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  • 强弱南亚季风不同发展期对青藏高原垂直环流的影响
  • 裴宇菲, 宋敏红, 张少波
  • 2023, 42 (6): 1402-1415. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00022
  • 摘要 (2134) PDF (8435KB) (128)
  • 为了探讨南亚季风的强弱变化对青藏高原垂直环流的作用, 利用1990 -2019年近30年高分辨率的JRA55再分析资料计算了南亚季风Webster-Yang指数(WYI)并选取了南亚季风强弱年, 通过对比分析季风爆发前期(5月)、 爆发期(7月)和爆发后期(10月)三个不同时段南亚季风强弱变化对青藏高原垂直环流的影响。研究表明: (1)5月WYI强年在高原南侧的上升气流强度和范围均大于弱年, 7月高原主体与南侧的上升气流强度增大, 强弱年差异不明显, 10月WYI强年在高原南侧的垂直环流仍维持, 但强度减弱, WYI弱年在高原南侧高空已转为下沉气流。(2)5月和10月, 质量和能量均为从高原的南侧和北侧汇入高原, 7月则转为高原向南北两侧散出质量和能量; WYI强年高原南侧高层辐散的强度大于弱年, 低层辐合强度差异较小, 强弱年在5月能量与质量的传输强度差异最大, 7月最小。(3)WYI强年10月100 hPa南亚高压位置偏西,500 hPa西太副高维持,高原南侧的风场与温度场的减幅偏小, 表明强南亚季风会改变高原地区高空水平环流形势, 从而影响高原的垂直环流; WYI强年在5、 7、 10月高原主体的地表温度均大于弱年, 表明在强南亚季风带来的暖湿气流的影响下, 高原南侧的上升气流抬升至高原, 高原的地表温度明显上升, 高原地表热量增加进而影响高原垂直环流。

  • 基于CMIP6模式评估结果对未来青藏高原降水多情景预估
  • 李博渊, 胡芩
  • 2024, 43 (1): 59-72. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00029
  • 摘要 (2119) PDF (9440KB) (127)
  • 青藏高原作为气候敏感区域, 其降水对东亚水文循环和气候有着巨大的影响, 因此对于其变化的研究十分重要。降水是全球水文循环的重要变量, 是受气候变化影响的重要气候系统之一, 为了探究全球气候模式对青藏高原降水的模拟能力以及探究在新模式、 新情景下未来降水可能变化, 本文使用耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)最新的31个气候模式逐月降水资料, 以及国家气候中心所提供的CN05.1降水观测数据集, 评估CMIP6模式对青藏高原降水的模拟能力, 并择优选择模式在不同共享社会经济路径情景下(Shared Socioeconomic Pathway, SSP)进行高原未来降水预估。结果表明: 1995 -2014年青藏高原观测降水分布模态特征为自东南向西北递减并且降水集中在夏季, 大部分模式可以模拟出降水分布和季节性趋势但几乎都有高估降水的现象, 多模式平均降水高出观测102%; 总体上CMIP6最新模式对于青藏高原降水模拟能力较差, 模式相对于观测的平均相对偏差指数为102%, 说明大部分模式表现不理想, 定量分析所有模式后选出EC-Earth3-Veg-LR, MPI-ESM1-2-LR, EC-Earth3-Veg, MRI-ESM2-0为模拟较优模式, 可大致反映出青藏高原的降水特性; 气候模式在SSP1-2.6情景下青藏高原降水增长最慢, SSP5-8.5增长最快; 从辐射强迫较弱情景SSP1-2.6到较强情景SSP5-8.5, 近期(2021 -2040年)高原降水增幅在各情景下难发现较大差别, 但中期(2041 -2060年)和末期(2081 - 2100年)有明显增长, 说明碳排放强度对近期影响较小而对长期影响大; 未来降水增幅主要发生在念青唐古拉山以南地区, 从季节性来看夏季增幅最大, 其次是春季、 秋季, 增幅最小的是冬季, 因此应当注重青藏高原未来夏季和春季的降水变化, 做好应对措施。

