高原气象

第35卷 第6期 2016-12-28   

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论文

  • 青藏高原MODIS地表反照率反演结果的空间分布
  • 陈爱军;梁学伟;卞林根;刘玉洁
  • 2016 Vol. 35 (6): 1409-1418.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00111
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12355KB) ( )
  • 为了促进MODIS地表反照率产品的应用及其反演算法的改进,应用MODIS地表反照率反演质量数据MCD43B2,并结合数字海拔高程模型DEM(Digital Elevation Model)数据和MODIS地表覆盖类型数据MOD12Q1,统计分析了20032013年青藏高原MODIS地表反照率不同反演结果的空间分布情况,结果表明:(1)MODIS地表反照率全反演结果主要分布在中西部和北部,春季全反演结果的概率超过80%,夏季向西北收缩且概率降低,秋季高概率全反演结果的范围最大、冬季最小。(2)冬季高概率当量反演结果主要分布在青藏高原西北、东南两翼,其他季节主要分布在昌都、那曲、林芝、山南地区和拉萨市。(3)在山南地区中东部、林芝及其与昌都地区交界处构成的“入”字形区域,四季无反演结果的概率都比较高,最高可达100%。(4)全反演结果的概率随海拔的增加呈下降趋势,当量反演结果则相反,无反演结果的概率在各海拔区间都较恒定且不超过10%。(5)在三种主要地表类型中,开放灌木区和裸土稀疏植被区全反演结果的概率高于草地,约为70%;草地当量反演结果的概率最高,约为30%;三者无反演结果的概率大致相当,均不足10%。以上结果表明青藏高原地区MODIS地表反照率反演质量的空间分布具有较为明显的地域特征,并且与海拔和地表覆盖类型存在一定的联系。
  • 南支槽对西南高原地区冬半年日降水的影响
  • 林志强
  • 2016 Vol. 35 (6): 1456-1463.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00091
  • 摘要 ( ) HTML PDF (6116KB) ( )
  • 中国大陆地区主要受季风影响,冬半年(11月至翌年4月)的降水很少,在冬季南支槽(SBT)是影响中国降水的主要系统之一。为了评估SBT对中国冬季降水的影响,对1981-2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料采用客观方法识别了SBT的活动,对中国区域的逐日降水数据利用SBT的降水距平百分率,评估了SBT对不同区域的影响。结果表明,冬半年南支槽对降水影响最显著的区域为青藏高原和云南地区,有南支槽活动日的降水比无南支槽活动显著增加。对中国华南地区、东北地区和新疆地区,南支槽活动日较冬半年平均降水减少;南支槽影响区域的站点前50强降水日数的南支槽位置分析表明,当南支槽影响降水主要为青藏高原区域,南支槽更多地位于80°E附近,而75°E以西和85°E以东的南支槽活动偏少;当南支槽产生强降水主要为云南区域时,南支槽主要活动区域在90°E以东;南支槽位于不同位置时,其降水影响区有较大差异:当南支槽位于80°E以西,降水影响区主要位于西藏西部;南支槽位于80°E-90°E之间,降水影响区主要位于西藏中部、青海中南部地区和云南西北部地区;南支槽位于90°E以东,降水增加地区主要位于西藏中部地区、青海东部和云南。
  • 热带大气季节内振荡对华西秋雨的影响
  • 赵佳玉;马振峰;范广洲
  • 2016 Vol. 35 (6): 1487-1497.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00089
  • 摘要 ( ) HTML PDF (26078KB) ( )
  • 热带大气季节内振荡(MJO)对中国的降水具有明显的调节作用,研究MJO对华西秋雨的影响对于提高华西秋雨的季节内预测能力具有重要的意义。利用1979-2012年9-10月澳大利亚气象局提供的实时多变量MJO指数、中国台站逐日降水资料以及NCEP再分析资料,通过异常合成分析的方法研究了MJO对华西秋雨的影响以及相应环流背景场的变化。研究表明,在MJO对流主体自西向东传播的过程中,华西地区的秋季降水量呈先增加后减少的趋势。当MJO对流主体位于印度洋中西部(1~2位相)时,华西秋雨偏多,当MJO对流主体位于印度洋东部至太平洋中西部(3~8位相)时,华西秋雨偏少。其中MJO对流主体位于中东印度洋(第2位相)和西太平洋(第7位相)时,华西地区秋季有降水最大正异常和最大负异常。与此同时,对应分析MJO不同位相上的高空形势场和中低空流场、水汽输送、垂直运动的异常变化发现:第1、2位相时,我国上空出现两槽一脊、西低东高的环流形势,此时华西地区冷空气活动频繁,且孟加拉湾、南海和西太平洋对华西地区的水汽输送较强,有利于干冷与暖湿气流在华西地区交汇,水汽辐合、上升运动亦显著,从而造成降水偏多;第7位相时,我国上空受较强的西风带长波脊控制,并且三个海区对华西地区的水汽输送较弱,水汽辐散、下沉运动亦较强,造成降水偏少。
