高原气象

第36卷 第5期 2017-10-28   

目录

论文

  • 喜马拉雅山区降水研究进展与展望
  • 欧阳琳;阳坤;秦军;王岩;卢麾
  • 2017 Vol. 36 (5): 1165-1175.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00111
  • 摘要 ( ) HTML PDF (4556KB) ( )
  • 降水的时空特征研究对喜马拉雅山区的气象、水文和冰川过程的理解极其重要。随着中国科学家主导的"第三极环境"国际研究计划的推进, 开展对该地区降水的时空分布及其过程与机理的研究变得更加迫切。本文系统总结了前人在该地区降水研究取得的进展, 并提出了该地区水文气象研究的前沿问题。主要结论如下:(1)喜马拉雅山区的降水有明显的日变化, 在低海拔地区以夜间降水为主, 这与高原南部斜坡加热和季风期间风场的不对称日变化有关。(2)喜马拉雅山区的降水主要发生在夏季, 但在西北部的高海拔区域, 冬春季降水占年降水比例可高达50%。(3)在喜马拉雅山区南坡, 降水量随海拔的升高而升高, 但在超过2500 m后, 降水随海拔升高而降低。(4)区域气候模拟在喜马拉雅山区有一定的适用性, 但缺乏对极高海拔的降水评估。因此, 为开展该区域的降水过程与机理研究, 建议优先加强高海拔区域的观测研究, 评估新一代全球卫星降水产品, 对比分析南北坡和高山-峡谷降水特征, 改进区域气候模式对复杂山区的天气及气候模拟能力。
  • 青藏高原夏季极端降水概率分布特征
  • 曹瑜;游庆龙;马茜蓉;孟宪红
  • 2017 Vol. 36 (5): 1176-1187.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00131
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12838KB) ( )
  • 基于国家级地面气象站基本气象要素日值数据集的均一化降水序列计算了1961-2014年青藏高原中东部71个站夏季极端降水指数, 选取二参数和三参数的Weibull分布、广义极值分布、皮尔逊Ⅲ型分布(Gamma分布)、对数逻辑斯特分布拟合其极值, 分析了青藏高原中东部夏季极端降水的极值分布特征。结果表明:青藏高原夏季极端降水由东南向西北递减, 大值中心位于四川东部地区, 西藏东南部有一较大值中心, 小值中心位于青海西北部。通过极值分布函数对极端降水指数的拟合, 发现不同的指数适用的函数不同, 需采用多种概率分布模式进行对比, 并结合实际物理意义加以选择最适合的拟合分布函数。利用Gumbel分布计算夏季极端降水指数的多年一遇水平、50年一遇和100年一遇水平, 均呈现出完全一致的空间分布特征:东南降水多, 西北降水少;根据滑动t检验, 强降水量和极强降水量均于2006年突变, 由Gumbel分布估计突变后青藏高原中东部的极端降水有所增加。
  • 青藏高原夏季降水日变化特征分析
  • 计晓龙;吴昊旻;黄安宁;赵卫;吴阳
  • 2017 Vol. 36 (5): 1188-1200.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00119
  • 摘要 ( ) HTML PDF (22139KB) ( )
  • 利用2008-2014年逐小时空间分辨率为0.1°的全国自动站观测降水资料和CMORPH卫星反演降水融合资料, 研究了青藏高原(下称高原)夏季降水日变化特征, 并探讨了不同持续时间和等级降水对降水量日变化的影响。结果表明, 整个高原地区夏季降水量和降水频率的日变化表现出明显的凌晨和傍晚的双峰结构, 而降水强度的双峰结构却不太明显。进一步对各分区降水日变化特征的分析发现, 高原中西部降水日变化特征与整个高原地区的一致, 而高原北部(东部)地区降水量和频率的日峰值出现在傍晚(午夜-凌晨)。降水持续时间对降水量日变化有显著的影响, 高原夏季降水量日变化的双峰特征是由短时(1~3 h)和长持续性(6 h以上)降水共同作用造成的, 午夜-凌晨(傍晚)的降水日峰值主要是由于长持续性(短时)降水所引起。分析不同等级降水量日变化特征发现, 高原北部地区小-大雨(暴雨)的降水量日峰值基本出现在下午(午夜), 而高原中西部不同等级降水量的日变化基本都呈现出傍晚和午夜-凌晨的双峰结构, 高原东部地区不同等级降水量的日变化形式较一致, 日峰值出现在午夜-凌晨。
  • 南亚高压的多模态特征及其与新疆夏季降水的联系
  • 王前;赵勇;陈飞;杨青;黄安宁