  • 黄河上游水源涵养区近60年关键气候要素的时空变化
  • 张子涵, 王学佳, 杨梅学, 刘兰娅, 李继春, 万国宁
  • 2023, 42 (6): 1372-1385. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00011
  • 摘要 (2096) PDF (2797KB) (175)
  • 黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段, 气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生, 进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961 -2016年CN05.1格点气温、 降水、 风速数据以及1981 -2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明: (1)研究区气温显著上升, 气温变化趋势达0.34 °C·(10a)-1, 冬季升温幅度最大, 其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。(2)区域降水量整体呈现上升趋势, 降水变化趋势为9.3 mm·(10a)-1, 春夏季增速相对较快, 冬季最慢, 增长趋势由西北向东南逐渐减小, 西部少雨干旱地区增长显著, 东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。(3)风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降, 风速变化趋势为-0.11 m·s-1·(10a)-1, 在空间上大部分地区都减少, 尤其是北部大通河区域。(4)实际蒸发量显著上升, 增长趋势达11.89 mm·(10a)-1, 春、 冬季相对增幅较大, 增速呈现由东向西逐渐增加的趋势, 其中扎陵湖鄂陵湖区域以及大通河区域西部的增加最为显著, 只有中部以及东南部零星几个地方减少。(5)从降水与实际蒸发来看, 降水量增速略高于同期(1981 -2016年)实际蒸发, 因此黄河上游水源涵养区随着气候变暖存在暖湿化趋势。

  • 那曲地区不同季节陆面过程与大气边界层演变耦合关系的对比分析
  • 王冠添, 胡泽勇, 孙根厚, 杨耀先, 谷良雷, 付春伟, 樊威伟, 吴笛, 牛瑞佳, 罗红羽
  • 2023, 42 (6): 1361-1371. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00020
  • 摘要 (2057) PDF (4389KB) (196)
  • 陆面过程与大气边界层之间耦合关系是理解青藏高原热力效应的关键环节和难点之一。本文基于那曲高寒气候环境观测研究站2019年5月、 7月和10月地面及探空观测数据分析了青藏高原那曲地区地表能量收支及大气温湿垂直廓线的日变化和季节差异, 探讨了该地区干湿季大气边界层高度的演变规律。结果表明, 在5月观测期间内受日间净辐射强度变化的影响, 对流边界层在晴天较高, 为2842 m; 阴天较低, 为1481 m, 强对流天气也可能使其在低层转变成稳定边界层。同时, 位于近地层大气的感热和潜热交换为大气边界层的维持和发展提供了能量支持, 位温和比湿垂直廓线能够正确反映出那曲地区大气边界层高度的季节性差异, 对流边界层高度在5月最高、 10月次之、 7月最低, 而稳定边界层在7月最高、 5月次之、 10月最低。

  • 20年华西秋雨演变特征及其异常机理的进展
  • 李一诺, 李跃清
  • 2024, 43 (1): 1-15. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00028
  • 摘要 (2034) PDF (1341KB) (342)
  • 华西秋雨是中国西部地区出现的独特而复杂的秋季降水现象, 与经济社会和国民生活息息相关。本文在20世纪以来对华西秋雨认识的基础上, 从多角度对比回顾了近20年来关于华西秋雨研究的主要成果。首先, 明确了华西秋雨的时空范围、 降水强度, 提出了表征其基本特征的量化标准和指数, 揭示了华西秋雨显著的年际差异、 “正-负-正”年代际变化和4~8年的周期循环; 其次, 指出了低中高纬度大气环流系统、 热带海温强迫、 青藏高原作用等对华西秋雨的不同重要影响, 进而得到了多系统、 多因子协同作用对华西秋雨异常演变的重要意义, 丰富了华西秋雨异常演变认识; 最后, 针对华西秋雨现状, 指出了不同季风、 冷暖气流、 演变成因、 天气过程、 夜雨特征、 区域响应等方面存在的主要问题, 并展望了青藏高原大地形下, 华西秋雨多尺度协同作用及其物理机制的综合、 精细分析研究等未来主要发展趋势。