  • 中低层增温对强降水中涡旋形成的敏感性研究
  • 陈贵川;吴钲;谌芸;李强;朱岩
  • 2016 Vol. 35 (6): 1498-1511.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00070
  • 摘要 ( ) HTML PDF (35651KB) ( )
  • 2012年7月21日22:00-23:00重庆盘龙出现了180.9 mm·h-1的极端强降水,这在西南低涡暴雨中比较罕见的。通过对雷达资料的分析,发现此次极端强降水过程中有近于中气旋强度的中涡旋形成和发展。为了研究中低层增温对强降水中涡旋形成的作用,利用中尺度数值模式WRF-ARW,结合雷达资料同化的ARPS-3DVAR方法和复杂云分析方案,并对中低层进行中心增温同化敏感性实验,对上述过程中出现的近于中气旋强度的强降水中涡旋进行了数值模拟。结果表明:全球预报系统GFS(Global Forecasting System)预报场同化雷达反射率因子和径向风资料之后,能较好地模拟出西南低涡东侧准线性对流系统(Qusi-Linear Convective System,QLCSs)、强降水落区、强降水中心、盘龙附近的β中尺度气旋式环流以及镶嵌在其中的γ中尺度涡旋(即中涡旋);850 hPa和700 hPa经过中心增温同化后能增强中涡旋的强度,当700 hPa中心增温2℃同化后能模拟出与盘龙附近相似的近于中气旋强度的中涡旋。同时,此次强降水中涡旋形成的机制为中低层异常高的温湿条件导致异常强的对流不稳定性,上升运动快速发展,中低层水汽通量辐合迅速增强,大量水汽凝结并急剧释放潜热,高温高湿气柱随上升运动迅速增长导致增温中心附近位势高度急剧下降,水平位势梯度加大,风速增大,中涡旋迅速发展增强到中气旋的强度。表明中低层垂直风切变偏弱的环境中中低层异常高的温湿条件是形成强上升运动,促进近于中气旋强度的中涡旋形成的重要条件。
  • 北印度夏季风与中国河套及邻近地区盛夏降水的联系
  • 李栋梁;张茜;姚慧茹;李潇
  • 2016 Vol. 35 (6): 1512-1523.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00075
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5715KB) ( )
  • 利用印度热带气象研究所和中国气象局分别提供的1951-2006年印度各分区和中国160个站点的逐月降水资料,NCEP/NCAR逐月再分析资料以及NOAA提供的逐月海表温度资料,对印度各分区降水与中国区域降水之间的联系进行了分析。结果发现盛夏78月印度西北部和北部山区降水与中国河套及邻近地区降水呈显著的正相关关系,由此将7-8月印度西北部与北部山区降水定义为北印度夏季风指数。进一步通过遥相关和水汽输送揭示了北印度夏季风强弱与中国河套盛夏降水的联系途径。当北印度夏季风偏强时,中国河套受异常低压系统前部气流控制,系统从低层到高层向西倾斜,低压前部、高压后部的偏南气流带来南方暖湿气流,有助于河套降水的产生。北印度夏季风强盛年亦有助于输送到中国河套地区的三条水汽通道的加强。北印度夏季风偏弱时,情况相反。北印度夏季风异常偏强/弱,若从前期冬季开始伴随有一次La Niña/El Niño过程,赤道东太平洋SST异常通过与北印度夏季风相联系引起的水汽异常输送对中国河套降水产生更显著影响,而北印度夏季风即使不受到赤道东太平洋SST异常影响,对河套降水的影响仍然是显著的。
  • CMIP5气候模式对东亚地区对流和层云降水量和降水发生频率的模拟评估
  • 孙悦;吴统文;金霞;李肇新
  • 2016 Vol. 35 (6): 1524-1539.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00107
  • 摘要 ( ) HTML PDF (25232KB) ( )
