摘要:雾对交通运输、人体健康以及电力设备等产生危害。因此,有必要提高对雾宏微观物理过程的认识,进而提升数值模式对雾的模拟效果。雾中微物理、辐射、湍流等物理过程同时发生且相互存在非线性影响,这使得对雾宏微观特征的时空演变研究存在挑战。对物理过程的不清晰认知导致了雾模拟出现偏差,且近些年国内外学者往往关注气溶胶与湍流对雾宏微观特征的影响机理。本文从雾宏微观特征、气溶胶与雾的相互作用、湍流与雾的相互作用3个方面,总结雾观测与模拟研究中已取得的成果。并在此基础上,指出雾的原位观测与遥感反演中存在的不足,阐明目前天气预报模式中微物理和湍流参数化在模拟雾时存在的不确定性及有待改进的方面,为未来雾模拟的改善提供了科学指导。

摘要:在全球变暖导致极端天气事件频发的背景下,中国夏季气候异常特征及成因研究至关重要。本文基于中国国家级气象观测站数据与ERA5再分析资料,采用客观化定量化方法识别了区域性高温、暴雨等事件。重点分析了北方5次典型高温事件的时空特征与湿热属性,并基于地表能量平衡分析和整层水汽收支分析诊断其成因。资料分析和评估研究揭示,2025年夏季全国平均气温创历史新高,降水呈"南北多、中间少"分布;北方高温事件呈现显著阶段性差异:6月为干热事件,而7—8月则演变为持续时间长、范围广、强度大且叠加高湿的极端复合湿热事件。成因分析表明,7—8月高温与整层水汽增多引发的向下长波辐射增加直接相关,水汽输送受偏西、偏北、偏强的副高外围水汽的辐合影响。本研究揭示了2025年夏季气候异常及北方高温事件的演变特征与物理机制,为理解全球变暖背景下区域极端事件的规律提供了典型样本和新视角。

摘要:MJO对全球气候和极端天气具有广泛影响,其每年首次发生时间对区域天气气候变化,尤其是季风环流,具有重要的指示作用。本研究分析了1940—2022年间年首次到达海洋性大陆南部海域的MJO事件(FMJO-MC),通过统计方法探讨赤道大洋年际变化对于FMJO-MC事件的影响,进一步分析了FMJO-MC与澳大利亚季风(IASM)爆发的联系。结果表明,在El Niño年,FMJO-MC事件推迟发生,而在La Niña年,FMJO-MC事件提前发生,厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)指数和FMJO-MC事件的发生时间有一定正相关性。进一步考虑ENSO和印度洋偶极子(IOD)的叠加影响,La Niña且IOD负相位事件对于FMJO-MC早发事件的影响较大。在El Niño年,FMJO-MC传播更加连续,并在越过海洋性大陆后向东传播更远。大部分FMJO-MC都与澳大利亚季风的爆发有关,只有小部分FMJO-MC在发生后没有影响澳大利亚季风的爆发,这些事件更容易发生在La Niña年。通过合成分析发现,在这些未能影响澳大利亚季风爆发的FMJO-MC事件发生前,海洋性大陆南部海域区域平均海表温度和整层水汽含量较低,这可能会导致FMJO-MC的强度较弱并且传播速度较快,从而对澳大利亚大陆北部区域的影响较小,未能最终影响澳大利亚季风的爆发。

摘要:近年极端降水事件频发,因其持续时间短、过程复杂等特点,预测难度较高。城市作为人类生产生活中心,其下垫面的变化加剧了极端强降水事件的强度和频率。为研究城市下垫面对强降水的影响,本文以北京夏季的一次典型强降水过程作为个例,采用中尺度数值模式WRF进行模拟分析。基于模拟结果,对北京城区进行了城市下垫面的敏感性试验。结果表明:(1)在本次强对流过程中,北京市槽前的上升气流和充足的水汽输送为降水提供了有利条件;(2)城市下垫面导致城市内平均地表温度升高4 K以上,地表感热通量增加26 W·m^-2以上,地面将这部分热量以感热的形式输送给低层大气,使得其原先中性以及对流稳定的大气变得不稳定;(3)城市热岛效应增强了城市区域的垂直运动,导致城区降水持续时间延长,极端降水中心值增大,同时这种更强的垂直运动向城市下风向传播,使得下风区域的降水增加(平均小于1.1 mm·h^-1);城市扩张后水汽辐合区范围增大,水汽辐合进一步加强,有利于降水的发生。