  • 对流解析与对流参数化方案模拟青藏高原夏季降水对比研究
  • 陈颖, 杨显玉, 吕雅琼, 文军, 朱家宁
  • 2023, 42 (6): 1429-1443. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00016
  • 摘要 (1917) PDF (8759KB) (98)
  • 青藏高原被称为“亚洲水塔”, 其水资源的变化对下游的天气气候有重要的影响。降水是水循环的关键环节, 因此, 准确模拟青藏高原降水对我国水资源安全有重大意义。近年来, 一些研究发现对流解析模拟(即当网格尺度小于4 km时关闭对流参数化方案的模拟)能够提升青藏高原降水的模拟效果, 然而, 这些研究仅仅选取了1~3种对流参数化方案来进行对比研究, 对流解析模拟是否优于任意对流参数化方案仍然未知。本文评估了WRF模式中9种积云对流参数化方案与不使用对流参数化方案的对流解析模拟(Convection-Permitting Modeling, CPM)对2009年夏季青藏高原地区降水的模拟能力。结果表明: 模拟总体高估了青藏高原2009年夏季降水, 存在0.4~2.0 mm·d-1的误差, 对青藏高原CAPE值和潜热通量的模拟过大可能是造成青藏高原降水模拟偏大的原因之一。在所有模拟中, G3积云对流参数化方案对平均降水和日变化的模拟效果最好, 能更好地模拟出平均降水的降水强度、 空间分布和降水落区以及降水日变化。CPM对降水整体的模拟效果次于G3积云对流参数化方案, 不能有效地改善对降水日变化的模拟, 但是可以改进对降水频率的模拟。在不同高原生态区内, 所有模拟都不能合理地模拟出荒漠区和喜马拉雅南麓的降水, 但相较于参数化方案, CPM可以大大地降低荒漠区的误差。在其他区域内, CPM和Tiedtke积云对流参数化方案的表现都较好。综合平均降水和降水频率, CPM、 Tiedtke和G3积云对流参数化方案对不同区域、 不同强度的降水模拟误差最小。因此我们建议: 模拟青藏高原夏季降水时可优先考虑G3和Tiedtke积云对流参数化方案, 在计算资源充足时, 可以考虑采用高分辨率的对流解析来提高青藏高原降水频率的模拟。

  • 1961 -2020年黄土高原季风区和西风区昼夜降水的时空变化特征
  • 任琦, 巩远发, 刘雪宇
  • 2023, 42 (6): 1444-1456. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00009
  • 摘要 (1917) PDF (10739KB) (162)
  • 利用国家气象信息中心1961 -2020年中国黄土高原地区64个站点逐日昼夜降水数据, 将黄土高原分为两个区域(季风区和西风区), 并使用线性趋势、 t检验等方法分析了两个区域两个季节(湿季和干季)昼夜降水日数和降水量的变化特征。结果发现, 黄土高原季风区和西风区昼夜降水均有显著的季节差异, 季风区湿季(5 -9月)昼夜降水日数占全年的比例都达60%、 降水量到75%以上, 西风区湿季昼夜降水日数占全年的比例则都近70%、 降水量到80%以上。黄土高原有西风区变湿、 季风区变干的趋势; 其中最为显著的特征是, 西风区湿季白昼降水量增加的站点高达77.8%, 干季昼夜都有超过50%的站点降水量增加; 季风区湿季昼夜降水日数和降水量减少的站点分别超过80%和50%, 干季则分别超过95%和80%。

