高原气象

高原气象

目录 封面 第42卷 第6期 2023-12-28   

论文

  • 黄河上游水源涵养区近60年关键气候要素的时空变化
  • 张子涵, 王学佳, 杨梅学, 刘兰娅, 李继春, 万国宁
  • 2023 Vol. 42 (6): 1372-1385.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00011
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  • 黄河上游水源涵养区是黄河流域生态保护与社会经济高质量发展的重要区段， 气候变化对其水资源时空分配的影响会加剧自然灾害的发生， 进而影响到我国区域生态乃至人类的生存环境。本文基于1961 -2016年CN05.1格点气温、 降水、 风速数据以及1981 -2020年GLEAM V3.5a实际蒸发数据分析了黄河上游水源涵养区过去近60年的关键气候要素变化。结果表明： （1）研究区气温显著上升， 气温变化趋势达0.34 °C·（10a）-1， 冬季升温幅度最大， 其中黑河区域玛曲县及周边地区的升温最为剧烈。（2）区域降水量整体呈现上升趋势， 降水变化趋势为9.3 mm·（10a）-1， 春夏季增速相对较快， 冬季最慢， 增长趋势由西北向东南逐渐减小， 西部少雨干旱地区增长显著， 东南部多雨湿润地区则有较为明显的减小趋势。（3）风速在20世纪70年代初经历异常上升后便持续下降， 风速变化趋势为-0.11 m·s-1·（10a）-1， 在空间上大部分地区都减少， 尤其是北部大通河区域。（4）实际蒸发量显著上升， 增长趋势达11.89 mm·（10a）-1， 春、 冬季相对增幅较大， 增速呈现由东向西逐渐增加的趋势， 其中扎陵湖鄂陵湖区域以及大通河区域西部的增加最为显著， 只有中部以及东南部零星几个地方减少。（5）从降水与实际蒸发来看， 降水量增速略高于同期（1981 -2016年）实际蒸发， 因此黄河上游水源涵养区随着气候变暖存在暖湿化趋势。

  • MWHS-2和MHS资料同化对三江源地区暴雨模拟影响的对比研究
  • 陈旭, 王磊, 李谢辉, 钟浩斌, 邓徐慧
  • 2023 Vol. 42 (6): 1386-1401.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00024
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  • 采用中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）中FY-3C卫星MWHS-2（Micro-Wave Humidity Sounder 2）卫星资料的直接同化模块， 利用WRF-3DVAR（Three Dimensional Variation）方法对三江源地区的两次降水过程进行同化对比试验， 详细对比分析了FY-3C搭载的MWHS-2微波湿度仪和NOAA-18（National Oceanic and Atmospheric Administration-18）搭载的MHS（Microwave Humidity Sounder）微波湿度仪两种同化资料对模拟结果的影响。结果表明： MWHS-2和MHS资料同化的模拟结果基本一致， 对于30 mm以下的降水， 无论同化与否， 模拟的降水范围均会偏大； 但对于30 mm以上的降水， 模拟范围和量级均偏小。资料同化增强了500 hPa西南风场， 从而加大了水汽输送的强度， 使得高空槽偏向西南， 同时加强了300 hPa风场扰动， 在共同作用下从而导致了30 mm以上的降水范围的增大， 对降水量级结果能有一定改善， 但降水落区相较于实际偏南。卫星资料的同化会使得水汽通量场和比湿场的落区范围明显改善， 但对强度的改善作用并没有对落区的改善作用明显， 水汽通量场和比湿场的改变造成了降水预报落区和强度的改变。在温度场方面， WRF模式模拟的误差较大， 卫星资料的同化对温度场有一定的改善作用， 但不如对湿度场的改善作用明显。因而， MWHS-2或MHS卫星资料的同化对三江源降水模拟有一定的改善作用， 该研究结果对三江源降水的预报改进能有重要指导意义。

