高原气象

第28卷 第1期 2009-02-28   

论文

  • 不同辐射传输方案对P-σ RCM9区域气候模式性能的影响
  • 黄安宁;张耀存
  • 2009 Vol. 28 (1): 1-11. 
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  • 将NCAR CCM3辐射传输方案CRM(Column Radiation Model)引入到P-σ RCM9区域气候模式中, 并对两组辐射传输方案下P-σ RCM9区域气候模式模拟的东亚冬、 夏季气候特征差异进行对比分析, 发现采用CRM辐射传输方案能够改善P-σ RCM9区域气候模式对中国区域冬、 夏季地面温度的模拟, 且在夏季的改善比冬季更明显, 还改善了P-σ RCM9区域气候模式对对流层高层(200~100 hPa)短波辐射加热率和长波辐射加热率的计算, 然后改进了模式对200~300 hPa垂直平均经向温度梯度的模拟, 进而使得模拟的冬、 夏季东亚高空西风急流比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更加接近NCEP/NCAR再分析资料。同时还发现, 采用CRM辐射传输方案后, P-σ RCM9气候模式模拟的中国地区冬、 夏季的降水率在强度和分布形势上均比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更接近观测, CRM辐射传输方案能够较明显地提高P-σ RCM9气候模式对中国地区冬、 夏季降水的模拟能力。
  • 一种依据初始场构造的参考大气廓线及对高原地区预报的影响
  • 张红亮;黄丽萍;陈嘉滨
  • 2009 Vol. 28 (1): 12-19. 
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  • 地形追随坐标系下的动力学方程组通常都要引入参考大气的概念来减少气压梯度力的计算误差。参考大气的一般取法是满足静止和静力平衡关系, 实际大气被看成在参考大气上的偏差。实际大气与参考大气越接近, 它们之间的偏差就越小, 计算就越精确。参考大气的取法一般有等温大气、 定常温度廓线、 初始资料进行水平平均的垂直温度廓线等。本文在一个非静力的中尺度模式中选取经过水平平均的初始温度场的垂直廓线构造模式的参考大气廓线。但是初始资料在三维空间是离散的, 这里根据三次样条函数的分段连续光滑的性质, 构造了随起报时间不同而不同的, 只随高度变化的解析形式的参考大气廓线。构造的参考大气廓线完全满足静力平衡关系, 方程中的静力平衡部分可以得到最大限度地扣除。试验表明, 与等温大气相比, 这种根据初始状态选取的参考大气和实际资料更接近, 在大地形附近气压梯度力的计算误差更小, 500 hPa高原附近的24 h气压预报更精确。
  • 西北戈壁区夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析
  • 韩博;吕世华;奥银焕
  • 2009 Vol. 28 (1): 36-45. 
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  • 利用简单的土壤热传导方程建立模型, 并结合小波变换方法, 分析了2004年6月22日~8月18日金塔绿洲附近观测的戈壁土壤温度序列, 重点关注地下10 cm的土壤温度变化。结果表明, 在观测时段土壤温度除了有明显的日变化外, 还存在周期为准4天和准两周的波动。利用滑动相关分析后发现, 太阳向下短波辐射强度与土壤温度日变化能量存在显著的正相关, 这与利用土壤热传导模型分析土壤日变化振幅年变化的相关研究的结论一致。太阳向下短波辐射强度与准4天周期波动实部分量在降水前后存在负相关关系。比较观测时段土壤温度准4天波动能量与同时期的天空温度, 发现准4天波动可能与持续增强的云逆辐射有关。通过分析降水前后土壤温度、 土壤含水量的变化, 发现二者的日变化在降水后与降水前相比, 振幅增大, 位相前移。这一结果可以用土壤热扩散率在一定范围内随土壤含水量增大而增大得到解释。最后利用回归分析发现T10的准两周波动可能与更大范围的大气环流场异常有关。
  • 西北干旱区夏半年深厚的混合层与干旱气候形成
  • 李岩瑛;-;钱正安;薛新玲;兰晓波;李玲萍
  • 2009 Vol. 28 (1): 46-54. 