  • 东部型El Niño事件发展期秋季对中国极端降水的影响
  • 蒲于莉, 冯娟, 李建平
  • 2023, 42 (6): 1457-1467. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00004
  • 摘要 (1917) PDF (7905KB) (136)
  • 利用1961 -2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料, 采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Ni?o事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明: 东部型El Ni?o事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响, 造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现, 当东部型El Ni?o事件处于发展期的秋季时, 中东太平洋表现为显著的正海温异常, 热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地, 热带中东太平洋表现为异常的上升气流, 西太平洋为异常的下沉气流, 在华南地区表现为异常的辐合上升, 为降水创造了有利的动力条件; 同时, 异常海温进一步对西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)位置产生影响, 造成西太副高异常偏西, 在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常, 意味着西南气流的水汽输送增强, 这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散, 不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。

  • MWHS-2MHS资料同化对三江源地区暴雨模拟影响的对比研究
  • 陈旭, 王磊, 李谢辉, 钟浩斌, 邓徐慧
  • 2023, 42 (6): 1386-1401. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00024
  • 摘要 (1897) PDF (6056KB) (91)
  • 采用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)中FY-3C卫星MWHS-2(Micro-Wave Humidity Sounder 2)卫星资料的直接同化模块, 利用WRF-3DVAR(Three Dimensional Variation)方法对三江源地区的两次降水过程进行同化对比试验, 详细对比分析了FY-3C搭载的MWHS-2微波湿度仪和NOAA-18(National Oceanic and Atmospheric Administration-18)搭载的MHS(Microwave Humidity Sounder)微波湿度仪两种同化资料对模拟结果的影响。结果表明: MWHS-2和MHS资料同化的模拟结果基本一致, 对于30 mm以下的降水, 无论同化与否, 模拟的降水范围均会偏大; 但对于30 mm以上的降水, 模拟范围和量级均偏小。资料同化增强了500 hPa西南风场, 从而加大了水汽输送的强度, 使得高空槽偏向西南, 同时加强了300 hPa风场扰动, 在共同作用下从而导致了30 mm以上的降水范围的增大, 对降水量级结果能有一定改善, 但降水落区相较于实际偏南。卫星资料的同化会使得水汽通量场和比湿场的落区范围明显改善, 但对强度的改善作用并没有对落区的改善作用明显, 水汽通量场和比湿场的改变造成了降水预报落区和强度的改变。在温度场方面, WRF模式模拟的误差较大, 卫星资料的同化对温度场有一定的改善作用, 但不如对湿度场的改善作用明显。因而, MWHS-2或MHS卫星资料的同化对三江源降水模拟有一定的改善作用, 该研究结果对三江源降水的预报改进能有重要指导意义。

  • 青藏高原东坡地形对影响云南降水的高原涡的作用机理
  • 何钰, 朱莉, 李国平, 谢家旭, 马文倩, 陶丽, 张万诚
  • 2024, 43 (1): 42-58. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00037
  • 摘要 (1896) PDF (9357KB) (227)
  • 利用常规观测资料、 FNL分析资料及经质控后的自动站小时降水数据, 诊断分析了青藏高原东坡地形在2017年7月2 -3日高原涡影响云南降水过程中的作用, 并利用数值模式WRFv4.0对此次过程进行了地形敏感性试验。结果表明: 高原涡是此次云南强降水的重要影响系统; 低涡中心及附近区域中高层维持暖心结构, 并呈现显著的上升、 下沉运动交替的分布; 过程累积雨量分布表现为两条明显的与山脉走向平行的西北-东南向雨带, 且具有强弱交错的分布特征, 强降水集中出现在午后至傍晚及前半夜两个时段内, 中心均位于地形边坡, 并随着低涡向下游传播; 南亚高压、 西北辐散气流、 西太平洋副热带高压及滇缅高压为低涡的东移发展提供了有利的高空环流场, 500 hPa正涡度及700 hPa水汽通量辐合中心对强降水落区具有较好指示意义; 低涡降水期间存在β中尺度重力波, 波动由青藏高原东坡地形激发, 沿着300~200 hPa的气层传播, 高空的非地转平衡运动及垂直风切变为重力波的发展及传播提供了有利条件, 重力波先于低涡及降水向下游方向移动及发展, 波脊处对应上升运动及辐散中心, 波槽处对应下沉运动及辐合中心, 强降水及波脊均位于低涡西南侧强辐合上升运动区; 地形高度降低后, 其机械阻挡抬升作用减弱, 重力波和高原低涡消失, 雨带强度及空间分布特征发生显著改变。高原东坡地形对高原涡的形成和发展, 以及高原涡影响下的云南降水具有重要作用。