  • 强弱南亚季风不同发展期对青藏高原垂直环流的影响
  • 裴宇菲, 宋敏红, 张少波
  • 2023 Vol. 42 (6): 1402-1415.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00022
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  • 为了探讨南亚季风的强弱变化对青藏高原垂直环流的作用， 利用1990 -2019年近30年高分辨率的JRA55再分析资料计算了南亚季风Webster-Yang指数（WYI）并选取了南亚季风强弱年， 通过对比分析季风爆发前期（5月）、 爆发期（7月）和爆发后期（10月）三个不同时段南亚季风强弱变化对青藏高原垂直环流的影响。研究表明： （1）5月WYI强年在高原南侧的上升气流强度和范围均大于弱年， 7月高原主体与南侧的上升气流强度增大， 强弱年差异不明显， 10月WYI强年在高原南侧的垂直环流仍维持， 但强度减弱， WYI弱年在高原南侧高空已转为下沉气流。（2）5月和10月， 质量和能量均为从高原的南侧和北侧汇入高原， 7月则转为高原向南北两侧散出质量和能量； WYI强年高原南侧高层辐散的强度大于弱年， 低层辐合强度差异较小， 强弱年在5月能量与质量的传输强度差异最大， 7月最小。（3）WYI强年10月100 hPa南亚高压位置偏西，500 hPa西太副高维持，高原南侧的风场与温度场的减幅偏小， 表明强南亚季风会改变高原地区高空水平环流形势， 从而影响高原的垂直环流； WYI强年在5、 7、 10月高原主体的地表温度均大于弱年， 表明在强南亚季风带来的暖湿气流的影响下， 高原南侧的上升气流抬升至高原， 高原的地表温度明显上升， 高原地表热量增加进而影响高原垂直环流。

  • 围栏封育下藏北高寒湿地和高寒草原水热通量特征研究
  • 王壮壮, 吕雅琼, 魏达, 祁亚辉, 王小丹
  • 2023 Vol. 42 (6): 1416-1428.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00005
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  • 围栏封育作为直接有效的退化草地恢复治理模式， 广泛应用于青藏高原退化草地恢复。围栏封育显著提升植被覆盖并改变地表与大气之间的水热交换， 然而当前对其如何影响高寒生态系统水热通量的定量研究不足， 缺乏对影响机制的认识。本研究以藏北腹地典型高寒湿地和高寒草原为研究对象， 采用涡度相关技术开展禁牧-放牧配对观测， 并基于围栏内外2019年7月至2021年6月连续两年的观测数据， 探究围栏封育后的地表水热平衡变化， 以提升对围栏封育改变地表水热通量机制的认知。结果显示： 高寒草原和高寒湿地生态系统水热通量均表现出明显的单峰型日变化特征， 且分别以感热作用（波文比为1.60）、 潜热作用（波文比为0.31）为主导向大气传输能量。围栏封育降低了高寒草原地表通量值， 感热通量减小5.99 W·m-2， 潜热通量减小4.84 W·m-2； 围栏封育提升了高寒湿地的地表通量值， 感热通量增加3.04 W·m-2， 潜热通量增加30.95 W·m-2， 围栏封育后高寒草原感热通量和潜热通量日均值均下降， 高寒湿地则增加。围栏封育对地表能量通量影响强度集中于白天， 夜间较弱。高寒生态系统的31组禁牧-放牧配对数据显示， 围栏封育降低高寒生态系统土壤温度， 提升土壤持水能力。基于土壤温度、 土壤湿度、 潜热通量和感热通量视角， 围栏封育对高寒生态系统存在降温潜力。

