高原气象

高原气象

第36卷 第4期 2017-08-28   

目录

论文

  • 影响长江中下游夏季降水的青藏高原水汽抽吸作用和水汽路径的定量化研究
  • 敬文琪;崔园园;刘瑞霞;王业桂;方涵先;赵小艳;马杰
  • 2017 Vol. 36 (4): 900-911.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00084
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1039KB) ( )
  • 基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料，首先评估了两种再分析资料在青藏高原（下称高原）的适用性；其次，提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数；然后，采用合成分析法定义了与长江中下游（MLRYR）夏季降水关系密切的水汽路径有5条：孟加拉湾路径、云贵路径、南海路径、低纬路径和汇合路径，并对其强度进行了定量计算。研究表明：ERA-Interim相对MERRA再分析资料在高原适用性更优。在年际变化上，5条水汽路径与MLRYR夏季降水呈同相位变化。5条路径之间关联密切，构成了两条影响MLRYR降水的反气旋式水汽输送相关链：“南海-孟加拉湾-高原南缘-云贵-MLRYR”和“南海-华南-MLRYR”。南海水汽路径是中国东部地区降水重要的水汽通道；汇合路径是调控MLRYR夏季降水的重要水汽输入通道，而云贵东向路径与整个长江流域的降水呈显著正相关。影响MLRYR夏季降水的高原水汽抽吸作用主要发生在高原南缘。高原水汽抽吸作用可以将低层的水汽抽吸至高层，通过增加长江流域西入的纬向水汽输送间接影响到长江流域的降水。
  • ATMS和CrIS卫星资料同化对青藏高原天气预报的影响
  • 薛童;管兆勇;徐建军;邵旻
  • 2017 Vol. 36 (4): 912-929.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00087
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2703KB) ( )
  • 利用WRF模式和GSI同化系统同化美国最新一代的ATMS和CrIS卫星资料，探讨卫星辐射资料同化对青藏高原天气要素预报准确性的影响。进行了四组试验模拟，即无资料同化的控制试验（CTRL）和三组同化试验，三组同化试验分别为：只用常规观测资料进行同化（CONV）、常规观测资料和ATMS卫星资料同化（ATMS）、常规观测资料和CrIS卫星资料同化（CRIS）。分析了2015年1月及7月的温度场、相对湿度场和风场的预报能力，除了分析近地表 2 m温度场、2 m相对湿度场及10 m风场外，也分析了高地形区域以及低地形区域不同高度层上气象要素的预报能力。结果表明：ATMS和CRIS同化对青藏高原天气要素预报效果改进并不具有普遍性，ATMS同化试验可以有效的增进7月低地形区域的2 m温度场、7月高地形区域2 m相对湿度场以及1月高地形区域10 m风场的24 h、48 h预报能力；CRIS同化对1月高地形区域2 m温度场24 h预报、1月与7月高地形区域10 m风场24 h与48 h预报有改善效果。就垂直分层来讨论，CRIS同化试验不管在哪个高度分层都无法有效地改进模式预报能力，ATMS同化试验则在不同分层、不同变量场有着不一样的预报效果。资料同化后温度场预报主要的误差来源是系统性误差，而相对湿度场和风场在同化后主要误差是由非系统性误差造成的。整体上ATMS同化试验效果优于CRIS同化试验。
  • 中国小时风速数据集研制及在青藏高原地区的应用
  • 赵煜飞;张强;余予;杨贵
  • 2017 Vol. 36 (4): 930-938.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00001
  • 摘要 ( ) HTML PDF (736KB) ( )
  • 基于记录2400余个国家站建站至今的地面风自记观测数据文件，与2001以来自动站小时风速数据进行拼接整合，形成中国2400个站点从建站以来的逐小时风速序列；同时结合历史风速资料信息化特点，参考我国小时风速数据特性研制质量控制方案，完成中国逐小时台站观测风速数据集的研制。20世纪50年代，只有少部分地面观测站采用风自记观测，主要分布在我国东北、华北、江南等地区。风自记站数在70年代以后增加较快，逐渐接近地面观测站数。2004年以后，所有地面观测站均实现了风的逐小时观测。经分析，全国76.3%台站平均缺测率小于7%。2005年自动站开始自动观测后，正确率高于95%；可疑率在1969年和1970年最高，分别为0.21%和0.18%；错误率在1991年、1998年、1997年和2004年相对偏高，分别为0.013%、0.005%、0.001%、0.001%。利用研制的逐小时风速数据集，对青藏高原地区各季节风速日变化进行分析应用，结果表明：春季风速较大，各小时平均风速均高于其他三个季节。青藏高原东部（西部）地区在16：00（14：00）（如无特别说明，均指北京时）风速较大，06：00（06：00）风速较小。东部地区16：00风速明显大于西部地区14：00风速，分别为3.75 m·s-1和2.90 m·s-1。19952015年春季，东部峰时风速序列与平均风速都显示为减小趋势（通过0.01的显著性检验）；青藏高原西部峰时风速与平均风速序列无显著的变化趋势。
