高原气象

高原气象

第32卷 第4期 2013-08-28   

论文

  • 再分析温度资料与西藏地区冬、夏季观测气温的比较
  • 孙玉婷;高庆九;闵锦忠
  • 2013 Vol. 32 (4): 909.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00087
  • 摘要 ( ) PDF (1570KB) ( )
  • 利用西藏地区地面气温(OT)及NCEP/NCAR(NT1)、 ERA-40(ET1)、 NCEP/DOE(NT2)、 ERA-Interim(ET2)和JRA-25(JT)五种月平均2 m气温再分析资料， 对其气候均值、 方差、 气候趋势及年际和年代际变化等进行了分析和评估。结果表明： (1) 五种再分析资料对西藏地区冬、 夏季气温的估计均偏低， 且冬季偏低大于夏季； 经地形高度差订正， 再分析资料与观测气温的偏差明显缩小, ET1、 ET2和JT效果最佳； (2) 西藏冬、 夏季气温北部变化大、 南部变化小， 冬季变化大于夏季。ET1、 ET2和JT对西藏东部气温年际变率的再现能力略强于NT1， 在中西部， ET1、 ET2、 JT和NT1再现能力相当； NT2对年际变率的估计较差； (3) 西藏大部分地区OT有明显增温趋势， 冬季增温大于夏季， 再分析资料增温不明显； (4)NT1与ET1均不能反映OT所具有的20世纪80年代以前多低于均值, 80年代初期到90年代后期接近均值, 此后高于均值的年代际变化特征； (5) ET2和JT对均值、 年际变化和变率特征的描述较为接近， 且优于NT2； (6) 再分析资料温度与观测温度空间分布的相似性从高到低依次为JT>ET2>ET1>NT1>NT2。
  • 青藏高原与东亚地区暖季MCSs统计特征的对比分析
  • 付炜-;王东海;殷红;尹金方;李俊
  • 2013 Vol. 32 (4): 929.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00089
  • 摘要 ( ) PDF (2326KB) ( )
  • 利用1996-2010年逐时红外云顶亮温（TBB）数据, 对青藏高原（下称高原）和东亚地区暖季（3-9月）中尺度对流系统（MCSs）进行了普查， 获得MCSs各项特征数据集； 结合CMORPH降水资料对MCSs降水特征进行了分析， 在此基础上又对高原和东亚地区的MCSs特征进行了对比分析。结果表明： （1）高原是东亚地区MCSs高频发生区域， 高原MCSs的平均发生频次远高于东亚25°N以北地区， 是东亚25°N以北地区唯一的MCSs活动高频区。高原腹地是高原地区MCSs发生的高频区， 在31°N， 88°E附近MCSs的发生频次最高。（2）高原地区MCSs分布有明显的月际变化， 春季主要出现在高原北部， 夏季主要出现在高原中东部和南部。高原地区MCSs的月际变化特征与东亚地区基本一致， 东亚夏季风是其月际变化的重要影响因子。（3）高原地区MCSs存在明显的单峰型日变化特征， 但春、 夏季日变化特征略有不同， 高原MCSs的日变化较东亚地区更为显著。（4）高原地区MCSs的降水频次为5.6%， 降水贡献率为10.1%， 最大降水频次为12%， 最大降水贡献率为27%； 与东亚地区相比， 高原的MCSs降水偏小。（5）高原地区的MCSs大多为向东移动且移速缓慢以及短生命史的MβCS, 平均生命史为4.6 h， 平均面积约为11.2×10-4km2， 平均移速为31.5 km·h-1， 东移的MCSs占59\^4%； 与整个东亚地区的MCSs相比， 高原的MCSs面积和尺度都较小， 生命史略短且移速慢， 云顶平均TBB和平均最低TBB均偏高。
  • 多尺度天气分析理论和应用Ⅰ： 基本原理和天气系统的本质
  • 叶更新
  • 2013 Vol. 32 (4): 964-972.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00092
  • 摘要 ( ) PDF (773KB) ( )
  • 根据大气运动和结构的多尺度特征， 提出了大气微团的多重结构模型， 认为大气由不同尺度的微团以多重结构的形式组成， 即大尺度微团由若干较小尺度的亚微团构成， 而亚微团又由更小的微团组成。利用Navier-Stokes方程推导出亚微团的相对运动方程， 在背景场处于平衡状态下推导出亚微团运动方程的平衡形式， 发现该方程与电磁学的基本方程具有相同形式， 并将大气轻\, 重两种微团与正\, 负离子进行了类比。根据推导出的方程对天气系统的发生、 发展进行了研究， 认为天气系统是由于亚微团在环境场作用下发生分离并在环境场的作用下重新组合而形成的， 这一过程在初始扰动的作用下开始， 在正反馈过程中不断加强并最终达到一种平衡状态； 而轻\, 重两种亚微团之间的引力是天气系统减弱和消亡的重要原因。利用亚微团运动方程和对微团扰动速度的自转分析， 推导出天气系统的诊断方程， 并利用该方程对大气环境场的分布与天气系统发生的相互关系进行了诊断分析， 结果表明， 环境场风速的快速变化、 高低空急流附近的动能梯度\, 环境涡度的正值区以及强风速垂直变化等因素对天气系统的形成十分有利。
