论文

• 青藏高原土壤冻融参数化改进及其在BCC_CSM气候模式中的效果对比
• 杨凡, 吕世华, 张少波, 徐悦, 胥朋飞, 游辉奇
• 2023 Vol. 42 (5): 1093-1106.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00002
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• 考虑到冻融过程对于陆气相互作用的重要影响， 本文将改进后的冻融参数化方案耦合到BCC_CSM2_MR模式中并进行了为期一年的模拟实验， 根据土壤层的年变化将模拟时段划分为开始冻结、 完全冻结、 开始消融和完全消融四个阶段， 分析了土壤温度、 土壤温度、 高原近地面风场和降水这几个气象要素。结果表明， 对于浅层和深层的土壤温度， 四个冻融阶段新方案的模拟都有良好的改进效果， 尤其是在高原中部模拟更加准确。优化后的冻融参数化方案对土壤湿度的模拟效果改善是十分显著的， 在这四个冻融时段， 新方案的均方根误差和偏差在青藏高原全域都有明显的降低， 主要表现在青藏高原中部地区。青藏高原上整体呈现为西风， 冻结过程阶段新方案模拟结果在高原北部以及中部地区风速偏差有所减小， 与对比资料更为接近； 完全冻结阶段、 消融过程阶段以及完全消融阶段新方案在高原北部的风速偏差减小较为明显； 在冻融过程的四个阶段的降水模拟， 新方案的均方根误差比原方案减小， 相关系数都有提升。研究结果显示改进之后的土壤冻融参数化方案相比与原方案BCC_CSM中的模拟效果有提升， 对于主要环流系统的模拟有改善。

• 近20年青藏高原云分布特征及云参数时空变化分析
• 张敬书, 荆林海, 王思远
• 2023 Vol. 42 (5): 1107-1118.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00081
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• 准确估算云量是了解青藏高原云参数时空特征的基础。通过相关分析、 回归分析、 趋势分析方法， 分析了近21年来青藏高原云分布的动态变化。利用MODIS云量日产品（MOD08_D3）数据和ERA5再分析资料， 分析了青藏高原不同阶段云量分布和云参数的时空特征。结果表明， 高云区云量中心位于墨脱县（77.3%）， 林芝（72.5%）地区云量最大， 青藏高原日平均云量在过去21年间减少了0.04%。季节分布上， 夏季出现水云的概率最高（31.7%）， 春季出现冰云的概率最高（26.5%）。每年出现的冰云比水云高2%左右。在全球变暖背景下， 青藏高原上空水汽含量呈减少趋势， 云水含量呈逐渐增加趋势。年平均云水含量比大气总水汽含量高约0.01 cm， 云水总含量增加约0.04 cm。本研究为理解云水资源对全球气候变化和青藏高原地区水循环的影响提供了依据。

• 藏北地区高寒草甸和高寒草原过渡带与干湿变化关系研究
• 陆晴, 樊欢欢, 闫冰, 赵东升, 危小建
• 2023 Vol. 42 (5): 1119-1128.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00110
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• 基于藏北地区植被类型图、 1990 -2019年叶面积指数（LAI）、 气象数据， 对比分析了藏北地区高寒草甸和高寒草原过渡带与干湿界线（以干湿指数1.5等值线作为划分半湿润区和半干旱区的分界线）、 400 mm等降水量线之间的关系， 并探讨了植被分布对不同干湿界线的响应特征。研究结果表明， 藏北地区从东南往西北降水量减小， 干湿指数增大， 地表由湿到干演变， 1990 -2019年降水量以增多为主， 干湿指数则以减小为主， 呈湿润化趋势； 植被年LAI值显著增加， 表明30年间植被生长环境得到改善， 且高寒草甸的改善程度高于高寒草原； 干湿界线与高寒草甸、 高寒草原过渡带的一致性较高， 表明干湿指数能更好地表征藏北地区植被分布状况， 而400 mm等降水量线整体偏西； 干湿界线以东LAI多大于0.6， 400 mm等降水量线以西LAI多小于0.1； 从年LAI值、 年降水量、 年干湿指数三者间的相关性分析来看， 大部分地区降水量增加， 地表状况偏湿均有利于植被活动。