  • 东北地区典型暴雨个例的水汽输送特征分析
  • 马梁臣;孙力;王宁
  • 2017 Vol. 36 (4): 960-970.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00078
  • 摘要 ( ) HTML PDF (802KB) ( )
  • 利用NCEP 1°×1°的GDAS资料同时引入基于拉格朗日方法的轨迹模式（HYSPLIT v4.9），选取了东北地区2009年6月27日至7月1日的冷涡暴雨个例、2010年8月19-22日切变暴雨个例、2013年8月14-17日气旋暴雨个例和2012年8月27-30日的台风暴雨个例，模拟计算了四个个例的水汽输送通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明：四个暴雨个例的水汽输送通道基本有两支：一支是南海或西太平洋的海上水汽输送，另一支是西北气流的水汽输送。不同天气系统造成的典型暴雨个例的水汽输送特征各有差异。冷涡暴雨个例中，42.1%的水汽贡献来自于西太平洋和南海附近，鄂霍次克海附近的水汽亦有一定的补充，西北气流和海上水汽各约占50%；切变暴雨个例和气旋暴雨个例水汽输送较相近，以西太平洋和南海的水汽输送为主体，西北气流水汽比重减少，另外切变暴雨有局地水汽的贡献；台风暴雨个例中，北太平洋和黄海、渤海水汽是本次台风暴雨水汽主要来源。降水量的大小和分布的密集程度与海上水汽的贡献率密切相关。
  • 两种垂直风廓线的对比及应用Ⅱ:不同降水条件下风廓线特征
  • 方德贤;董新宁;周国兵;吴钲;张勇;黄安宁
  • 2017 Vol. 36 (4): 971-983.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00091
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2100KB) ( )
  • 利用2013年重庆多普勒天气雷达（SA）和风廓线雷达（TWP8-L）观测的垂直风廓线数据，对晴空、弱降水、一般性降水和强降水四种不同天气条件下垂直风廓线特征及其演变情况进行了分析。结果表明：（1）风廓线雷达的探测高度随降水增加逐渐增加；（2）晴空天气条件下，边界层（1 km以下）风向存在明显的日变化，夜间以偏东气流为主，白天以偏南气流为主，高空（3 km以上）为一致的偏西气流，风速较小；（3）弱降水天气条件下，边界层风向以偏东气流为主，相对较为杂乱，高空与晴空一致，中高层（1~3 km）以偏南气流为主；（4）一般性降水天气条件下，低层与弱降水较一致，而高空出现较一致的西南气流，有利于水汽输送，同时垂直切变具有较好的单一方向性，较有利于对流的发展和维持；（5）强降水天气条件下，风廓线雷达和多普勒雷达观测的垂直风廓线较为一致。降水前期风向随高度的增加逐渐由偏东气流转为偏西气流，有利于对流的触发；降水期间风切变具有很好的单一方向性并在中低层出现低空急流区，有利于对流系统的维持，同时西南气流厚度加深，也有利于水汽的输送；降水结束期风速减小，中低层风向也逐渐转为偏北气流，对流系统逐渐消亡。
  • 山东省南部一次极端特大暴雪过程诊断分析
  • 胡顺起;曹张驰;陈滔
  • 2017 Vol. 36 (4): 984-992.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00134
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1077KB) ( )
  • 为了更全面地认识鲁南地区历史极端暴雪发生发展的机制，利用常规探空和地面观测资料、FY-2E长波辐射资料（Outgoing Long-wave Radiation，OLR）和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料，采用天气动力学分析方法，对2015年11月23-24日出现在山东省南部极端特大暴雪过程的成因和动力结构演变特征进行分析。结果表明：（1）此次降雪发生在回流形势下，对流层中层强西南低空急流、切变线及低层强东北风共同作用，造成异常强暴雪天气。（2）低层西南急流把水汽输送到鲁南地区，并在暴雪区上方产生强的水汽辐合中心，为本次特大暴雪提供了有利的水汽条件。（3）高低空急流耦合，高空槽前正涡度平流使得低层减压，产生上升运动，有利于暴雪发生发展。（4）西南低空急流与偏北风在鲁南上空辐合，是强降雪主要集中在该地区的重要原因。（5）强冷空气降温使得雨快速转雪，降雪持续时间长，导致强降雪发生。（6）OLR特征分析表明，OLR 3 h平均低值中心与3 h最大降雪中心存在明显的负相关关系。研究鲁南地区极端暴雪特征有助于提高该地区灾害性天气的预报能力，对防灾减灾有着重要意义。
