• 2024年第44卷第1期文章目次
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    • 基于在线滤波的ENSO强度预测模型及2023/2024年El Niño强度的预测

      2024, 44(1):1-11. DOI: 10.12306/2023jms.0090

      摘要 (1673) HTML (0) PDF 7.27 M (516) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用在线滤波代替Lanczos滤波,建立实时的累积高频风指数并构建ENSO强度预测模型。结果显示,在线滤波定义的累积高频风事件与Lanczos滤波有着类似的时空分布特征,这一大气信号与海洋充放电过程是决定ENSO成熟期强度的关键信号,且在冷暖位相下呈高度非对称特征。La Niña成熟期强度主要与2月热带太平洋的暖水体积及前一年12月至当年4月赤道中西太平洋累积东风事件紧密相关。相较之下,El Niño成熟期强度则与热带太平洋更大范围的海洋充电过程和东扩的西风事件紧密联系。基于上述非对称热带海气信号构建的ENSO强度预测模型可以稳定有效且较准确地预测ENSO强度。模型在6个月的预报时效下预测2023/2024年冬季Niño3.4约为1.9℃,为一次强El Niño事件。

    • 中国汛期雨带的客观划分及其相关环流特征

      2024, 44(1):12-24. DOI: 10.12306/2023jms.0075

      摘要 (1255) HTML (0) PDF 39.19 M (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用1961-2016年中国汛期逐候降水的旋转经验正交函数分解(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)方法对中国汛期雨带进行客观划分。根据REOF模态空间分布以及主成分的气候态平均确定了中国汛期6个主要雨带的落区和时间,并揭示了各雨带气候态环流特征。江南春雨雨带主要发生在长江以南地区,对应时间为26-27候;南方雨季的雨带落区主要在两广至福建地区,对应时间为33-34候;江南及中下游梅雨主要落区在长江以南和长江中下游流域,对应时间分别为34-35和36-37候;华北东北雨季落区在华北至东北地区,发生时间为41-42候;华西秋雨落区在秦岭及其周围地区,对应发生时间为49-52候。在雨带划分的基础上,进一步揭示了各个雨带典型的对流层中高低气候态环流特征。可为客观定义汛期雨带及各雨带气候预测提供参考。

    • 影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

      2024, 44(1):25-34. DOI: 10.12306/2023jms.0042

      摘要 (1453) HTML (0) PDF 28.82 M (386) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。

    • 不同类型ENSO事件对初冬北极海冰的影响

      2024, 44(1):35-45. DOI: 10.12306/2023jms.0049

      摘要 (1501) HTML (0) PDF 27.98 M (385) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于1951-2019年NCEP/NCAR再分析资料、Hadley环流中心海温、海冰密集度资料,通过合成分析和诊断温度异常方程,研究不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响。结果表明,EP La Niña发展年初冬(11-12月),巴伦支-喀拉海海冰异常减少;CP La Niña发展初冬,巴伦支-喀拉海海冰异常增加。EP和CP型El Niño对初冬北极海冰的影响类似:格陵兰海海冰异常减少,而哈德逊-巴芬湾海冰异常增加。不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响主要通过产生不同的大气遥相关,引起同期和前期的海表气温异常而实现。

    • 华南冬季极端低温事件的统计建模及未来预估

      2024, 44(1):46-58. DOI: 10.12306/2022jms.0008

      摘要 (1492) HTML (0) PDF 24.16 M (398) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于1961-2005年华南冬季逐日最低温度观测资料,以及参与CMIP5的IPSL-CM5A-MR、MPI-ESM-MR、CMCC-CMS 3个模式的历史模拟和未来排放情景预估数据,从过程角度定义和提取华南冬季极端低温事件及其特征指标,并通过引入极值理论构建极端低温事件的概率分布模型(Cold Spell Model, CSM),刻画其强度、频数和持续时间特征分布;进一步结合基于累计概率分布变换的偏差订正方法降低模式模拟的偏差,探讨了RCP4.5情景下全球升温1.5℃和2℃时极端低温事件的风险变化。研究表明:(1)CSM模型能够较好地拟合极端低温特征概率分布,大部分台站通过了K-S或卡方检验;(2)相对于观测,模式模拟极端低温存在一定偏差,经偏差订正后,各站点BS评分接近于0,SS评分普遍提高到0.88左右;(3)全球增暖背景下,华南地区极端低温呈现强度减弱、频数减少、持续时间缩短的特征。全球增暖1.5、2.0℃背景下,华南大多数地区极端低温事件平均强度减弱,频次降低,持续时间变化具有明显的空间差异;每年发生1次极端低温事件的概率增加,但每年发生3、5次的概率减少;增暖1.5℃下极端低温事件持续性特征变化不明显。但增暖2℃下,华南大部分地区持续1 d的极端低温事件更易发生,但更长持续时间(3、5 d)的极端低温事件发生的可能性显著减少。