  • 多尺度天气分析理论和应用Ⅱ： 锋面和气旋的形成机制
  • 叶更新
  • 2013 Vol. 32 (4): 973-982.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00093
  • 摘要 ( ) PDF (938KB) ( )
  • 利用多尺度天气分析理论， 研究了锋面和气旋的形成机制。结果表明， 冷\, 暖气团是由不同性质的亚微团在环境力的作用下向不同方向运动而形成的， 而它们的交界面就是锋面。急流附近强动能梯度力能促进微团的分离， 因此锋面与急流有很好的对应关系。另外， 低空急流附近存在上干冷下暖湿的稳定气流， 原因在于急流之上的能量梯度力与重力的方向相反， 导致该区域微团所受到的作用力为零， 形成稳定的结构。但当微团运动到急流出口处时， 这种平衡不再存在， 暖湿微团向上运动而干冷微团向下运动， 形成剧烈的天气变化。地球自转所形成的离心力使得轻微团产生向北、 向上的运动分量， 导致极锋向北倾斜。气旋的形成同样是由亚微团的分离而产生的。当轻微团离开微团， 在绝对环境涡度场的作用下将发生旋转， 旋转的方向与初始涡度的方向一致， 在北半球地转涡度的垂直分量向上， 为逆时针旋转， 南半球为顺时针旋转。在气旋的形成过程中， 轻亚微团在气压梯度力场和绝对涡度力的作用下呈现螺旋运动， 是气旋系统普遍存在螺旋云带和雨带的原因。水汽是气旋在形成和加强过程中的基本能源， 由于发生地的不同， 温带气旋和台风在水汽输送方式上亦有差别： 温带气旋主要依靠低空暖输送带进行水汽输送； 台风因为发生在热带海洋， 水汽充沛， 各个层次都有水汽供应。气旋运动主要受三个力的制约： 环境气压梯度场力、 绝对涡度场力和环境涡度力, 这三个力的作用导致台风在沿副热带高压边缘运动的同时， 还存在蛇形路径和打转运动。
  • 东亚-太平洋地区环流场和热力场由冬向夏转换的过程特征及其可能机制
  • 池艳珍-;刘丹妮;;何金海;祁莉
  • 2013 Vol. 32 (4): 983-992.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00094
  • 摘要 ( ) PDF (1289KB) ( )
  • 利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和青藏高原逐日视热源资料, 分析了东亚-太平洋地区对流层热力场和环流场的季节特征\.结果表明， 东亚-太平洋热力场上呈现出冬、 夏半年反向的特征, 冬半年热力格局为“西冷东暖”, 夏半年则转为“西暖东冷”, 冬半年向夏半年的过渡发生在3月底4月初, 相应地, 我国东部上空视热源也从冷却转为加热。热力场季节转换的同时, 对流层各层环流形势也发生了调整: 低层大陆冷高压减弱\, 东移, 太平洋副热带高压显著西伸, 形成东亚-西太平洋35°N以南一致的南风区； 中层西风带发生了长波调整, 由冬季“三槽型”向夏季“四槽型”过渡, 西风急流减弱、 北移； 高层反气旋中心更替, 我国上空偏南风由偏北风替代。环流的演变自低层向高层推进, 下垫面感热加热的季节变化引起了低层环流的调整以及上升运动的发展, 与上升运动相伴的凝结潜热释放则增强了东亚上空的热源, 进一步加强了“西暖东冷”的热力格局, 从而推进中高层环流的演变。环流调整的时间与东亚副热带季风雨带建立的时间一致, 因此, 由热力场季节变化引起的对流层环流形势的调整可看成是东亚副热带夏季风环流型的建立过程。
  • 全球“变暗”和“变亮”时期中国地面温度变化研究
  • 杨溯;石广玉;王标;李得勤
  • 2013 Vol. 32 (4): 993-999.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00095
  • 摘要 ( ) PDF (698KB) ( )