  • 2017 Vol. 36 (5): 1209-1220.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00123
  • 摘要 ( ) HTML PDF (19142KB) ( )
  • 基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料(ERA-Interim)和新疆88个观测站点降水资料, 分析了1979-2013年夏季(7月和8月)南亚高压多模态特征及其与新疆夏季降水的关系。结果表明, 南亚高压除了青藏高压型和伊朗高压型外, 还存在双体型。伊朗高压型和双体型分布产生的降水占新疆夏季总降水的70%~90%, 青藏高压型分布产生的降水相对较少, 占10%~30%。南亚高压的多模态分布对新疆降水有不同影响, 伊朗高压型时, 北疆部分地区和东疆降水偏多, 塔里木盆地降水偏少;青藏高压型时, 除塔里木盆地西南部降水偏多外, 新疆其余地方降水均偏少。南亚高压双体型对塔里木盆地夏季降水影响最为突出, 当夏季南亚高压呈双体型分布时, 塔里木盆地降水偏多。合成分析发现, 南亚高压双体型中心位置变化对环流和水汽输送产生不同影响, 因而对应的塔里木盆地夏季降水也存在一定差异。当两个中心位置同时偏西时, 塔里木盆地中西部地区降水偏多, 水汽分两步进入塔里木盆地。当两个中心位置同时偏北时, 整个塔里木盆地降水增加, 水汽沿着青藏高原东侧绕流进入塔里木盆地。
  • 科尔沁地区年降水波动与空间分异特征
  • 孟庆兰;赵赫;高军凯;卢筱茜;刘良旭;常学礼
  • 2017 Vol. 36 (5): 1234-1244.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00114
  • 摘要 ( ) HTML PDF (4361KB) ( )
  • 降水波动是气候变化研究的主要内容之一, 同时是一个环境变化的重要指标和植被生产力预测的首选因素。本文以科尔沁地区18个气象观测站点1961-2015年逐日降水数据为基础, 根据多年平均降水量将科尔沁地区划分为4个区, 分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区, 并且综合运用小波分析方法, 分析了科尔沁地区近55年来降水变化的时空特征。研究表明, 在统计学特征上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ区在研究期内年均降水量分别为337.4±76 mm、369.2±73.2 mm、422.6±68.8 mm和483.4±97.1 mm, 波动空间分异特征主要表现在降水量从东南(Ⅳ区)到西北(Ⅰ区)逐渐减少, 变化趋势逐渐复杂;从降水年代际变化特征来看, 降水距平值增加时Ⅰ区降水距平百分比最大, 为12.95%;降水距平值减小时Ⅰ区偏离平均值最大, 距平百分比为-19.26%。从小波分析结果来看, 降水量年际波动存在多个主周期, 其中最显著的周期为5~11年和23~32年, 且从东南到西北其周期震荡性逐渐减弱, 周期变化时间缩短。从周期性的强弱来看, 在具有共性23~32年周期内, 26~32年时间尺度模值较大, 说明该时段是降水量周期变化较明显时期;5~11年时间尺度的周期变化次之, 其他时间尺度的周期性变化较小。从空间分区的小波方差分析结果来看, Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的降水主周期在10~11年之间, 而Ⅳ区为25年, 说明科尔沁地区在年降水量小于450 mm的区域降水波动特点一致, 大于此值则变化规律明显不同。从年降水量多-少的周期性变化规律可以推测, 科尔沁地区在2016-2020年期间将一直处于降水偏少期。
  • 气候变化背景下祁连山区负积温时空变化特征分析
  • 王希强;陈仁升;刘俊峰
  • 2017 Vol. 36 (5): 1267-1275.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00096
  • 摘要 ( ) HTML PDF (7736KB) ( )