  • 对流解析与对流参数化方案模拟青藏高原夏季降水对比研究
  • 陈颖, 杨显玉, 吕雅琼, 文军, 朱家宁
  • 2023 Vol. 42 (6): 1429-1443.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00016
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  • 青藏高原被称为“亚洲水塔”， 其水资源的变化对下游的天气气候有重要的影响。降水是水循环的关键环节， 因此， 准确模拟青藏高原降水对我国水资源安全有重大意义。近年来， 一些研究发现对流解析模拟（即当网格尺度小于4 km时关闭对流参数化方案的模拟）能够提升青藏高原降水的模拟效果， 然而， 这些研究仅仅选取了1~3种对流参数化方案来进行对比研究， 对流解析模拟是否优于任意对流参数化方案仍然未知。本文评估了WRF模式中9种积云对流参数化方案与不使用对流参数化方案的对流解析模拟（Convection-Permitting Modeling， CPM）对2009年夏季青藏高原地区降水的模拟能力。结果表明： 模拟总体高估了青藏高原2009年夏季降水， 存在0.4~2.0 mm·d-1的误差， 对青藏高原CAPE值和潜热通量的模拟过大可能是造成青藏高原降水模拟偏大的原因之一。在所有模拟中， G3积云对流参数化方案对平均降水和日变化的模拟效果最好， 能更好地模拟出平均降水的降水强度、 空间分布和降水落区以及降水日变化。CPM对降水整体的模拟效果次于G3积云对流参数化方案， 不能有效地改善对降水日变化的模拟， 但是可以改进对降水频率的模拟。在不同高原生态区内， 所有模拟都不能合理地模拟出荒漠区和喜马拉雅南麓的降水， 但相较于参数化方案， CPM可以大大地降低荒漠区的误差。在其他区域内， CPM和Tiedtke积云对流参数化方案的表现都较好。综合平均降水和降水频率， CPM、 Tiedtke和G3积云对流参数化方案对不同区域、 不同强度的降水模拟误差最小。因此我们建议： 模拟青藏高原夏季降水时可优先考虑G3和Tiedtke积云对流参数化方案， 在计算资源充足时， 可以考虑采用高分辨率的对流解析来提高青藏高原降水频率的模拟。

  • 东部型El Niño事件发展期秋季对中国极端降水的影响
  • 蒲于莉, 冯娟, 李建平
  • 2023 Vol. 42 (6): 1457-1467.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00004
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  • 利用1961 -2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料， 采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Ni?o事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明： 东部型El Ni?o事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响， 造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现， 当东部型El Ni?o事件处于发展期的秋季时， 中东太平洋表现为显著的正海温异常， 热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地， 热带中东太平洋表现为异常的上升气流， 西太平洋为异常的下沉气流， 在华南地区表现为异常的辐合上升， 为降水创造了有利的动力条件； 同时， 异常海温进一步对西北太平洋副热带高压（以下简称西太副高）位置产生影响， 造成西太副高异常偏西， 在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常， 意味着西南气流的水汽输送增强， 这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散， 不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。

  • 基于不同气象站资料的甘肃省汛期降水及极端降水分析
  • 方锋, 王静, 刘卫平, 王有恒, 王鑫, 林婧婧, 王兴
  • 2023 Vol. 42 (6): 1468-1477.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00008
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  • 对甘肃省范围内的区域气象站和国家级气象站2011 -2020年的汛期降水和极端降水等资料进行了质量控制， 筛选出1253个区域气象站和75个国家气象站开展了降水特征分析。结果表明， 甘肃省区域站和国家站降水的平均数量非常接近， 无显著性差异， 全省区域站汛期平均降水为382.9 mm， 国家级站为379.7 mm； 区域站各月降水平均在31.7~87.1 mm； 国家站各月为30.4~86.4 mm。但两类站点降水的极端值存在显著差异， 汛期总降水量区域站最大可达917.5 mm， 本站最大为710.7 mm； 单月降水量区域站最大为776 mm， 本站为541 mm； 暴雨日数区域站最大为46 d·（10a）-1， 本站为17 d·（10a）-1； 两类站点降水极大值发生的空间位置比较接近， 但区域站的数值显著高于国家站。两种站点降水的空间趋势非常一致， 其汛期降水相关系数达0.95， 月极端降水相关系数为0.92； 而区域气象站比国家站有更多小斑块的高值和低值中心； 两类降水空间差异在甘肃省的东部和南部比较明显。总体上， 区域气象站更精细地描绘了甘肃省的降水特征， 在地形复杂区域监测到更多的极端降水事件， 降水极值相比国家站明显偏大， 这些地方的暴雨洪涝灾害防御应以区域气象站数据为依据， 增强灾害风险的防范能力。