  • 摘要 ( ) PDF (2453KB) ( )
  • 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地干旱气候形成的影响, 我们利用张掖和民勤站夏季及相关月的实测探空资料及T-log P图解法,首先计算了该两地逐日ML厚度,然后分析并讨论了它的时空间变化特征、与干湿天气气候的关系, 以及夏半年的深厚ML对加剧当地干旱气候的影响。结果表明: (1)河西中东部ML厚度的年变化及地区差异明显。冬季最浅薄, 夏半年深厚(特别是5、 6月), 4月及10月分别是ML急剧增厚及变薄的过渡期; 同时, 更靠近西北干旱区中心的河西西部及北部的ML更深厚。(2)夏季干(湿)天气通过加强(减弱)地气间的感热交换和干对流,而明显影响当地的ML厚度。平均而言, 以高温日最深厚, 干日次之, 小雨日再次之, 而中强雨日最浅薄。干年夏季的ML厚度平均比湿年的对应值增厚300 m左右。夏季典型干日的ML厚度比雨日厚3000 m, 典型干日的ML厚度昼亱变化不大。(3)反过来夏半年深厚的ML也通过增加雨滴蒸发损耗, 减少了干旱区的降水, 加剧了当地干旱的程度, 因此夏半年深厚的ML也是形成干旱气候背景的成因之一。
  • 青藏高原低涡活动的统计研究
  • 王鑫-;李跃清;郁淑华;蒋兴文
  • 2009 Vol. 28 (1): 64-71. 
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  • 利用1980-2004年5~9月逐日08时、 20时(北京时, 下同)两个时次的500 hPa天气图资料, 统计分析了夏季青藏高原低涡(简称高原低涡)的活动特征。结果表明: 夏季高原低涡的发生频次具有明显的年代际、 年际和季节内变化特征, 20世纪90年代以后低涡出现频次较之80年代有下降趋势, 7月份是夏季高原低涡的活跃期; 青藏高原上产生低涡的四个源地分别为: 申扎-改则之间、 那曲东北部地区、 德格东北部和松潘附近; 移出青藏高原的高原低涡在青藏高原上主要有四个涡源: 那曲东北部、 曲麻莱地区、 德格附近和玛沁附近, 也存在季节内变化, 与青藏高原上产生低涡的涡源不同; 部分高原低涡形成后, 能在高原上生存36 h以上并发展东移, 移动路径主要有东北、 东南和向东三条, 其中向东北移动的低涡数量最多; 而低涡移出青藏高原后的路径与在高原上的移动路径并不相同, 移出高原后的低涡多数是向东移动的, 其次才向东北、 东南移动; 高原低涡移出高原时主要有两条路径: 一条为东北路径, 主要移向河西、 宁夏和黄土高原一带; 另一条是东南路径, 主要移向四川盆地附近, 其中, 移向黄土高原的低涡最多; 移出低涡也表现出一定的年际变化和季节内变化特征; 高原低涡移出青藏高原后, 多数在12 h内减弱消亡, 有些可持续60 h, 极少数能存活100 h以上, 最长可达192 h, 不仅影响我国东部广大地区的降水, 甚至可能影响朝鲜半岛和日本; 高原低涡在青藏高原上初生时, 暖性涡比斜压涡多近两倍, 而移出青藏高原后12 h内的低涡性质却发生了很大改变, 以斜压涡居多; 与60、 70年代相比, 80年代中期以后高原低涡的发生源地、 移动路径和性质等特征都有所改变。
  • 两次严重影响湖南的登陆台风水汽场特征数值模拟
  • 叶成志-;李昀英;黎祖贤
  • 2009 Vol. 28 (1): 98-107. 
