摘要:基于1950—2021年美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及英国哈德莱中心提供的海温、海冰密集度资料,分析了年际尺度上北极—欧亚温度偶极型模态及其对应环流的非对称特征和可能形成机理。结果表明,这种模态自身即相关地表气温异常的位置和强度在其正负位相下非对称性都较弱,其中暖北极—冷欧亚(Warm Arctic-Cold Eurasia,WACE)事件下的温度异常分布略偏北,在欧亚大陆的冷异常相较于冷北极—暖欧亚(Cold Arctic-Warm Eurasia,CAWE)事件暖异常的强度略强。然而,WACE模态正负位相对应的环流有明显的非对称性,WACE事件对应着弱的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)正位相以及欧亚大陆上空的强大的高压异常,而CAWE事件则对应着强NAO负位相。进一步研究表明,这种环流的非对称性特征与热带太平洋海温调控的非对称性有关,当La Niña事件出现,尤其海温的负异常中心偏西时,欧亚大陆中高纬地区地表气温易呈现WACE的形态,而CAWE事件则主要由大气内部变率调控,与热带太平洋海温的联系不明显。

摘要:北太平洋维多利亚模态(Victoria Mode, VM)是北太平洋重要的气候模态,对全球降水和气候有着重要影响。本文使用CN05.1格点化观测数据集资料,研究了春季(2—4月)VM模态与我国淮河流域夏季(6—8月)降水的关系,揭示了其内在的可能机制,并在此基础上建立了一个淮河流域夏季降水预测模型。结果表明,春季VM模态与淮河流域夏季降水存在较强的正相关关系,该相关受ENSO影响有限;春季VM模态可以通过海气相互作用在夏季增强赤道西太平洋上空的异常西风,导致影响淮河流域的气旋性环流异常。气旋性环流异常有利于淮河流域上空丰富的水汽供应和异常上升运动。因此,淮河流域夏季降水量增加。

摘要:本文利用参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的高分辨率气候模式CNRM-CM6-1-HR资料,对北太平洋中纬度海洋锋强度与冬季风暴轴的关系开展模拟和预估。研究发现,该模式能够较好地再现海洋锋强度与风暴轴的正相关关系,即当海洋锋加强(减弱)时,风暴轴在其主体及下游区域显著增强(削弱),但模拟的正相关关系在风暴轴北部强于观测,这是由于模拟的海洋锋强度与低层大气斜压性的正相关关系在其北部偏强。对比模式在历史试验和未来4种共享社会经济路径(SSPs)下的模拟结果发现,全球变暖背景下,海洋锋强度与风暴轴依然存在显著的正相关关系,但在风暴轴气候态大值区及其北部区域呈现减弱趋势,正相关关系减弱程度在高辐射强迫情景(SSP5-8.5)下最大,在中等至高辐射强迫情景(SSP3-7.0)下最小。进一步研究发现,未来海洋锋强度与低层大气斜压性的正相关关系呈现出类似的减弱趋势,说明未来海洋锋与风暴轴关系的变化主要取决于海洋锋与低层大气斜压性关系的变化。

摘要:利用四川省2010—2019年2 165个气象站逐小时降水资料,分区统计了四川盆周山地暖季(5—9月)单站暴雨事件的精细特征。结果表明:(1)四川省单站暴雨事件频数在川西山地与川西南山地呈密集的带状分布。川西与川西南山地通常在降水开始不久就达到雨量最大值,而川东北山地的峰值时间集中在暴雨事件中段。(2)盆周山地的暴雨系统整体呈自南向北由前半夜向后半夜传播的特征。川西南山地和川东北山地的暴雨系统分别呈现较弱的自南向北和自西向东传播,而川西山地的暴雨系统则存在明显的自西向东的传播特征。(3)长历时暴雨事件的峰值出现时间略落后于短历时暴雨事件。暴雨持续时间在空间上存在显著的经向差异,大值区主要位于川西山地和川东北山地一带,暴雨雨量、频次和峰值基本不随持续时间变化,但川西南山地的暴雨峰值则随持续时间的加长而推迟。(4)在四川省大部区域,单站暴雨事件的降水量、频次和强度均表现出随海拔高度升高而减小的特征。在成都平原西南部、东部以及川东北山地,夜间暴雨事件持续时间越长,降水量和频次在较高海拔越易出现最大值。