  • 葵花8号辐射率资料同化在一次川渝暴雨预报中的应用研究
  • 梁皓, 许冬梅, 束艾青, 张雪薇, 宋丽欣
  • 2023, 42 (6): 1478-1491. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00112
  • 摘要 (1894) PDF (14688KB) (110)
  • 新一代静止气象卫星葵花8号 (Himawari-8) 上搭载的静止轨道成像仪AHI (Advanced Himawari Imager) 凭借其高时空分辨率可以对重庆地区暴雨进行连续观测。本文选取2019年4月19日的一次区域性暴雨天气过程为试验个例, 采用WRF (Weather Research and Forecasting) 中尺度模式进行数值模拟。基于WRFDA (Weather Research and Forecasting model Data Assimilation) 同化系统对葵花8号静止气象卫星的AHI辐射率资料进行相应的质量控制和云检测, 进而开展循环同化试验, 考察卫星资料同化对这次强对流天气过程预报结果的改进。结果表明在同化AHI红外辐射率资料之后, 辐射传输模式模拟的亮温和观测亮温更为接近。此外, AHI水汽通道辐射率资料同化有效提高了对各层高度上的风场、 水汽场、 雷达回波等要素特征的分析效果, 并且使模式的初始条件更逼近真实的大气状态。研究发现同化AHI水汽通道辐射率资料后模拟的降水整体分布与实际情况更为接近, 主要雨带位置以及强降水中心的精确程度显著高于背景场的预报效果。经过卫星同化的试验可以预报出控制试验漏报的强降水中心, 并且有效地削弱了四川东部和甘肃东南部的虚假强降水范围以及强降水中心。本研究可以为川渝地区暴雨天气数值预报系统中的静止红外辐射率资料的预处理和同化应用提供有益的参考。

  • 青藏高原中东部和四川盆地的夏季雨滴谱对比分析研究
  • 刘艳霞, 文军, 谢晓林
  • 2024, 43 (1): 28-41. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00033
  • 摘要 (1879) PDF (7079KB) (194)
  • 为了进一步认识青藏高原中东部和下游四川盆地的降水微观特征和差异, 本文利用2019年7 -8月和2020年7 -8月那曲、 玉树、 林芝、 巴塘、 泸定和成都6个地区的雨滴谱观测资料, 研究了不同地区之间的雨滴谱特征和差异, 并提出了各个地区降水的Gamma谱形状参数-斜率参数关系和反射率因子-雨强关系。结果表明: 因更多强对流降水的贡献, 盆地和邻近地区(成都和泸定)的雨滴谱整体比高原地区(那曲、 玉树、 林芝和巴塘)的更宽, 中大雨滴(直径≥1.0 mm)数浓度更高; 而高原地区的降水主要来自层云和弱对流, 整体雨滴谱更窄, 小雨滴(直径<1.0 mm)数浓度更高。6个地区的雨滴谱均随雨强增大而变宽, 数浓度也逐渐升高。不同地区之间的雨滴谱差异也会随雨强变化而改变, 当雨强超过0.1 mm·h-1后, 那曲和林芝的小雨滴数浓度随雨强增大而增大的幅度明显比其他地区更大; 当雨强达到5 mm·h-1后, 成都和泸定的中大雨滴数浓度与其他高原地区的差异也逐渐变大。在谱形状参数相同情况下, 成都和泸定的谱倾斜率更小, 反映了这两个地区雨滴数浓度随粒径增大而减小的速率比高原地区的更慢。在相同雷达回波强度(反射率因子)情况下, 那曲和林芝层云降水的雨强比其他地区大; 林芝对流降水在雷达回波低于40 dBZ时, 雨强也比其他地区的大, 而那曲对流降水在雷达回波大于40 dBZ后, 雨强比其他地区的小。