• 不同水汽源地对夏季青藏高原降水过程影响的模拟研究
• 朱昌睿, 宋敏红, 张少波, 马龙腾飞
• 2023 Vol. 42 (5): 1129-1143.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00092
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• 基于对青藏高原夏季水汽来源主要为阿拉伯海、 孟加拉湾和南海三地的认知， 开展了不同水汽源地对青藏高原夏季东部型和西部型降水影响的模拟研究。利用常规观测资料、 NCEP/NCAR全球再分析资料以及中尺度数值模式WRF对2016年6月28日至7月2日（东部型）和2018年7月19 -23日（西部型）青藏高原上两次强降水过程进行了不同水汽源地水汽含量减少的数值模拟试验， 通过将阿拉伯海、 孟加拉湾和南海三地的相对湿度分别由地面至100 hPa依次减少70%、 60%、 50%、 40%、 30%三组敏感性试验和控制性试验的对比， 从环流场、 水汽输送及降水变化等角度深入探讨不同水汽源地水汽含量的减少对高原夏季降水的影响， 得到以下主要结论： （1）三个水汽源地水汽含量的减少对青藏高原夏季降水有影响且影响程度不同， 其中减少孟加拉湾上空水汽， 使2016年（东部型）和2018年（西部型）青藏高原夏季降水量相较于控制性试验显著下降约10%， 而减少南海上空水汽对两次高原夏季降水过程影响极小。减少阿拉伯海上空水汽对高原西部型降水起促进作用， 降水量相对于控制性试验增加约10%； 对高原东部型降水抑制作用， 使得降水量相较于控制性试验减少约5%。（2）改变孟加拉湾水汽源地的水汽条件对高原降水影响最明显， 可能的原因是减少孟加拉湾上空水汽条件， 使得高原南侧的低值系统有所减弱， 高原上偏南风减弱， 水汽输送较弱， 致使高原上的降水减少。（3）在模拟初期控制性试验和三个敏感性试验的高原地区水汽收支差异不明显， 但随着模拟时间的增加（约48 h后）， 青藏高原地区水汽收支存在明显差异， 且水汽收支情况与日降水量存在明显的相关关系。

• 基于CMIP6青藏高原腹地气候模拟评估及时空分析
• 张春雨, 刘爱利, 吕嫣冉, 姜彤, 孙敏
• 2023 Vol. 42 (5): 1144-1159.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00104
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• 基于CN05.1观测数据集， 评估了CMIP6数据在青藏高原腹地气温、 降水模拟能力， 预估了其5种气候模式7种情景在2015 -2100年的气温降水状况。研究表明： （1）历史时期（1961 -2014年）CMIP6数据气温降水观测值与模拟值偏差不大， 时空相关性强。（2）未来时期， 年均气温和降水整体呈现上升趋势， SSP3-7.0和SSP5-8.5情景2021 -2100年气温距平和降水量距平百分比增幅较大。气温距平高值区集中分布在柴达木盆地， 降水距平百分比高值区处于东南部澜沧江发源处。（3）四季中SSP5-8.5情景气温增幅最大； SSP3-7.0情景降水量夏季和冬季增幅最快， SSP5-8.5情景降水量春季和秋季增幅最快。（4）除SSP1-1.9外， 从近期到末期各情景气温均具有很强的时空相似性； 降水增幅夏季增幅最大， 冬季增幅最小， 具有很强的季节性和区域性差异。

• 青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析
• 王紫昕, 仲雷, 马耀明, 傅云飞
• 2023 Vol. 42 (5): 1160-1171.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00107
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• 下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性， 青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、 模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法， 通量印痕模型FFP（Flux Footprint Prediction）为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、 阿里荒漠环境综合观测研究站、 西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、 慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据， 利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析， 探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、 具体影响因素， 进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明， 通量印痕的主要影响因素为观测高度、 风速、 风向， 下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、 行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原， 使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250~500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少， 占白天数据点的15.69%， 阿里站夜间不稳定层结时次最少， 占夜间数据点的13.32%。在青藏高原5个台站夜间通量印痕比白天通量印痕范围更广、 面积更大； 夏季由于季风的影响， 通量印痕轴线更趋向一致； 纳木错站湖陆风是影响通量印痕的主要因素， 珠峰站冰川风是影响通量印痕的主要因素， 林芝站在5个站点中年平均风速最小， 通量印痕最小， 在5个站点中观测代表性最佳。为提高观测数据代表性， 可考虑在珠峰站、 纳木错站降低观测仪器高度。