  • 葵花8号辐射率资料同化在一次川渝暴雨预报中的应用研究
  • 梁皓, 许冬梅, 束艾青, 张雪薇, 宋丽欣
  • 2023 Vol. 42 (6): 1478-1491.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00112
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  • 新一代静止气象卫星葵花8号 （Himawari-8） 上搭载的静止轨道成像仪AHI （Advanced Himawari Imager） 凭借其高时空分辨率可以对重庆地区暴雨进行连续观测。本文选取2019年4月19日的一次区域性暴雨天气过程为试验个例， 采用WRF （Weather Research and Forecasting） 中尺度模式进行数值模拟。基于WRFDA （Weather Research and Forecasting model Data Assimilation） 同化系统对葵花8号静止气象卫星的AHI辐射率资料进行相应的质量控制和云检测， 进而开展循环同化试验， 考察卫星资料同化对这次强对流天气过程预报结果的改进。结果表明在同化AHI红外辐射率资料之后， 辐射传输模式模拟的亮温和观测亮温更为接近。此外， AHI水汽通道辐射率资料同化有效提高了对各层高度上的风场、 水汽场、 雷达回波等要素特征的分析效果， 并且使模式的初始条件更逼近真实的大气状态。研究发现同化AHI水汽通道辐射率资料后模拟的降水整体分布与实际情况更为接近， 主要雨带位置以及强降水中心的精确程度显著高于背景场的预报效果。经过卫星同化的试验可以预报出控制试验漏报的强降水中心， 并且有效地削弱了四川东部和甘肃东南部的虚假强降水范围以及强降水中心。本研究可以为川渝地区暴雨天气数值预报系统中的静止红外辐射率资料的预处理和同化应用提供有益的参考。

  • 南疆东风急流暴雨与非东风急流暴雨的观测特征及天气系统差异
  • 杨霞, 周鸿奎
  • 2023 Vol. 42 (6): 1492-1503.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00003
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  • 中国季风区的区域性暴雨过程大多与低空急流有关， 然而在干旱、 半干旱地区， 每一次暴雨过程却不一定都有低空急流配合。根据南疆44个国家气象站1971 -2020年5 -9月逐日降水资料和2011 - 2020年逐小时降水资料， 以及若羌站每日2 次的探空资料， 利用统计方法， 分析了近50 a南疆东风急流暴雨与非东风急流暴雨的观测特征差异， 以及造成二者的天气系统差异。结果表明： 近50 a南疆东风急流暴雨日数略少于非东风急流暴雨日数， 二者均呈增加趋势， 但东风急流暴雨日数的增加趋势更显著； 东风急流暴雨日数占南疆总暴雨日数的比例呈增加趋势， 非东风急流暴雨日数占比呈下降趋势。南疆暖季东风急流暴雨日数在5月最多， 非东风急流暴雨日数在7月最多， 二者均在9月最少。20世纪70~90年代， 南疆暖季以非东风急流暴雨为主， 自21世纪起， 以东风急流暴雨为主。南疆西（东）部地区的暴雨日数相对较多（少）， 且以东风（非东风）急流暴雨为主。短时强降水事件在南疆暖季非东风急流暴雨中出现的比例明显高于东风急流暴雨； 约80%（60%）的东风（非东风）急流暴雨日的平均降水时数大于（小于）6 h， 东风（非东风）急流暴雨以夜（日）雨为主。南疆暖季东风急流暴雨的最大降水时段和最多发生时段都主要在午夜前后； 而非低空急流暴雨的最大降水时段则多发生在午后至傍晚， 其最大累积频次与急流暴雨类似也出现在午夜前后； 两类暴雨的最大雨强都发生在午后至傍晚。南疆暖季东风急流暴雨降水量在前半夜的峰值主要由降水频次多所导致， 而其在傍晚前后降水量的次峰值则主要由降水强度大造成。南疆暖季非东风急流暴雨降水量的日变化特征与其降水强度类似， 与其降水频次的差异较大， 其降水量与降水强度的关系更密切。100 hPa南亚高压在南疆暖季东风急流暴雨和非东风急流暴雨中的差异较大， 500 hPa上中亚低槽（涡）在二者中均占主要地位。目前， 针对有塔里木东风低空急流配合的南疆暴雨的形成机制研究相对成熟， 而对无塔里木东风低空急流配合的暴雨过程的形成机制还不清晰。

