高原气象

高原气象

第38卷 第3期 2019-06-28   

目录

论文

  • 青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析
  • 刘菊菊;游庆龙;王楠
  • 2019 Vol. 38 (3): 449-459.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00138
  • 摘要 ( ) HTML PDF (18416KB) ( )
  • 利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原（下称高原）夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明：高原夏季云水含量占全年48%，东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道（依次简称通道1、2、3、4）。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2，4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时，来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送，主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时，南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时，西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原，主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时，来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送，使高原中部、东南部云水含量偏多。此外，西太平洋副热带高压（下称副高）偏西南偏强时，水汽通道2、4强度偏强，有利于水汽向高原输送。
  • 青藏高原大气蕴含潜热时空分布特征研究
  • 陈月;李跃清;范广洲;陈宇航
  • 2019 Vol. 38 (3): 460-473.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00130
  • 摘要 ( ) HTML PDF (29009KB) ( )
  • 利用ECMWF（欧洲中期天气预报中心）月平均比湿资料，通过直接对比湿q进行多年平均计算、气候倾向率分析、EOF分解等，研究了1979-2015年青藏高原（下称高原）地区大气蕴含潜热的时空分布特征及年际、年代际变化特征。结果表明，高原大气蕴含潜热从低层向高层逐渐减少，且夏季蕴含潜热最多，其次为春、秋，且两季分布特征大致相似，冬季蕴含潜热最少，各季大值均集中在高原东南部及南部；蕴含潜热整体呈增长的趋势，夏季增长最快，冬季最慢；高原西部和云贵高原地区大气蕴含潜热均有不同程度的减小，夏季减小最快，冬季减小最慢；EOF分析中，各积分层以及整层[地表到500 hPa积分（第一积分层）；500~400 hPa积分（第二积分层）；400~300 hPa积分（第三积分层）；地表到300 hPa积分（整层）]在第一模态下均大致呈正分布；在第二模态下均呈“正-负”的偶极子分布（其中第一积分层和整层为西南—东北“正-负”分布，其余两层为东—西“正-负”分布），说明蕴含潜热在这两种分布状态中的变化趋势均存在反相关系）；在第三模态下均在西北—东南方向为“正-负-正”的分布。各积分层以及整层除第二模态年际变化相对明显外，其他两个模态年际变化均不明显。
  • 基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究
  • 朱丽;刘蓉;王欣;王作亮;文军;赵阳;谢琰;张堂堂
  • 2019 Vol. 38 (3): 484-496.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00015
  • 摘要 ( ) HTML PDF (19748KB) ( )