摘要:2016年7月1日安徽境内出现了一次造成严重洪涝灾害的强梅雨锋暴雨过程,主要由两个中尺度低涡活动引发,暴雨中心桐城出现"列车效应",次中心巢湖出现"列车带效应"。本文基于常规观测、地面加密自动观测、多普勒天气雷达和欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)0.25°×0.25°的ERA5再分析资料,分析了两地对流的发生发展及其与中尺度低涡活动的关系。结果表明:这次暴雨发生在双阻型、高空有冷涡、副热带高压稳定维持的背景下,两个中尺度低涡活动引发强降水。多条强对流短雨带在高空气流引导下自西向东移动依次经过巢湖,形成巢湖"列车带效应"。不断触发的新风暴沿西南—东北向雨带依次经过桐城,形成桐城"列车效应"。影响巢湖和桐城的风暴均呈低质心结构,风暴合并后降水明显增强。巢湖"列车带效应"位于中尺度低涡C1西南象限的冷式切变线右侧,动力不稳定较明显,既有低涡后部冷空气入侵南部暖湿空气触发对流风暴后由西北向东南方向依次经过巢湖,也有南部超低空急流触发对流风暴后由西南向东北方向依次经过巢湖,形成强降水。桐城"列车效应"处于中尺度低涡C2的东南象限,热力不稳定相对较强,低层冷空气不明显,深厚低空急流与边界层气旋式辐合作用,后向传播的风暴自西南向东北移动经过桐城,造成极端降水。

摘要:本文利用耦合了化学模式的中尺度气象数值模式WRF-Chem,对2019年华东地区一次中尺度对流天气过程进行模拟,着重研究了人为活动生成的气溶胶对于云降水宏微观结构和演变过程的影响以及云降水过程对气溶胶的湿清除作用。研究发现,由于人为排放源的加入,研究期间内的地表降水减弱,云中凝结和凝华过程受到抑制,云内对流核心区的垂直气流速度整体减弱,最终抑制了对流的发展。云中除云滴外,雨滴、冰晶、雪和霰的质量浓度均在12 km以下减少。对于雨、雪和霰的质量浓度源汇项分析发现,雨水含量的减少主要是由于雨滴碰并云滴和霰的融化受到抑制,导致雪和霰减少的主要微物理过程均与0 ℃层以上的过冷水含量有关。上述微物理过程减弱的峰值高度与水成物粒子质量浓度减少的峰值高度均有较好的对应。云中微物理过程的增强或减弱同样作用于云中活化气溶胶清除过程,对于模拟期间云滴(活化气溶胶)清除特征的研究发现,在污染情况下,云滴的清除量增多,但清除率降低。清除率的差异主要归因于雨滴对云滴的碰并过程。而污染情况下的清除量增多则是由于其云滴数浓度本身较大,即使清除率较低,也能清除较多的云滴。污染情况下雨滴的质量浓度和数浓度均减少,但碰并消耗的云滴数量增多。

摘要:利用常规观测资料和ERA5再分析资料,对比分析了2021年12月25—26日(简称"过程Ⅰ")和2022年2月21—22日(简称"过程Ⅱ")湖南西部两次较为罕见的冬季大暴雪天气过程。结果表明:两次过程都是在偏强的南支槽前西南气流与中高纬度高压脊前冷空气交汇下发生发展的,但过程Ⅰ中地面冷空气更明显,过程Ⅱ中南支槽前西南气流更强且伴有低空切变线,水汽辐合持续时间更长。过程Ⅰ前期存在"冷—暖—冷"式逆温层结,而后演变为整层低于0 ℃的逆温层结,降雪相态以纯雪相态为主;过程Ⅱ从开始便出现整层低于0 ℃的逆温层结,但前期降水相态变化相对复杂,后期才转为纯雪。过程Ⅰ中南下的冷空气迫使西南暖湿气流抬升,存在显著的锋生作用,而过程Ⅱ中西南暖湿气流则沿地面准静止锋爬升,锋生作用相对较弱。同时,两次暴雪过程中均存在正涡度并配合有明显的次级环流。这些都为暴雪的形成提供了良好的动力抬升条件。此外,暴雪落区与低层中尺度对称不稳定区也有较好对应关系,但过程Ⅱ中条件对称不稳定与高层湿位涡的下传密切相关。