    • 一种预测西北太平洋热带气旋逐月演变的新统计模型

      2024, 44(1):59-72. DOI: 10.12306/2022jms.0034

      摘要 (1361) HTML (0) PDF 7.73 M (358) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出一种月尺度西北太平洋热带气旋生成频数(Western North Pacific Tropical Cyclone Frequency, WNPTCF)预测的新方法。该方法利用全球次表层海温(Subsurface Sea Temperature Anomaly, SubSSTA)和中国气象局国家气候中心发布的130项监测指数,构建了既考虑热力强迫因子、又考虑大气动力因子,既考虑同期海洋强迫,又考虑前期海洋和大气影响的集成预测模型。利用该预测模型对2011-2020年6-10月逐月WNPTCF进行独立样本检验预测,准确率达70%以上,说明该预测模型对WNPTCF的逐月演变预测的效果良好。该预测模型对ENSO信号较强年份的WNPTCF预测效果要好于ENSO信号不强的年份,原因在于在ENSO信号不强的年份,SubSSTA可预报性较低,非线性变率大,海洋对WNPTC的强迫作用弱。

    • “21·7”河南特大暴雨成因分析及三维概念模型的构建

      2024, 44(1):73-81. DOI: 10.12306/2023jms.0079

      摘要 (1629) HTML (0) PDF 39.91 M (446) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对"21·7"河南特大暴雨在地形效应、不同高度的大气环流和水汽输送通道的分析,结论如下:(1)台风"烟花"与副高形成的东南气流在底层灌入河南喇叭口地形,在地形热力抬升和动力阻挡抬升的共同作用下,有利于山前降水的形成。(2)在500 hPa中层,郑州涡旋处于两个高压的"鞍型场"内,该环流配置导致台风"烟花"、"查帕卡"和热带低压相互作用形成三股气流直达河南;在200 hPa高层,河南暴雨区辐散气流向东下沉到同一纬度的东海高层冷涡内,其次级环流进一步加强了河南云团的强度。(3)台风"烟花"和"查帕卡"输送丰沛水汽至河南中西部,受太行山和伏牛山地形阻挡,在山前形成强烈水汽辐合。(4)构建的河南极端暴雨概念模型通过水汽输送通道和次级环流,将环流、台风、低压系统和喇叭口地形等降水成因有机联系,并放入同一个构架之中,从宏观上了解这些成因的运行机理及其相互作用,可加深对该特大暴雨成因的理解。

    • CRA40再分析资料在"21·7"极端强降水研究中适用性评估

      2024, 44(1):82-93. DOI: 10.12306/2023jms.0076

      摘要 (1185) HTML (0) PDF 56.74 M (440) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于实际观测数据对比分析ERA5、CRA40、CFSR和NCEP/NCAR四套再分析资料在"21·7"极端暴雨研究中的表现,同时采用ERA5作为资料对比的基准,对CRA40在极端暴雨研究中的适用性进行评估。结果表明:(1)四套资料对台风"烟花"、副高等关键环流系统的强度估计均偏低,CRA40与ERA5所分析的高度场流型总体一致,且环流更接近实况。ERA5对200 hPa高空急流的强度估计最高,CRA40与ERA5的差异最小。对流层低层风速的再现能力CRA40与ERA5相当。对于台风"烟花"的加强转折,四套资料均无法再现。(2)925 hPa温度场上,相较其他资料,在青藏高原地区ERA5温度较低,CRA40温度最高,对于弱冷空气侵入河南北部的过程以CRA40与ERA5的结果最为接近。CRA40对水汽通量及其散度的描述与ERA5在分布形势以及数值上较为接近。(3)CRA40与ERA5资料均能刻画出"21·7"暴雨期间郑州站上空良好的动力条件,强度上CRA40基本略弱于ERA5,两套资料所表现出的经向/纬向环流和位涡总体特征一致。