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  • 针对造成湖南省特大暴雨过程的“碧利斯”和“圣帕”两次台风, 利用气象、 水文加密观测资料及NCEP再分析资料, 结合中尺度数值预报模式AREM的模拟结果, 对它们独特的水汽场特征进行了对比分析。结果表明: 这两次台风的共同特点是有两条主要水汽输送通道, 即与西南季风相联系的偏南风水汽通道和与台风低压环流相联系的偏北风水汽通道; 凝结降水的水汽主要来源于低层风场辐合和水汽平流, 并通过局地垂直运动再将其输送到中高层; 在湘东南强降水区上空始终存在强的水汽水平辐合和水汽垂直输送, 比较而言, “圣帕”台风暴雨区上空水汽通量更强, 但水汽通量辐合强度却小于“碧利斯”台风, 水汽辐合层也不及后者深厚, 但前者由于自身旋转性强, 低压环流中心南部的切变较长时间维持, 并自东向西转动, 使得强降水持续时间更长, 过程雨量更大, 影响范围也更大。“碧利斯”水汽主要源地较“圣帕”更加偏南, 水汽辐合更强, 与南海季风的相互作用更显著, 降水时段集中, 局部地区短时间内的降雨强度甚至超过了“圣帕”。
  • 地形动力作用对华北暴雨和云系影响的数值研究
  • 廖菲-;胡娅敏;洪延超
  • 2009 Vol. 28 (1): 115-126. 
  • 摘要 ( ) PDF (6737KB) ( )
  • 为了进一步研究地形对华北暴雨的影响, 本文从云微物理学的角度出发, 选取了2005年7月22~24日的一次华北暴雨过程为研究对象, 利用中尺度数值模式ARPS, 通过地形高度敏感性试验, 详细讨论了地形高度变化对流场、云及降水微物理过程的影响。结果表明: 地形高度变化对水平和垂直流场的大小和分布都有较大影响; 地形高度增加有利于迎风坡附近水平风场辐合和垂直上升运动发展, 这对云的垂直和水平发展影响都很大, 尤其是对中高层云的发展影响最明显, 并且能明显扩大地面降水的分布范围, 地面最大降水量也有所增多。这主要是由于地形高度增加后能促进中高层云水的产生, 尤其是零度层之上的过冷云水含量的增多, 这大大促进了冰相粒子(雪和霰)的增多, 从而使得以冷云过程为主的此次降水过程中, 冰相粒子融化形成的雨水含量增多。虽然地形高度的增加会抑制云系发展前期的暖云过程, 但对冷云过程有持续加强作用, 而且不会明显改变云内降水的形成机制, 冷云过程依然是降水的最大贡献项, 总体上促进了云和降水的发展。
  • 上海世博园上空边界层风垂直变化观测研究
  • 辛跳儿;贺千山;魏海茹;刘冬韡;周广强;杨何群;邵德民
  • 2009 Vol. 28 (1): 127-135. 
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  • 利用平矩阵风廓线雷达于2007年7月17日至9月28日对上海世博园规划区上空的风垂直分布进行了观测。通过分析该地上空三维风场的日变化, 发现夜间以偏西气流为主, 白天风速较小, 以偏东气流为主, 表明该地区以海陆风为主导的环流特征是这一地区的局地环流日变化的基本特征。逐日变化分析表明, 在8月2日以前主要以偏西北气流为主, 之后基本是以东南气流为主, 并且垂直运动特征以上升气流为主, 强烈的垂直运动与偏西气流相关密切, 同时偏北气流往往带来较强的上升运动。日夜平均廓线分析表明, 夜间风速较大, 并且夜间风速的垂直变化与白天相比也有很大不同, 白天270 m以下风速随高度基本不变, 而夜间从近地面向上风速随高度逐渐增大, 低层<90 m的范围内白天风速大于夜间风速。城市冠层以上风向的日夜变化不明显, 多为偏北气流控制。城郊风廓线的对比表明受城市下垫面粗糙度的影响, 城市风速明显比郊区减小。城市和郊区的水平风速变化在城市冠层以上比较接近, 相关系数达到了87%。
  • 基于DEM的复杂地形下太阳散射辐射分布式模拟——以贵州高原为例
  • 谷晓平;袁淑杰*;史岚;康为民;缪启龙;邱新法
  • 2009 Vol. 28 (1): 143-150. 
