高原气象

高原气象

第33卷 第1期 2014-02-28   

论文

  • 青藏高原地区上对流层-下平流层区域水汽分布和变化特征
  • 田红瑛;田文寿;雒佳丽;张杰;杨琴-;黄倩
  • 2014 Vol. 33 (1): 1-13.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00074
  • 摘要 ( ) PDF (1293KB) ( )
  • 利用20052008年青藏高原（下称高原）地区微波临边探测器MLS（Microwave Limb Sounder）、 高光谱分辨率大气红外探测仪AIRS（Atmosphere Infrared Sounder）、  ECMWF的ERAInterim资料， 以及NCEP/NCAR再分析数据和NOAA HYSPLIT (Hybrid SingleParticle Lagrangian Integrated Trajectory Model)轨迹模式资料， 讨论了高原上空对流层顶附近的水汽分布和变化特征及高原上空平流层与对流层之间的物质交换。结果表明， 34月高原南侧对流层顶附近100 hPa存在一个水汽低值带， 而7-8月和9-10月此处存在一个明显的水汽高值区。3-4月夏季风未发展之前， 受高原大地形抬升和西风气流的影响， 高原以南地区存在对流层与平流层的物质交换， 而215 hPa的高原中部地区（80°E-90°E）则由于空气的下沉运动将上层的干空气向下输送而出现一个水汽低值中心。7-8月， 受印度夏季风和高原上空反气旋式环流的影响， 高原上空有明显的水汽穿过对流层顶向平流层输送， 反气旋环流中心的水汽经过2~4天的上升过程可以从对流层进入平流层。高原及其以东、 以西地区的水汽在对流层顶附近的季节变化基本一致， 100 hPa三个不同区域的水汽在3月达到最低。
  • GRAPES_Meso模式对2011年夏季青藏高原东部及周边区域的预报检验
  • 张利红;何光碧
  • 2014 Vol. 33 (1): 14-25.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00175
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  • 青藏高原东部及周边地区地势呈阶梯状分布， 是天气预报模式预报的难点。为了了解新版GRAPES_Meso模式在该区域的预报性能， 利用统计方法对比了GRAPES_Meso模式新版（V3.1模式）与旧版（V2.5模式）在2011年夏季（6-8月）预报结果， 还对比了V3.1模式在高、 中、 低三种地形高度的预报差异， 得到以下主要结论： （1）同化系统升级后， 各要素的误差明显减小， 初始场质量有了较大提高， 尤其在对流层中高层， 各要素的改善幅度依次为相对湿度>纬向风>经向风>位势高度>温度； （2）对于降水预报， 无论是6 h还是24 h累加降水， V3.1模式的TS评分都高于V2.5模式， 尤其是大雨和暴雨预报， V3.1模式能明显减小漏报率、 提高日平均降水准确率， 但对空报率和云南以西的虚假降水改善不明显； （3）V3.1模式预报的位势高度、 温度、 风场和相对湿度误差垂直分布廓线与V2.5模式的不同， V3.1模式可以改进整层的经向风、 纬向风和相对湿度、 对流层中高层的位势高度、 500 hPa以下的温度， 但位势高度误差增长速度大于V2.5模式， 对流层中低层的南风预报偏强， 500 hPa以上相对湿度误差仍很大； （4）V3.1模式在不同地形高度的预报结果对比发现， 除700 hPa的位势高度和温度外， 三种地形高度的各要素误差都是在初始时刻差异最小， 随着预报时长增长， 误差差异不断增大， 这表明V3.1模式各要素的误差增长受地形影响明显。
  • 基于ASD统计降尺度的雅鲁藏布江流域未来气候变化情景
  • 刘文丰;徐宗学;李发鹏-;苏龙强
  • 2014 Vol. 33 (1): 26-36.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00176
  • 摘要 ( ) PDF (931KB) ( )
  • 青藏高原对东亚、 南亚甚至全球的气候和水文循环有重要影响， 模拟和分析青藏高原未来气候状况对研究东南亚区域生态、 气候、 水资源格局与演变趋势具有重要意义。利用ASD统计降尺度方法， 对MIROC3.2_medres模式输出的降水和气温进行降尺度， 并与ERA40再分析资料进行了对比分析和评价， 在此基础上分析了2046-2065年与2081-2100年三种情景下的气候变化情况。结果表明， ASD统计降尺度模型可以较好地将雅鲁藏布江流域GCM大尺度降水和气温数据降尺度到站点尺度， 气温的解释方差都在90%以上， 降水的解释方差也达到12%~27%； 雅鲁藏布江流域未来降水年际变化不明显， 年变化趋势多数小于5%； 降水年内分配将更加集中， 秋、 冬、 春季的降水减少趋势明显， 最大降幅达55.58%， 夏季降水显著增加， 最大增幅达到30.44%； 雅鲁藏布江流域未来将显著增温， 21世纪中叶增温幅度为1.60~2.12℃， 21世纪末期增温幅度达2.34~3.69℃； 在降水与气温的双重影响下， 流域水资源问题可能会变得更加严峻。