• 季节降雨特征对青藏高原中部冻土活动层的水热影响
• 周志雄, 周凤玺, 张明礼, 雷兵兵, 马安静
• 2023 Vol. 42 (5): 1172-1181.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00017
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• 降水作用会导致冻土活动层的水热状态发生明显变化， 并且青藏高原地区的降水也表现出明显的季节性差异。为了分析季节降雨特征对冻土活动层内部水热状态的影响效果， 对青藏高原中部北麓河地区的气象资料以及活动层内部的热通量、 含水量、 温度变化开展了原位监测。研究结果表明： 北麓河地区是以小雨事件为主， 中雨事件为辅的降雨特征， 小雨事件占3 -11月降雨事件的90%左右。并且， 夏季还会发生大雨事件， 秋季出现持续降雨事件。其中， 各个季节降雨事件导致地表净辐射整体呈现减小的趋势， 且夏季大雨事件对净辐射的影响效果更加明显， 秋季持续降雨事件导致净辐射表现出先增加后减小的趋势， 土壤热通量的变化规律与净辐射的变化基本一致。降雨作用通过影响地表净辐射改变了土壤热通量的变化， 进而引起土壤内部水分场及温度场发生改变。其中， 夏季大雨及中雨事件会显著增加浅层土壤含水量， 而春季和秋季降雨对土壤含水量影响较小； 各个季节小雨事件对土壤温度的影响可以忽略， 但中雨、 大雨及持续降雨事件会显著缓解浅层土壤升温趋势， 且随着深度增加， 降雨事件对于缓解土壤升温趋势逐渐减弱。研究结果对于多年冻土区的区域生态环境问题以及工程建筑物病害防治问题的解决具有一定的指导意义。

• 青藏高原平流层臭氧谷形成机制分析
• 陈鹏, 李永炽, 景国乐, 常舒捷
• 2023 Vol. 42 (5): 1182-1193.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00106
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• 基于欧洲中期天气预报中心的43年（1979 -2021年）再分析资料和美国国家航空航天局的42年（1980 -2021年）全球再分析资料两种臭氧浓度数据， 并结合南亚高压、 平均海表温度和环流场资料， 研究青藏高原上空的上对流层下平流层区域（Upper Troposphere and Lower Stratosphere， UTLS）臭氧时空分布以及臭氧谷双心结构形成机制。夏季青藏高原上空发生臭氧损耗， 又称青藏高原臭氧谷， 呈双心结构。研究表明， 典型厄尔尼诺对于青藏高原UTLS区域臭氧损耗有促进作用； 典型拉尼娜影响则相反， 臭氧损耗减弱。厄尔尼诺气候影响下， 次年西太平洋海温异常负值， 在200 hPa高度上形成罗斯贝波向西输送至印度洋， 最后加强青藏高原背后的孟加拉湾槽， 使得低层气流辐合上升， 风场转移空气从对流层到平流层下层， 同时南压高压加强， 所控制的范围臭氧柱总量纬向偏差（TCO^*）较多年异常偏小， 臭氧含量减少。相比之下， 在拉尼娜气候影响下， 西太平洋海表异常升温， 最后使得青藏高原上空气流下沉， 风场从平流层吹向对流层， 南压高压减弱导致TCO^*值较多年异常偏大， 臭氧含量增加。因此， 厄尔尼诺会加强对青藏高原上空臭氧的影响， 而拉尼娜会减弱对青藏高原上空臭氧的影响。

• 青海省洪涝灾害及致洪降雨特征综合分析
• 常秉松, 许东蓓, 丁艺涵, 燕若彤, 陆美静
• 2023 Vol. 42 (5): 1194-1206.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00105
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• 利用2008 -2020年青海省常规气象站和区域站逐小时降雨资料， 以及青海省洪涝灾情直报记录， 使用直接经济损失、 受灾总人数、 倒塌房屋数、 农业经济损失、 农业受灾面积等多种灾情要素以比值法构建灾损指数， 再利用百分位法将洪涝灾害划分为一般、 较重、 严重、 特重四个等级。分析不同等级洪涝灾害分布特征及差异性， 并与青海省降雨特征进行对比分析。综合利用主成分分析、 箱线图分析以及相关分析等方法， 探讨导致青海省洪涝灾害的主要降雨因子以及区域间的差异性特征。结果表明： 青海省洪涝灾害频发， 洪涝灾害所造成损失总体呈现加剧状态， 较重、 特重灾害在2016年后频次明显增多， 而每年7、 8月则是青海省洪涝灾害高发时期。洪涝灾害频发区域和受灾最为严重区域均位于青海省东部， 其中海南州是洪涝灾害最为频发区域， 海东市是灾害损失最严重区域。诱发青海省洪涝灾害的降雨过程主要为大雨以上降雨。青海省致洪降雨过程可分为两类， 第一类降雨过程历时短但雨强大， 造成累积降雨量较大， 降雨历时在12 h内。第二类为降雨过程历时较长造成累积雨量较大， 这类降雨历时超过12 h。诱发青海省东部城市洪涝灾害的降雨过程以第一类为主， 多发于青海省东部城市海南、 黄南、 海北、 西宁和海东（黄南、 海北、 西宁和海东等地也有第二类致洪降雨过程）， 致洪降雨强度明显高于其他地区； 第二类致洪降雨多出现在海西州和玉树州等地。降雨过程中累积降雨量和24 h降雨量同洪涝灾害造成的损失有着紧密联系， 较长的降雨历时则会进一步加剧洪涝灾害损失。