  • 基于祁连山区及周边32个气象站点56年气象资料和较高分辨率DEM数据,采用"多元回归+残差插值"方法,运用多种空间插值手段,获取研究区负积温空间栅格化数据,并详细分析其时空变化特征。结果表明:(1)研究区多年平均负积温(绝对值)分布在607~3507℃之间,区域分布差异较大;积温段Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ共占据研究区总面积的91.31%;除积温段Ⅵ外,其余按顺序近似呈环状分布,积温值由外向内递增;栅格尺度负积温动态度自南向北,基本呈带状递减。(2)研究区所有站点均表现出负积温初日推迟、终日提前、持续天数缩短趋势,绝大部分站点通过显著性检验。(3)从1960年代到2000年代期间,积温段Ⅰ和Ⅱ面积持续减少,积温段Ⅴ和Ⅵ面积持续增加,是全球气候变暖的必然结果,但近期却表现出相反趋势,表明从2000年代到2010年以后(2010-2015年),变暖趋势处于相对停滞阶段;积温段Ⅲ和Ⅳ面积分别呈波动减少和增加趋势,增减幅度较小。(4)积温段Ⅲ~Ⅳ(25.72%)、Ⅳ~Ⅴ(19.66%)和Ⅱ~Ⅲ(17.90%)是研究区负积温转移的主要类型;从2000年代到2010年以后(2010-2015年),负积温表现为单向转移,即:从积温值较高段向较低段转移;相邻年代间,负积温存在双向转移,但从积温值较高积温段向较低积温段转移仍占绝对优势,体现了气候波动变暖趋势。
  • 北京地区一次降雪过程的人工催化数值模拟研究
  • 师宇;楼小凤;单云鹏;胡非
  • 2017 Vol. 36 (5): 1276-1289.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00116
  • 摘要 ( ) HTML PDF (28878KB) ( )
  • 利用中尺度气象模式WRF的双参数显示云物理方案,开展冬季冷性层状云降水过程的数值模拟和人工增雨催化数值试验。模拟个例为2013年3月19日北京地区的一次典型降水过程,在分析模拟得到的云中水成物和上升速度分布的基础上设计不同催化试验,研究不同催化时刻(云体发展期、云体成熟期)和三种催化剂量对地面降水、云中水成物浓度、动力场和热力场以及微物理转化过程的影响。模拟试验结果表明:模拟的自然降水分布和实测结果较为一致;不同的催化试验都可以使地面雨量增加,在云体发展期以107个·kg-1剂量进行催化的效果最佳;引入人工冰晶后催化区域水汽和过冷云水含量明显减少、冰晶和雪的含量有所增加、催化区域上升气流明显增强,温度提高;催化后40 min时雪的增长主要依靠其凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪和云滴之间的碰冻以及冰晶和雪之间的碰并;催化后200 min,催化云中各种微物理过程对雪的贡献高于自然云,催化前期消耗了过冷云水,此时云中雪和云滴之间的碰冻对雪的贡献非常微弱,雪的增长主要依靠凝华增长以及雪和冰晶的相互作用。
  • 冷云催化宏微观物理响应的探测与研究
  • 孙玉稳;银燕;孙霞;刘伟;韩洋;闫旭升
  • 2017 Vol. 36 (5): 1290-1303.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00113
  • 摘要 ( ) HTML PDF (24333KB) ( )
  • 2014年4月15日河北省中南部出现一次回流西风槽天气过程,河北省人工影响天气办公室对该天气过程作了飞机云物理探测和增雨作业,并专设飞行航线以研究作业前后云的宏观、微观物理响应。利用机载PMS观测资料,结合雷达、卫星观测资料分析,发现该次降水过程云系特点是上层"槽前云"较弱,下层"回流云"较强,无高云;作业探测过程中云中下沉的降水粒子在"回流云"中增长,该层出现大量直径在3 mm以上的降水粒子;作业层内小云粒子浓度普遍在20 cm-3以上,最大值为300 cm-3,大云粒子浓度低于0.02 cm-3。作业后宏微观物理响应包括:作业区FY-2E卫星云图亮温在1 h后由-25℃降到-30℃左右,中云发展,其云顶抬高;雷达反射率因子催化作业后升高,最强达45 dBZ,35 dBZ以上的雷达回波区面积增加;从雷达剖面图上看,强雷达回波区下沉了500~1000 m。机载PMS观测资料显示,作业后云中小云粒子、大云粒子浓度都有增加,降水粒子浓度经历了先降后升的过程,持续时间约25 min。粒子谱呈双峰分布,第二峰在10.5 μm;粒子浓度在直径在10.5~150 μm区间内呈指数递减,直径在150~1000 μm区间内粒子浓度变化不大而粒子直径迅速增长,大于1000 μm粒子浓度急降与粒子沉降有关;作业后有效粒子直径向大值方向偏移,平均直径、平方根直径和立方根直径分布频谱变宽,粒子分布更离散。作业后影响区地面雨量增加,影响时间在作业后3 h之内。
  • 100年来东亚和北非干旱半干旱区边界层高度的变化特征研究
  • 赵艳茹;张珂铨;毛文茜;樊旭;刘晨;张文煜
