高原气象

高原气象

第37卷 第3期 2018-06-28   

目录

论文

  • 中国西北旱区暴雨水汽输送研究进展
  • 钱正安;蔡英;宋敏红;吴统文;周建琴;栾晨
  • 2018 Vol. 37 (3): 577-590.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00032
  • 摘要 ( ) HTML PDF (6115KB) ( )
  • 为突破中国西北旱区水汽输送分析分歧大、难深入的瓶颈，本文在梳理、剖析以前工作的基础上，先重点分析、评述了西北核心旱区夏秋季及晚春暴雨的水汽源地、水汽输送路径和模型的研究进展，也指出仍存在的问题。主要结论如下：（1）西北区范围大，地形分隔明显，不同季节各地的降水环流变化也大，各地的水汽源地等差异大是合理的，应分区分季节分别研究。（2）先就西北区东、西部分别简洁地总结了该两区夏季主雨、主干旱的盛行组合环流型。（3）在夏秋季我国东部、河西走廊地区先后相继出现副热带高压（简称副高）西伸、偏东风等特定有利流型下，台海水汽能借助西伸副高南侧的东南风急流等三支急（气）流，沿一逆“之”字形路径，被接力输送到西北核心旱区，再与北方槽冷空气交绥致雨。即核心旱区的主要水汽源地在台海区，其水汽输送动态过程详图也被构建。那是核心旱区夏秋暴雨水汽输送的主要型态之一。（4）在春季，特别是晚春，若孟湾、我国东部及河西分别相继出现孟湾西南气流、晚春南下弱冷高压阻挡及河西偏东风流型背景下，孟湾水汽亦能借助孟湾西南急流等三支急（气）流，沿环绕高原东边缘的半圆形路径，被“三棒接力”输送到核心旱区致雨。即：孟湾也是影响西北核心旱区春季，特别是晚春暴雨的另一重要水汽源地。
  • 青藏高原地面加热场年际变化特征及其与西风急流关系研究
  • 樊威伟;马伟强;郑艳;杨智敏
  • 2018 Vol. 37 (3): 591-601.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00062
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12774KB) ( )
  • 利用ERA-Interim地表热通量再分析资料（包含感热通量及潜热通量数据）分析了1979年3月至2009年2月青藏高原地区（下称高原）地面加热场的时空分布特征及其年际变化趋势。突出青藏高原地面加热场与西风急流的联系，分别探讨了青藏高原春季感热及潜热变化的可能影响机制。结果表明：（1）高原感热空间分布大体呈现为自西北向东南递减的特征，潜热与感热呈反相的空间格局，自西北向东南逐渐增强。（2）相比于夏、秋、冬三季，春季高原地表热通量年际变化特征较为突出，其中感热通量显著减少，潜热通量显著增加[分别为-1.83和0.79 W·m-2·（10a）-1]，该趋势和全年平均热通量年际变化情况一致。（3）就年际变化而言，春季感热通量与潜热通量之间存在明显的负相关（相关系数为-0.69），表明可能存在某一气候因子使得春季感热减弱而使潜热增强。进一步分析发现，高原地面加热场与西风急流存在密切的联系，春季西风急流的减弱在影响高原感热强度的同时，对高原潜热也具有较大影响。其可能影响机制如下：受高原上空西风急流减弱的影响，高原地表风速减弱从而导致感热通量显著减少；春季西风急流的减弱导致印缅槽的增强，在孟加拉湾上空形成一异常气旋环流，使该地区对流增强、水汽上升异常，同时气旋中北向暖湿气流将水汽携带至高原南侧，并通过影响高原降水量改变其潜热通量。
  • 太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地潜热通量的影响研究
  • 谢琰;文军;刘蓉;王欣;贾东于
  • 2018 Vol. 37 (3): 614-625.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00063
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2178KB) ( )