• 贵州冬季云贵准静止锋及其锋面降雨的气候特征研究
• 杨春艳, 白慧, 孔德璇, 李浪, 陈波
• 2023 Vol. 42 (5): 1207-1217.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00099
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• 云贵准静止锋是贵州冬季最主要的天气系统之一， 预报难度较大。本文利用2007 -2021年云贵川渝桂五省（市、 区）国家气象观测站的逐日地面常规观测站点资料及贵州08:00（北京时， 下同）至次日08:00日降水量数据， 通过合成分析、 EOF和REOF分析、 EEMD等气象统计方法， 分析了云贵准静止锋的冬季气候特征以及在贵州地区不同量级的锋面降雨特征。结果表明： （1）贵州冬季平均有52.8天准静止锋天气， 1月准静止锋影响最严重， 其次是2月、 12月； （2）冬季云贵准静止锋的锋向以南北型为最多， 平均位于曲靖附近； 其次是西北-东南型， 平均位于贵州西部地区； 东西型很少； 中等强度准静止锋最多且易出现在前冬， 强准静止锋次之且易发生在后冬， 弱准静止锋最少； （3）锋面降水以降雨（纯雨或冻雨）为主， 准静止锋强度越强， 锋面降雨日数越少， 且锋面降雨日数占比随准静止锋强度减弱而增加； 锋面降雨量主要集中在5.0 mm以下， 锋面降雨概率与雨量成反比， 与降雨范围成正比， 当锋面降雨量级较弱时， 锋面降雨概率随雨量增加呈单峰结构， 随降雨范围扩大呈双峰结构； （4）EOF和REOF分型结果得到影响贵州的两种不同量级锋面降水类型： 中东部型锋面降雨多在前冬且多南北型， 强度多中等或弱等级， 易发生0.1~1.0 mm量级的大范围降雨； 西南部型锋面降雨多在后冬且多南北型或西北-东南型， 强度多强等级， 易发生1.1~5.0 mm量级的小范围降雨。（5）中东部型年均降雨量气候倾向率为负值， 累计距平变化大致呈“M”型分布； 西南部型年均降雨量气候倾向率为正值， 阶段性特征明显， 累计距平变化大致呈“W”型分布； 两者均存在准4年和准8年周期振荡； 近年来中东部型锋面降雨呈减少趋势， 西南部型呈增加趋势。该研究结果能为贵州地区冬季准静止锋天气的预报预测提供重要的气候背景依据。

• 内蒙古东西部典型地区夏季极端暴雨特征对比分析
• 李瑞青, 黄晓璐, 宋桂英, 李林惠
• 2023 Vol. 42 (5): 1218-1231.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00097
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• 在全球变暖的背景下， 内蒙古夏季极端降水事件频发。作为中国北方重要的生态安全屏障， 该区域对气候变化的敏感性日渐凸显。本文基于1981 -2020年国家站日降水观测数据及中国第一代全球大气再分析产品（CRA40）， 研究了近40年内蒙古夏季极端暴雨变化规律及其动力因子特征。研究表明： （1）内蒙古夏季降水量呈自西向东逐渐递增的空间分布， 东西差异明显， 且与地形分布密切相关， 暴雨贡献率较大的区域主要集中在河套地区和内蒙古东南部地区。近40年里， 全区大部分站点夏季降水为减少趋势， 其中显著减少的站点达到36.44%。 （2）内蒙古夏季极端暴雨主要集中在7月和8月， 并且具有明显的年际变化特征， 2000年后极端暴雨发生频率降低， 但在2016年以后， 极端暴雨事件开始显著增多。近40年里全区共发生12次极端暴雨过程， 影响区域主要集中在西部的河套地区和东南部地区。（3）在河套地区和东南部地区的极端暴雨过程中， 动力因子大值区与强降水区基本重合， 东部地区降水落区的动力因子明显大于西部地区。4种动力因子对东南部典型极端暴雨过程都有很好的指示意义， 但在西部典型极端暴雨过程中， 湿热力平流参数和热力波作用密度表现更好。 （4）CRA40再分析资料显示西部和东南部地区极端暴雨过程中， 副热带高压明显偏强， 500 hPa为东高西低的环流系统影响， 两者之间明显的水汽通道建立， 水汽辐合明显， 并配合有显著的垂直上升运动和广义位温大值区， 加上地形的抬升作用， 致使降水效率提高， 极端暴雨天气过程发生。

