高原气象

高原气象

第31卷 第3期 2012-06-28   

论文

  • 青藏高原地区不同下垫面陆面过程的数值模拟研究
  • 李燕;刘新;李伟平
  • 2012 Vol. 31 (3): 581-591. 
  • 摘要 ( ) PDF (1440KB) ( )
  • 利用陆面过程模式Common Land Model (CoLM)， 选取青藏高原上3个不同下垫面观测站（藏东南站、 纳木错站和珠峰站）的观测资料， 对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据， 对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化， 针对青藏高原地区土壤层薄的特点， 对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明， 调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高， 平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比， 藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低， 纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言， 3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上， 珠峰站偏差较大， 调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、 感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况， 调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。
  • 青藏高原低涡活动对降水影响的统计分析
  • 郁淑华;高文良;彭骏
  • 2012 Vol. 31 (3): 592-604. 
  • 摘要 ( ) PDF (999KB) ( )
  • 利用1998—2004年逐日08:00（北京时， 下同）和20:00 500 hPa高空图、 日雨量和青藏高原低涡（下称高原低涡）切变线年鉴资料， 统计分析了冬、 夏半年不同生命史的高原低涡对我国和四川盆地东、 西部降水的影响。结果表明， 冬、 夏半年高原低涡以东部涡占多数， 6-10月有三分之一的东部涡能移出高原。冬半年高原低涡出现次数少， 约占全年的五分之一， 但也可造成高原及其周边地区的雨雪天气， 特别是生命史超过36 h以上的高原低涡有近半数可移出高原， 造成高原区域暴雨雪， 四川盆地中雨， 半数可造成云南大雨雪或暴雨雪。夏半年， 随着低涡生命史的增长， 高原低涡影响高原及其周边地区和我国其他地区的降水范围和强度在增大， 生命史超过60 h以上的高原低涡可造成高原暴雨、 甘肃中雨以上、 四川盆地暴雨或大暴雨及云南大部分地区大雨以上的降水, 每年都有1～5次可影响到华中、 华东地区产生大雨以上的降水。100°E以东的高原低涡， 不论是否移出， 均可造成四川盆地中雨以上的降水。影响四川盆地降水的高原低涡以偏东路径为主， 但东南路径影响更强。
  • 中国北方地区降水变化的分区研究
  • 刘扬;韦志刚;李振朝;刘慧
  • 2012 Vol. 31 (3): 638-645. 
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  • 利用1958-2009年中国北方243个测站逐月降水资料， 采用聚类分析和旋转经验正交展开方法， 从年变化和年际变化的尺度， 对中国北方降水进行了分区研究。按照降水年变化的相似性， 将北方分成了7个区。除了个别测站年降水有两个峰值期， 北方大部分地区的降水年变化特征都比较相似， 降水主要集中在夏季。按照降水年际变化的相似性， 对北方地区进行了四级分区， 一级分区分成2个区, 二级分区分为4个区, 三级分区分为 9个区, 四级分区分为12个区。近52年来， 北方中东部区年降水量呈下降趋势， 而西部区呈上升趋势。降水年际变化的分区格局在20世纪80年代发生转折， 在60、 70年代， 北方降水主要呈三区格局， 东部与西部降水的年际变化比较相似， 与中部差异大； 进入80年代之后， 呈两区格局， 东西差异显著。
  • 下垫面对WRF模式模拟黑河流域区域气候精度影响研究
  • 潘小多;李新;冉有华;刘超
  • 2012 Vol. 31 (3): 657-667. 