  • 利用中国90个气象站年平均地面日最高、 日最低温度和地面太阳辐射数据， 分析了在全球变暖背景下全球“变暗”和“变亮”时期中国地面温度的变化特征及其与到达地面的太阳辐射(SSR)变化之间的联系。结果表明， 在全球“变暗”时期， 年平均地面日最高和日最低温度的差别较大， 日最高温度先下降后缓慢上升， 日最低温度先平缓变化后快速上升， 日最低温度的上升速率始终大于日最高温度， 且两者变化速率之差>0.3 ℃·(10 a)-1。从空间分布上看， 年平均日最高和日最低温度都表现出明显的南北差异， 中高纬度地区（35oN以北）增温（或保温）的趋势更强， 这与该地区SSR下降幅度相对较小一致。在全球“变亮”时期， 年平均地面日最低温度继续上升， 相对于“变暗”时期升温速率变化不大； 而年平均日最高温度上升速度明显加快， 此时年平均日最高和日最低温度的升温速率趋于一致。年平均日最高温度仍有明显的地域差异， 中低纬度（35°N以南）地区的升温速率大于中高纬度， 这与中低纬度SSR上升而中高纬度SSR下降有较好的对应关系； 年平均日最低温度没有表现出这种南北差异， 与SSR变化也没有很好的对应关系。尽管20世纪90年代后SSR开始上升， 但目前SSR仍未恢复到“变暗”初期(60年代)的水平， 而当前地面日最高和日最低温度已远高于“变暗”初期。
  • 2010年7月甘肃大暴雨及其低涡结构分析
  • 刘新伟-;段海霞.杨晓军;宋强
  • 2013 Vol. 32 (4): 1032-1041.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00098
  • 摘要 ( ) PDF (1193KB) ( )
  • 利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度模式MM5V3， 对2010年7月造成甘肃东部大暴雨过程的低涡系统进行了诊断分析和数值模拟。结果表明： (1) 在低涡发生\, 发展阶段， 假相当位温和比湿的垂直平流在视热源、 视水汽汇中占绝对优势， 说明垂直平流变化与低涡发生、 发展及强降水有很好的正相关； (2) 上升运动中心与视热源、 视水汽汇大致中心相对应， 变化趋势基本一致， 最强的凝结潜热加热发生在中层， 最强上升运动同样也出现在中层， 说明降水过程中大气加热与大气上升运动密切相关， 大气热源主要来自于水汽的凝结潜热； (3) 低涡发生\, 发展过程中伴随中低层有西南风急流、 强正涡度中心、 低层辐合、 高层辐散结构、 强上升运动及低层水汽通量辐合； (4) 低涡区上空对流层低层为对流不稳定层结， 中层至中高层为条件对称不稳定层结， 对流不稳定层结强度随时间变化不大， 而条件对称不稳定层结强度随时间有明显加强， 位势不稳定和条件性对称不稳定共存使得假相当位温高值区域的垂直上升运动得以产生和维持。
  • 一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析
  • 何斌;何锋;范晓红;张雪慧
  • 2013 Vol. 32 (4): 1074-1083.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00101
  • 摘要 ( ) PDF (1639KB) ( )
  • 利用NCEP 1°×1° 再分析资料、 FY-2C卫星云顶亮温（TBB）和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料， 对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析\.结果表明， 青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、 对流层中低层切变线的维持以及低涡东移\, 发展是暴雨发生的天气尺度背景。TBB数据显示， 在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、 发展。与暴雨区相对应， 在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心， 高空西风急流入口区右侧排列着一系列的辐散中心， 表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动。对流层低层高温高湿、 中高层冷空气侵入， 导致大气层结处于极不稳定状态。湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义。暴雨区附近对流层高\, 低层都存在较明显的位涡水平平流， 导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动。锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱， 引发气旋性环流的发展， 从而促进了辐合上升运动。
  • 内蒙古春季久旱转雨大气环流系统特征
  • 司瑶冰;高涛-;胡英华;李杨
  • 2013 Vol. 32 (4): 1095-1105.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00103