• “0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析
• 王洪霞, 苗爱梅, 邱贵强, 屈志勇, 杨俊梅, 吕林宜
• 2023 Vol. 42 (5): 1232-1246.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00103
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• 利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、 地面自动监测站以及FY-4A卫星、 多普勒雷达、 激光雨滴谱仪等精细化监测资料， 对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明： （1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水； 高空急流入口区右侧强辐散、 低空急流出口区风速辐合、 低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件； 低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送， 整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件； 500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、 地面干线所围成的不规则四边形区域， 且与500 hPa T-Td≤4 ℃、 700 hPa T-Td≤3 ℃、 850 hPa T-Td≤2 ℃、 Ki指数≥38 ℃、 Si指数≤-1 ℃所控制的区域相重叠， 在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区， 即在地面干线和地面中尺度切变线0~30 km范围内极端降水量最大。（3）位于极端强降水区上空的中α尺度850 hPa暖式切变线与地面干线以及中β尺度的地面切变线和辐合线共同作用触发了晋城地区的极端强降水； 近地层加强的偏东气流在遇到中条山、 王屋山， 熊耳山、 嵩山形成的向东开口的喇叭口地形时被迫辐合抬升， 促使极端降水区辐合上升运动增强， 降水增幅。（4）闪电位于云顶亮温≤220 K的区域和云顶亮温梯度的大值区， 闪电频数峰值超前降水量峰值10~35 min， 这对降水峰值的预警很有意义。（5）中α尺度的低涡暖切变系统激发了中α尺度的低涡云系发展， 对流云团的发展演变为后向发展型， 在中α尺度低涡暖式切变线云系上有数个具有独立回波核的γ中尺度对流单体有组织地排列， 受西南气流引导向东北移动相继经过极端降水区形成列车效应； 造成蟒河景区最大雨峰的对流单体具有典型超级单体风暴结构特征。（6）云水含量的显著增大促使降水强度的增强， -20~0 ℃层过冷水含量大值区对应地面极端强降水区； 晋城极端降水为层、 积混合云降水， 雨滴粒径分布较广， 高浓度的小雨滴和中等雨滴是极端强降水的主要贡献者； 与典型大陆性对流降水过程相比， 此次极端强降水过程雨滴的平均广义截距常用对数［lg（Nw）］的平均范围大， 但质量加权平均直径（D_M ）较平均范围略小。

• 郑州“7·20”特大暴雨雨滴谱特征分析
• 王俊, 陈宝君, 周淑玲, 刘畅
• 2023 Vol. 42 (5): 1247-1259.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00089
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• 暴雨的发生是多尺度条件和宏微观物理过程相互作用的结果， 对暴雨降水微物理特征的分析是研究暴雨形成机制的重要一环。2021年7月20日15:25 -17:27（北京时， 下同）一强中尺度对流系统影响郑州， 累积降水量312.1 mm， 简称为极端暴雨降水。除极端暴雨降水时段， 20日08:00 -20:00其他时间累积降水量183.4 mm， 简称为暴雨降水。本文利用郑州降水现象仪观测资料， 对比分析了极端暴雨和暴雨降水的雨滴谱和积分参数特征， 主要结论为： （1）暴雨对流降水不同雨强的平均雨滴谱随着雨强增大， 直径D小于1.0 mm的小雨滴数密度增加得较少， 中等（1.0<D≤3.0 mm）和大（D>3.0 mm）直径雨滴数密度增加得较快； 极端暴雨不同雨强平均雨滴谱随着雨强增大， 各直径档雨滴数密度都明显增大， 同时平均雨滴谱粒子数密度之间的差异比较复杂， 有时小雨滴数密度差别大， 有时较大雨滴数密度差别大， 不同雨强平均雨滴谱之间的差异导致参数随着雨强增大的变化特征有显著不同。暴雨参数D _m（lgN _w）随着雨强增大而逐渐增大（稍微增大）， 表明粒子直径的增大是暴雨降水雨强增大的主要因素， 粒子浓度的增加是次要因素。极端暴雨降水参数D _m（lgN _w）随着雨强增大的变化趋势有不同的变化特征， 指示极端暴雨降水不同雨强雨滴谱的形成机制可能存在不同。（2）参数lgN _w-D _m分布显示， 暴雨和极端暴雨对流降水雨滴谱都是以大陆性对流降水为主， 暴雨对流性降水雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和少量冰相控制； 而极端暴雨降水雨强小于100 mm·h^-1时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和冰相控制， 雨强大于100 mm·h^-1时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合。（3）暴雨降水中存在少量平衡雨滴谱（约占2.8%）和较大比例的过渡谱（约占60.5%）。极端暴雨降水中没有平衡谱， 但过渡谱有极高比例（约占83.9%）， 表明雨滴破碎过程在极端暴雨降水中有更广泛的作用。