  • 利用融合降水数据和TRMM卫星3A25月平均降水数据,评估了参与第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的19个海气耦合模式模拟的东亚地区降水总量、对流和层云降水量和降水发生频率的结果。结果表明:(1)各模式都能较好地模拟东亚地区降水的气候态,高分辨率和中等分辨率模式能够模拟出喜马拉雅山南坡、中国南方以及洋面上的强降水中心,但低分辨率模式模拟结果较差;各模式对秋季和冬季降水量模拟结果较好,与观测值的空间平均相关系数均>0.7,而春季和夏季的模拟结果相对较差,相关系数分别为0.50和0.61。(2)TRMM卫星数据表明,对流降水中心主要分布在菲律宾岛、孟加拉湾和青藏高原南部,而层云降水中心主要分布在青藏高原南部、长江下游地区、中国东海以及孟加拉湾。对于二者的模拟,对流降水的模拟较好,层云降水的模拟存在热带地区降水量偏小的问题,高、中分辨率模式的模拟能力要高于低分辨模式。(3)对于东亚地区总降水发生频率的模拟,有13个模式模拟的降水频率>60%;对于不同降水强度发生频率的模拟,强度在0.001~1 mm·h-1之间绝大多数模式模拟的发生频率最高,而超过1.0 mm·h-1的降水事件都相当少;(4)对于层云降水发生频率的模拟,高、中分辨率模式的结果与多模式平均结果更为接近,但对于对流降水,高分辨率模式和中等分辨率模式模拟能力并没有明显优于低分辨模式。总体而言,高、中分辨率模式对于东亚地区降水模拟效果更好,因而提高模式水平分辨率成为改善气候模式模拟东亚地区降水能力的重要途径。
  • 甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析
  • 王宝鉴;孔祥伟;傅朝;黄玉霞
  • 2016 Vol. 35 (6): 1551-1564.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00114
  • 摘要 ( ) HTML PDF (23191KB) ( )
  • 2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和“列车效应”特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。
  • 苏州城市热岛对污染扩散的影响
  • 朱焱;刘红年;沈建;季嬿
  • 2016 Vol. 35 (6): 1584-1594.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00084
  • 摘要 ( ) HTML PDF (11302KB) ( )
  • 由于城市环境对污染扩散的影响主要包括热力作用和动力作用,以苏州市为例,利用南京大学空气质量预报系统(NJU-CAQPS),设置存在热岛影响和消除热岛影响两组敏感性试验,将城市的热力和动力作用进行区分,研究了城市热岛对苏州污染扩散的影响。结果表明:城市热岛增加了大气不稳定性,产生了向市区辐合的热岛环流,加大了市区上空的垂直速度,增加了城市大气的扩散能力。城市热岛总体上使地面污染物浓度下降,城区PM10和PM2.5减少约5×10-9 kg·m-3,城区气溶胶各成分浓度及空气质量指数AQI都有不同程度的减少,而地面能见度则相应增加,城市热岛使市区能见度增加约0.5 km。在180 m高度以上,城市热岛使PM10和PM2.5浓度上升,气溶胶各成分都有不同程度的增加。在400 m高度左右,城市热岛环流可使PM10和PM2.5增加,最大可达11×10-9 kg·m-3和9×10-9 kg·m-3左右,同时使水平能见度下降。城市建筑的动力效应可大幅度降低市区风速,使大气扩散能力减弱,热岛作用(热力作用)和建筑的动力作用相反,但热岛对污染扩散的有利作用小于建筑动力学效应的不利作用。
  • 南半球环状模对中国气候的影响研究进展
  • 马浩;李正泉;张力
  • 2016 Vol. 35 (6): 1595-1608.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00098
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2873KB) ( )
  • 南半球环状模是南半球大气环流年际变异的主导模态。按照逻辑脉络梳理了半个多世纪以来南半球环状模对中国气候影响的研究进展。中国科学家很早就注意到南北半球之间存在相互作用,南半球环流能够通过越赤道气流调控东亚夏季风、进一步影响到中国气候。近年来,对南半球环状模遥相关效应的研究愈加深入,已有工作侧重于从太平洋通道和印度洋通道两个角度剖析环状模对中国气候的影响。环状模变异能够引发太平洋大气经圈环流调整、激发经向遥相关波列,从而引起西太平洋暖池和西太平洋副热带高压异常,最终导致中国气候变异,从而构建了太平洋路径;另一方面,环状模异常也能够借助“海洋桥”传播到热带印度洋和南海地区、再通过局地海洋大气相互作用调控中国气候,从而构建了印度洋路径。两大路径之间存在相互调制。除此之外,南半球环状模对中国区域气候也有显著的影响。在总结前人研究的基础上,提出了今后值得深入探讨的几个问题,以期推动南半球环状模遥相关效应研究不断走向深入。
  • 基于卫星数据与GIS技术的北京地区粗糙度长度估算研究