  • 摘要 ( ) PDF (1634KB) ( )
  • 利用高精度的土地覆盖、 土壤质地类型和地形高度值替换了天气研究和预报模式Weather Research and Forecasting Model (WRF)中的相关数据， 通过数值模式试验检验了下垫面数据对WRF模拟精度的影响。同时， 通过与黑河综合遥感联合试验中7个测站观测数据的比较， 以平均误差、 均方根误差和相关系数为指标， 分析了WRF模式下垫面数据改变对近地表气象要素的模拟精度的影响。结果表明： （1）WRF模式本身的地形高度信息在黑河流域上游地区有较大误差， 造成了一定的模拟误差。而使用高精度的下垫面数据可以提高WRF模式在黑河流域上游复杂区域的模拟能力； （2）2 m气温除了随地形高度递减外， 还受土壤质地和土地覆盖小幅度影响，  而且进行地形订正后的2 m气温与2 m湿度的模拟在下垫面为水体的区域对比强烈， 因此为模式提供准确的水体分布信息也至关重要； （3）2 m气温和湿度等要素的模拟差异值与地形高度资料的差异呈负相关， 而降雨量的差异与地形高度差异呈微弱的正相关， 与土壤质地差异和土地覆盖差异的相关性也比较弱。
  • 河西走廊“2010.04.24”特强沙尘暴特征分析
  • 赵庆云;张武;吕萍;闭建荣;狄潇泓;黄建平
  • 2012 Vol. 31 (3): 688-696. 
  • 摘要 ( ) PDF (1095KB) ( )
  • 利用全天空成像仪、 地面、 高空气象观测资料、 数值模式资料和NCEP/NCAR再分析资料， 对2010年4月24日甘肃河西走廊的特强沙尘暴过程进行了分析。结果表明, 从观测到沙尘至天空完全被沙尘遮蔽， 仅仅只有2.5 min； 中西伯利亚—新疆北部的偏北大风携带着极地强冷空气入侵， 造成了甘肃河西走廊的特强沙尘暴。进一步的分析还表明, 沙尘区域上空存在一个西风急流中心， 其高度在200-250 hPa之间， 沙尘暴爆发时， 风速增大到40 m·s-1， 高度降低， 范围扩大。由急流中心向地面伸展的最大风速带将高空动量向下传播， 引发了河西走廊的沙尘暴； 南北风的变化主要发生在250 hPa以下， 最大中心高度均位于400 hPa附近， 北风前锋到达之处， 沙尘暴爆发； 冷空气爆发时， 首先造成地面气温的急剧下降， 其次是700 hPa和500 hPa气温下降； 地面热低压的强烈发展， 一方面使气压梯度加大， 另一方面导致边界层对流不稳定， 二者的作用都增强了沙尘暴的强度。
  • GRAPES沙尘数值预报系统对一次沙尘暴沙尘浓度同化模拟试验分析
  • 赵建华;李耀辉;蒲朝霞;刘世祥;张良;段海霞
  • 2012 Vol. 31 (3): 697-705. 
  • 摘要 ( ) PDF (1139KB) ( )
  • 为了提高沙尘模式的预报准确率， 通过在区域天气数值模式GRAPES(Global/Regional Assimilation and PrEdiction System)的三维变分同化系统中增加沙尘浓度这一控制变量的方法建立了GRAPES_3DVAR_DUST沙尘同化系统。利用中国北方8个观测站提供的沙尘PM10数据和沙尘模式(GRAPES_CUACE/Dust系统)提供的背景场， 对2008年2月29日-3月1日发生在中国北方的一次沙尘暴天气进行了控制试验和一次同化与间断同化的敏感性试验, 结果表明： (1) 引入该同化系统后， 一次同化和间断同化试验模拟的地面沙尘浓度分布较未同化的控制试验结果更接近卫星监测， 而间断同化的结果又好于一次同化； (2) 一次同化试验与控制试验对单站PM10浓度的演变预报较差； (3) 间断同化试验较准确地再现了单站PM10浓度的连续演变； (4) 间断同化试验效果整体上优于一次同化试验。总体而言， 引入沙尘同化系统在一定程度上可以提高沙尘模式对沙尘天气的预报准确率。
  • 欧亚大陆积雪与2010年中国春末夏初降水的关系
  • 许立言;武炳义
  • 2012 Vol. 31 (3): 706-714. 