• “21·7”特大暴雨系统北上引发太行山中段区域大暴雨成因分析
• 李国翠, 钤伟妙, 车少静, 陈瑞敏, 李禧亮, 冯洋
• 2023 Vol. 42 (5): 1260-1270.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00109
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• 2021年7月18 -22日， 河南中北部出现历史罕见特大暴雨（“21·7”特大暴雨）， 众多学者已有分析和研究。受系统北上影响， 20 -22日位于太行山中段的河北省中南部也出现区域性大暴雨。本文利用0.25°×0.25°逐小时ERA5再分析资料和2508个地面加密自动站分钟资料、 多普勒天气雷达、 风廓线雷达、 L波段探空、 地基GPS水汽等多源高时空分辨率观测资料， 对太行山中段区域大暴雨演变特征及暴雨落区成因进行分析， 结果表明： （1）强降水主要影响系统为副热带高压、 高空涡、 切变线、 低空急流， “烟花”和“查帕卡”双台风远距离输送也是有利的环流背景， 大气环流稳定和低空偏东风长时间维持是降水的主要成因。（2）近乎南北向地面辐合线、 地面露点温度锋区、 ≥30 dBz雷达强回波带、 小时降水量≥10 mm短时强降水带位置吻合， 且稳定维持在太行山东麓， 位置少动且持续时间长； 强降水阶段， 低层偏东风分量增大， 且最大东风出现高度降低， 最大东风分量为8~11.1 m·s^-1， 最大东风出现的高度最低为510 m； 低空急流最大高度510~2310 m， 最大低空急流指数33.1×10^-3 s^-1， 0~1 km和0~3 km垂直风切变最大分别为11.9 m·s^-1和 16.9 m·s^-1， 偏东风表现为迎风坡水平辐合， 对太行山东麓降水产生明显增幅作用。（3）深厚湿层从地面持续到400 hPa， 降水过程中抬升凝结高度接近地表， 降水前期对流有效位能1925.5 J·kg^-1； 强降水阶段GPS水汽总量处于50 mm以上的高值阶段， 高值开始时间提前于降水5~6 h； 西部山区中低层水汽通量大值区维持时间长达10 h， 水汽辐合西部明显高于东部， 强降水出现在西部山区呈带状分布。（4）雷达回波质心低， 30 dBz以上的强回波在西部山区持续时间长达20 h， 具有列车效应和暖云降水特点。

• 造成东北地区暴雪过程的温带气旋暖输送带特征研究
• 白云飞, 赵宇, 李树岭, 姚余辉
• 2023 Vol. 42 (5): 1271-1284.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00108
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• 利用欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）的ERA5再分析资料与拉格朗日分析工具（Largrangian analysis tool， LAGRANTO）， 对2006 -2021年期间引发东北地区暴雪天气的温带气旋暖输送带进行统计， 研究了暖输送带对气旋和降水发展的作用及其与锢囚锋的关系。结果表明： （1）气旋的加深率与暖输送带强度有明显的正相关， 两者相关系数为0.63， 通过α=0.01的显著性检验。大部分气旋在迅速加深24 h期间锢囚， 以暖式锢囚为主。（2）强烈发展的锢囚型气旋通常具有强暖输送带， 暖输送带低空入流主要位于气旋中心和气旋暖区附近， 暖输送带的出流有两个分支： 一支上升至气旋西北侧高空， 另一支随高空西风带向气旋下游移动； 气旋锢囚阶段低空正位涡异常与高空正位涡异常相互作用， 形成贯穿整个对流层的位涡柱。（3）未锢囚或晚锢囚的气旋虽然有强暖输送带， 但缺少对流层上层的干侵入， 仅在低空有正位涡异常， 气旋发展较弱。弱的锢囚型气旋存在明显干侵入， 但暖输送带及降水均较弱。（4）具有强（弱）暖输送带的气旋造成的降水更多（少）， 且降水落区与暖输送带分布有密切关系。移动到气旋中心附近的暖输送带气块对气旋的发展有重要作用， 其水平运动引起的暖平流及上升运动组织形成的低空非绝热位涡均能加强气旋式环流， 进而促进气旋发展。

• 北京地区雷暴阵风锋触发对流新生的环境场特征分析
• 何娜, 俞小鼎, 丁青兰, 肖现, 邢楠, 柳克
• 2023 Vol. 42 (5): 1285-1297.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00054
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• 为了加强对雷暴阵风锋触发对流新生环境场特征的认识， 利用北京地区常规探空观测资料、 地面加密自动站、 S波段多普勒天气雷达及多种新型探测资料对北京地区雷暴阵风锋触发对流新生的两种典型个例的环境场特征进行分析。结果表明： （1）Ⅰ型为多条阵风锋相遇或阵风锋与其他边界层辐合线相遇， 在高对流有效位能CAPE和高湿区域触发对流（即碰撞型触发）。此类型中， 两条阵风锋相遇时产生了比单条阵风锋大得多的垂直速度， 强烈的上升运动为对流触发提供了良好的抬升条件。（2）Ⅱ型为阵风锋移动至高CAPE区域触发对流（即非碰撞型触发）。此类型阵风锋在移动方向上与环境风有强辐合， 同时， 垂直于阵风锋剖面内的风分布有利于触发对流的上升气流倾向于竖直。（3）阵风锋触发对流新生的环境场中， 用CAPE表示的深厚湿对流潜势普遍较未触发对流的个例高， 对流抑制能量CIN低； 大部分个例高层有干冷平流、 低层有暖湿平流， 垂直方向上的静力不稳定较强； 大部分新生的对流出现在低层风向切变或风速辐合以及高CAPE地区。（4）未触发对流的个例中， 环境场在垂直方向上的分布不利于对流的新生和发展， 阵风锋经过的地区为辐散区或低CAPE高CIN的地区， 动力和热力条件配合不理想， 不利于对流触发。