  • 依据近10年黄河源区流域气象台站的降水观测资料，提取夏季降水最强月对应的异常特征，利用拉格朗日粒子扩散模式（Flexible Particle Dispersion Model，FLEXPART），针对目标时段开展大气粒子群（气块）的后向模拟，着重分析了流域内降水正负异常状态下的水汽输送特征及其差异，并评估各水汽源地对流域内三类降水的贡献。结果表明，以“S”型跨赤道输送（“由阿拉伯海至孟加拉湾和印度半岛再由青藏高原西南侧进入黄河源区”）和“几”型输送（“由南中国海经长江中下游平原后途径四川盆地再进入黄河源区”）为代表的南支路径是2012年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径；而以东、西风急流作用下的两条远距离输送（“由南中国海至孟加拉湾和印度半岛东北部附近后再经由青藏高原西侧或北侧进入黄河源区”以及“由欧洲平原东部和中亚地区进入青藏高原西侧或北侧后到达黄河源区”）为代表的北支路径是2015年7月黄河源区对应的主要水汽输送路径。在对气块后向模拟追踪的同时，对其运动过程中的比湿变化进行了对应经纬度网格的空间平均，变化特征显示出喜马拉雅山南麓、四川盆地周边、孟加拉湾和青藏高原北侧是黄河源区流域降水对应的潜在水汽源地。由定量评估贡献率的结果可知：青藏高原北侧的广大干旱及半干旱草原地区是2015年7月黄河源区降水的最主要水汽来源，其贡献率高达52.9%；而在2012年，三个主要源地的贡献率差异远不及2015年显著；无论对应何种类型的降水，青藏高原西南部和北侧提供了黄河源区主要可供降水的外来水汽。
  • 那曲高寒草地总体输送系数及地面热源特征
  • 郑汇璇;胡泽勇;孙根厚;谢志鹏;严晓强;王奕丹;付春伟
  • 2019 Vol. 38 (3): 497-506.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00024
  • 摘要 ( ) HTML PDF (1014KB) ( )
  • 利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据，估算了青藏高原那曲地区典型高寒草地下垫面的热量和水汽总体输送系数以及地表大气相对湿度因子，在此基础上利用中国气象局那曲气象站1980-2016年的常规业务观测数据，采用总体输送法计算并分析了那曲高寒草地地表通量特征。研究结果表明：（1）那曲/BJ观测点地表大气相对湿度因子γ的数值在33%~62%，9月最大，2月最小，热量和水汽输送系数CH和Cλ的季节变化范围分别在1.6×10-3~2.7×10-3和1.0×10-3~2.0×10-3，两者存在较大的差异。（2）1980-2016年那曲高寒草地感热通量总体呈现减弱趋势，而潜热通量呈现增强趋势，导致地面热源变化趋势不明显；分阶段来看，感热通量的变化在2004年前后发生转折，转折点前后的趋势为先减弱后增加，潜热通量在1994-2005年下降趋势明显，这也导致地面热源在1995-2005年有一个明显的减少。（3）年内季节变化上潜热通量相较于感热通量更明显，地面热源的季节变化更依赖于潜热通量的季节变化。
  • 高原季风特征及其与东亚夏季风关系的研究
  • 王奕丹;胡泽勇;孙根厚;谢志鹏;严晓强;郑汇璇;付春伟
  • 2019 Vol. 38 (3): 518-527.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00025
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  • 利用ERA-Interim的位势高度场、温度场和风场再分析资料，计算了1988—2017年的传统高原季风指数（Trational Plateau Monsoon Index，TPMI）和动态高原季风指数（Dynamic Plateau Monsoon Index，DPMI），分析了高原季风的空间分布特征和时间演变规律，结合东亚夏季风指数（East Asian Summer Monsoon Index，EASMI），探讨了高原季风与东亚季风的关系。研究表明：（1）高原夏季风从4月开始形成，暖性低值系统在高原上生成；6月暖性低压系统中心形成并达到最强，此时高原夏季风强度也达到最大；10月暖性闭合低压系统向东北方向移动且强度也随之减弱并退出，高原夏季风结束。（2）DPMI和EASMI具有明显的年际变化特征，在关键年高原夏季风和东亚夏季风的强度表现一致。（3）中纬度受东亚季风所影响区域的位势高度场和青藏高原区域的位势高度场均处于同一正相关区域，而且超前两个月的DPMI同EASMI的相关系数最大，表明高原夏季风对东亚夏季风具有一定的指示意义。（4）东亚夏季风经圈环流受高原温度场变化的影响而移动，高原夏季风的低压系统与高原温度场关系密切。
  • 云贵高原东部两次典型气象干旱年汛期环流特征对比
  • 池再香;胡跃文;夏阳;胡祖恒;杜正静;严锐