  • 2017 Vol. 36 (5): 1304-1314.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00107
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2682KB) ( )
  • 利用欧洲中心再分析资料ERA-20C、ERA-Interim和ERA40对1900-2015年东亚、北非干旱半干旱区边界层高度的年代际变化特征进行了研究。结果表明:(1)1900-2015年,东亚、北非干旱半干旱区边界层高度均值分别为755 m和834 m,东亚表现为显著的上升趋势,气候倾向率为2.0 m·(10a)-1,年代际震荡周期约为20年,北非表现为下降趋势,气候倾向率为-0.6 m·(10a)-1,年代际震荡周期约为40年。1964年和1940年分别为东亚、北非的显著转折年,1964年之后东亚边界层高度有明显抬升,1940年之后北非边界层高度震荡幅度明显增大。(2)东亚干旱半干旱区上升趋势最为明显的区域位于东部,气候倾向率为10.7~12.4 m·(10a)-1,其次位于中部,气候倾向率为3.8 m·(10a)-1;上升较缓慢的区域位于北部,气候倾向率为0.4~1.8 m·(10a)-1;塔克拉玛干沙漠呈下降趋势,气候倾向率为-1.2 m·(10a)-1。同时,在年代际波动中,东亚边界层高度在20世纪60-70年代呈现出剧烈的震荡也主要与中东部边界层高度的变化相关。(3)北非干旱半干旱区中北部表现为显著下降趋势,气候倾向率为-5.1~-1.4 m·(10a)-1;南部表现为上升趋势,气候倾向率为0.8~2.5 m·(10a)-1。然而,在年代际波动中,北非边界层高度在20世纪40年代之后震荡的加剧与南部边界层高度的变化密切相关。
  • 半干旱区不同下垫面大气湍流通量比较分析
  • 陈丽晶;张镭;梁捷宁;周旭
  • 2017 Vol. 36 (5): 1325-1335.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00101
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5434KB) ( )
  • 为了更深入地认识不同条件下的陆-气相互作用,选取2007年1月至2008年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)与中科院吉林通榆观测站的湍流资料,并结合常规气象观测资料,利用Swinbank于1951年提出的涡动相关法分析三种下垫面上的湍流通量,从而定量地描述和认识陆-气相互作用,并比较分析半干旱区不同下垫面热通量和动量通量的日变化与季节变化特征。结果表明:(1)SACOL、草原站和农田站上感、潜热通量的日变化均表现为单峰型,其中感热通量Hs日峰值可分别达到140.3,157.3和144.8 W·m-2;潜热通量LvE日峰值为Hs的40%~75%。(2)夜间热通量主要集中于-22.6~24.2 W·m-2,夜间Hs一年四季均表现为负值,而LvE几乎保持正值。(3)各测站上动量通量τ具有明显日变化,但由于风向、风速差异,通榆地区τ的日峰值可达0.25 kg·m-1·s-2,而SACOL仅有0.08 kg·m-1·s-2。(4)通榆站上τ的日变化具有显著季节差异,春、秋季的日较差远大于其他季。(5)排除热力因子影响,黄土高原下垫面对湍流活动的削弱作用更强,在该下垫面上近地层大气更容易也更快趋于稳定。
  • 贵州省冬季气温的时空特征及其与海气的关系
  • 严小冬;宋燕;黄晨然;杨春艳;夏阳
  • 2017 Vol. 36 (5): 1336-1345.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00122
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17108KB) ( )