• 高低层多尺度系统耦合作用下一次祁连山降水的数值模拟及诊断
• 蒋强, 魏林波, 李超, 李艳, 王泓宇
• 2023 Vol. 42 (5): 1298-1310.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00096
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• 基于ERA5再分析资料和国家气象信息中心的CLDAS陆面格点降水数据， 对祁连山一次典型的系统性降水过程开展了系统性的WRF数值模拟和降水机制诊断研究。环流背景场的动力诊断结果表明， 中尺度的高空槽影响系统和低层局地尺度的绕流和爬流的协同作用提供了重要的动力条件， 其中高空槽的发展产生的槽前中尺度动力抬升作用决定了此次降水过程强降水带的分布， 而低层绕流和爬流为局地强降水的出现提供了直接动力条件。进一步的水汽输送和收支诊断结果表明， 此次降水的水汽源地主要来源于四川盆地， 绕流会为迎风坡前的降水区输送丰沛的水汽， 爬流则会促进水汽沿地形高度的逆梯度输送， 并在降水中心附近辐合； 在强降水发生阶段， 水汽的垂直输送作用对水汽收支的贡献最大， 水汽的辐合作用次之， 水汽局地变化基本可以忽略。最后大气层结特征的诊断结果表明， 当大气动力条件和水汽条件都有利于降水时， 配合对流层中低层层结不稳定性的增强， 更易触发对流， 从而增强迎风坡前强降水。

• 一次华北暴风雪过程中边界层中尺度扰动涡旋和水汽输送特征的分析
• 易笑园, 张庆, 陈宏, 林晓萌, 陶局
• 2023 Vol. 42 (5): 1311-1324.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00079
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• 利用多部风廓线雷达和多普勒雷达、 地面自动气象观测站、 探空和卫星等多种监测资料， 结合ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析资料， 针对2020年2月14日华北暴风雪过程中边界层中尺度扰动涡旋（PMDV）开展分析， 包括空间结构、 形成维持机制及其对降雪的影响， 同时关注多股气流在不同高度层的水汽输送和净流入等特征。结果表明： PMDV是在500 hPa冷涡前部、 850 hPa暖性倒槽内和近地层东北风“冷垫”之上的悬空涡旋， 其厚度约为1.2 km， 水平尺度为100~300 km， 生命史达17 h。它最先在边界层内出现， 而后向上伸展（顶部达2 km）， 最终在边界层内消失。PMDV的成因： 一是强劲持久的偏东气流西进， 遇太行山脉阻挡， 发生逆时针转向； 二是在涡旋初生地存在持久的锋生作用， 且4 h后在850 hPa上出现完整的气旋性环流。PMDV的发展维持原因是暖平流输送造成减压、 凝结潜热释放和弱锋生三者的共同作用。PMDV促进了研究区内的东南风急流、 正涡度、 垂直上升速度和水汽通量散度等物理量的增大或加强， 从而影响了降雪的持续时间和强度。研究区内的水汽绝大部分源于850 hPa以下的三股气流， 西南支气流携带的水汽虽最为深厚， 但在700 hPa以上的净流入极少； 东南支气流对水汽的贡献最大， 占净流入总量的86.4%； 东北支气流携带的水汽多集中于850 hPa层。