  • 摘要 ( ) PDF (1483KB) ( )
  • 利用欧亚大陆地区的积雪覆盖日数资料、 中国160个台站逐月降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料， 采用奇异值分解（SVD）方法和数值试验研究了欧亚大陆2-4月积雪与后期5-6月中国降水的关系。结合2010年积雪和降水的分布特征可以发现， SVD第二模态基本反映了2010年积雪异常与降水异常的时滞耦合关系。欧亚大陆积雪在欧洲、 青藏高原东部和东亚地区异常偏多时， 我国华南降水增多， 长江中下游降水减少， 欧亚大陆东、 西部积雪异常偏多与后期中国华南降水存在正相关关系。根据统计分析得到的空间分布特征和积雪参数的观测数据， 选用大气环流模式CAM3.1进行数值试验， 模拟结果与统计分析结果比较一致。积雪异常通过反照率效应和水文效应引起地表及其上的大气热力状况异常， 进而引起位势高度场、 风场等各个大气环流要素场的调整， 导致后期华南降水异常偏多。欧亚大陆积雪异常很可能是2010年春末夏初华南降水异常的一个重要诱发因子。
  • 百分位统计降尺度方法及在GCMs日降水订正中的应用
  • 刘绿柳;任国玉
  • 2012 Vol. 31 (3): 715-722. 
  • 摘要 ( ) PDF (1010KB) ( )
  • 在格点观测的逐日降水量数据基础上， 采用百分位统计降尺度方法对全球气候模式（GCM）输出的日降水量进行了订正处理。5种订正方案的比较结果表明, 取12个百分位数进行日降水量订正是合理的。观测资料与3个GCMs订正前后全国平均年、 季降水量空间分布以及主要流域平均年、 月和日降水序列多年平均、 变化趋势及概率密度的对比分析表明： (1)统计降尺度处理可在一定程度上降低GCMs模拟的降水量偏差， 特别是中国中部、 长江以南和东北部分地区， 对德国马普研究所的海气耦合模式（MPI/ECHAM5）模拟的降水量订正效果最显著； (2)GCMs统计降尺度处理的降水量季节分布特征与观测更为接近， 所有流域MPI/ECHAM5订正的降水量优于或接近直接输出结果； (3)与GCM直接输出的降水相比， 部分流域经统计降尺度处理后降水量变化趋势与观测的一致性有所增加， 但不明显； (4)当日降水量<30 mm时， 订正的降水量与观测的偏差明显减小； 当日降水量>30 mm时， 部分流域由负偏差转为正偏差。由于GCMs结构和降尺度方法的局限性， 在用于具体流域未来气候变化预估及气候变化影响评估时， 应选择尽可能多的\, 模拟能力强的GCMs数据， 以包含尽可能多的模拟气候情景。
  • 一次北半球中高纬度地区冬季气象灾害分析
  • 方海义;杨书运
  • 2012 Vol. 31 (3): 723-730. 
  • 摘要 ( ) PDF (1368KB) ( )
  • 利用NOAA和NCDC原始资料, 诊断分析了2007—2008年一次冬季大规模冰冻雨雪灾害天气， 重点讨论了各地的阻塞高压(下称阻高)与这次灾害性天气产生原因之间的联系， 并通过Rossby波的传播和发展对阻高的影响， 分析了阻高产生的原因及在这次天气过程中的作用。结果表明， 乌拉尔山阻高和鄂霍次克海阻高的共同作用， 阻挡了来自极地冷气流的大股南下， 使得来自北方的小股冷空气被阻高分离， 南支气流南下与来自副热带高压的暖湿气流交汇， 造成降温和持续性降雪， 而随着冷平流的输入使阻高原地崩溃, 东欧暖平流使阻高西侧新生高压脊发展成新的阻高。北美阻高随着地形作用也导致2007年底美国大部分地区和加拿大东部地区遭受暴风雪的袭击。Rossby波的传播与演变促使了阻高的形成， 极涡南移过程中也造成这些地区的大雪和暴雪， 阻高的调整（崩溃和重建）导致强冷空气的爆发。
  • "0811"暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析
  • 苗爱梅;董春卿;张红雨;申李文;李苗
  • 2012 Vol. 31 (3): 731-744. 
