高原气象

第34卷 第2期 2015-04-28   

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论文

  • 1971-2010年雅鲁藏布江中游气候生长期变化特征
  • 余忠水;唐叔乙;云丹尼玛
  • 2015 Vol. 34 (2): 338-346.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00175
  • 摘要 ( ) PDF (2743KB) ( )
  • 利用1971-2010年雅鲁藏布江中游河谷地区拉萨、日喀则、泽当和江孜4个站逐日平均气温和降水量资料, 分析了该地区气候生长期变化特征。结果表明: (1)雅鲁藏布江中游地区各界限温度气候生长期以5~8 d·(10a)-1的速率增加, 其中≥0℃和≥10℃界限温度的气候生长期都增加了30天左右, ≥5℃气候生长期增加了20天左右; 以稳定通过10℃界限温度来判断, 该地区冬半年时间在缩短, 夏半年时间在延长。(2)该地区稳定通过各界限温度的初日提前、终日推后, 持续天数和活动积温增加趋势显著; ≥10℃界限温度的降水量和降水日数增加趋势显著, 分别以19 mm·(10a)-1和1.5 d·(10a)-1的速率增加, 且在20世纪80年代末发生突变, 表明该地区稳定通过10℃界限温度的水热条件显著地向暖湿变化。(3)各界限温度的终日年际变化相对较稳定, 其他要素年际变化均处于不稳定状态; 年代际变化上, ≥10℃界限温度的初日、终日、持续天数以及各界限温度的活动积温保持台阶式变化, 其他要素呈波动变化, 最小值出现在20世纪80年代。(4)≥10℃界限温度的终日、持续天数和活动积温的变化趋势在20世纪90年代后期出现突变现象, 表明≥10℃界限温度的终日显著推后趋势对夏半年的延长贡献最大。
  • 滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析
  • 杜正静;何玉龙;熊方;邓晓红;石开银;彭倩
  • 2015 Vol. 34 (2): 357-367.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00176
  • 摘要 ( ) PDF (8039KB) ( )
  • 利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料, 对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下, 出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明: 在准静止锋背景下, 贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州, 不断积累对流有效位能; 高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动, 并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下, 使得准静止锋活跃锋生, 是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明, 高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成, 加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动, 进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响: 水平变形项范围越大则降雨强度越强, 与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切, 暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制, 提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。
  • 1971-2011年江苏持续干旱过程的对比分析
  • 张蓬勃;姜有山;刘蕾;李逸;胡姗姗
  • 2015 Vol. 34 (2): 444-454.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00174
  • 摘要 ( ) PDF (10299KB) ( )
  • 在近40年江苏降水异常机理分析的基础上, 利用江苏月降水量资料和NCEP/NCAR 逐月再分析资料对2010/2011年江苏秋冬春连旱与近40年的3次连旱过程进行了对比分析.结果表明, 1980/1981年干旱持续时间最长, 2010/2011年干旱程度最强。从气象要素分析来看, 2010/2011年干旱的对流层大气干燥程度、下沉运动的剧烈程度都较强, 且持续时间较长。1980/1981年和2010/2011年北半球500 hPa高度场上, 亚洲中高纬地区主要表现为"东低西高"的距平分布型, 贝加尔湖以西阻塞形势发展, 东亚大槽加深且维持, 东亚冬季风偏强, 北方冷空气南下频繁, 冷空气一方面阻碍了南方暖湿气流的输送, 另一方面使得空气更干燥。海温异常分布为La Nina型, 赤道中东太平洋和中国东部沿海附近海温表现为负异常, 而中西太平洋海温表现为正异常, 这样的海温分布特征有利于形成欧亚地区"东低西高"环流型。与上述两次连旱过程相比, 1998/1999年和2008/2009年干旱程度略轻, 大气背景场和海温异常分布存在差异。