摘要:本文利用站点观测数据以及ERA5再分析资料分析了2006—2020年14次长江中下游地区梅雨期持续性暴雨的基本特征以及过程中云—辐射—降水的关系。结果表明,在梅雨期持续性暴雨过程中,降水呈纬向分布;云量分布随高度向南倾斜,中云分布与降水分布对应良好,高云分布在降水区南侧;降水发生时,梅雨锋北侧中低云增加,南侧高云增加,北侧中低云辐射降温以及南侧高云温室效应和暖平流共同作用造成梅雨锋两侧温差增大,锋面加强使得持续性暴雨得以维持。

摘要:利用国家气象信息中心1998—2018年分辨率为0.1°×0.1°的降水融合资料和ERA5小时再分析数据,分析了四川盆地及东部山区6—9月降水的日变化特征及成因。研究表明,四川盆地(简称盆地)降水量和频次有相似的日变化特征,盆地降水主要集中在夜间至清晨,降水高值区东传到达盆地东部山区后,降水量和频次都减少,东部山区没有明显的降水东传特征。夜间至清晨,盆地东南山地背风坡形成了较强的下沉气流,促进盆地低层形成质量堆积,同时盆地气旋性涡旋、水汽输入和大气层结不稳定的增强,造成盆地降水增强。盆地东南地区水汽通量方向自东南转为偏南以及盆地低层水汽辐合区向东扩展为盆地降水高值区向东传播提供水汽条件。盆地东部山区降水量峰值时间呈早晨和午后的双峰型分布,与地形触发局地性降水有关。受大气层结稳定性、山地气旋环流和山地—平原螺线管环流日变化的影响,盆地东部山区降水频次峰值时间呈午后的单峰型分布。

摘要:最新观测统计分析表明台风生成前对流活动存在周期性特征,周期集中在18~26 h,峰值多出现在夜间。本文通过一系列理想的云分辨数值控制试验和辐射敏感性对比试验讨论了台风生成阶段周期性对流爆发的成因以及辐射日变化在此过程中产生的影响。结果表明,在给定无日变化的恒定太阳辐射情况下,台风生成过程中也会出现与观测一致的周期性对流爆发,说明辐射日变化不是该周期性形成的控制因素。对湿静力能扰动的收支分析发现边界层中湿静力能的周期性增减是导致周期性深对流爆发的关键因素。深对流爆发形成的冷池通过平流作用降低了边界层内的湿静力能,需要通过辐射与海表面通量过程使其恢复,才能再次触发对流。辐射日变化对于一些较弱的热带低压涡旋有调制作用,能使其周期性对流爆发的峰值时间相位改变并趋于在夜晚出现;但对于较强的涡旋,辐射的这种调制作用并不显著,涡旋会保持其最初对流爆发的周期和相位。本研究对观测到的台风生成阶段对流峰值出现在白天或夜间的情况都可以作出合理解释,也深化了对台风生成过程对流和辐射的作用和影响科学问题的理解。

摘要:午后地面气温对对流的发生发展具有重要作用,对其准确预报一直是中尺度数值模式的基本要求。针对一次冷云过程,本文基于WRFv3.9.1模式评估了5种云微物理参数化方案对华东地区地面气温的模拟效果。结果表明,各方案模拟的午后及午夜地面气温都存在较大偏差。其中,WDM6方案对地面气温模拟的效果最佳,Thompson方案模拟的云冰含量过低,模拟效果最差。因此对WDM6方案进行进一步评估和改进,通过修改冰核浓度、初始云凝结核数、优化WDM6方案以及替换方案中云水向雨水自动转化过程的公式的方式设计了敏感性试验,以改进WDM6方案对地面气温的模拟。结果表明,使用Grabowski公式替换WDM6方案中的Berry公式,能提高云水含量,有效改善地面气温的模拟。并通过一次梅雨过程对改进方案进行了有效性验证。最后在此基础上将改进后的WDM6方案应用于江苏省精细化天气分析和预报系统PWAFS模式中,显著提高了PWAFS模式对午后地面气温的模拟效果,为模式的业务应用提供了技术支撑。