  • 2019 Vol. 38 (3): 528-538.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00161
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17224KB) ( )
  • 利用云贵高原东部84个地面气象观测站2011年和2013年4—9月逐日降水和温度资料、NCEP/NCAR再分析资料以及积温干燥度公式和视水汽汇公式，对2011年（拉尼娜年）汛期（4—9月）和2013年（中性年）汛期（4—9月）云贵高原东部干旱天气的基本特征和环流异常进行分析。结果表明，2011年汛期平均降水量比2013年汛期少，但均具有时空分布不均的特点；2011年汛期降水量偏少，主要是4—5月和7—9月的降水贡献大，2013年汛期降水量偏少，主要是7—8月的降水贡献大，且积温干燥度指数较好地反映了2011年和2013年汛期的干旱程度。2011年、2013年汛期的南亚高压均偏强、面积均偏大、东侧脊点位置均偏东，但2011年汛期的西太平洋副热带高压的强度、面积均比2013年汛期的偏强、偏大，是2011年汛期干旱天气比2013年汛期偏重的重要原因。孟加拉湾、南海以及西太平洋中低层的水汽输送偏弱是云贵高原东部2011年和2013年汛期降水少的主要原因，且云贵高原东部上空的水汽辐散中心与其降水量有较好的对应关系；700 hPa的水汽输送异常减少对2011年和2013年汛期干旱的发生起决定性作用，云贵高原东部2011年汛期700 hPa层上的水汽辐散比2013年汛期的强，导致其降水量比2013年汛期的少。视水汽汇揭示了2011年汛期干旱程度比2013年更严重的事实。500 hPa环流场、700 hPa水汽输送场对于云贵高原东部较长时间的旱涝预报具有一定的参考价值。
  • 利用TRMM PR和IGRA探测分析的拉萨降水云内大气温湿廓线特征
  • 王梦晓;王瑞;傅云飞
  • 2019 Vol. 38 (3): 539-551.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00011
  • 摘要 ( ) HTML PDF (11974KB) ( )
  • 利用热带测雨卫星测雨雷达（TRMM PR）降水回波反射率因子廓线（降水率廓线）与全球探空大气温湿廓线（IGRA）的多年融合资料，研究了青藏高原拉萨站夏季降水结构及相应的大气温湿结构特征。结果表明，该站降水回波反射率因子分布在17~45 dBz，大部分小于26 dBz；回波顶高度达17 km，呈现“瘦高”外形；相应的大气低层湿润，降水云内大气并非饱和，但温度露点差比全部状态时的值小。深厚降水系统的回波外形也呈现“瘦高”，按照降水率随高度的非线性变化，其垂直结构可分为三层，而浅薄降水系统的垂直结构呈现一层，即平均降水率斜率随高度呈对数线性变化，最大平均降水率（0.7 mm·h-1）出现在地面。深厚降水与浅薄降水云体内400 hPa高度（7.5 km）上下的露点温度递减的速率不同。降水云体内的零度层高度大约6.3 km，但PR没有探测到零度层亮带。统计结果还表明拉萨探空站及附近的大气可降水量为20.89 mm·d-1，降水转化率为27.0%，深厚降水系统的降水转化率是浅薄降水系统的2.9倍，深厚降水系统和浅薄降水系统的CAPE值分别为1941.7 J·kg-1和1451.8 J·kg-1。本研究结果为模式模拟青藏高原降水云内的温湿结构提供了观测依据。
  • 湖南持续性区域暴雨气候特征及暴雨落区分型
  • 戴泽军;蔡荣辉;彭莉莉;柏峰;张超
  • 2019 Vol. 38 (3): 573-582.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00094
  • 摘要 ( ) HTML PDF (12886KB) ( )
  • 基于1961-2016年湖南88个台站逐日降水及NCEP再分析数据，利用突变分析、聚类分析、合成分析等方法，分析了湖南持续性区域暴雨的气候特征，并对暴雨落区进行了分型。结果表明，近56年湖南持续性区域暴雨过程年平均出现2次，最长持续日数为5天；夏季发生次数最多占73%，冬季未发生，出现较多的月份5，6，7和8月分别占16%，38%，20%和14%；持续性区域暴雨过程次数在1993年发生了均值突变，年平均过程次数从1961-1992年的1.4次增加至1993-2016年的2.8次。持续性区域暴雨过程年均发生0.9次以上的区域主要分布在湘中以北，湘中以北较湘南年均次数偏多。持续性区域暴雨强度全省区域平均值为82.5 mm·d-1，大于85 mm·d-1的台站主要分布在湘西北及湘东南。暴雨日强降水落区可分为4类空间分布型即湘西北型、湘中偏北型、湘中偏南型及湘东南型，4类空间分布型的累计暴雨日数占总持续性区域暴雨日数的百分比依次为25.6%，30.1%，21%和18.4%，湘西北型与湘东南型的降水强度较湘中偏北型与湘中偏南型的降水强度大，且强降水落区相对更集中；对应4类暴雨落区分型合成的925 hPa风场切变及水汽辐合大值区的位置、走向与4类暴雨空间分布型的强降水落区基本吻合，对强降水的落区有较好指示性。