  • 华北平原夏季降水准双周振荡与低频环流演变特征
  • 郝立生;向亮;周须文
  • 2015 Vol. 34 (2): 486-493.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00004
  • 摘要 ( ) PDF (6989KB) ( )
  • 利用华北地区夏季日降水资料和NCEP/NCAR再分析环流资料, 采用功率谱分析、Butterworth带通滤波等方法, 对华北地区夏季降水低频特征与大气低频环流演变进行了综合分析。结果表明: (1)华北地区夏季降水存在低频特征, 主要以准双周振荡为主.(2)500 hPa高度场大气低频环流表现为闭合的高、低压系统; 850 hPa低频流场演变要复杂一些, 但它们伴随高层低频系统移动会发生有规律的变化。500 hPa高度场上, 在35°N以北, 低频系统向东移动, 有时也从鄂霍次克海附近向西的扩展; 在35°N以南, 低频系统表现为由西北太平洋向西北移动, 然后再向西移动。华北夏季降水主要是直接受中高纬度低频系统影响, 低纬度低频系统很难直接影响华北地区, 但它们可以通过偏南偏北气流的变化影响向华北地区的水汽输送或冷空气活动, 进而加强或减弱华北地区的降水强度。(3)当500 hPa 40°N60°N范围内有低频低压从西向东移近华北地区, 并诱发850 hPa气旋或切变线生成, 从而在华北地区出现明显的降水过程; 当500 hPa低频低压向东移出而后部低频高压移来时, 华北地区低层850 hPa流场就会转为辐散气流或为一致的偏北气流, 降水过程结束。(4)华北地区降水发生时, 高、低空低频环流有较好的配合。
  • 利用树轮宽度重建准噶尔盆地西南缘降水日数
  • 尚华明;魏文寿;袁玉江;喻树龙;张瑞波;张同文;陈峰;秦莉;范子昂
  • 2015 Vol. 34 (2): 494-502.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00180
  • 摘要 ( ) PDF (3752KB) ( )
  • 利用新疆北部准噶尔盆地西南缘阿拉套山南坡4个采样点的雪岭云杉树木年轮宽度资料, 建立了树轮宽度年表。树轮宽度指数与气候要素的相关分析结果表明: 该区域的树轮径向生长主要受水分条件限制, 与当年生长季及其前期的降水量和降水日数呈显著正相关, 与温度呈负相关。其中小青稞与哈拉吐鲁克苏河两个点组成的树轮宽度年表(HXC)与阿拉山口气象站2-8月降水日数的相关系数达到了0.724。采用线性回归方法建立了树轮宽度指数与降水日数之间的回归方程, 方差解释量为52.4%, 交叉检验表明转换方程稳定可信。由于采样点坡度大、土层薄、土壤蓄水能力弱, 树轮宽度与降水日数的相关系数高于降水。1685-2008年重建降水日数序列与区域干旱灾害文献记录的14次旱灾对比发现, 树轮资料重建降水日数序列较好地捕捉了区域极端干旱事件。本文的序列与天山北坡山区和天山南坡阿克苏河流域降水序列的干湿阶段是对应的, 特别是与天山山区降水序列的干湿阶段(特别是干旱阶段)更为一致。
  • 1980-2010年中国南方雷暴频次的统计特征及其变化
  • 李桑;龚道溢
  • 2015 Vol. 34 (2): 503-514.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00171
  • 摘要 ( ) PDF (5619KB) ( )
  • 利用1980-2010年中国南方20站逐日多时次天气观测资料, 统计了雷暴的日、季节、多年变化特征, 以及相应的大气物理量和环流特征变化。结果表明: 雷暴频次的日变化呈午后到凌晨多, 12:00(世界时, 下同)频次最高(9%), 03:00最低(2%); 夏季频次高冬季低, 其中7-8月最高(>35%), 12月至次年1月最低(<1%)。20世纪80年代至21世纪初, 年际和夏季(7-8月)雷暴频次均呈下降的趋势, 分别为-1%·(10a)-1和-3.5%·(10a)-1, 21世纪00年代后则有弱的增加趋势。全年统计雷暴日降水占总降水的48%, 而在夏季则为64%。全年和夏季雷暴日降水比率的变化, 均与雷暴频次的变化有较好的一致性, 相关系数分别达0.46和0.71。对应雷暴频次的年际变化, 东亚地区大气环流场表现出大尺度的异常变化。雷暴频次偏高时, 西太平洋副热带高压异常偏弱, 南方对流层中上层有异常的上升运动。同时, 从热力不稳定指标上看, 夏季异常偏高的全总指数、异常偏高的对流有效位能指数均与夏季雷暴频次显著相关, 分别为0.58和0.76。而近30年南方雷暴频次与对应的地面气温存在统计上的关联, 但这是否与雷暴热力和动力因子对全球气候变化的响应有关, 尚需深入研究。
  • 2009年早春南方地区一次高架雷暴天气过程的机理分析
  • 鲍媛媛;康志明;李伦;黄小玉
  • 2015 Vol. 34 (2): 515-525.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00187
  • 摘要 ( ) PDF (13009KB) ( )