  • 摘要 ( ) PDF (2222KB) ( )
  • 利用T639 1°×1°分析场、 FY-2红外云图\, 红外辐射亮温（TBB）、 闪电定位和气柱水汽总量等资料， 对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即\!0811\"暴雨过程)中的中尺度对流复合体（MCC）和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析， 结果表明, (1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、 发展及合并造成; 山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、 发展、 东移所引发。（2）山西北部的暴雨云团在850 hPa暖切变线南部生成和发展， 并在地面切变线附近合并； 山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、 发展及合并形成， 该对流云团在700 hPa次天气尺度切变线上触发生成；  MCC发展、 成熟阶段， α中尺度云团沿925  hPa暖切变线东移； 减弱阶段， 随西太平洋副热带高压的南退而南压。（3）在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下， 同一次暴雨过程中， MCC发生在5 880 gpm边缘弱的斜压环境中， 高层则出现在高压北侧的反气旋环流中； 一般暴雨云团发生在5 840 gpm边缘较强的斜压环境中， 高层则出现在急流入口区的右侧。（4）MCC作为大型的中尺度对流系统， 不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多， 而且在垂直方向上， 要求湿层、 高能舌及暖温结构更深厚。（5）山西南部MCC影响区和5 880 gpm线边缘为负地闪覆盖区， 正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840 gpm线附近。与MCC相比, 一般暴雨云团影响下， 局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。（6）山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上； 山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对\!0811\"暴雨过程有36 h的提前量， 对暴雨的落区有很好的指示意义。
  • 宁夏5月降水变化及其对前期全球SST异常的响应分析
  • 陈海波;杨建玲;严华生;单新兰;夏永胜
  • 2012 Vol. 31 (3): 752-759. 
  • 摘要 ( ) PDF (1097KB) ( )
  • 利用1961—2008年NCEP/NCAR全球月平均海表温度(SST)与风场再分析资料和宁夏气象信息中心提供的宁夏19个观测站的5月降水资料， 采用EOF分解、 相关普查和距平合成方法， 分析了宁夏5月降水的时空变化规律和前期1-4月全球SST与宁夏5月降水的相关关系， 寻找出SST影响降雨的显著相关区。结果表明， 宁夏5月降水的EOF第一主分量的方差贡献率接近75%， 时间系数分布总体略呈凸型。前期SST和5月降水之间存在显著相关关系， 正相关区主要在赤道东太平洋海区、 赤道印度洋海区和中大西洋海区以及阿拉斯加南部附近的海面， 而显著负相关区的面积较小。2月达到90%以上置信度的相关格点数最多， 4月最少。降水偏多、 少年对应的SST距平合成场具有相反的特征， 正\, 负距平中心的位置基本一致， 与对应各月的相关显著区大部分重合， 降水偏多年的正相关对应正距平中心， 负相关对应负距平中心; 降水偏少年则相反， 具有很好的一致性。
  • 近30年甘肃省气温时空变异分析
  • 马中华;张勃;张建香;王兴梅
  • 2012 Vol. 31 (3): 760-767. 