  • 疏勒河流域极端水文事件对极端气候的响应
  • 程玉菲;程文举;胡想全;金彦兆
  • 2019 Vol. 38 (3): 583-592.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00027
  • 摘要 ( ) HTML PDF (3790KB) ( )
  • 为了明确疏勒河流域极端水文事件对极端气候事件的响应关系，选取疏勒河流域内及其周边的托勒、敦煌、瓜州、玉门、酒泉、马鬃山等气象站点的气温、降水和蒸发的日值数据，昌马堡水文站的日径流数据，通过趋势分析、滑动平均、主成分分析等方法，分析疏勒河流域极端气候指数、极端水文事件的年际变化规律以及影响极端水文事件的因素，并明确该流域极端洪水年内分布特征。结果表明：疏勒河流域年际气温升高趋势明显，降水量呈波动变化，增加趋势不明显，而蒸发量呈下降的变化趋势。表征高温的极端气温指数呈显著上升趋势，表征低温的极端气温指数呈显著下降趋势，说明疏勒河流域气温增幅明显。极端降水指数呈显著的增加趋势。该流域极端洪水事件和频次呈上升趋势，而极端枯水事件和频次呈下降趋势。极端洪水事件主要受控于极端降水事件，特别是极端降水总量，极端高温事件对极端洪水总量的增加也有影响，而极端枯水事件主要受控于极端低温事件。此外，2000-2016年年最大洪峰流量出现的时间有由8月向7月转变的趋势。
  • 天山山区夏季MαCS时空分布特征
  • 李建刚;姜彩莲;张云惠;杨莲梅;孙鸣婧
  • 2019 Vol. 38 (3): 604-616.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00151
  • 摘要 ( ) HTML PDF (17128KB) ( )
  • 利用常规观测、FY-2E卫星及EC-Interim 0.5°×0.5°再分析资料对2010-2014年夏季天山及其两侧地区α中尺度对流系统（MαCS）的时空分布特点进行分析，并对典型个例的云图特征和环境条件进行了深入的探讨。结果表明：（1）6月为MαCS出现的高发期且椭圆形MαCS占多数。MαCS形成和发展期主要集中在午后和后半夜，消亡于前半夜，三个时期最易发生时间依次滞后大约2 h，圆形和椭圆形MαCS日频次分别呈单峰和多峰型变化分布。MαCS生命史主要为3~6 h，其中6月生命史分布较广，7-8月较集中；大部分椭圆形MαCS较圆形MαCS生命史和消亡阶段长，圆形MαCS在形成阶段维持时间较长。（2）MαCS多生成于山边平原或浅山区，并在山区主脉上空形成直至成熟，在河谷和山脉两侧的平原区消亡。MαCS成熟期冷云盖长轴长度集中在500~800 km，云顶面积随MαCS出现频次增加而逐渐减小。圆形MαCS发展期移动缓慢，成熟后移速加快，椭圆形MαCS始终移速较慢。MαCS云团TBBmin呈现单峰型且近似正态分布，圆形较椭圆形MαCS的TBB平均梯度大。（3）天山山区MαCS的形成主要是通过层云中多个独立的β中尺度对流云团合并形成。MαCS易发生在高层急流带的抽吸区以及中层低槽前部的辐合上升区，中低层西南和西北气流携带的充沛水汽在大气不稳定层结、不稳定能量持续聚集的背景下辐合上升，促使MαCS不断发展。
  • 雷达径向速度资料同化中不同坐标转换方案的对比试验
  • 慕熙昱;徐琪;潘玉洁;孙世玮;李昕;黄安宁
  • 2019 Vol. 38 (3): 625-635.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00012
  • 摘要 ( ) HTML PDF (36454KB) ( )