摘要:云是影响全球辐射收支的重要因素,其中水云反射了大部分太阳短波辐射能量。准确检测云顶高度对分析云的微物理特性和辐射效应至关重要。被动卫星能够提供长期、大范围的观测数据,但目前对云顶高度(Cloud Top Height, CTH)的反演误差较大。本研究基于多层感知机 (Multi-layer Perceptron, MLP),开发了一个日间海洋水云云顶高度反演模型(MLP-CTH retrieval model)。模型以中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)一级数据为输入,云—气溶胶激光雷达与红外探测卫星(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations, CALIPSO)高精度数据作为参照,决定系数为0.80,均方根误差为408 m,相比MODIS云顶高度,决定系数提高了0.53,均方根误差减少了386 m。使用该模型反演的2003—2022年东亚海域日间水云云高显示,气候态平均为2 261 m,整体高于MODIS官方云高。过去20 a,模型反演水云云高以97.2 m·(10 a)^-1速率增长,显著高于MODIS的26.4 m·(10 a)^-1增长率,且在秋冬季节,模型反演云高与MODIS云高年变化趋势相反。反演云顶高度随纬度升高呈现先升后降趋势,而MODIS数据表现为先降后升再降的变化趋势。该模型提供了更准确的云顶高度估算,能够更好地模拟海洋水云的辐射效应。

摘要:为探究大雾灾害对上海市道路交通的影响,本文利用2010—2020年上海市19个气象观测站逐日能见度观测、相对湿度等气象资料,分析大雾的时空分布特征。从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体易损性3个方面构建风险评估模型,利用ArcGIS进行分析计算,完成上海地区大雾对道路的风险评估。结果表明:12月—次年2月是上海地区道路大雾灾害事件发生最多的月份,1 d中大雾高发时段为23时—次日05时,06—09时消散,不同等级大雾持续时间各有不同。上海地区道路大雾灾害风险共分为5级。其中,高风险路段占全市高速路/快速路总路段的8.6%,主要分布在上海东部、西部和西南部郊区,主要路段有G15金山段,G1503东南环段、南环段,G40崇明西段,G60松枫段,S19金山南段,S32浦东段,S36金山西段,S4奉贤南段及长江道大桥崇明段等路段;较高风险路段占25.8%,分布在G15松江、嘉定段,G1503东环段、同三段,G40崇明东段,G50沪青平段,S19金山中段,S2,S32松江、闵行段,S36金山中段和陈海公路中段等路段;中等风险路段占比26.4%,分布在G1503北环段,G2青浦段、嘉定段,G50青浦西段,G60松江西段,陈海公路北段和南段等路段;较低—低风险路段占比39.1%,集中在外环线以内的快速路及G50和S4近郊城区路段。所得到的道路大雾风险灾害风险分布情况,可为上海市道路受大雾影响风险管控提供依据。

摘要:本文针对景区、矿山、油库、工业园区等点状目标、小范围目标,探索建立基于多源数据的定点雷电预警模型方法。通过梳理金佛山雷电专项试验外场2020—2022年闪电定位数据、大气电场数据、多普勒雷达资料等,进行数据质量控制并形成雷暴、非雷暴样本集,利用SPSS Statistic数据分析软件建立了分类与回归树(Classification and Regression Tree,CART)、卡方自动交互检验(Chi-Square Automatic Interaction Detection,CHAID)两种算法的决策树模型,并对提前时间在0~54 min时模型的性能进行了对比分析,使用F1分数指标对模型的性能进行了评估。结果表明,两种模型性能表现各有不同,但CART模型较CHAID模型的拓扑结构更为简单,分类效果更优。研究结果为景区、矿山、油库、工业园区等对象的雷电预警工作提供了价值参考。