  • 湖南省雷暴大风的时空分布和变化特征
  • 许霖;姚蓉;王晓雷;欧小峰
  • 2017 Vol. 36 (4): 993-1000.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00088
  • 摘要 ( ) HTML PDF (716KB) ( )
  • 利用1971-2010年湖南94个地面气象观测站雷暴大风观测资料，采用气候倾斜率、M-K突变检验、小波分析等统计方法分析了雷暴大风事件的变化趋势和振荡周期，并初步探讨了其成因。此外，利用2001-2010年NCEP再分析资料，选取典型站点对其不同区域动力、热力参数进行了对比统计分析，对于正确认识湖南地区雷暴大风的形成机制及其预报预测具有重要意义。结果表明：近40年来出现雷暴大风事件次数总体呈减少趋势，特别是20世纪90年代后雷暴大风次数显著下降；雷暴大风主要出现在夏季，且大部分地区雷暴大风主要集中出现在午后到傍晚时段；湖南省雷暴大风次数在1990年前后出现突变，小波分析表明存在着2~3年、3~5年、6~7年的短周期和11~12年的长周期，其中2~3年和3~5年的变化周期具有相对稳定和全域性特点。分析雷暴大风发生时表征大气热力不稳定的参数发现，不同区域的雷暴大风发生的热力不稳定条件东西向之间存在一定差异，且湘西高于湘东；动力不稳定条件南北向之间存在一定差异，湘南高于湘北；上下层水汽差存在山区高于湖区的特点。
  • 兰州新区近地层风场时空特征分析
  • 李晓霞;黄涛;王兴;梁东升
  • 2017 Vol. 36 (4): 1001-1009.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00092
  • 摘要 ( ) HTML PDF (871KB) ( )
  • 利用兰州新区2014年1-12月秦川金家庙、西岔段家川、新区东南角、黑石川和平4座70 m风塔和新区城区4个10 m高度自动气象站逐10 min风向风速观测资料，分析了兰州新区盛行风向、风速、污染系数时空分布特征。结果表明：新区周围地形复杂，盛行风向、风速及污染系数等要素随高度、时间、位置均有变化。观测年内，新区测风塔70 m高度年盛行风向为东北风及相邻方向，该方向平均风速最大；新区偏北的两个风塔（秦川金家庙和西岔段家川）西北至偏北方向污染系数较小，新区偏南两个风塔（新区东南角和黑石川和平），偏北及相近方向污染系数较小。测风塔10 m高度各观测点盛行风向、风速和污染系数与70 m均有明显差异，4个风塔的风场特征也显著不同。各观测点各高度均有静风天气出现，70 m高度静风频率4.2%~13.5%，10 m高度静风频率5.6%~11.5%；各塔风向有较明显的季节变化特征，秋、冬季盛行风向接近，春、夏季盛行风向接近；新区风向日变化呈现出山谷风特征，白天盛行风向多为东南风或西南风，夜晚多为东北风和偏东风。
  • 东亚经向波列对中国中东部盛夏气温的影响
  • 张英华;李艳;李德帅
  • 2017 Vol. 36 (4): 1010-1021.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00080
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1121KB) ( )
  • 利用1980-2008年CN05月平均地面气温格点资料和NCEP/NCAR再分析资料，首先分析了中国中东部7月地面平均气温的变化特征，得到3个主要模态，其方差贡献率分别为44%、17%、11%，其中第1模态显示了江淮、华北和东北地区近30年来地面平均气温的线性升高趋势；第2模态显示了江淮-江南地区与东北东部地区的“偶极子”型反位相分布特征，第3模态显示了华北-黄淮地区与华南和东北地区的“三极子”型分布特征。由于前人已对第1模态做了详细讨论，本文主要分析第2和第3模态。分析结果显示，东亚经向波列对“偶极子”型和“三极子”型有以下重要影响：当东亚西太平洋地区的经向波列整体偏北时，易出现第2模态的“偶极子”型特征，当该波列整体偏南时，有利于出现第3模态的“三极子”型特征；当中国华南沿海、台湾地区附近对流活动偏弱时，有利于对应第2模态的负位相的经向波列出现，反之亦然。在关于第2模态正负异常年的合成场中，850 hPa上东亚沿海的波作用通量在低纬度地区主要是向北传播的，而300 hPa上波作用通量在低纬度以北传为主，中纬度以东传为主，但低纬度的对流加热异常情况及北传的波作用通量对于第3模态不明显。