    • 青藏高原及周边地区极端降水天气事件及其基于自组织特征映射方法的天气背景分型

      2024, 44(1):94-105. DOI: 10.12306/2022jms.0072

      摘要 (1302) HTML (0) PDF 14.38 M (380) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用2008-2014年中国自动站与CMORPH降水产品融合资料和NCEP再分析资料,基于自组织特征映射方法对青藏高原及周边地区的6 h极端降水天气进行了统计分析。发现6 h极端降水的高值和高频次主要分布在青藏高原西南部和东南部,以及东南侧的四川盆地和南侧沿喜马拉雅山至横断山脉一带。6 h极端降水在高原西南部多发生在14时(北京时,下同),在东南部多发生在20时,而在四川盆地和南侧主要发生在08时。采用自组织特征映射方法将2008-2014年高原及周边地区6 h分辨率的天气背景分为5类,类型I至类型V体现了从夏季-春秋-冬季的渐变,6 h极端降水天气事件发生比率依类递减。高原上总的极端降水主要来自类型I的高原极端降水,类型II及以下的高原极端降水落区逐类缩减并趋于沿冈底斯山零散分布。对比各类型的天气背景发现,高原上类型II及以下的动力强迫较类型I逐渐增强,但是暖心、湿度和对流有效位能等有利热力条件却依类明显缩减,使得高原极端降水落区依类迅速缩减。有利热力条件的分布与大范围极端降水的落区有很好的对应关系,热力条件减弱后,动力条件的增强及其与高原复杂地形的相互作用是导致零散极端降水的重要原因。四川盆地和高原南侧的对流有效位能明显高于高原内,高原在周边的强迫抬升易于触发对流不稳定,释放较高的对流有效位能,形成较强和较频繁的极端降水天气事件。

    • 飓风中卫星臭氧总柱观测与位涡相关性和在飓风中心定位中的应用

      2024, 44(1):106-114. DOI: 10.12306/2023jms.0083

      摘要 (991) HTML (0) PDF 15.24 M (2415) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文使用搭载于极轨气象卫星S-NPP(Suomi National Polar-orbiting Partnership)的臭氧成像廓线仪(Ozone Mapping and Profiler Suite,OMPS)观测的臭氧总柱(Total Column Ozone,TCO)资料对大西洋飓风"Maria"(2017)进行研究。针对对流区域TCO与气柱平均位涡(Mean column-integrated Potential Vorticity,MPV)的低相关性构建了分区域线性回归模型,不仅能同时提高大尺度和对流尺度上TCO和MPV的相关性,还能提高对流区域S-NPP OMPS TCO观测资料的利用率(95.5%)。TCO观测资料可以清晰地反映出飓风的顶部结构,据此可得到对流层顶附近的飓风中心位置。卫星总柱臭氧资料对飓风Maria中心定位结果与最佳路径的距离相差58.1 km,略大于使用S-NPP先进技术微波探测仪(Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS)、MetOp-A微波湿度计(Microwave Humidity Sounder,MHS)和FY-3B微波湿度计(MWHS)亮温观测资料得到的Maria中心定位结果与最佳路径的距离(47.5 km)。臭氧定位结果与垂直风切变(Vertical Wind Shear, VWS)具有一定关系,垂直风切变越强,臭氧资料定位中心偏离最佳路径越大。本研究构建的分区域线性回归模型可作为间接同化卫星TCO资料的观测算子,也可应用到涡旋初始化中,以改进飓风路径和强度预报水平。

    • 循环同化相控阵雷达数据模拟对流触发同化方案研究

      2024, 44(1):115-124. DOI: 10.12306/2023jms.0052

      摘要 (1510) HTML (0) PDF 24.87 M (725) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用WRF-EnKF同化系统,以2020年7月5日北京大兴发生的一次强对流天气背景下对流触发过程为个例,研究同化C波段相控阵雷达数据时更优的同化方案设置。本研究从同化频率、晴空数据处理阈值以及边界层杂波处理高度3个方面进行了研究。结果显示,高频同化可以抑制虚假回波,并有利于获得更准确的对流预报结果。将可靠晴空回波识别阈值设为-10 dBZ并剔除边界层内的低值回波可以有效改进对流触发的预报效果。为以后C波段相控阵雷达同化应用提供了新的同化方案思路。