摘要:基于东北地区航空器空中颠簸报告资料和NCEP再分析资料,利用相关分析、合成分析、回归分析等方法对夏季亚洲—太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation,APO)异常与东北地区高空颠簸的联系进行了探讨,得出以下结论:东北地区夏季高空颠簸整体较强,大值区位于东北南部地区,表现出显著的一致增强趋势,增长率超过1.4×10¹⁰a^-1,且年际差异较大。APO与东北地区高空颠簸联系密切,其正异常导致了东北地区南部关键区对流层中高层温度的正异常,由于热成风的关系,经向温度梯度的加大会导致副热带西风急流的位置偏北,强度偏强,同时特殊的高低空环流配置呈现出强烈的非地转平衡特征,可以激发出惯性重力波有关的高频扰动,导致对流层纬向风垂直风切变加强,进而导致了东北地区高空颠簸的频发,反之亦然。

摘要:为揭示NO₂在江苏省的污染状况,并分析新冠疫情暴发期对江苏省NO₂排放的影响,本文基于高空间分辨率的对流层光谱仪(Tropospheric Monitoring Instrument,TROPOMI)数据产品,对2018年7月至2022年6月期间江苏省对流层NO₂柱质量浓度的时空分布格局和驱动力因素开展分析。结果表明,江苏省对流层NO₂柱质量浓度呈现冬季>秋季>春季>夏季的季节变化特征,空间分布呈现"南高北低"的总体格局;局部莫兰指数(Moran's Index)分析结果表明江苏省只有HH(高—高)和LL(低—低)两种聚合类型,说明江苏省对流层NO₂柱质量浓度仅受聚合效应影响,其中 HH基本出现在苏南地区,LL则基本出现在苏北地区,并使用地理加权回归(Geographically Weighted Regression,GWR)和最小二乘法(Ordinary Least Squares,OLS)对江苏省县级行政区对流层NO₂柱质量浓度开展了人为驱动因素的分析与评价。此外,在疫情防控措施对NO₂排放影响评价方面,2020年1月开始的首次新冠疫情,以及2022年3月上海开始的奥密克戎变异株传播,两次疫情期间江苏省对流层NO₂柱质量浓度较前一年同期均发生了显著下降。第一次疫情对江苏省各地级市的影响差异不大,第二次疫情对苏南地区的影响显著大于苏北。

摘要:本文收集广东省西南部的茂名、阳江和江门三市范围内10个国家级气象站近10 a地面风速观测资料,应用阳江市某测风塔计算所得风切变指数,利用幂律公式换算出气象站10 m观测高度风电零发、满发、切出3种情况所对应的特定风速阈值,统计分析粤西地区风电零发、满发、切出事件全年出现的总时长、持续时长、年变化等气候特征。结果表明:从空间分布看,粤西南部沿海地区风资源相对较好,年平均风速为2.6~4.5 m·s^-1,零发风速年平均小时数为1 276~3 000 h,沿海川山群岛和阳江地区满发时长分别可达1 200 h和118 h,是风资源开发最优质区域,但该地区出现风电切出可能性较高,主要发生在7—9月热带气旋高发时段;北部内陆地区尤其是恩平、阳春、化州地区等低丘陵地带风资源相对一般,年平均风速为2.6~4.5 m·s^-1,零发风速小时数为3 000~5 500 h,满发时数均在30 h以内,不宜过多布置风电装机项目;从时间分布看,8—9月零发时数年均值分别为371 h和367 h,平均风速为2.2 m·s^-1左右,相比其他月份零发时数明显偏大,平均风速明显偏小,而受热带气旋影响风电切出事件最高发,风电满发时长也较多,因此是影响风力发电特定风速最值得关注的月份。