  • 近50年黄河流域降水量及雨日的气候变化特征
  • 常军-;王永光;赵宇;李凤秀-
  • 2014 Vol. 33 (1): 43-54.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00177
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  • 利用1961-2010年黄河流域143个测站降水量和雨日资料， 分析了黄河流域年、 季降水和雨日的时空变化特征。结果表明： （1）多年平均年降水量和年雨日空间分布特征均呈北少南多。(2)年降水量和年雨日变化趋势相一致， 二者均呈减少趋势， 年降水量负趋势的测站数达81.8%， 年雨日负趋势达88.8%， 即年雨日较年降水的减少趋势更显著。(3)在季节变化方面， 除冬季外， 春、 夏和秋季的降水量和雨日都是负趋势， 特别是秋季减少最显著。四季降水量通过显著性水平检验的负趋势站数从多到少依次为秋季＞春季＞夏季＞冬季, 雨日则为秋季＞夏季＞春季＞冬季。(4)流域年降水和年雨日一致突变点为1985-1986年， 其降水量及雨日减少主要原因是大气环流发生了变化， 1986年以前黄河流域降水和雨日偏多是由于季风较强， 使水汽得到有效输送和河套西北部的风向辐合造成的， 而突变后降水和雨日减少与季风偏弱、 缺乏有效的水汽输送和蒙古至河套的反气旋环流有关。
  • 西北干旱区绿洲—戈壁资料同化数据集的建立与分析
  • 文小航-;吕世华;董文杰;奥银焕
  • 2014 Vol. 33 (1): 66-79.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00073
  • 摘要 ( ) PDF (1115KB) ( )
  • 利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)共同开发的天气研究和预报系统WRF模式3.1版本， 结合地球观测系统的中分辨率成像光谱仪EOSMODIS反演的下垫面土地利用/植被类型资料， 并同化2008年夏季金塔绿洲野外观测试验所取得的气象资料， 对绿洲系统陆—气水热交换过程进行模拟， 最终生成金塔高分辨率资料同化再分析数据集。此数据集包括黑河流域金塔绿洲2008年68月逐时水平分辨率1 km的土地利用类型、 19层风温湿压、 4层土壤温湿度以及地表植被覆盖、 辐射分量、 热通量等资料。同时， 利用金塔绿洲观测期内的地表气压、 地面气温和相对湿度实测值对该数据集进行初步验证， 并分析了绿洲—戈壁系统的“冷湿岛效应”、 平均大气环流特征和空气温湿度长期变化规律。结果表明， 绿洲和戈壁下垫面的热力差异明显， 绿洲和戈壁平均地表温度白天和夜间分别相差21℃和3℃； 10 cm土壤温度白天最大相差17℃， 并且绿洲比戈壁滞后3 h达到峰值； 戈壁相对湿度比绿洲平均约低11%； 白天绿洲的“冷岛效应”和“湿岛效应”影响高度平均可达2000 m和1500 m； 夜间绿洲的近地层500 m以下则表现出弱的“冷岛效应”； 夜间绿洲上空的平均垂直气流为上升气流， 白天出现大范围下沉气流， 平均最大下沉气流速度可达-0.3 m·s-1。
  • 云南冬季降水的演变特征及成因分析
  • 陶云;黄玮;郑建萌;邢冬;何华;何群
  • 2014 Vol. 33 (1): 130-139.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00180
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  • 利用云南124个气象观测站逐月降水量资料、 NCEP/NCAR再分析大气环流资料和海表面温度（SST）资料， 分析了云南冬季降水时空演变特征及其相对应的大气环流异常和海温异常。结果表明： （1）云南冬季降水第一模态表现为一致性变化模态, 方差贡献为53%, 具有显著的准5年周期, 该模态具有一定的年代际变化特征。（2）第二模态表现为滇中及以东、 以南与滇西及滇西北地区反位相振荡模态, 方差贡献为13.4%， 具有显著的准3年周期， 也具有一定的年代际变化特征。（3）云南冬季降水与大气环流异常密切相关。当云南冬季降水偏多（少）时， 中国大陆大部分地区海平面气压偏高（低）， 近地面冷高压活动频繁（偏少）， 冷空气易（不易）南下影响云南； 500 hPa高度场上, 中高纬度贝加尔湖附近高度场偏高（低）， 该处的脊强（弱）， 有（不）利于引导北方冷空气南下； 同时, 中低纬度在孟加拉湾北部高度场偏低（高）， 南支槽偏强（弱）， 有（不）利于南方暖湿空气向北输送。