    • GOES-16 ABI观测和ERA5全天空模拟亮温揭示的热带对流水平特征尺度对比分析

      2024, 44(1):125-137. DOI: 10.12306/2023jms.0084

      摘要 (1063) HTML (0) PDF 42.70 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:本研究通过将GOES-16 ABI观测亮温和ERA5再分析资料的全天空模拟亮温进行对比分析,发现观测亮温和模拟亮温对流低值区位置大体接近,也能够定性反映出对流从发展到减弱的日变化过程,但亮温低值区域的强度存在较大差异。即使把高分辨率ABI通道13观测亮温平均到ERA5分辨率(0.25°×0.25°),在热带对流区的低亮温强度仍然高于ERA5全天空模拟亮温。因此利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)对任意选择的两对流区域内的观测和模拟亮温进行了尺度分析和对比。在其中对流较强的区域内,当ABI观测亮温的主成分分量从1增加到9时,水平特征尺度从700 km逐渐减小到150 km。ERA5全天空模拟亮温从主成分1增加到4时,水平特征尺度从950 km减小到270 km空间尺度,但当主成分4增加到9时,特征尺度几乎不变。在对流较弱的另一区域也能够发现ERA5模拟亮温对对流水平特征尺度有明显高估。ERA5模拟亮温各主成分的相位和观测亮温存在2 h以内的误差。由于ERA5全天空模拟亮温低值区与ERA5云冰路径大值区吻合度较高,由此可以推测ERA5云冰路径误差是造成ERA5全天空模拟亮温与ABI观测亮温差别的主要原因之一。

    • 我国不同背景地区大气冰核浓度特征及参数化

      2024, 44(1):138-146. DOI: 10.12306/2023jms.0054

      摘要 (1419) HTML (0) PDF 4.26 M (318) 评论 (0) 收藏

      摘要:为深入了解我国不同背景地区大气冰核浓度特征,本文通过在我国不同地区进行大气冰核及气溶胶的采样观测。研究发现:观测期间,黄山光明顶的冰核浓度数值均值为2.208 L-1;南京地区的冰核浓度数值均值为7.16 L-1;泰山山顶的冰核浓度数值均值为3.455 L-1;泰山山底的冰核浓度数值均值为4.818 L-1;新疆地区无沙尘天气冰核浓度数值均值为11.27 L-1;新疆有沙尘天气冰核浓度数值均值为51.8125 L-1。研究给出了不同背景地区的大气冰核浓度的温度谱和湿度谱的分布。同时,研究发现,冰核数浓度与粒径大于0.5μm的气溶胶粒子数浓度的相关性较高,也就是气溶胶粒子中大颗粒所占比例越高,冰核数浓度越高。此外,还建立了基于活化温度、过饱和度以及大于0.5μm气溶胶粒子数浓度的冰核参数化方案,它们可以分别适用于沙漠地表,相对清洁的背景区域和人为污染较多的城市背景。

    • 基于云微物理过程的北方冻雨的模拟与形成机制研究

      2024, 44(1):147-156. DOI: 10.12306/2023jms.0089

      摘要 (1226) HTML (0) PDF 20.59 M (413) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文通过耦合AFWA(Air Force Weather Agency)冻雨参数化方案的WRF模式,对2020年冬季因暖锋引发的中国北方严重冻雨灾害个例进行了模拟,结果显示模式能够很好地模拟此次冻雨过程中降水相态的空间分布。通过分析暖锋的演变、水成物云微物理特征以及降水相态的变化,得到:在辽宁中北部-吉林中东部地区,暖锋导致中低空形成"冷-暖-冷"的温度层结,该区冻雨形成机制以"冰相机制"为主,即高空的雪花落入大于0℃暖层内融化、再降落到次冻结层后形成冻雨。同时,发现存在高空无固态水成物、逆温层内暖雨下落到次冻结层在地面形成冻雨的现象,这种新机制被定义为"暖雨机制",更多水成物垂直剖面与同期地面观测降水相态的比对,验证了新机制的存在,并解释了该机制形成的可能原因。为更深入理解冻雨形成机理以及北方冻雨的预报、预警提供科学支撑。