  • 利用2014年6月1日至8月31日中国科学院麻多黄河源气候与环境综合观测站（下称麻多站）陆面过程观测试验资料，将大气和地表因素之和作为环境因子探讨其对潜热通量的影响，分析了太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地下垫面潜热通量的影响，并对其进行了定量化评估（即控制参量）。结果表明：（1）太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对大气因素控制平均为0.98和0.02，即太阳辐射是影响潜热通量的相对大气因素控制的主要因子，水汽压差的影响可忽略。（2）太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对地表因素控制平均为0.12和-0.31，前者早晚大，中午小，后者绝对值早晚小，中午大。（3）太阳辐射对潜热通量的绝对总控制平均为0.22，相对总控制平均为1.10。水汽压差的绝对总控制平均为-0.06 W·m-2·Pa-1，相对总控制平均为-0.29。（4）太阳辐射主要是通过直接作用（大气因素）影响潜热通量；而水汽压差则主要通过改变湿地地表阻抗的间接作用（地表因素）影响潜热通量。（5）高寒湿地下垫面地-气退耦因子（Ω）平均为0.38，表明高寒湿地与大气间的耦合程度较差，实际情况亦是如此，太阳辐射是影响高寒湿地下垫面潜热通量的主要因子。本研究为气候变化背景下的潜热通量参数化及其蒸散发研究开辟一条新的研究思路。
  • 再分析土壤温湿度资料在青藏高原地区适用性的分析
  • 丁旭;赖欣;范广洲;文军;袁源;王欣;王作亮;朱丽华;张永莉;王炳赟
  • 2018 Vol. 37 (3): 626-641.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00060
  • 摘要 ( ) HTML PDF (30971KB) ( )
  • 利用2010-2016年中国科学院西北生态环境资源研究院青藏高原土壤温度与湿度监测网观测数据在不同气候区和植被条件的4个地区（阿里、狮泉河、那曲和玛曲）对8套土壤温湿度再分析产品（ERA-Interim、CFSR、CFSv2、JRA-55、GLDAS-NOAH、GLDAS-CLM、GLDAS-MOS和GLDAS-VIC）进行对比分析，使用相关系数、均方根误差、平均偏差、无偏均方根误差和标准差比等统计参数综合比较各土壤温湿度产品对观测值的模拟性能，寻找适用于青藏高原地区的长时间大尺度土壤温湿度产品。结果表明：对于土壤温度，GLDAS-CLM产品在大部分站点能够合理再现两层（0~10 cm和10~40 cm）土壤温度随时间的动态过程和变化细节，虽然结果略高估观测土壤温度值，但在数值上与观测值较为接近，并且与观测值呈显著正相关关系。对于土壤湿度，土壤冻结期再分析产品不能表现土壤湿度的动态变化特征；非冻结期GLDAS-NOAH和GLDAS-CLM产品能够较好的刻画各地区两层土壤湿度随时间变化的动态过程特征，不论在误差统计量还是相关性方面都表现为最优值。GLDAS-MOS、GLDAS-VIC、ERA-interim和CFSv2产品虽然在一定程度上能够展现部分地区土壤湿度的变化趋势，但对观测值的刻画效果并不理想，而JRA-55产品无法描绘各地区土壤温湿度变化。
  • 东亚和北美地区温度和降水变化特征
  • 杨朝虹;张镭;苑广辉;郭琪;孙乃秀;杜韬
  • 2018 Vol. 37 (3): 662-674.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00083
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17602KB) ( )
  • 温湿变化的年代际特征及区域差异是全球气候变化研究的重要内容之一。利用1901-2014年东英吉利大学气候研究中心（CRU）TS3.20月地表温度和降水资料分析了东亚和北美地区温度和降水变化的季节性和区域特征，并利用1979-2015年欧洲中心天气预报中心（ECMWF）ERA-Interim日最高/最低温和降水资料进一步分析了东亚和北美地区受极端天气影响的区域所占比例的年际变化。结果发现，近110多年来东亚地区[0.134℃·（10a）-1]的增温趋势高于北美地区[0.102℃·（10a）-1]，东亚干旱半干旱区的增温趋势低于东亚地区，而北美干旱半干旱区的增温趋势高于北美地区。季节性特征表现为在冷季增温明显，东亚地区冷季增温约是暖季的2.9倍，北美地区为1.3倍。季节性增温存在明显的纬度差异，在东亚和北美高纬度地区（45°N以北）冷季温度的增长速率通常比暖季大。东亚和北美的降水增加趋势均高于北半球，暖季降水增加明显并且主要发生在东亚和北美高纬度地区（45°N以北）。东亚和北美的干旱半干旱区的降水没有明显增加趋势，分别为0.04 mm·（10a）-1和0.07 mm·（10a）-1。东亚和北美地区及东亚和北美的干旱半干旱区受极端高温影响的面积有增加趋势，受极端低温影响的面积没有明显变化，受极端降水影响的面积有减少趋势。北美和东亚地区以及北美和东亚干旱半干旱区的月平均温度对PDO（Pacific Decadal Oscillation）的响应比ENSO（El Niño Southern Oscillation）明显，月平均降水对ENSO的响应比PDO明显。