摘要:降水临近预报对于强对流天气的预报具有重要的支撑作用。气象业务中主要采用雷达回波外推方法解决此问题。然而,现有方法通常缺乏从序列雷达数据中有效学习的能力,导致预测精度不佳。为了解决这一问题,本文提出了一种改进的时空图卷积模型ASTGCN(A Spatio-Temporal Graph Convolution Neural Network)用于强对流降水的临近预报。利用时空图卷积网络,有效地捕获相邻雷达帧之间的时间依赖性。此外,利用注意力机制和自动编码器来增强模型捕获时空相关性的能力。结果表明,该模型可以从数据中发现隐藏的图结构,从而捕获隐藏的空间关系。与现有模型(Transformer)相比,该模型的临界成功指数(CSI)提高了28%,表明其在强对流降水临近预报方面具有优越的性能。

摘要:利用中国气象局上海台风研究所热带气旋(Tropical Cyclone, TC)最佳路径数据、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction, NCEP)最终分析格点资料(Final Analysis, FNL)及常规观测数据等,分析了2021年7月郑州极端暴雨过程的特征机理。结果表明:(1)两个TC同时远距离输送大量水汽,东南风低空急流与强降水关系密切。当东南风急流北上到太原、邢台等站后郑州市暴雨减弱。郑州市6 h降水超过62.5 mm站点数目增减与850 hPa地转偏差数值变化趋势一致。(2) 20日白天郑州站极端降水发生前,从850 hPa经500 hPa至200 hPa风向从东南风顺转为西南风。200 hPa与850 hPa水平风的垂直切变(Vertical Wind Shear, VWS)从最大值开始减小、可降水量(Precipitable Water Vapor, PWV)明显加大、不稳定程度减小,这些都是极端暴雨发生的有利条件。极端暴雨具有明显的湿对流特点。(3)纬、经向风变率诊断表明,最有利于郑州市850 hPa东风维持的因子是地转偏差,最有利于南风加大的因子是动量平流。动量对流促使郑州市暴雨过程850 hPa南风减小,故动量上、下传递并非850 hPa南风加大原因。

摘要:利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料,研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明,强降水主雨带在长江下游呈纬向分布,与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层大气环流出现"两脊一槽"的异常大气环流型,南亚高压主体强盛东伸,副高西北侧水汽通道持续维持,为暴雨的形成和维持提供了有利环流背景。17—18日高空西风急流呈纬向分布、副高控制华南、低空西南急流持续加强并东移;19日高空西风急流转为"V"型分布,江淮气旋形成,长江中下游位于高空急流入口区南侧、副高的西北侧和低空西南急流出口区北侧。"两脊一槽"和"V"型大气环流配置结构使得上层的"抽吸"作用和下层的抬升活动相重叠,伴有江淮气旋的辐合作用,导致强烈的上升运动,易产生大暴雨。过程内高低空急流和副高位置和形态的变化是暴雨空间分布出现变化的主要原因。诊断结果显示,热力因子对抬升活动起主要作用,位涡垂直输送和非绝热加热随气压变化项均有利于位涡增强,假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的峰值、强上升运动和位涡高值区与强降水中心重合为本次大暴雨形成提供了有利的热力与动力条件。假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的谷值具有较好前期预报指示意义。

摘要:台风"烟花"于2021年7月22日00时(世界时, 下同)在台湾岛东侧突然向北转向,但美国、日本和中国的业务预报均没有正确预报出该过程。基于NCEP/NCAR提供的全球再分析资料(Final Operational Global Analysis, FNL),采用Lanczos滤波方法分析发现,台风"烟花"转向前的西行减速主要受到与季风涡旋有关的季节内尺度环境引导气流分量的影响,向北转向及转向后的向北加速则主要受到季风涡旋和台风相互作用导致的天气尺度环境引导气流分量的引导,主要和beta涡旋对旋转、与季风涡旋的合并、以及加强的Rossby波能量频散这3个重要过程有关。台风"烟花"在纬向尺度约3 000 km的季节内尺度季风涡旋北部的偏东气流西移过程中,与季风涡旋相互作用导致beta涡旋对气旋性旋转,通风流经历东南风—东北风—西南风的转变,使得"烟花"向西减速并逐渐向季风涡旋中心移动,并于7月22日00时与季风涡旋合并,加强了Rossby波能量频散,使得"烟花"东南边缘的天气尺度西南风加强,为缓慢移动的"烟花"提供了向北的引导,"烟花"突然向北转向。