  • 围栏封育下藏北高寒湿地和高寒草原水热通量特征研究
  • 王壮壮, 吕雅琼, 魏达, 祁亚辉, 王小丹
  • 2023, 42 (6): 1416-1428. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00005
  • 摘要 (1858) PDF (6132KB) (76)
  • 围栏封育作为直接有效的退化草地恢复治理模式, 广泛应用于青藏高原退化草地恢复。围栏封育显著提升植被覆盖并改变地表与大气之间的水热交换, 然而当前对其如何影响高寒生态系统水热通量的定量研究不足, 缺乏对影响机制的认识。本研究以藏北腹地典型高寒湿地和高寒草原为研究对象, 采用涡度相关技术开展禁牧-放牧配对观测, 并基于围栏内外2019年7月至2021年6月连续两年的观测数据, 探究围栏封育后的地表水热平衡变化, 以提升对围栏封育改变地表水热通量机制的认知。结果显示: 高寒草原和高寒湿地生态系统水热通量均表现出明显的单峰型日变化特征, 且分别以感热作用(波文比为1.60)、 潜热作用(波文比为0.31)为主导向大气传输能量。围栏封育降低了高寒草原地表通量值, 感热通量减小5.99 W·m-2, 潜热通量减小4.84 W·m-2; 围栏封育提升了高寒湿地的地表通量值, 感热通量增加3.04 W·m-2, 潜热通量增加30.95 W·m-2, 围栏封育后高寒草原感热通量和潜热通量日均值均下降, 高寒湿地则增加。围栏封育对地表能量通量影响强度集中于白天, 夜间较弱。高寒生态系统的31组禁牧-放牧配对数据显示, 围栏封育降低高寒生态系统土壤温度, 提升土壤持水能力。基于土壤温度、 土壤湿度、 潜热通量和感热通量视角, 围栏封育对高寒生态系统存在降温潜力。

  • 新疆北部暖区暴雪的中尺度模拟及云微物理特征研究
  • 李桉孛, 琚陈相, 周雅蔓, 李曼, 李如琦
  • 2024, 43 (1): 127-140. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00040
  • 摘要 (1722) PDF (12108KB) (125)
  • 暖区暴雪罕见且易致灾, 对其准确预报既是重点又是难点。本文采用WRF中尺度模式中Lin、 Thompson、 WDM6和WSM6四种云微物理方案对2016年11月中旬一次典型新疆北部暖区暴雪过程进行数值模拟, 评估模式对暖区暴雪过程的模拟能力, 遴选最优参数化方案, 分析暴雪过程中水凝物粒子垂直分布及演变特征, 探讨导致暴雪过程的相关中尺度系统的发生发展规律。分析结果表明: (1)不同云微物理参数化模拟中, Lin方案效果最佳, 较为成功地模拟出降雪量级、 落区和趋势。(2)云中各种水凝物粒子活跃于对流层中下层, 其中以霰和雪最多, 自高层向低层分别分布着冰晶、 雪、 云水、 霰粒子, 阿尔泰山迎风坡附近为各水凝物粒子浓度大值中心, 强降雪区四种云中水凝物粒子高值中心垂直对齐有利于各粒子间的转化。(3)上游高湿系统沿西路移动, 低空偏南急流增强时水汽汇合强烈, 阿尔泰山脉西麓迎风坡阻挡利于水汽辐合; 低空偏南急流使暴雪区低层增温, 不稳定条件增强, 垂直次级环流发展, 次级反环流的增强促进不稳定能量的释放, 加剧垂直运动增长, 为大暴雪的发展和维持提供较强的动力抬升条件, 对暴雪起增幅作用。