来自南海和孟加拉湾的异常水汽输送在云南形成辐合（辐散）， 从而造成该地区降水异常偏多（少）。（4）云南冬季降水与海温异常也存在密切关系。云南冬季降水偏多、偏少年, 太平洋海温差异场呈类似El Nino年的分布： 赤道中东太平洋的SST异常偏高， 而菲律宾以东的西太平洋SST异常偏低。El Nino年冬季降水以偏多为主； 而La Nina 年， 则以偏少为主。赤道中东太平洋海温异常对云南冬季降水具有一定的潜在预报意义。（5）北极涛动（AO）与云南冬季降水存在密切相关关系。当AO为正（负）位相时， 云南冬季降水偏多（少）。同时, AO与云南冬季降水的关系在一定程度上受ENSO事件的制约, 在ENSO暖位相时， 冬季AO与云南冬季降水密切相关, 而在ENSO冷位相时两者间几乎没有联系。
  • 一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析
  • 慕建利;李泽椿;谌芸;陈雪珍
  • 2014 Vol. 33 (1): 148-161.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00049
  • 摘要 ( ) PDF (1404KB) ( )
  • 应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程， 根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统（MCS）的发生、 发展规律、 形成原因和三维结构， 特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统（MβCS）的细微结构包括三维流场、 动力和热力结构进行了分析。结果表明， 此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关， 其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、 礼泉、 高陵3个强暴雨中心的对流降水； MβCS在850, 700和500 hPa上分别表现为辐合（涡旋）系统、 西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因， 动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一； 中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用； 低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生， 强降水的发生又激发了中尺度急流扰动， 中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用； 秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、 动力、 热力垂直结构： 中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔， 在不同高度上形成了不同的垂直环流支， 云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa（或150 hPa）后向东南、 东北流出； 歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散， 450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、 北侧为辐合和弱辐散， 垂直上升运动先向南、 后向北倾斜直至对流层顶； 相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构， 温度则表现为中层两个暖中心、 上下层冷中心的特征； 礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合， 礼泉上升运动柱存在一个高、 低层冷而中上层暖的特征， 具有类似于地面气压场的鞍形结构, 即中低层不稳定、 中高层稳定、 中层为中性的层结结构； 高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区， 其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。
  • 梅汛期江淮切变线暴雨与非暴雨演变过程的合成对比分析研究
  • 李晓容;张雪蓉;濮梅娟-
  • 2014 Vol. 33 (1): 199-209.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00174