摘要:针对地基微波辐射计反演资料的质量问题,利用北京区域7个站点的RPG-HATPRO型微波辐射计反演的温湿数据,在传统质量控制方法的基础上,通过增加双权重检查和偏差订正方法,设计了新的质量控制方案,而后针对质量控制后的温湿廓线开展了同化应用研究,结果表明:只有个别站点的反演温度误差较大,反演温度误差大的站点在质量控制前最大均方根误差为8 ℃,但在质量控制后均方根误差下降到4 ℃以内,误差下降50％以上,而对于反演温度误差小的站点,质量控制只对高层数据有所改善;进一步分析表明所有站点的反演相对湿度误差都比较大,在质量控制前反演的相对湿度均方根误差最大甚至达到50％,但在质量控制后所有站点反演的相对湿度均方根误差都降到20％以内,误差显著降低,同时经过质量控制后的反演温湿数据误差平均偏差降为0左右,误差满足高斯分布,符合同化的要求。同化试验表明:与控制试验相比,同化质量控制后的地基微波辐射计反演温湿廓线资料能有效改善模式对所有量级的6 h累积降水量预报,无论是降水中心位置预报还是降水量级预报,都使得模式降水预报更加趋近实况,同化试验还表明同化对温湿场有较大影响,使得模式温湿场更加合理,能有效提高模式的预报准确率。

摘要:利用三江源地区沱沱河、玉树、达日3个探空站的探空资料对1999—2021年-10 ℃层高度时间变化趋势、突变时间进行了研究,同时对该地区2021年云出现频率和云垂直分布特征进行了研究,并探讨了-10 ℃层高度、云层垂直结构与降水的关系。结果表明:(1)近20 a来三江源地区夏季08时和20时的-10 ℃层高度平均值分别为7 014.1、7 201.6 m,并呈显著上升趋势。突变检验分析确定三江源地区夏季08时-10 ℃层高度出现突变是从2009年开始,20时出现突变是从2012年开始。(2)08时三江源地区夏季云层结构较为复杂,20时三江源地区夏季主要以单层云为主,6—8月平均出现频率分别为35%、42%、39%。从三江源地区夏季云顶高度、云底高度和云层厚度来看,7月云顶高度最低、云底高度最高、云层厚度最小。(3)三江源地区夏季-10 ℃层位于该地区云层中下部。产生降水时-10 ℃层高度主要集中在7 200~7 800 m,云层厚度在4 000~11 000 m。三江源地区夏季降水量与-10 ℃层高度、云顶高、云层厚之间存在显著的正相关,与云底高存在显著的负相关。-10 ℃层高度与云顶高度、云层厚度间存在显著的正相关;与云底高度间相关性不显著。

摘要:利用高性能空中国王飞机搭载的DMT(Droplet Measurement Technologies)探测系统,分析2020年6月15—16日祁连山地区两次冷锋过程前后积层混合云的宏微观特征。结果表明:冷锋前CIP(Cloud Imaging Probe)粒子平均浓度在10¹~10²L^-1,PIP(Precipitation Imaging Probe)粒子浓度在10² L^-1;CIP粒子数浓度随高度逐渐上升,降水粒子在7 300 m时浓度达到峰值后下降;平均粒子谱拓宽速率为3.5 mm·km^-1,随着高度的下降而降低。冷锋前存在对流泡区域,对流泡内粒子浓度均高出对流泡外,粒子谱拓宽速率高出层云一倍。冷锋后大CIP粒子粒子浓度为10² L^-1,降水粒子浓度为10⁰~10² L^-1,粒子谱拓宽速率为1.5 mm·km^-1,较冷锋前粒子谱拓宽速率小1.7倍。锋前后粒子均呈现多峰型;锋前积层混合云云中对流泡内外谱型一致,云顶处对流泡内外峰值粒径不同。锋前云粒子形状为聚合状、枝状、柱状和不规则状,以聚合状为主;云内冰晶以凇附和聚合增长为主;对流泡内外在粒子形态上没有明显差异。锋后粒子形状以不规则粒子为主,云粒子增长形式以聚合增长为主,并伴有上层云向下层播撒大云粒子的现象。