  • 中国西南地区干湿年份水汽来源个例对比分析
  • 朱家宁, 杨显玉, 吕雅琼, 文军, 陈颖
  • 2023 Vol. 42 (6): 1504-1517.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00001
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  • 中国西南地区常年气候湿润， 但近年来该地频繁发生的干旱灾害造成了诸如农作物减产、 森林火灾等巨大经济损失。为了深入探索西南地区干旱年份水汽输送的异常， 并为今后西南地区干旱灾害的预警提供参考， 本文利用TRMM和APHRODITE两种降水数据， 分析了1998 -2019年西南地区降水的年际变化及各季节降水量的年际变化， 选出夏季干旱年（2011年）和秋季干旱年（2009年）以及夏季秋季都较为湿润的2008年， 通过拉格朗日输送模型FLEXPART追踪了两个极端干旱季节（2009年秋季和2011年夏季）的水汽输送路径及水汽源地， 并分别与湿润年份（2008年）的夏季和秋季做了对比分析。结果表明： （1）干湿年份的水汽输送路径一致， 夏季西南地区的水汽输送路径主要可分为3条： 西南路径、 东南路径和西北路径， 其中最主要的是西南路径， 故主要的水汽源地为阿拉伯海-孟加拉湾一带； 秋季西南地区的水汽输送的主要路径可分为两条： 东南路径和西北路径， 其中最主要的是东南路径， 故主要的水汽源地为我国南海-太平洋西北部一带。（2）干湿年份水汽输送强弱存在差异， 夏季西南地区干旱的原因是西南路径对水汽的输送较弱， 而秋季西南地区干旱的原因则是东南路径对水汽的输送较弱引起的。

  • 1979 -2018年藏东南典型冰川泥石流流域极端气候事件分析
  • 李豪, 刘双, 胡凯衡
  • 2023 Vol. 42 (6): 1518-1528.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00014
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  • 强降雨和高温是冰川泥石流的主要诱发因素， 深入理解小流域冰川泥石流的孕灾气象条件变化规律， 可为冰川泥石流的预警预判和灾害防治等工作提供依据和基础数据。基于中国区域地面气象要素驱动数据集（1979-2018年）， 利用Sen’s斜率法、 Mann-Kendall趋势及突变检验法、 滑动t检验法、 Morlet小波变换法、 变异系数（CV）和降雨集中指数（PCI）多种方法和指标， 详细分析了藏东南典型冰川泥石流流域卡达沟的降雨量、 气温和极端气候指数近40年的变化特征。结果表明： （1）年均气温和暖昼日数分别以0.05 ℃·a-1和1.46 d·a-1的速率显著上升， 暖昼日数年际波动极大。两者均具有32 a准周期以及中短尺度周期。（2）春、 夏、 秋、 冬季气温分别以0.044 ℃·a-1、 0.039 ℃·a-1、 0.049 ℃·a-1和0.06 ℃·a-1的速率显著上升。所有月份气温均呈显著升高趋势， 其中3月和11月气温波动极大。（3）年降雨量下降趋势不显著。极端降雨日数无明显变化趋势， 但年际波动较大， 于1988年发生了突变。年降雨量和年极端降雨日数均具有16~22 a、 8~10 a、 4~6 a、 2~5 a和2~3 a的多尺度周期。（4）降雨的年内分配总体上较均衡。除6、 7月降雨量以1.44 mm·a-1和1.15 mm·a-1的速率呈显著减少趋势外， 季节降雨和月降雨总体变化趋势不显著。总体来看， 卡达沟流域正处于湿热向干热的过渡期， 目前还处于阶段性的高温期和多周期强振幅中心叠加的丰水期。同时暖昼日数、 极端降雨日数以及月降雨存在中等及以上变异， 容易发生极端旱涝事件。极端水热条件组合增加了卡达沟冰川泥石流未来暴发的风险。