  • 高原低涡东移加深过程的结构分析
  • 杨颖璨;李跃清;陈永仁
  • 2018 Vol. 37 (3): 702-720.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00054
  • 摘要 ( ) HTML PDF (56307KB) ( )
  • 利用NCEP再分析资料、常规观测资料和FY-2E黑体亮温（TBB）资料对2010年7月21-26日一次成熟阶段垂直厚度大于500 hPa的深厚高原涡的结构和演变特征进行了综合分析，探讨了此次深厚型低涡的发生发展与高层环流的关系。结果表明：（1）深厚型高原涡生成阶段，低涡内辐合弱，下沉运动强，动力辐合作用不是该低涡发展至对流层高层的原因。南亚高压北侧、东侧高空急流的下沉支流将高层高位涡、高动量的空气向下输送，促使该低涡生成、发展。深厚型高原涡的演变与南亚高压联系密切，南亚高压东部脊线北抬，形成“东北西南”向，其东南侧的东北气流引导深厚型低涡向西移动。（2）浅薄型高原涡500 hPa上暖心明显，其上为冷性结构。深厚型高原涡在热力结构上分层明显，时空演变较为复杂，低涡在250 hPa上与南压高压具有相同的暖性结构，250 hPa以下为冷性结构，冷性结构的转变过程在不同高度上存在差异。（3）对比不同阶段深厚型高原涡与浅薄型高原涡的动力差异发现，低涡形成前期，深厚型高原涡有强辐合和上升运动，而浅薄型高原涡辐合较弱，以下沉运动为主；在消散期，深厚型高原涡主要减弱因子是水平涡度平流，而垂直涡度转换成水平涡度是造成浅薄型高原涡垂直涡度下降的主要原因。
  • 青藏高原东侧不同云类对气温变化影响的初步分析
  • 张琪;李跃清;任景轩
  • 2018 Vol. 37 (3): 734-746.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00085
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5708KB) ( )
  • 利用1984-2009年青藏高原东侧的地面气温和ISCCP D2云资料，对不同云类与气温的关系及影响进行了SVD、对比和合成分析。结果表明，20世纪80年代是近50年来川渝盆地最冷的10年，90年代中期是川渝盆地由偏冷向偏暖变化的一个重要转折期，且川渝盆地变暖滞后全国主要是由春季和秋季气温异常造成，其中盆地西部是显著异常区。雨层云、卷云、深对流云与气温均存在显著关系，且与气温关系和影响程度均不同；其中，雨层云、深对流云产生“温室效应”与气温存在正相关关系，卷云反射太阳短波辐射与气温呈负相关关系；由于雨层云、深对流云产生降水削弱增温效果，不及卷云与气温的关系突出。另外，雨层云、卷云、深对流云3者之间存在显著相关关系，且卷云与雨层云、深对流云均存在负相关关系，雨层云与深对流云之间呈正相关关系；3者间卷云与雨层云的负相关最为显著。鉴于这3种云类共同影响气温且与气温相关较显著，建立多云回归模型，并通过了显著性检验，对川渝盆地的气候变化预报起到一定的指导作用。
  • 祁连山TRwS204与中国标准雨量筒降水观测对比研究
  • 郑勤;陈仁升;韩春坛;宋耀选
  • 2018 Vol. 37 (3): 747-756.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00039
  • 摘要 ( ) HTML PDF (2942KB) ( )
  • 山区降水类型、过程和气候条件复杂多变，不同雨量筒观测结果均存在一定的误差，亟需了解常用人工和自记雨量筒之间及其与实际降水量之间的差异。针对中国标准雨量筒[无防风措施（CSPGUN）和配备单层Alter防风圈（CSPGSA）]和在祁连山常用的TRwS204称重式雨雪量计[配备单层Alter防风圈（TRwSSA）]，于2014年9月至2017年8月在祁连山黑河上游葫芦沟小流域开展了同步降水观测对比试验，以按照世界气象组织推荐的固态降水测量标准安装的中国标准雨量筒的修正值作为标准降水量。结果表明：（1）CSPGUN、CSPGSA和TRwSSA降雨观测的平均动力损失（平均动力损失与平均标准降雨量的百分比）分别为0.21 mm（3.4%）、0.12 mm（1.9%）和0.61 mm（9.8%），雨夹雪分别为0.37 mm（7.6%）、0.16 mm（3.3%）和0.51 mm（10.5%），降雪分别为0.27 mm（10.2%）、0.09 mm（3.4%）和0.57 mm（21.4%）。（2）CSPGUN和CSPGSA动力损失的差异主要与防风圈的使用有关，而CSPGSA和TRwSSA动力损失的差异主要与雨量筒形状不同有关，同时本研究结果还可能受到TRwS204特定误差的影响。（3）当风速高于2.0 m·s-1时，各雨量筒降雨捕捉率出现明显的降低。因雨夹雪和降雪期间的平均风速较低，只有CSPGUN降雪捕捉率随风速的增加出现一定的降低。