  • 多模式风速融合预报应用研究
  • 石岚;徐丽娜;郝玉珠
  • 2017 Vol. 36 (4): 1022-1028.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00021
  • 摘要 ( ) HTML PDF (571KB) ( )
  • 利用ECMWF集合风速预报产品和目前运行的风能专业数值模式预报产品，通过对比检验分析，设计一种适用于风功率短期预测、电网调度所需的风电场机组轮毂高度风速融合预报产品。即通过多统计量融合，分析其集合、最大最小及时空分布，通过概率分布函数、集合技术，研究提取波动风速的概率信息，指示出最有可能的风速波动位置，对集合存在的量级偏差进行概率匹配技术校准。尝试对各成员贝叶斯概率预报进行融合，获得代表ECMWF集合预报不确定性的集成贝叶斯概率预报，计算不同的集合统计量，形成单值预报，通过ARIMA提升预报的时间分辨率，基于BMA与确定性数值模式预报进行融合，给出机组轮毂最优风速预测曲线和最低最高可信区间。研究表明：融合预报对提升现有数值预报产品的精准度具有明显改进，验证期预报与现有确定性预报比较，平均绝对误差MAE降低了24.3%、相关系数R提升了12.5%；与ECMWF集合预报比较，MAE降低了11.7%、R提升了14.5%。
  • 复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究
  • 牛晓俊;冯文兰;王永前;黄宇倩;曾林
  • 2017 Vol. 36 (4): 1029-1038.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00066
  • 摘要 ( ) HTML PDF (584KB) ( )
  • 光合有效辐射（PAR）在不同的陆地生态系统模型中都是重要的输入参数，直接利用卫星遥感数据估算光合有效辐射有利于在空间上强化空间信息的连续性与差异性。针对复杂地形条件下遥感估算模型参数存在的不确定性，以及遥感获取的瞬时PAR难以满足实际应用需求的问题，本研究在岷江上游地区开展了复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究。利用MODIS标准大气产品，采用简化的大气辐射传输模型，综合考虑复杂地形下太阳辐射入射角的变化以及地形遮蔽和邻近地形辐射增强的作用，完成了对瞬时PAR估算结果的地形校正，并通过线性插值方法得到了PAR日总量数据。将估算得到的岷江上游2013年22个晴空天气下的PAR与中国科学院茂县山地生态系统定位研究站同期实测数据的对比显示，瞬时光合有效辐射平均估算误差为7.26%，日总量数据的平均估算误差也为7.26%。结果表明，该模型反演估算瞬时光合有效辐射和时间尺度上推至PAR日总量都能够较好的适用岷江上游的复杂地形条件。
  • 北京及其周边地区SAFIR和ADTD闪电定位资料对比分析
  • 李京校;郭凤霞;扈海波;李如箭;钱慕晖;肖稳安
  • 2017 Vol. 36 (4): 1115-1126.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00132
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1060KB) ( )
  • 通过对比分析2008年北京及其周边地区SAFIR（Surveillance et Alerte Foudre par Interferometrie Radiometrique）和ADTD（Advanced TOA and Direction system）两套闪电定位系统观测的地闪资料，结果显示：SAFIR系统探测的正地闪次数、负地闪次数均比ADTD系统偏少，但二者探测到正地闪和负地闪的日变化、月变化特征基本一致。SAFIR系统探测的正地闪百分比ADTD高。SAFIR系统的地闪高值区主要在偏南部，而ADTD系统的正地闪电流强度高值区流高值区主要在偏北部，地闪低值区分布基本一致。SAFIR系统探测的正地闪、负地闪电流强度小于ADTD系统的观测值，前者探测的正地闪电流强度日分布中整体比后者小约25 kA，负地闪电流强度日分布则小约10 kA。二者观测的电流强度日变化、月变化变化特征基本一致。ADTD负地闪电流累积概率分布整体和IEEE工作组给出范围较为接近。SAFIR系统探测的正地闪电流强度高值区空间分布较集中，而ADTD系统的空间分布相对较均匀分散。整体而言，两者探测的闪电时间分布特征较为接近，而闪电次数和强度分布特征有差别，对于出现差别的原因有待进一步研究。

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