  • 摘要 ( ) PDF (944KB) ( )
  • 基于ArcGIS Analyst平台， 采用协同克里格(CoKriging)插值方法， 对1979—2008年甘肃省旬平均气温进行了空间插值， 得到1 km×1 km各旬的平均气温表面数据。第36旬气温插值结果的平均误差、 均方根误差、 平均标准差、 标准化平均误差和均方根标准差的平均分别为-0.00046， 1.998， 1\^809， 0\^0035和1.087 ℃。利用插值计算结果和气象站观测数据， 分析了旬、 月和年平均气温的时空变异特征\.结果表明, 空间上东南部地区的气温变异较小， 其他地区的变异较大； 时间上第23-24旬\, 第24-26旬\,  第25-27旬\,  第33-35旬和第34-36旬的平均气温呈平稳下降趋势， 第4-6旬\,  第5-7旬\,  第6-8旬\,  第7-9旬和第8-10旬的平均气温呈平稳上升趋势， 7月气温呈不显著下降趋势， 3， 5和10月的平均气温略呈上升趋势。1979—2008年甘肃省的年平均气温为8.05 ℃， 3年滑动平均最低气温（1983—1985年）为7\^13 ℃， 最高气温（2005—2007年）为8.82 ℃， 气温上升趋势较为明显。
  • 广东开汛日期的多尺度物理统计预测模型
  • 谷德军;高晓容;纪忠萍;李琼
  • 2012 Vol. 31 (3): 768-776. 
  • 摘要 ( ) PDF (1139KB) ( )
  • 采用小波分析、 Lanczos滤波器、 相关分析、 最优子集回归和交叉检验等方法, 研究了广东开汛日期的多尺度变化特征及其与全球不同地区前期海温场、 500 hPa高度场的关系， 建立了广东开汛日期的多尺度最优子集回归预测模型并进行了检验。结果表明， 广东开汛日期存在显著的准6年和较明显的准17年周期振荡。广东开汛日期在年际和年代际变化尺度上与前冬海温场和500 hPa高度场上共有20个显著相关区域， 分别取对应时间尺度上显著相关区域的平均值作为预报因子， 对相应时间尺度的广东开汛日期做最优子集回归, 建立了相应的预测模型， 以年际和年代际尺度上的预测值之和为广东开汛日期的预测值。所建立的预测模型具有较好的拟合效果， 其中拟合值与实况值相差在5天以内的事件命中率为41.5%， 10天以内的为60.4%。1951—2010年的交叉检验结果表明， 广东开汛日期预测值和实况值之间的相关系数为0.33， 通过了α=0.01的显著性水平检验。预测值与实况值相差在5天以内的事件命中率为26.7%， 10天以内的为45.0%， 因此， 所建立的多尺度最优子集回归预测模型对广东开汛日期具有较好的预测能力。
  • 江苏梅汛期暴雨高空能量输送及高低空要素耦合特征
  • 刘梅;张备;俞剑蔚;胡洛林;高苹
  • 2012 Vol. 31 (3): 777-787. 
  • 摘要 ( ) PDF (1738KB) ( )
  • 利用2003-2005年梅汛期江苏15个区域性暴雨个例的NCEP再分析资料， 计算了30°-40°N涡旋角动量， 从宏观角度上分析了高空能量变化与江苏暴雨之间的关系， 并在此基础上进一步从上下层配置和物理量定量诊断分析了江苏暴雨预报着眼点。利用2006—2009年6-7月江苏17个暴雨和非暴雨个例， 诊断分析了不同区域出现暴雨的流场和不同层次的物理量\.结果表明： （1）角动量的输送和江苏暴雨有一定的变化规律。（2）高空急流带、 南亚高压位置与低空西南急流对暴雨及其非暴雨的产生和落区有明显的预报作用， 建立了不同区域出现暴雨的概念模型。(3)暴雨和非暴雨的物理量耦合存在明显的差异\.当高层散度值在(1~2)×10-5s-1以上， 低层涡度在3×10-5s-1以上， 上升速度在(3~4)×10-3hPa·s-1以上, 产生暴雨的概率较大。能量输送特征、 概念模型的建立和物理量指标的确定为江苏梅汛期暴雨的提前预报提供了新的预报思路和量化参考依据。
  • 一次入海气旋快速发展的动力和热力学特征分析
  • 朱营礼;周淑玲;林曲凤;吴增茂
  • 2012 Vol. 31 (3): 788-797. 