  • 低平流层涡动热通量近似的最佳参考纬度
  • 杨丰华, 刘仁强
  • 2023 Vol. 42 (6): 1529-1535.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00113
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  • 通常基于准地转的变换的欧拉平均框架下提出的涡动热通量近似理论计算极区平流层温度变化的动力和非绝热加热贡献， 但是这可能会带来一定的误差。本文根据Liu and Fu（2019）提出的欧拉平均框架下新形式的面积加权平均的热力学能量方程， 通过滑动累加得到逐月的温度变化方程。再利用1980 -2019年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料（European Centre for Medium-range Weather Forecasts fifth reanalysis data， ERA5）， 计算北半球极区低平流层100 hPa在全时段（1980 -2019年）和两个分时段（1980 -1999年、 2000 -2019年）各月温度增量、 动力加热、 非绝热加热和对流加热项（W项）的气候平均值， 进而讨论涡动热通量近似理论成立的最佳参考纬度。结果表明， 新导出的W项使得极区累积的动力和非绝热加热项之和与温度增量项之间的误差在冬春季减少了一半。在100 hPa上， W项随月份和纬度变化， 尤其在冬春季节对温度变化贡献明显， 由此得到涡动热通量近似成立的最佳参考纬度应该在W项的零等值线附近。进一步验证表明参考纬度可以取在50°N。

  • 甘肃东南部暖季对流活动的雷达气候学特征
  • 肖玮, 刘维成, 傅朝, 李文学, 付杰, 苟尚, 张伟
  • 2023 Vol. 42 (6): 1536-1547.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00023
  • 摘要 ( ) PDF (9727KB) ( )

  • 基于天水多普勒天气雷达资料， 通过“最大值法”筛选出对流回波样本， 利用TITAN（雷暴识别跟踪分析和临近预报）算法对对流风暴属性特征追踪统计， 分析了甘肃东南部暖季（6 -8月）对流活动的雷达气候学特征。结果表明： （1）对流活动频次多集中在高海拔山区附近， 大值中心位于六盘山西侧山脉的迎风坡或西秦岭山脉起伏较大的区域， 其中8月为对流活动高峰期。（2）对流风暴以西北向东南方向传播为主， 不同月份传播特征存在一定差异； 6月传播速度最快、 8月最慢。（3）对流活动发生频率日变化特征呈单峰分布， 主峰区位于16:00 -17:00（北京时）； 不同地形对流发生、 发展具有不同的日变化特征， 午后高海拔区域是热力对流发生的高频区， 夜间对流活动在山区、 河谷、 盆地、 平原等地形均有发生。（4）不同月份对流风暴的日变化存在明显差异， 6月午后太阳加热、 地形强迫对对流风暴的影响最为显著， 而7、 8月夜发对流对高原边坡复杂地形响应更高。午后组织性较好的风暴传播方向与山脉走向及坡向关系密切， 夜间时段与500 hPa盛行风关系密切。（5）超过90%的对流风暴持续时间在36 min以内， 仅有1%的风暴持续时间大于1 h。