  • 摘要 ( ) PDF (3157KB) ( )
  • 由于坡度、 坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响, 确定实际复杂地形下太阳散射辐射是比较困难的。本文在前人研究的基础上, 对以前的模型进行了一些改进, 考虑了坡度、 坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响, 基于数字高程模型(DEM)数据, 研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳散射辐射的分布式模型, 在模型中还考虑了散射辐射的各向异性。以地形复杂的贵州高原为例, 应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料, 计算了贵州高原复杂地形下各月及年的太阳散射辐射精细空间分布。结果表明: (1) 局地地形因子(如坡度、 坡向和地形遮蔽)对贵州高原复杂地形下太阳散射辐射的空间分布影响较大, 随着地形的起伏变化, 太阳散射辐射的空间分布明显不同, 纬向分布特征不明显。(2) 对于太阳散射辐射而言, 地形对其的影响仍然很大, 在太阳散射辐射计算时也是不容忽视的。
  • 采暖期和非采暖期西安大气颗粒物中水溶性组分的化学特征
  • 沈振兴-;霍宗权;韩月梅;曹军骥;赵景联;张婷
  • 2009 Vol. 28 (1): 151-158. 
  • 摘要 ( ) PDF (3911KB) ( )
  • 为了探讨采暖期和非采暖期西安大气颗粒物水溶性组分的化学特征和来源, 分别于2005年冬季(2005年12月-2006年2月)和2006年夏季(6~8月)采集西安大气PM2.5和TSP样品, 分析其中Na+、 NH+4、 K+、 Mg2+、 Ca2+、 F-、 Cl-、 Br-、 NO-2、 NO-3和SO2-4共11种水溶性离子的浓度, 并对其季节特征和来源进行了研究。结果显示, 采暖期西安大气PM2.5和TSP中11种水溶性离子的平均浓度分别为53.2 μg·m-3和110.3 μg·m-3, 非采暖期分别为51.3 μg·m-3和89.3 μg·m-3。SO2-4、 NO-3和NH+4在PM2.5和TSP中均为最主要的离子组分, 浓度之和在采暖期分别占到PM2.5和TSP总离子浓度的78%和76%, 在非采暖期则占到88%和76%。PM2.5和TSP中, NH+4、 SO2-4和NO-3三者之间都有很好的相关性, 其在颗粒物中的主要结合形式为(NH4)2SO4、 NH4HSO4和NH4NO3。硫的转化率(SOR)和氮的转化率(NOR)在非采暖期明显大于采暖期, 揭示SO2-4和NO-3的形成机制为气相氧化, 主要受温度的控制。阴阳离子平衡和pH值测定的结果表明西安市大气PM2.5稍偏酸性, TSP为碱性, 无论是粗、 细粒子采暖期比非采暖期更偏酸性。对比10年前的研究结果, 显示西安市大气污染控制措施大大降低了采暖期气溶胶中二次组分的污染程度, 但主要污染排放源已逐渐由燃煤型向机动车排放转化。
  • 蒙古东部冷涡造成河北中南部雹暴过程的地闪特征分析
  • 连志鸾;高连山;李国翠;赵瑞金;赵彦厂
  • 2009 Vol. 28 (1): 186-194. 