• 利用短序列区域站资料计算干旱指数SPI的应用研究
• 王兴, 陈鲜艳, 张强, 黄鹏程, 潘航
• 2023 Vol. 42 (5): 1325-1337.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00082
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• 干旱是全球影响范围最广、 危害最重的自然灾害之一。标准化降水指数（SPI）是干旱监测业务和科研中使用最为广泛的气象干旱指数之一。目前， 中国已建设了大量高密度的区域自动气象观测站， 这些站由于缺乏长历史序列数据， 无法用于计算SPI， 如何利用这些短时间序列区域站数据开展精细化干旱监测评估是目前关注的重点。利用1960 -2020年2032个国家气象站和2010 -2020年云南省1009个区域站日降水数据， 选取31个国家站作为方法试验站， 构建了通过伽马分布参数插值法来拟合区域站的SPI（Iab）， 并与常用的邻站替代法、 多元线性回归法进行了对比， 进行交叉检验和误差分析。通过对比拟合值与真值的相关系数、 均方根误差和平均绝对误差得出， 除在中国西北站点稀疏的地区外， 拟合值Iab均明显优于其他两种方法的拟合结果。在不同季节和不同时间尺度下， 参数插值法拟合得到的SPI（Iab）效果最好， 特别是在中国中东部地区的Iab值较其他方法平均误差减小0.02~0.30； 北京、 昆明历年拟合值Iab与真值Iz误差变幅最大为0.16， 不到半个干旱等级0.25； 拟合值Iab与真值Iz的相关系数达0.999， 通过0.001的显著性检验。采用该方法进行区域站干旱过程的监测结果显示， 利用高密度区域站计算的干旱指数SPI比仅利用国家站插值得到的SPI更接近干旱灾害实况。总体而言， 伽马分布参数插值法可以用于高精度短序列区域站降水资料推算干旱指数SPI， 从而实现气象干旱精密监测、 预报和评估服务。

• 基于激光雷达和航空器报告识别低空风切变及其演变过程研究
• 丁婕, 张镭, 胡泽勇, 王介民, 张开俊, 梁捷宁, 王元, 张志达, 徐丽丽, 王瑾, 蔡涛
• 2023 Vol. 42 (5): 1338-1350.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00094
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• 低空风切变是影响航空安全和高效运行的重要因素。中川机场作为山地型内陆机场， 受复杂地形和天气系统影响， 风切变发生频率高且多发于夏季。本文根据航空器报告统计分析2009 -2018年中川机场低空风切变事件的时空分布特征， 采用基于测风激光雷达（Windcube 400s-at）资料的风切变识别方法对比了固定窗口法和自适应窗口法的识别效果， 并探究了该地区风切变三维结构的连续演变和空间分布特征。研究表明， 近十年中川机场低空风切变事件发生频次的增长率大于航班量的增长率； 受天气影响， 低空风切变事件峰值出现于4 -7月和8 -10月； 67.2%低空风切变事件伴随对流天气， 多发生于午后200 m高度以下， 危险性高、 风切变强度受对流天气强度影响。相比于固定窗口法， 自适应窗口法识别范围更大， 更适用于风切变三维结构连续演变的研究。该区域风切变垂直空间分布低， 水平尺度多为1000~1500 m和2000~2600 m， 过程持续时间多在20 min内， 移动方向主要受背景风影响。本文研究结果有助于进一步了解该区域风切变的特征， 为低空风切变识别、 演变机理和预报预警等提供参考。

• 基于不同背景场的云内COSMIC掩星资料的偏差分析
• 殷延安, 杨胜朋
• 2023 Vol. 42 (5): 1351-1360.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00098
• 摘要 ( ) PDF (6059KB) ( )

• 利用2007 -2009年CloudSat卫星云廓线雷达（nadir-pointing cloud profiling radar， CPR）资料， 气象、 电离层和气候卫星联合观测系统（Global Constellation Observing System for Meteorology， Ionosphere， and Climate， COSMIC）掩星资料， 分析了不同类型云内COSMIC掩星资料与欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）和美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction， NCEP）分析场之间的折射率偏差特征。COSMIC与ECMWF和NCEP之间的折射率偏差分别用 N b i a s^{\mathrm{E}\mathrm{C}\mathrm{M}\mathrm{W}\mathrm{F}}和 N b i a s^{\mathrm{N}\mathrm{C}\mathrm{E}\mathrm{P}}表示。研究发现， N b i a s^{\mathrm{E}\mathrm{C}\mathrm{M}\mathrm{W}\mathrm{F}}在积云、 层积云、 高积云和高层云中的最大值分别为1.2%、 0.2%、 0.5%和0.2%， 而 N b i a s^{\mathrm{N}\mathrm{C}\mathrm{E}\mathrm{P}}则分别为1.8%、 0.5%、 0.5%和0.4%。在层积云的对流层下层 N b i a s^{\mathrm{N}\mathrm{C}\mathrm{E}\mathrm{P}}存在较大的负值， 而 N b i a s^{\mathrm{E}\mathrm{C}\mathrm{M}\mathrm{W}\mathrm{F}}为正值。折射率的正偏差随着液态水含量增加而增加。从全球分布来看， 赤道辐合带云量丰富， N b i a s^{\mathrm{N}\mathrm{C}\mathrm{E}\mathrm{P}}和 N b i a s^{\mathrm{E}\mathrm{C}\mathrm{M}\mathrm{W}\mathrm{F}}也存在明显的正偏差， 它在空间上和水汽的正偏差以及温度的负偏差高度相关。