  • 冬季乌拉尔山阻塞高压建立和维持与位势高度季节内振荡的联系
  • 徐彬羽, 姚素香, 孙庆飞
  • 2023 Vol. 42 (6): 1548-1561.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00006
  • 摘要 ( ) PDF (4199KB) ( )

  • 冬季乌拉尔山阻塞高压（以下简称乌山阻高）是导致我国出现大范围寒潮天气的重要影响系统， 探究其建立和维持过程与位势高度季节内振荡的联系能够为我国延伸期天气预报及短期气候预测提供参考因子。本文基于欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）提供的1979/1980 -2019/2020年ERA5逐日再分析数据， 采用主、 客观相结合的方法， 筛选得到114次冬季乌山阻高事件， 累计阻高日数591天。利用功率谱分析、 相关分析、 合成分析等统计方法， 分析乌山阻高与500 hPa位势高度季节内振荡之间的可能联系。结果表明： （1）近41年冬季乌拉尔山地区位势高度存在10~20天、 30天及45天左右的显著周期。通过多尺度分析发现， 在乌山阻高建立与维持期间位势高度的不同时间尺度分量贡献不同， 其中对乌山阻高建立贡献最大的是10~20天的准双周位势高度正异常， 阻高维持则决定于20~80天的季节内尺度位势高度正异常。在阻高建立和维持过程中， 准双周位势高度异常具有自西向东的传播特征， 季节内尺度位势高度异常无明显传播。（2）根据两次阻高事件发生的时间间隔长短将阻高事件分为连续阻高事件和其他阻高事件， 通过多个例合成分析和典型个例分析， 发现对于连续阻高事件而言， 位势高度异常的20~80天振荡对其建立和维持贡献最大， 但无明显传播特征， 准双周尺度位势高度异常表现出向西传播的信号， 而其他非连续阻高事件与不同时间尺度大气环流的联系则与所有阻高事件合成的结果相似。

  • ERA5-Land降水再分析资料在中国西南地区的适用性评估
  • 黄晓龙, 吴薇, 许剑辉, 李施颖, 蒋雨荷, 杜冰, 王丽伟
  • 2023 Vol. 42 (6): 1562-1575.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00012
  • 摘要 ( ) PDF (7125KB) ( )

  • 为了探究欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析ERA5-Land（ERA5L）降水资料在中国西南的四川、 重庆、 贵州、 云南及西藏5省（区、 市）的适用性。以2018 -2020年中国气象局441个国家级地面站雨量器自动观测数据为参考基准， 使用Pearson相关系数、 平均相对误差、 均方根误差、 命中率、 空报率以及临界成功指数评分， 对ERA5L降水资料在评估时段内各区域和站点的整体精度、 不同海拔、 不同时间尺度（月、 季）， 以及不同量级降水的特征和偏差进行分析。结果表明： （1）ERA5L降水资料能较好反映西南区域的降水变化特征， 但相对站点观测存在不同程度的偏高， 以西藏地区最为明显。（2）在四川盆地， ERA5L降水与站点观测相关性高、 误差较小， 在西藏、 云南、 贵州及四川西部的地形复杂山区， 误差相对较大。（3）ERA5L降水的误差存在明显的月变化特征， 从7月开始到次年的2月， 平均相对误差随降水总量的降低而增加， 命中率减小、 空报率增大， 随后从2 -7月， 平均相对误差又随着降水量的增大而减小， 命中率增加、 空报率减少； 各省（区、 市）在不同季节质量表现不一， 春季和秋季重庆相对表现最优， 夏季贵州最优， 冬季四川最优。（4）相对站点观测， ERA5L降水在小雨量级高估； 在中雨及以上量级低估， 且随着雨强的增大， 低估现象更为严重。综合来看， ERA5L降水再分析资料在西南区域表现出一定的应用潜力， 在不同海拔的质量排序为： 低海拔>中海拔>高海拔； 在西南5省（区、 市）适用性排序为： 重庆>贵州>四川>云南>西藏。