  • ECMWF模式对我国西南环横断山区冬季近地面2 m温度的预报评估
  • 吴诗梅, 唐娜, 梁雨琪, 欧旭阳, 李海杰, 陈昊明
  • 2024, 43 (1): 88-98. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00049
  • 摘要 (1720) PDF (7805KB) (130)
  • 从冬季平均温度、 温度日变化及日较差等方面入手, 基于2021年CLDAS逐小时产品评估了ECMWF全球高分辨率确定性数值预报产品对我国西南环横断山区复杂地形区近地面2 m温度的预报能力, 并通过区分高地形区(川西高原)和低地形区(四川盆地南部), 对比了不同地形区近地面2 m温度预报的偏差特征。结果表明: (1)ECMWF模式可合理预报我国西南环横断山区冬季平均2 m温度的空间分布特征, 但偏差分布与地形高度有关, 随着地形高度的增加, 预报偏差呈增大趋势。(2)ECMWF模式很好再现了西南环横断山区冬季温度的日变化特征, 峰值时刻出现在14:00(北京时); 各时刻温度的预报偏差在不同地形高度存在差异, 川西高原和横断山区的最大负偏差出现在下午, 四川盆地南部的最大负偏差出现在早晨。同时, 高地形区各时刻的预报偏差均高于低地形区。(3)ECMWF模式对日内各时刻不同地形处2 m温度的空间分布均有合理预报, 但偏差存在日变化特征。特别是在横断山区高地形区, 其在各时刻有不同的冷暖偏差特征。(4)在环横断山区温度日较差预报偏差较大的区域(大致为昆明准静止锋线发生频次较高的区域), 模式对于温度日较差较大的日数, 其2 m温度的预报偏差要大于日较差较小的日数, 且在该区域内, 温度日较差的预报偏差相对不稳定。

  • 两次不同生命史东移高原涡的动力结构与成因分析
  • 屠妮妮, 郁淑华, 李跃清
  • 2024, 43 (1): 73-87. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00048
  • 摘要 (1698) PDF (24025KB) (746)
  • 利用NCEP再分析资料对2008年6月25 -27日和2013年6月4 -10日两次东移出高原的高原涡过程进行结构特征和演变机制的诊断分析, 探讨两次长、 短路径高原涡过程的结构特征和造成不同生命史的影响因子。结果表明: (1)路径短的扎多涡活动过程中, 南亚高压呈扁平状, 高空急流偏南, 高原涡处在下滑槽中移出高原; 路径长的曲麻莱涡活动过程中, 南亚高压有些北拱, 高原涡处在南亚高压脊前西北气流下空, 副高偏南, 高原涡随低槽东移加强, 并伴有西南涡东移。(2)两次高原涡过程结构特征差异明显, 主要表现在扎多涡在高原上增强时、 曲麻莱涡与西南涡耦合及之后再度加强时的结构特征, 前者低涡处在600~350 hPa较深厚的正涡度、 上升运动层内, 还具有对流层高层强辐散的结构特征; 后者具有对流层高、 中、 低层正涡度贯通、 对流层内为上升运动、 对流层低层辐合, 对流层高层弱辐散的结构特征, 其中对流层低层由整个对流层内为最强正涡度, 演变为整个对流层内为最强正涡度、 最强上升运动、 最强辐合。(3)总涡度收支诊断表明, 散度项变化对低涡总涡度变率变化起决定性作用。扎多涡的强度变化与散度项变化一致。曲麻莱涡在与西南涡伴行过程中, 垂直输送项、 水平平流项的影响在加强。(4)涡中心区500 hPa正涡度变率的收支分析看出, 高原涡在没有西南涡活动时, 对高原涡的500 hPa正涡度变率贡献的主要是涡度辐合造成的; 在有西南涡活动时, 随着与西南涡垂直方向叠合、 伴行, 正涡度垂直输送显得更加重要。