  • 摘要 ( ) PDF (1288KB) ( )
  • 利用气象观测资料和NCEP再分析资料对梅汛期江淮切变线暴雨类个例与切变线非暴雨类个例演变过程进行了合成对比分析。结果表明， 形成暴雨切变线的演变历程中， 存在南北风加强， 切变线发展， 且西南风急流引起的风速辐合加强了低空辐合。同时江苏处于高空急流入口区的右侧， 高低空急流相耦合， 形成了高空辐散、低空辐合的动力机制， 降水过程中动力结构配置的演变特征十分鲜明。切变线南侧热力不稳定条件较好， 水汽输送丰富， 水汽辐合强烈， 这些都有利于暴雨中尺度系统的发生、发展。因为动力、 热力条件强度的不同对应不同强度的降水， 区域性大暴雨的动力系统比一般暴雨更深厚， 不稳定条件更强， 水汽输送也更充沛。而切变线非暴雨类中， 高低空风场的配置不利于降水的增强。南北风增强不明显， 切变线不能得到发展， 同时其南侧西南风急流没有建立， 风速辐合较弱。高空急流核远离江苏， 江苏上空的辐散场很弱， 高空辐散、 低空辐合的动力机制未能建立， 动力结构的配置演变特征不明显。切变线南侧的热力不稳定度也不如暴雨类强， 水汽的辐合较弱， 不利于中尺度系统的发生、发展。
  • C波段偏振雷达几种系统误差标定方法对比分析
  • 胡志群;刘黎平;吴林林
  • 2014 Vol. 33 (1): 221-231.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00134
  • 摘要 ( ) PDF (917KB) ( )
  • 通过介绍几种标定C波段偏振雷达差分反射率因子ZDR和水平反射率因子ZH系统误差常用方法的原理， 利用两部相同型号的可移式C波段双线偏振雷达（POLC）在云南、 安徽等地的观测数据， 对这些方法进行了检验和对比分析。结果表明， ZDR的标定方法中， 太阳法由于偏振雷达水平与垂直方向两个接收机在较弱的信号下很难保持一致性， 目前实际应用比较困难； 垂直指向法要求雷达天线必须达到90°仰角， 机械上有所制约； 仰角法要求探测到非常均匀的雨区， 在时间与空间上极难满足； 地物引起的ZDR变化， 在统计上无任何规律可循， 因此， 地物法也基本上可以排除应用于实际； 干雪的ZDR并不完全等于0 dB， 并且需要知道0℃层的高度， 0℃层以上满足信噪比（signal to noise ratio, SNR）条件的数据较少， 并且水凝物相态难以确定为干雪， 因而干雪法有着一定的局限性； 微雨滴法理论清晰\, 结论可信， 不需要专门的扫描方式， 能够从正常的体扫观测中得到大量的满足SNR、 ZH等阈值条件的数据， 提供较为准确的ZDR系统误差估计， 因此， 微雨滴法是一种利用气象目标进行ZDR系统误差估计较好的方法。进一步分析ZH标定的自约束法的结果表明， 自约束法能够大致地验证偏振雷达ZH标定是否正确， 但是， 其用于ZH标定时， 对偏振参量数据质量要求较高， 并且约束关系的系数也有待进一步验证。
  • 一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究
  • 胡志远;闭建荣;黄建平;史晋森;刘玉芝
  • 2014 Vol. 33 (1): 232-240.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00184
  • 摘要 ( ) PDF (680KB) ( )
  • 传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法， 通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940 nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法, 该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数（a和b）， 而不依赖于光谱响应函数的精确测量； 反演得到的a和b值包含了观测站温度、 气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息， 不受模式模拟误差的影响。利用2009年38月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)天空辐射计资料， 用该算法获得了观测时期内大气总水汽量， 然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明， 这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、 CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性， 拟合斜率值分别为1.03和1.64， 相关系数均>0.95， 相对误差在2.1%~11.3%范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网（SKYNET）对总水汽量的反演。