    • 基于近地层垂直速度能谱尺度特征确定复杂下垫面零平面位移

      2024, 44(1):157-165. DOI: 10.12306/2023jms.0081

      摘要 (1068) HTML (0) PDF 16.89 M (411) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用位于南京市郊区的南京大学仙林校区SORPES观测站多层湍流观测数据分析了湍流谱特征,以白天不稳定条件下垂直速度能谱谱峰对应的长度尺度也就是离地高度为判据,探讨了运用该方法确定复杂下垫面零平面位移的可行性。统计分析表明,该方法确定的长度尺度呈现出较为一致的概率分布形状,概率最大的长度尺度对应于离地高度,在复杂下垫面情况下这个高度就是零平面位移高度到观测高度之间的距离,将观测点的离地高度减去这个距离就能得到零平面位移。本文同时运用不稳定条件下垂直速度方差在近地层中的相似关系来确定零平面位移,并与谱方法得到的结果进行对比。结果表明,谱方法和方差法得到的零平面位移非常接近。

    • 小麦叶片和冠层尺度气体交换模型关键参数的季节变化特征

      2024, 44(1):166-175. DOI: 10.12306/2023jms.0082

      摘要 (117) HTML (0) PDF 2.32 M (306) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文从叶片和冠层尺度入手,采用手持式光合仪和涡动相关法,分析确定C3作物春小麦和冬小麦气体交换模型关键参数随季节变化的特征。结果表明:春小麦叶片尺度最大羧化速率和最大电子传递速率在生育末期快速减小,其他阶段差异不显著,但二者之比随发育期变化相对稳定,均值为2.2;春小麦生长季叶片气孔导度模型斜率在9~11间变动,均值为9.7。冬小麦冠层尺度最大羧化速率和最大电子传递速率随发育期呈抛物线变化,但二者之比相对稳定,均值为1.43;冬小麦冠层导度模型斜率在不同年份不同季节变化无明显规律,整个生育期围绕均值12波动。本研究论证了表征作物光合能力的参数随生育期变化以及气孔导度模型斜率相对稳定的特征。可为陆气相互作用过程分析以及生态系统碳-水循环模拟提供参数化依据。

    • 基于耦合湖模式的城市边界层模式研究太湖的气象与环境效应

      2024, 44(1):176-188. DOI: 10.12306/2024jms.0001

      摘要 (197) HTML (0) PDF 72.23 M (352) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文发展了一个耦合的城市边界层-湖泊模式(RBLM-Chem-Lake),通过离线和在线两种方式对模式的模拟效果进行了检验。并通过敏感性实验分析了太湖冬季和夏季对周边地区气象特征和空气污染的影响。结果表明:(1)白天太湖对周边气象环境产生了明显的降温效应,而夜晚出现了明显的升温。冬季夜晚周边地区升温达到0.4~0.6℃,白天可以使得周边气温降低1~2℃。夏季夜晚使周边地区升温可达1~1.5℃,白天使得周边气温降低1~2℃。(2)太湖对周边地区气温的影响范围夏季远高于冬季,夏季影响范围可达到80 km,冬季影响范围平均为5 km。此外,太湖使得湖区平均边界层高度下降,湿度上升,使得苏州市区垂直风速减弱,这种影响同样在夏季更为明显。(3)太湖的存在总体上使湖区和周边地区PM2.5和臭氧的质量浓度增加。在冬季PM2.5污染个例中,太湖导致区域夜晚PM2.5质量浓度下降,下降幅度达到4~5μg·m-3。而在白天,太湖区域500 m高度以下PM2.5质量浓度增加,幅度达到25~30μg·m-3,在500 m高度以上质量浓度下降约5~10μg·m-3。夏季的臭氧污染日个例中,白天,在太湖的东岸以及苏州市区臭氧的质量浓度出现了明显的增加,可以达到10~12μg·m-3

    • 基于多灰度共生矩阵特征值的黄渤海白天海雾识别算法

      2024, 44(1):189-198. DOI: 10.12306/2022jms.0007

      摘要 (342) HTML (0) PDF 42.18 M (12202) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于多灰度共生矩阵特征值,即相关性、对比度、同质性和能量,进行联合海雾遥感判识,提出一种高准确率黄渤海白天海雾识别算法。采用第二代静止气象卫星FY-4A可见光、近红外和红外数据,将该算法应用于黄渤海区域白天海雾判识,并利用2019-2020年沿黄渤海气象站点能见度实测数据及CALIPSO卫星数据产品对本算法识别结果进行精度验证。结果表明:海雾识别平均检测率(POD)为92%,误报率(FAR)为27%,临近成功指数(CSI)为69%,可以实现对海雾的动态监测,为海上交通等领域提供较好的数据支持。

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