  • 高山区多时间尺度Anusplin气温插值精度对比分析
  • 贾洋;崔鹏
  • 2018 Vol. 37 (3): 757-766.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00072
  • 摘要 ( ) HTML PDF (9275KB) ( )
  • 以中国地形起伏较大的横断山区为研究区，利用研究区内51个国家气象站点1960-2014年气温数据，以高程为协变量，采用Anusplin对不同时间分辨率（年代、年均、季节、月、日）的气温数据分布进行空间插值。通过气象站点交叉验证，结合绝对误差（平均绝对误差和均方根误差）和相对误差（平均相对误差）等量化指标，对比分析各个时间尺度气温数据的插值精度。结果表明：（1）夏季插值的绝对精度和相对精度最优，年代、年均和秋季气温插值的绝对精度水平相近，春季次之，冬季气温插值的绝对精度和相对精度最差。（2）在区域气候变化趋势方面，各个时间尺度气温插值数据的变化趋势和变化率与观测值结果一致。（3）年内各月均温和各月内日均温插值结果的相对精度和绝对精度在夏季月份精度最佳，在冬季月份精度最差，且各月内日均温插值结果在绝对精度和相对精度方面均低于各月均温插值结果的精度水平。分析显示，利用Anusplin的山区气温插值，气温海拔梯度性的优劣是造成不同时间尺度气温插值精度水平不一致的主要原因。
  • 一次六盘山两侧强对流暴雨中尺度对流系统的传播特征
  • 赵庆云;张武;陈晓燕;苟尚
  • 2018 Vol. 37 (3): 767-776.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00068
  • 摘要 ( ) HTML PDF (23527KB) ( )
  • 2016年8月24日19：00至25日08：00（北京时）在500 hPa副热带高压控制下，甘肃中东部、陕西关中出现强对流暴雨，19个乡镇出现大暴雨，最大降水量达158.7 mm，小时最大降水量达79.1 mm，且伴随雷电天气，呈现典型的强对流天气特征。利用卫星、雷达、地面加密资料、ECMWF细网格资料、NCEP再分析资料和常规观测资料，重点分析造成短时强降水的中尺度系统的发生、发展以及中尺度对流系统传播特征。结果表明，大暴雨主要由2个中尺度对流系统产生；中尺度对流系统的发生、发展与中尺度地面辐合线有密切关系；低层动力场的切变扰动在六盘山两侧形成东西向的辐合线，雷暴单体在辐合线附近强烈发展，整体随辐合线向偏南方向移动；六盘山以西的辐合线影响甘肃中部，六盘山东侧的辐合线在移动中分裂为两段：东段继续向偏南方向移动，影响甘肃陇东；西段移到关中西部时，沿峡谷进入关中西部的偏北风，受地形影响转为西北风，使辐合线由东西向转为南北向，雷暴单体随辐合线沿地形走向自西向东移动，影响关中；有利的动力、热力因素，对六盘山东侧中尺度对流系统的加强和传播方向的改变起到重要作用。
  • CDF-T方法在站点尺度日降水预估中的应用
  • 吴蔚;梁卓然;刘校辰
  • 2018 Vol. 37 (3): 796-805.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00064
  • 摘要 ( ) HTML PDF (11585KB) ( )
  • 基于1961-2015年上海降水观测数据和8个全球气候模式GCMs模拟的日降水量数据，采用累计概率分布函数构建转换模型CDF-T建立了站点尺度日降水量的统计降尺度模型。结果表明，降尺度模型显著改善了GCMs对降水日数偏多、降水强度偏低和降水量偏少的模拟结果。与利用全年日降水序列建模结果相比，利用汛期日降水序列建模更好地刻画了汛期降水的累计概率分布曲线，同时提高了汛期总降水量、降水强度和年平均暴雨日数、暴雨量、暴雨强度的均值和变化趋势的降尺度效果。模型对较长年份的暴雨重现期订正效果更佳。与当代（2006-2015年）气候相比，2016-2095年上海降水呈现以下特征：全年和汛期总降水量和降水强度增加，降水日数减少，未来可能出现更多的旱涝年；汛期降水极端性增强，暴雨降水均值和极端值均增加；50年以上重现期的年最大日降水量未来呈前40年减少后40年增加的变化。CDF-T模型为站点尺度气候变化影响评估和未来预估提供降尺度技术和基础气候数据。