  • 利用江苏省气象局与美国强风暴实验室联合开发的高精度数值分析及预报系统（Precision Weather Analysis and Forecast System，PWAFS）对雷达资料同化中径向速度资料的两种坐标转换方案进行对比分析。Grid方案将雷达径向速度资料通过最小二乘法从极坐标映射到模式三维网格；Tilt方案将雷达径向速度资料通过双线性插值在水平方向插值至标量水平网格，但在垂直方向不进行插值，保留在雷达仰角对应的高度上。两种方案对反射率资料的处理均是插值到模式三维网格点。Grid方案在近雷达处进行平滑，在远雷达处进行插值，会导致低层数据平滑，Tilt方案减少了雷达径向风观测垂直插值引发的误差，更多的保留了雷达观测的特性。本研究分别通过龙卷、大风及梅雨锋暴雨个例对这两种方案的同化结果进行对比分析。龙卷个例中Grid方案得到了部分虚假的较大的同化风场，Tilt方案结果清楚展示了龙卷发生位置的回波及流场的精细结构。大风个例中两种方案得到的最大风速值差3 m·s-1，Tilt方案的结果更接近观测最大风速值，且得到的大风速区分布更符合观测。梅雨锋暴雨个例中Grid方案对东北及西南两个区域的大风速区均未能很好的反映，Tilt方案得到的水平风速大值区范围明显优于Grid方案。在靠近雷达中心的低层，观测资料密集，Tilt方案能够更好的反应实际大气状态。但是因为缺乏其他观测资料进行验证，两种方案的效果还需要利用数值预报或其他方法进行对比。
  • X波段双线偏振雷达数据质量分析及控制方法
  • 王超;吴翀;刘黎平
  • 2019 Vol. 38 (3): 636-649.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00096
  • 摘要 ( ) HTML PDF (33580KB) ( )
  • 利用双偏振参量在弱降水过程中性质均一、随时空变化缓慢的特征，选取北京、佛山地区弱降水过程的观测资料，通过将较长时间观测结果沿径向或方位累积的方法，分析双偏振参量测量精确度受地物、避雷针、旋转及俯仰关节的影响，并提出相应的质控方法，得出以下结论：（1）差分反射率（ZDR）、相关系数（ρhv）及差分传播相位（ΦDP）比水平反射率（Z）对地物更敏感，其中在地物处ρhv小于0.85，ZDR低于-1 dB。根据降雨与地物之间偏振参量特征的不同，将ρhv长时间累积能有效的识别地物回波。（2）每根避雷针对双偏振参量影响的方位和幅值是近似一致的。在以避雷针为中心的±15°的方位范围内，ZDR增大0.4~1.5 dB，ρhv降低0.01以下、Z降低1~2 dBZ，且均在避雷针中心处影响达到极值。通过基于上述方位的统计订正可以较好的去除避雷针对双偏振参量的影响。（3）雷达旋转关节的异常会导致ZDR在水平方向上不平稳变化，而俯仰关节异常会使ZDR在高、低仰角差距较大，通过ZDR沿方位一段时间的累积得到各层仰角ZDR变化曲线，用此曲线来实现ZDR的误差标定。通过检验，本文提出的质量控制方法有效的提升了X波段双偏振雷达的数据质量，为其在业务中的进一步推广提供了支持。
  • 全球不同类型气溶胶光学厚度的时空分布特征
  • 张芝娟;陈斌;贾瑞;衣育红
  • 2019 Vol. 38 (3): 660-672.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00002
  • 摘要 ( ) HTML PDF (16426KB) ( )
  • 利用MERRA-2（第2版现代研究与应用再分析）资料分析了1980-2017年全球硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐、沙尘及总气溶胶光学厚度的时空分布特征；选取了北美、北非、南非、印度、中国和印度洋6个典型区域研究了硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶对总气溶胶光学厚度的贡献率。结果表明，硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶在全球非均匀分布，并且具有季节变化；全球总气溶胶的光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）在夏季最大（0.137），春季次之（0.130），冬季最小（0.118）；在6个典型区域里，北非地区总气溶胶的光学厚度最大，为0.43；其次是中国的东部地区，为0.41；每个区域其主要气溶胶的类型并不相同，在北美、中国东部及印度中部地区，硫酸盐是主导的气溶胶类型，贡献率分别为66%，63%和42%，在印度洋、南非及北非地区，海盐、有机碳和沙尘分别是最主要的气溶胶类型，贡献率分别为65%，51%和82%；对于黑碳、硫酸盐和总气溶胶，中国东部地区和印度中部地区有较为明显的增长趋势，其中总气溶胶光学厚度的线性增长率分别为0.007 a-1和0.0056 a-1，但在2010年以后，中国东部地区出现明显的下降。

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