  • 刘勇洪;房小怡;栾庆祖
  • 2016 Vol. 35 (6): 1625-1638.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00068
  • 摘要 ( ) HTML PDF (10290KB) ( )
  • 基于卫星数据与GIS技术,利用形态学模型,建立了以植被类型、冠层叶面积指数和植被高度为主要输入参数的植被粗糙度长度Z0估算模型和以建筑物覆盖率和建筑物高度为主要输入参数的城市Z0估算模型;并以北京地区为例,分别利用2012年MODIS(中分辨率成像光谱仪)卫星资料和2005年GLAS(地球科学激光测高系统)卫星资料估算得到1 km空间分辨率北京主要植被地区Z0,利用2009年1:2000北京城市基础地理信息和GIS技术估算得到北京城市地区100 m空间分辨率的Z0,并利用植被相关研究结果与北京城市地区大气所铁塔(高325 m)研究结果进行了比较和验证分析。结果表明,2012年北京主要植被地区Z0为0~1.3 m,存在着明显的季节变化,山区森林的Z0一般为0.6~1.3 m,冬季高于夏季;平原农田的Z0一般为0~0.4 m,夏季高于冬季。北京城市地区Z0存在明显的空间变化,一般为0.1~8.0 m,显示北京城市下垫面的高度非均匀特征;其中Z0值在1.0 m以上的地区主要分布于北京四环区域内及四环外大型居民社区、经济开发区和郊区县城中心,在二环区域内存在一个Z0低值区,大部分Z0在0.5 m以下;大气所铁塔周围Z0值为4.0~9.0 m,与采用气象学方法的研究结果具有较好一致性。比较和验证分析显示本文Z0估算方法较为合理可信,表明在区域范围内,遥感和GIS技术是未来估算区域尺度复杂下垫面空气动力学参数的一种有效途径。
  • 一次降水性层积云系的微物理特征分析
  • 党娟;刘卫国;陶玥
  • 2016 Vol. 35 (6): 1639-1649.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00104
  • 摘要 ( ) HTML PDF (6220KB) ( )
  • 利用飞机云微物理探测资料,对2004年6月29日甘肃省东南部地区一次层积云(Sc)降水云系的微物理结构特征进行了详细的分析。飞机探测表明,此次云系主要分为两层,上层是纯冷性高积云(Ac),下层是层积云,观测分析主要针对Sc云。对不同高度层及Sc云顶附近的云粒子探测数据的分析结果表明,Sc云中云粒子的垂直及水平特征具有明显的不均匀性;Sc云区下层粒子特征参量起伏变化大,上层起伏变化小;云中含水量和大粒子浓度随高度升高有递增趋势。同一高度云区的粒子特征参量存在差别,表明即使在云区同一高度,不同水平区域的粒子形成和增长条件也有差异。Sc云中含水量较大,暖区最大液水含量达0.34 g·m-3。Sc云底有较强的逆温层存在,对云底附近的微物理结构特征造成一定影响,使得较小的云滴在逆温层顶附近和逆温层下部累积,含水量增大,但对较大尺度的液滴影响不明显。Sc云中不同高度处普遍存在暖雨过程,以Sc中部最为活跃;云顶附近冰相粒子的存在对云中暖云过程具有增强作用,对降水有利。
  • 云雷达回波强度谱密度定标及云内大气垂直运动速度反演试验
  • 郑佳锋;刘黎平;刘艳霞;崔哲虎
  • 2016 Vol. 35 (6): 1650-1661.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00064
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5268KB) ( )
  • 云内大气垂直运动在云动力和微物理过程中扮演了重要角色,云雷达功率谱数据是其反演的有效数据,但前提必需对谱线的回波强度进行准确定标,其中噪声电平的计算是关键步骤。本文首先提出了一种云雷达功率谱的模拟方法,利用模拟数据定量评估了三种噪声电平计算方法的准确性,对实测谱线回波强度进行了定标。基于以上方法,采用小粒子示踪法反演了2014年6月广东阳江对流云和层状云内的大气垂直运动速度,并提出了假定数浓度和直径下的谱线回波强度临界阈值,利用该阈值对反演结果进行定量检验。结果表明:(1)利用云雷达的高斯白噪声特征和云信号满足高斯分布特征,结合实测数据统计得到的涨落程度,可以模拟出给定谱参数的功率谱,模拟数据与实测十分相近,可作为功率谱定量研究的有效数据源。(2)三种噪声电平计算方法中,分段法的准确性和稳定性最好,最大速度法受噪声起伏的影响,客观法计算结果偏高,当谱宽和多普勒速度较大时客观法和最大速度法误差会达到很大。(3)谱线回波强度临界阈值的检验结果表明,该对流云内所有示踪谱线的回波强度均远小于临界阈值,云内100%距离库为被反演,反演结果可靠;该层状云内,除了少数距离库,大部分示踪谱线的回波强度在临界阈值以下,云内96.23%距离库可被反演,反演结果可靠。