  • 西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究
  • 陈浩然, 耿飞, 刘黎平, 杨华
  • 2024, 43 (1): 99-113. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00039
  • 摘要 (1670) PDF (8650KB) (155)
  • 墨脱的降水变化与印度洋、 孟加拉湾的水汽向内陆的输送、 夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年, 第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达, 实现了对墨脱云降水的连续观测, 对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6 -8月的观测数据, 使用统计手段筛选降水回波片段, 整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角; 利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、 拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7 -8月三次累积降水量、 平均雨强、 持续时间各不相同的降水过程, 使用线性规划方案计算Φ DP(差分传播相移)、 最小二乘拟合计算K DP(差分传播相移率)、 “ZPHI”降水廓线算法订正Z H(反射率因子); 以Z HK DP为阈值, 使用RZ H)与RK DP)分段估测降水, 与单独使用RZ H)和RK DP)的估测结果进行对比; 并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的Z HK DP数据质量有明显改善; 使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角, 三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均Z HZ DR能初步反映降水变化与地形的关系; 本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好, 各评估参数均具有较好的表现; 结果表明: (1)墨脱雷达周边地形变化剧烈, 根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据; (2)本文采用的数据质控方法、 定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好, 与单一的RZ H)、 RK DP)方法相比, 得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下, 估测误差明显减小; (3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关, 较大雨强、 较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

  • 基于不同气象站资料的甘肃省汛期降水及极端降水分析
  • 方锋, 王静, 刘卫平, 王有恒, 王鑫, 林婧婧, 王兴
  • 2023, 42 (6): 1468-1477. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00008
  • 摘要 (1505) PDF (3894KB) (196)
  • 对甘肃省范围内的区域气象站和国家级气象站2011 -2020年的汛期降水和极端降水等资料进行了质量控制, 筛选出1253个区域气象站和75个国家气象站开展了降水特征分析。结果表明, 甘肃省区域站和国家站降水的平均数量非常接近, 无显著性差异, 全省区域站汛期平均降水为382.9 mm, 国家级站为379.7 mm; 区域站各月降水平均在31.7~87.1 mm; 国家站各月为30.4~86.4 mm。但两类站点降水的极端值存在显著差异, 汛期总降水量区域站最大可达917.5 mm, 本站最大为710.7 mm; 单月降水量区域站最大为776 mm, 本站为541 mm; 暴雨日数区域站最大为46 d·(10a)-1, 本站为17 d·(10a)-1; 两类站点降水极大值发生的空间位置比较接近, 但区域站的数值显著高于国家站。两种站点降水的空间趋势非常一致, 其汛期降水相关系数达0.95, 月极端降水相关系数为0.92; 而区域气象站比国家站有更多小斑块的高值和低值中心; 两类降水空间差异在甘肃省的东部和南部比较明显。总体上, 区域气象站更精细地描绘了甘肃省的降水特征, 在地形复杂区域监测到更多的极端降水事件, 降水极值相比国家站明显偏大, 这些地方的暴雨洪涝灾害防御应以区域气象站数据为依据, 增强灾害风险的防范能力。

  • 数值预报模式垂直坐标发展与改进综述
  • 程锐, 宇如聪, 徐幼平, 黄静, 沈晓晶
  • 2024, 43 (1): 16-27. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00042
  • 摘要 (1488) PDF (846KB) (111)
  • 大气具有斜压性质和层结特性, 对于大气三维运动及静止大气热力状态的刻画离不开垂直坐标的选择。垂直坐标更是构建数值预报模式的基础, 经常根据不同的垂直坐标形式来区分不同类型的大气动力框架, 如几何高度框架、 等压面框架和等熵面框架等。伴随垂直坐标的发展, 模式预报性能在不断提升, 模式版本也在不断演进。本文简要回顾了垂直坐标的发展历史, 重点介绍了目前国内外主要非静力业务模式垂直混合坐标的处理思路与方法, 同时指出模式垂直分辨率及预报变量垂直分布形式的选择考量。最后对数值预报模式垂直坐标设计与应用进行总结, 并给出未来发展展望。