摘要:本文选取南京市新街口商业区和白下路居民区作为典型研究区域,利用大涡模式(Parallelized Large Eddy Simulation Model,PALM)模拟不同入流风速和风向对流场的影响。结果表明,不同入流风速条件下归一化风廓线基本一致,风廓线总体上主要受到功能区自身建筑物形态的影响,在中性层结下城市冠层内平均风速随高度的变化接近于指数分布。而本文计算得到的指数风廓线衰减系数的范围为0.55~0.81,高于目前城市冠层模式中的默认值,说明目前的城市冠层模式对建筑物密集区域的风速衰减可能存在低估。风速衰减系数主要受迎风面面积的影响,随迎风面积指数的增加而增大。迎风面积指数随入流风向发生改变,在本文研究的商业区和居民区中,行人高度风速随入流风向的改变最大下降幅度可分别达8%和10%。行人高度风速一般在与入流风向平行的街道和开阔的空地上较大,在建筑物密集分布的区域风速较低,由于强烈的狭管效应部分区域的风速可以超过入流风速。不同城市结构中入流风向的影响也不同,在十字路口、对称和非对称街谷以及多排建筑物中局地风场随入流风向存在各种变化。

摘要:本文将造成直接经济损失的热带气旋定义为致灾气旋。依据城区常住人口,将我国城市划分为小城市、中等城市、大城市三种规模等级,基于1984—2019年热带气旋灾情和路径数据筛选出致灾气旋,分析我国城市的致灾气旋频次、强度,并研究致灾气旋造成的不同规模城市直接经济损失变化。主要结论为:(1)1984—2019年影响我国城市的致灾气旋为7.7个·a^-1,呈微弱下降趋势,而强台风和超强台风的发生频次呈显著增加趋势(α=0.05显著水平),30°N以南城市频次整体比北部高;(2)由于致灾气旋影响范围增加,暴露于不同强度致灾气旋的城市个数呈增加趋势,其中暴露于强台风的城市个数增速最快,约为2.0个/(10 a);致灾气旋影响城市个数增加以及城市经济快速发展,使得暴露于致灾气旋影响范围内的经济总量迅速增加,以大城市经济暴露度(占比81.7%)的增速最快(402.6亿元·a^-1);(3)1984—2019年致灾气旋造成的城市直接经济损失约为262.3亿元·a^-1(以2019年市值),呈增加趋势;城市经济快速发展和高强度致灾气旋频次增加的共同作用下,城市经济损失占我国致灾气旋经济损失的比重从30.0%增加到63.3%。大城市资产财富集中,且多位于沿海地区,致灾气旋发生频次较多,经济损失占比最大(为51.4%),增速最快(为5.2亿元·a^-1)。

摘要:融合应用分布滞后非线性模型(Distributed Lag Mon-linear Model,DLNM)与广义相加模型(Generalized Additive Model,GAM),在控制新冠疫情影响、节假日效应、星期效应、长期趋势以及大气污染因子等因素基础上,探究了2018—2020年南京市日最高气温与当地支气管类、心血管类疾病就诊人数的暴露反应关系,包括滞后效应和累积效应。结果表明:对于支气管类疾病,冬季为高风险期,低温的即时效应和累积效应显著;中短期累积作用下,气温越低危险性越大;长期累积作用下,10 ℃左右的危险性最大;高温累积效应不显著,30 ℃左右滞后效应显著。对于心血管类疾病,低温的即时效应和累积效应显著,11~12 ℃左右影响的累积效应和持续性最强;高温的滞后效应显著,温度越高,滞后效应越明显;长期暴露于高温环境的患病风险会快速增加,日最高气温32 ℃左右的暴露累积风险最大。针对这两类疾病,当日最高气温在22~24 ℃范围内,属于人体最舒适温度。