  • 摘要 ( ) PDF (1413KB) ( )
  • 利用扩展Zwack-Okossi方程（扩展Z-O方程）对2007年3月3-5日黄、 渤海海上快速发展的温带气旋进行了诊断分析。结果表明， 潜热释放和暖平流在气旋发展初期起主要作用， 潜热释放是气旋接近爆发性发展的最主要强迫项， 这与以往研究的主要受涡度平流强迫的中国沿海温带气旋不同， 说明在中国近海快速发展的一部分温带气旋主要是由潜热释放项强迫的。绝对涡度平流在气旋发展后期才成为主要强迫项。进一步利用MM5模式模拟了潜热释放的作用以及其他一些影响气旋发展的因素， 海表面热通量、 水汽通量以及气旋路径上的地形对这次气旋的发展有积极贡献， 但作用相对潜热释放较小。由于这种在中国近海接近爆发性发展的温带气旋容易造成风暴潮， 因此利用动能方程对气旋发展中期的渤海大风进行了诊断分析。结果表明， 动能水平平流是动能增加的主要作用项， 但动能达到最大值后渤海海域的动能主要由有效位能转换和动量下传提供。
  • 树轮记录的天山南坡阿克苏河流域2-3月平均气温
  • 张瑞波;袁玉江;魏文寿;喻树龙;张同文
  • 2012 Vol. 31 (3): 804-809. 
  • 摘要 ( ) PDF (627KB) ( )
  • 利用阿克苏气象站2-3月的平均气温与阿克苏河流域树轮标准化序列, 可较好地重建该区域近378年2-3月的平均气温\.重建时段具有明显的树木生理学意义, 经过多方面验证, 重建结果是可信的。对历史时期阿克苏河流域的平均气温进行了分析， 发现阿克苏河流域过去378年的2-3月平均气温具有3.6， 42和50.4年的准周期变化， 平均气温重建序列在1719年和1827年前后发生突变； 过去378年的2-3月平均气温大体经历了9低9高的变化阶段， 其中1911-1922年是最冷的阶段， 比平均值偏低1 ℃以上， 而1640-1651年是最暖的阶段， 比平均值偏高1 ℃以上。20世纪初-10年代中期气温持续下降， 1915-1921年间平均气温维持在近百年来最低水平， 其中平均最小值出现在1916年。20世纪20年代初-30年代末气温缓慢上升， 40年代初\_70年代初气温缓慢回落， 70年代中后期到现在温度持续上升。
  • 强风暴个例电荷结构及云闪放电差异的数值模拟
  • 周志敏;郭学良;崔春光;李兴宇;付丹红;赵玉春
  • 2012 Vol. 31 (3): 810-824. 
  • 摘要 ( ) PDF (1800KB) ( )
  • 利用耦合电过程的冰粒子分档模式对长春地区两个降雹型和非降雹型强风暴个例的闪电特征进行了模拟和对比分析。结果表明， 在雷暴云的初始发展期， 由于上升气流较弱， 两者电荷分布相似， 均表现为弱的正偶极结构。随着云体不断发展， 两者电荷分布开始表现出差异： 降雹型个例中的上升气流较强， 风切变较大， 过冷水能被携带到较高的高度， 冰相粒子也能被带到较高处或在较高处继续增长， 使得不同区域均存在冰相粒子含量中心。因此， 冰相粒子的发生范围不同、 环境参数不同及荷电符号不同的非感应起电过程， 形成多个电荷中心， 电荷结构易出现多层分布。在不同的发展时期电荷结构均呈现出不同的形态， 放电既可能在上升气流区触发， 也可能在气流辐散区触发。相对而言， 非降雹型个例中的上升气流较弱， 风切变较小， 冰相粒子的分布较规则， 非感应起电过程较均匀， 从而导致电荷分布始终较均匀\.不同发展时期的电荷结构都相对有规则， 满足放电条件的位置具有一定的相似性。

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