  • 摘要 ( ) PDF (4722KB) ( )
  • 应用地面闪电定位系统、 多普勒雷达、 加密自动雨量站资料, 对2007年7月8~9日蒙古东部冷涡天气系统下, 发生在河北中南部的两次雹暴过程进行了分析。结果表明: 两次雹暴均产生大量地闪活动, 且以负地闪占优势, 闪电集中发生时段与强对流发生及维持时间相当。雹暴和强降水在时空分布上对应的地闪极性有明显差异, 降雹发生在雹暴云团中正地闪最活跃的阶段, 正地闪集中出现在强回波中心及其邻近区域, 降雹点落在正地闪聚集区附近; 对流性强降水云团中负地闪频繁发生, 强降水区出现在负地闪密度高值中心附近, 负地闪簇集区域预示着对流性强降雨的落区。多单体风暴中, 闪电的频率及聚集区域主要取决于雷暴单体的数目、 强度和相互接近的程度, 其造成的强降雹主要发生在总地闪的活跃期。本次个例分析显示, 总闪电频数跃增、 正闪频数突增, 仅先于降雹数分钟(几乎同时)发生。因此, 根据闪电频数变化可监测对流强度的演变和冰雹天气的发生。
  • 云南各量级雨日的气候特征及变化
  • 彭贵芬;刘瑜
  • 2009 Vol. 28 (1): 214-219. 
  • 摘要 ( ) PDF (2072KB) ( )
  • 利用1959-2005 年云南125个测站的雨量资料, 通过计算趋势系数等现代统计诊断方法, 研究了云南中雨日、 大雨日、 暴雨日、 大暴雨日及各量级降水量的气候特征和变化, 并与雨日的气候变化做了对比分析。结果表明, 云南中雨以上强降雨日有明显的干、 雨季之分, 雨季中雨、 大雨、 暴雨、 大暴雨日数分别占全年中雨、 大雨、 暴雨、 大暴雨日数的84%, 90%, 94%, 99%, 特别是6~8月大雨以上强降雨日占全年的61%以上, 强雨日的集中程度相当高, 且降雨量级越大集中越高。云南大雨日、 暴雨日、 大暴雨日在增多; 大雨日的增多趋势不明显, 暴雨日、 大暴雨日的增多趋势较明显, 且大暴雨日比暴雨日的增多趋势大。雨日、 中雨日在减少; 雨日的减少趋势十分明显。以每10 年平均计算, 云南省内总大雨日增多6.9天, 暴雨日增多4.3天, 大暴雨日增多0.7天, 中雨日减少75.4天; 云南省内站平均雨日减少7.6 天。云南年降水量有减少的趋势, 全省减少量是每10年平均减少15.3 mm; 大雨量、 暴雨量和大暴雨量稍有增多, 但变化趋势不明显; 小雨量、 中雨量有较明显的减少趋势。
  • 吸湿性物质催化云雨的研究进展
  • 苏正军-;郑国光;酆大雄
  • 2009 Vol. 28 (1): 227-232. 
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  • 用氯化钙溶滴消暖雾已经70年了, 后来细盐粒子或盐溶液也被用于催化暖云, 希望它们在云中形成雨胚, 启动或加速碰并过程以增加降水。20世纪60年代, 飞机播撒盐粉、 地面烧盐粉成为我国人工影响暖云的主要方法, 普遍反映有增雨效果, 由于当时条件限制, 没有进行严格的科学验证; 同时, 因为实施中播撒剂量大, 对飞机又有腐蚀而被搁置。十多年前南非在人工增雨中开发了产生吸湿性微粒的新型焰弹技术, 用于暖性对流云催化, 通过随机化试验取得了具有统计显著性的增雨效果, 这一结果在墨西哥的试验中得到重复; 另一方面, 泰国一直使用粗吸湿性粒子催化暖积云, 近年来的随机化试验也证明能增加降水, 但是降水的增加是4 h后在被催化云的新生云中出现的。这些结果重新激起人们对暖云催化的兴趣, 成为当前国际云雾物理和人工影响天气领域的热点问题之一。