  • 利用常规气象观测资料、6.7 μm卫星水汽图像和TBB、闪电定位资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料, 对2009年3月3日南方地区一次高架雷暴天气过程进行诊断研究。结果表明, 该过程主要影响系统是中低层低槽、低涡切变线、西南低空急流、南北支西风急流。低空急流造成暖湿气流输送和高空急流造成冷平流侵入是对流触发机制。近地层为层结稳定的"冷空气垫", 位势不稳定出现在低空急流与中高层干冷气流之间, 并因急流中的下沉运动得以加强; 西南暖湿气流与其北部干冷气流在中低层形成湿斜压锋区, 西南气流的下沉支和北方下沉气流汇合在近地层形成的东北风回流与上部西南风生成锋面次级环流圈及中高层上升气流与北支急流中的下沉气流耦合形成次级正环流圈有利于倾斜上升运动的发展; 低空急流的强暖平流和水汽通量辐合、北支急流入口区右侧的强辐散和南支急流北侧的辐合均加强了中尺度上升运动。湿层浅薄、上下干层较为深厚、强垂直风切变、低层逆温、-20~0℃过冷水层气流强上升运动等有利于雷暴天气的发生。雷电和冰雹出现在TBB、低空急流风速、θse、水汽通量以及300 hPa散度等值线密集区附近。
  • 积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟
  • 郭凤霞;王昊亮;孙京;吴鑫;梁梦雪
  • 2015 Vol. 34 (2): 534-545.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00193
  • 摘要 ( ) PDF (4477KB) ( )
  • 为了提高积云模式对雷暴云内电过程的模拟能力, 将Mansell提出的放电参数化方案在起始击穿阈值和闪电通道感应电荷的分配过程上进行改进, 耦合了已有的三维强风暴动力-电耦合模式中。对STEPS(Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study)试验中一次雷暴个例以及对中纬度地区理想雷暴个例的模拟表明, 引入了新放电参数化方案的模式模拟出闪电在发展特性和几何结构上和观测结果有较好的一致性。模拟结果还表明: 闪电的类型与极性取决于背景电荷结构以及闪电的起始位置, 只有底部存在正电荷堆时才会产生负地闪, 且负地闪的起始点均具有较高的负电势。闪电通道上感应电荷的沉降会改变通道附近水成物粒子上携带的电荷, 这对雷暴云内复杂电荷结构的形成有重要作用。经统计, 模拟的地闪和云闪通道的分形维数平均值分别为1.47和1.69。对起始击穿阈值的敏感性试验表明, 随着起始击穿阈值的增大, 首次闪电时间会向后推迟, 当采用逃逸击穿时首次闪电产生的时间最早; 闪电数量随起始击穿阈值的增大而减少; 当使用固定击穿阈值(100, 150和200 kV)时得到的云地闪比均小于使用逃逸击穿时得到的云地闪比, 使用逃逸击穿时得到的云地闪比与观测结果最为接近。
  • 基于雷达回波概率特征的雷达部分遮挡区域识别算法
  • 勾亚彬;刘黎平;李瑞义;杜牧云;段艺萍
  • 2015 Vol. 34 (2): 556-567.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00192
  • 摘要 ( ) PDF (11233KB) ( )
  • 部分遮挡是影响雷达观测资料质量的重要误差源之一。基于雷达回波的概率特征, 本文提出一种不依赖高精度地形信息的雷达部分遮挡区域识别算法。该算法无须以人工方式建立样本数据库, 只需直接检测实际业务应用中雷达连续观测的反射率因子, 统计雷达探测范围内的每个格点出现大于某一反射率因子阈值(定义为Z阈值)的概率, 并通过设置适当的概率阈值(定义为C阈值)来确定不同遮挡性质的雷达探测区域。应用该算法, 使用2012年5-10月金华、衢州及上饶雷达连续探测资料, 识别得到金华、衢州和上饶三部雷达距离地面3 km高度层上CAPPI的完全遮挡区域、部分遮挡区域和无遮挡区域; 同时, 通过对比2013年4月29日金华、衢州、杭州、上饶、黄山雷达3 km高度重叠探测区域的雷达反射率因子, 检验了雷达部分遮挡区域识别结果的有效性, 并分析了算法阈值的敏感性; 最后, 结合剔除部分区域弱回波的方案, 对雷达组网拼图算法进行优化改进。结果表明: 通过选择适当的Z阈值和C阈值算法, 可以有效识别雷达部分遮挡区域; 算法阈值的设置是识别部分遮挡区域的关键, 较为适中的Z阈值有利于C阈值的选择; 优化后的组网拼图算法可以有效解决部分遮挡问题, 有效地提高了组网拼图数据的质量。
  • 雷达回波预测极端暴雨概率方法构建原理与应用研究
  • 王坚红;黄维;王群;苗春生;张志刚;徐良谋
  • 2015 Vol. 34 (2): 575-585.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00132
  • 摘要 ( ) PDF (4960KB) ( )
  • 基于局地雷达回波基数据强度与雷达体扫面内相应地区强降水量之间的统计关系, 并通过Lucas-Kanade局部光流法分析下一小时可能影响该地区的回波区域, 将这些区域定义为强降水影响系统的动态回波上游。同时分析雷达各层体扫回波情况, 即考虑强降水系统的空间伸展程度。 通过分析这些动态回波区域在当前时刻内(每10 min 多层体扫信息)的时空变化特征, 建立回波强度特征与局地降水的相关, 进一步与改善的降水极值概率预测方法相结合, 构建对下一小时局地暴雨重现期极值预测预警指标, 为应急保障方案和及时应对决策提供技术支持与专业参考信息。整体方案以2006-2011年6-8月盐城多普勒天气雷达回波强度的基数据资料和同时段盐城雷达体扫范围内建湖气象站的小时雨量序列为基础,采用Lucas-Kanade局部光流法确定回波强度反映的降水系统时空动态上游, 并利用皮尔逊III型方法和广义帕累托方法建立回波类别与建湖局地白天与夜间降水序列的统计概率关系, 计算回波类别对应的局地极端降雨极值以及极值重现概率特征, 构建降水系统的雷达回波动态综合特征与下一小时局地强降水极值概率间的统计关系指标, 指标的相关性检验达到70%。该方法具有强降水多等级重现期极值预测能力, 为下一小时临近极端暴雨预测预警提供了雷达监测动力统计优化方法。