  • 塔克拉玛干沙漠腹地夜间稳定边界层观测个例分析
  • 张建涛;何清;王敏仲;金莉莉
  • 2018 Vol. 37 (3): 826-836.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00030
  • 摘要 ( ) HTML PDF (5881KB) ( )
  • 利用塔克拉玛干沙漠腹地2016年7月13-14日和26-27日GPS探空和地面气象观测资料，分析了塔克拉玛干沙漠夏季晴天夜间各气象要素垂直廓线特征。结果表明：夜间（21：00至次日08：00，北京时，下同）稳定边界层的厚度达到240 m。残余混合层最大厚度与前一天对流混合层厚度相当，随时间推移其厚度到10：15损耗近三分之一，残余逆温层顶盖厚度达到400 m；在残余逆温层顶盖和稳定边界层顶附近有风速极大值出现，而07：15稳定边界层顶附近有低空急流发展，其最大风速达到10.8 m·s-1；夜间低空处比湿的变化趋势是先增后减小再增大的过程，其最小值为2.95 g·kg-1，出现在04：15的稳定边界层顶附近。残余混合层内比湿随高度略微增大；夜间逆温层对水汽通量有阻挡和聚合的作用，使其在稳定边界层顶和残余混合层顶附近出现极大值，并于07：15达到最大值。垂直水汽通量于04：15在残余混合层中下部做下沉运动、上部和残余逆温层顶盖中做上升运动；同时，夜间陆面过程中，存在较强的辐射冷却和较小的摩擦速度，这也是形成较为浅薄的夜间稳定边界层主要的热力因素和湍流动力因素。
  • 对流冷池对黑风暴沙尘抬升和传输影响的大涡模拟研究
  • 张君霞;黄倩;田文寿;郭振海;田红瑛;吴稀稀
  • 2018 Vol. 37 (3): 850-862.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00046
  • 摘要 ( ) HTML PDF (18815KB) ( )
  • 利用“西北干旱区陆-气相互作用野外观测实验”加密观测期间敦煌站的温度探空廓线作为大涡模式的初始场，通过在模式中设置冷源的方法，模拟研究对流冷池中的湍流结构特征，以及冷池头部和尾部的湍流对沙尘抬升和垂直传输的影响；进一步通过改变冷源冷却率和冷源半径大小的敏感性试验，探究冷源强度和尺度变化对对流冷池内湍流结构、冷池移动速度和沙尘抬升效率等特征的影响。研究表明：（1）模式模拟的对流冷池结构特征与观测结果较为一致，冷池的头部为较大的湍流涡旋，尾部是受头部下沉气流的阻挡和风切变共同作用形成的湍流涡旋，强度和尺度较小，且距离头部越远，尾部湍流强度也越弱。（2）冷池头部涡旋引起的沙尘抬升潜势较尾部的大，冷池密度流抬升的沙尘大部分在冷池内混合，仅少部分扩散到冷池外，头部的沙尘绝对浓度约是尾部的两倍。（3）增大模式冷源冷却率和冷源尺度，冷池密度流强度增强，头部涡旋移动速度增大，产生的沙尘抬升潜势也增大，沙尘可被冷池内增强的湍流涡旋传输到较高的高度，但由于冷池与环境大气的夹卷作用也增强，冷池消散也较快。
  • 自动与人工观测霾日、雾日序列连续性分析
  • 任芝花;余予;韩瑞;冯明农
  • 2018 Vol. 37 (3): 863-871.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00007
  • 摘要 ( ) HTML PDF (15611KB) ( )
  • 由原始观测数据统计显示，2014年全国雾霾（包括雾、轻雾和霾）日数偏高，尤其霾日数是2000-2013年均值的4.2倍。依据2014年雾霾现象保留人工观测或采用自动观测，将全国2 400余个国家站分为人工站和自动站，分别就两类站2014年雾霾现象日数与其历史序列进行了对比分析。结果表明，人工站2014年平均雾霾日数与其2000年以来平均状况及2013年平均雾霾日数接近；而自动站2014年平均雾霾日数明显偏高，成为2000年以来之最，且明显高于2013年统计结果。通过对比分析自动与人工观测方法表明，雾霾现象自动观测采用瞬间观测记录，是造成2014年全国雾霾日数异常偏高的主要原因。基于霾现象持续性特征，针对自动观测霾数据，研究确定了1天至少6个连续时次“现在天气现象”有霾记录，“连续天气现象”方记霾现象的订正方法。统计结果表明，订正前全国2014年平均霾日数为59天，而订正后下降为31天，基本与2013年持平。进一步分析表明，2000年以来我国霾发生频率呈增加趋势，尤其2013年和2014年，霾发生频率成为2000年以来之最。

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