  • 摘要 ( ) PDF (1616KB) ( )
  • 利用1960—2009年春季内蒙古104个测站逐日降水量资料， 统计出春季第一次有效降水作为久旱转雨天气过程， 分析了近50年春季久旱转雨降水特征和年代变化， 利用NCEP/NCAR再分析资料分析了久旱转雨的大气环流型\.结果表明, 20世纪60-80年代内蒙古春季久旱转雨天气过程平均为1～2次， 90年代有3次， 表明1998年以后出现的频次明显增多。 60-80年代500 hPa高度场在高纬度欧亚大陆地区为一脊一槽的环流形势， 乌拉尔山为高压脊， 西伯利亚地区维持一稳定的低涡槽系统， 西风急流位于50°—60°N之间， 内蒙古受强西风控制； 中低纬度地区的西风槽成为久旱转雨的主要影响系统。 1990-2007年500 hPa高度场上, 在高纬度地区东亚大槽位置偏北， 欧亚大陆50°—60°N西风急流北抬至70°—80°N， 中高纬度地区贝加尔湖到东北地区和蒙古高原为低涡， 中低纬度地区多短波槽\, 脊活动。2008年和2009年又出现了60-80年代的环流特征。对500 hPa环流系统进行了分型， 得到3种类型: A型(蒙古冷槽（涡）)、 B型(贝加尔湖低涡)和C型(东北低涡)\.这3种类型是造成内蒙古春季久旱转雨的主要环流系统。
  • “2011.6.18”湖北大暴雨成因分析
  • 徐双柱-;吴翠红;吴涛
  • 2013 Vol. 32 (4): 1106-1114.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00104
  • 摘要 ( ) PDF (1231KB) ( )
  • 利用常规观测和地面自动站资料、 NCEP 1°×1°再分析资料、 FY－2E卫星云图， 以及武汉和荆州多普勒雷达资料， 针对2011年6月17－18日湖北中东部地区一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断和中尺度分析， 结果表明： (1)暴雨是在有利的大尺度背景条件下， 在特定的地域触发产生的， 干冷、 暖湿空气在江汉平原和鄂东剧烈交汇触发了这次大暴雨过程\.(2)中尺度对流云团有3种类型: 即单一云团型、 合并型和急剧发展型\.中尺度对流云团的大小与其生命史相关, 尺度越大， 生命史越长， 在多个α中尺度对流云团之间的新生云团发展最为迅速， 降水强度也最大\.(3)呈气旋性转动的中尺度回波团和由低层较强的偏北风急流与偏南风急流辐合作用产生的中尺度复合体是此次暴雨过程雷达回波的主要表现形式； (4)地形对暴雨的强度以及落区等起到重要的作用， 长江中游地区由于特定地形形成了三支明显的气流， 由这三支气流组成的中尺度辐合系统促进了中尺度对流云团的形成和发展， 云团F的加强和发展与地形作用密切相关。
  • 基于FLAASH模型的FY-3A/MERSI数据大气校正研究
  • 刘伟刚;郭铌;李耀辉;王钊;沙莎;韩晖;蔡迪花;吴秀平;蒋友严;王小平;王静;胡蝶
  • 2013 Vol. 32 (4): 1140-1147.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00107
  • 摘要 ( ) PDF (855KB) ( )
  • 在星载传感器成像获取地表信息过程中， 常常会受大气影响而引起影像失真， 导致地表真实信息不能被准确表达， 对遥感影像进行大气校正可消弱这种影响。本文以粮食主产区——河南省为研究区域， 采用FLAASH模型对晴空天气下FY-3A/MERSI数据（分辨率为1 km）进行大气校正。结果表明， 大气校正后： （1）短波红外反射率总体变化不大（+4.1%）， 第6波段反射率以减小为主（-1.5%）， 第7波段反射率为增加（+9.6%）； （2）在可见光各波段， 反射率普遍降低， 各波段变化均值为-82.7%。其中, 红光反射率变化最小（第13、 14波段分别变化了-23%和-19%， 平均为-21%）， 绿光反射率变化稍大（第11、 12波段分别变化了-75%和-50%， 平均为-63%）， 蓝光反射率变化最大（第8~10波段分别变化了-196%、 -122%和-94%， 平均为-137%）。而且大气校正后， 可见光波段的反射率变幅普遍增大， 不同地物在可见光波段的对比度也增加。（3）近红外各波段反射率平均增加了46.2%。除第19波段反射率减小（-54%）外， 其余各波段反射率均有不同程度的增加。第15~18和第20波段反射率分别增加了28%、 4%、 41%、 252%和6%。（4）NDVI指数平均增大了35%， 植被信息凸显； NDWI指数变化不大， 仅减小了8.7%。

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