  • 三类沙尘暴过程环流特征和动力结构对比分析
  • 姜学恭;云静波
  • 2014 Vol. 33 (1): 241-251.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00172
  • 摘要 ( ) PDF (1586KB) ( )
  • 利用地面、 高空气象观测资料、 NCEP再分析资料等对冷锋、 蒙古气旋、 高压底部倒槽型3类天气过程的大尺度环流、 动力和热力结构特征进行了对比分析。结果表明， 从大尺度环流特征来看， 冷锋型、 蒙古气旋型均在高纬地区形成尺度较大的槽涡， 槽涡底部出现低槽分离并向南发展， 在中纬度诱发地面冷锋及蒙古气旋， 其差异在于蒙古气旋过程中往往在中纬度对流层中低层形成切断低涡； 蒙古冷高压底部倒槽型过程中， 中高纬度为脊前西北气流， 中纬度蒙古冷高压与向北发展的倒槽在中纬度相遇形成准静止锋， 并在其南侧诱发沙尘暴。从动力、 热力结构来看， 冷锋型、 蒙古气旋型在对流层中低层均呈现典型的斜压结构， 冷锋型过程锋区异常陡立， 700 hPa以下近于垂直， 上升运动呈倾斜形态， 并在对流层中低层形成高值中心； 蒙古气旋型过程中， 气旋区形成8~10个纬距上升气柱， 贯穿整个对流层； 蒙古冷高压底部倒槽型过程中， 沿经向700 hPa以上形成南北风的明显交汇, 而在其下方形成南侧沙尘区上升、 北侧高压区下沉的垂直正环流。
  • 东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究
  • 郑媛媛;张雪晨;朱红芳;姚晨;施帅红
  • 2014 Vol. 33 (1): 261-269.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2013.00005
  • 摘要 ( ) PDF (1266KB) ( )
  • 利用常规气象资料、 自动站资料、 卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料， 对近10年东北冷涡天气背景下强对流天气过程的物理机制和中尺度特征进行了分析， 并重点分析了在东北冷涡背景下， 2009年6月3、 5和14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、 冰雹等强对流天气。结果表明， 在东北冷涡发展阶段， 即温压结构不对称、 大气斜压性强时， 冷涡的西、 西南、 南至东南部容易发生雷雨大风、 冰雹等强对流天气。在东北冷涡形势下， 飑线生成时具备以下特征： （1）存在明显的中尺度气旋式环流， 850 hPa、 925 hPa和地面有辐合线或干线存在； （2）静力不稳定， 中低层温度直减率大； （3）风垂直切变强， 风随高度强烈顺转， 400~500 hPa有西风急流存在， 且与强对流天气的发生区域紧密相关； （4）伴随着飑线发展， 在飑线后侧有显著升压， 雷暴高压的强弱不仅指示了飑线发展的不同阶段， 同时可作为地面大风预报的参考依据； （5）飑线的移动与对流回波的传播、 出流边界和引导气流密切相关。
  • 地气要素结合的廊坊地区暴雨落区预报方法
  • 郭立平-;汤懋苍;杨德保
  • 2014 Vol. 33 (1): 270-276.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2012.00185
  • 摘要 ( ) PDF (989KB) ( )
  • 从地气耦合的观点出发， 利用1980-2009年冀中廊坊地区暴雨资料、 MICAPS资料、 地面0 cm、 地下10 cm和20 cm地温资料， 以及气温、 水汽压和气压等地面气象要素资料， 详细分析了廊坊地区暴雨天气过程的地气要素分布、 变化特征、 配置关系以及暴雨落点预报等问题。结果表明： (1) 廊坊地区暴雨主要出现在4-10月， 单点暴雨、 局部暴雨是该地区暴雨最突出的特征之一； (2） 每一次暴雨过程都是一个非常复杂的地气耦合相互作用过程， 大范围强暴雨通常还有在热带海洋上生成， 携带大量水汽登陆北上的热带气旋等含有水圈贡献的参与影响; (3） 地面0 cm、 地下10 cm和20 cm日平均温度分别在25, 24和23℃以上的时段与暴雨的发生时段有较好的一致性; (4) 地气要素的分布、 变化与配置对暴雨预报有较好的参考价值， 而地气要素高点对暴雨落点有重要的预报指示意义; (5) 在识别暴雨天气影响系统的基础上， 从地气耦合的观点出发， 充分考虑地气要素的分布与配置特征， 叠加互补各地气要素高点对暴雨落点预报是一个有效的途径。

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