散性强、持续时间短,且伴随冰雹、雷暴大风等多种强对流天气,而"2013·06·19"降水过程区域性强、持续时间长。前者是发生在中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生,地面有冷锋活动形势下,是斜压锋生类短时强降水。后者是发生在低层强烈发展的暖湿平流中,暖湿平流对建立热力不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。不稳定指数显示前者不稳定能量大于后者,且存在一定的对流抑制能量,有利于强对流的发展。暖平流强迫类短时强降水湿层厚度高于斜压锋生类,而斜压锋生类短时强降水高层垂直风切变表现得更强。"2013·06·19"暖平流强迫类短时强降水云图特征为沿暖湿气流迅速发展北上的带状云系。"2014·06·18"斜压锋生类短时强降水则表现为与低空"人"字形切变相对应的逗点云系,云系的发展变化与形势场变化密切相关,是降水落区及其发展变化的重要原因。雷达反射率因子显示"2013·06·19"是积状云为主的混合性降水回波,回波梯度小,质心低。"2014·06·18"是层积云中分散着块状对流单体回波,回波梯度大,回波质心发展较高,回波强度可发展到很强。当50 d Bz强反射率因子核心区接近8 km高度,达到-20℃层高度,回波顶高也达到12 km时,有冰雹产生。     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

城市气象研究进展

中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。文中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4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中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,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;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,为中国城市化、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。      

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.     

我国西部地区过去2000年降水变化研究主要进展

概述最近10年来利用多种古气候代用记录研究我国西部地区距今2000年时段的降水(湿度)变化的主要进展。这些代用记录包括冰芯、树木年轮、湖泊沉积、黄土地层沉积和洞穴石笋等。综述利用这些代用资料建立的我国西部地区各地点的过去降水(湿度)气候序列，并对其所用方法、序列的分辨率等问题逐一说明。