  • 利用1962-2014年贵州39个代表站的冬季(12月至次年2月)温度资料和北半球500 hPa高度场及全球海温资料,通过合成分析、相关分析和小波分析等方法,对贵州冬季气温的时空特征及其与北半球500 hPa高度场、全球海温场的关系进行了研究。结果表明,近53年来,贵州冬季平均气温约为6.3℃,整体呈升温趋势,在贵州省东北部和西南部边缘最为显著;贵州冬季气温以准7年和准12年的振荡周期为主;贵州冬季气温突变于1988年,突变前贵州冷冬明显,突变后暖冬明显。异常暖冬年,格陵兰、北美和中太平洋地区的500 hPa高度场呈正距平,其余地区均为负距平,欧亚大陆的位势高度距平呈现为经向的"正-负-正"分布;异常冷冬年,在中西伯利亚地区、西欧-北大西洋和北美高度场表现为明显的正距平,其余地区均为负距平,在东半球,位势高度距平从西到东、从北到南都表现出"负-正-负"的分布形势。贵州冬季气温与前期秋季东北太平洋、赤道东太平洋和东印度洋区域的海温有显著的相关关系。异常暖冬年前期秋季,北太平洋(尤其是西北太平洋)和中印度洋(最显著)的海温距平异常显著;异常冷冬年前期秋季,北半球中东太平洋(最显著)和中印度洋的海温距平异常显著。同时,异常冷暖冬年的海温距平差值中心集中在东北太平洋和南半球中印度洋海域。
  • AMDAR温度资料的偏差订正及对GRAPES系统的影响
  • 王瑞文;龚建东;韩威;张林
  • 2017 Vol. 36 (5): 1346-1356.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00124
  • 摘要 ( ) HTML PDF (20190KB) ( )
  • 通过对AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)温度资料进行了偏差订正来改善数值预报同化预报效果。方法是以NECP(National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)的6 h预报场作为参考场来统计AMDAR观测温度减去参考场的偏差,根据飞机上升率和下降率,应用最小二乘法拟合温度资料偏差的线性回归方程,然后用回归方程结合探空资料对温度观测进行偏差订正。AMDAR资料来源是国家气象信息中心数据库,偏差统计时间为冬季(2014年12月到2015年1-2月)和夏季(2014年6-8月)。另外,应用GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统对订正后的AMDAR温度资料进行了1个月(2013年12月)的同化预报影响试验,结果表明,同NCEP的FNL(Final Operational Global Analysis data)资料相比,加入订正后的AMDAR温度资料可以减小高度分析场的偏差和均方根误差,尤其在平飞阶段(300~150 hPa),其偏差、均方根误差减小了2 gpm,对温度分析场的影响也有正效果,偏差和均方根误差最多减小0.15℃。高度场和温度场的预报距平相关系数在250 hPa以上也比温度资料订正前有所提高,温度场的预报时效提高了0.5天。
  • 华北地区雷暴大风的时空分布及物理量统计特征分析
  • 方翀;王西贵;盛杰;曹艳察
  • 2017 Vol. 36 (5): 1368-1385.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00083
  • 摘要 ( ) HTML PDF (20573KB) ( )
  • 利用2011-2015年4-9月华北地区主要区域(北京、天津、河北、山西)的重要天气报和雷暴观测资料,统计分析了该地区雷暴大风的时空分布等特征。结果表明,华北地区雷暴大风出现最多的月份为6-7月,最多的时次为下午到前半夜,大范围雷暴大风天气过程起始时间多为13:00(北京时,下同)-15:00,持续时间为4~8 h,高海拔地区出现雷暴大风的频次大于低海拔地区。在将华北地区站点分为高海拔站点和低海拔站点的基础上,使用2011-2013年4-9月的NCEP物理量分析场对雷暴大风过程的指示性进行统计分析,结果表明:多数常用的热力指标需考虑季节因素;下沉对流有效位能阈值基本不随季节变化,并对高海拔和低海拔区域的雷暴大风的出现及其范围均有一定的指示性;对流抑制能量、0~3 km垂直风切变、低层散度、500 hPa风场、整层可降水量、500 hPa相对湿度08:00-14:00变化等物理量在一些具体方面对于雷暴大风的出现及范围有一定的指示性。主要发生在高海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度均在50%以下;主要发生在低海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度基本在50%以上;850 hPa相对湿度较大的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差在24~28℃,850 hPa相对湿度较小的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差则常常达到30℃或以上。