  • 印度洋海盆模对南北半球太平洋副热带高压非对称的影响及机制
  • 杨雨欣, 袁潮霞, 李艳
  • 2023 Vol. 42 (6): 1589-1603.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00010
  • 摘要 ( ) PDF (17105KB) ( )

  • 副热带高压对于我国天气气候具有重要影响， 它的形成受到印度洋海温异常的影响， 但其中的影响机制并不十分清楚。因此， 本文利用1980 -2020年NCEP/NCAR再分析资料， 研究了印度洋海盆模（Indian Ocean Basin Model， IOBM）异常偏强对于太平洋副热带高压的影响； 然后从能量角度分析IOBM引起南北半球太平洋海域副热带高压不对称性的物理机制； 最后利用GFDL AM2.1模式进行模拟验证。为了说明印度洋海温异常对副热带高压的独立作用， 对ENSO信号进行了滤除。结果表明： （1）夏季的印度洋暖海温暖异常会激发东传的Kelvin波， 在西北太平洋地区低层出现反气旋异常， 使西太副高较常年偏强， 我国南海到菲律宾东部降水偏少； 冬季IOBM正位相时， 澳洲地区东风异常， 热带西太平洋地区有大范围的降水负异常。印度洋海盆模对太平洋副热带高压非对称结构的影响在环流和降水场上均有体现。（2）根据能量诊断结果发现IOBM正位相时， 夏季西北太平洋低层季风风场辐合区与扰动动能增长区相重合， 有利于该地反气旋异常发展， 从而使得副高偏强； 冬季澳洲地区季风的风场辐合区与扰动动能增长区不能很好地配合， 没有明显的反气旋异常。（3）利用数值模式模拟得到的结果能够验证沿赤道对称的印度洋海温异常在西太平洋地区引起的反气旋性环流和降水异常， 无论位置还是强度都表现出极强的不对称性。因此， 印度洋海盆模（IOBM）对于太平洋副热带高压南北半球非对称结构的形成具有重要作用， 并进而对东亚及澳洲地区降水的异常分布产生影响， 这为印度洋海盆模对西太副高的影响提供了理论基础。

  • 基于闪电监测数据的台站雷暴日统计检验及其演变特征研究
  • 庞波, 朱彪, 赖辉煌, 林彬彬, 刘冰
  • 2023 Vol. 42 (6): 1604-1614.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00013
  • 摘要 ( ) PDF (8101KB) ( )

  • 为研究雷电资料延续性及其气候演变特征， 建立了基于闪电监测资料的台站雷电日计算模型。 分别选取时段为1982 -2013年的人工观测雷暴日和2011 -2021年的闪电定位仪监测雷电日资料， 结合 T检验和 F检验结果判断出与人工观测最优匹配的闪电定位仪监测半径范围， 在此基础上， 采用惩罚最大 F检验（ P M F T）法对福建省66个台站雷暴日资料做连续性检验且对比不同监测半径下 P M F T检验值的通过率和观测与监测的均方差进而得到闪电定位仪的最优匹配监测半径。以最优匹配监测半径为基准采用EOF经验正交函数法（Empirical Orthogonal Function， EOF）和9点平滑系数分析福建省1982 -2021年近40年雷电日时空演变特征及影响雷暴活动因素。结果表明： （1）基于闪电监测资料的台站雷电日与人工观测雷暴日相匹配监测半径范围为12~20 km内， 全省66个台站雷电日连续性检验通过率（未通过率）为80.30%（19.70%）； （2）福建省近40年雷电日空间分布不均匀， 呈现西南部雷暴活动强而东部沿海岸雷暴活动弱特征， EOF前三个模态的空间型分别为“全省反相位”、 “东北-西南地区反相位”、 “内陆沿海地区反相位”， 其中第一模态的方差贡献率为55%， 作为EOF分解的主要模态对应时间系数的9点平滑曲线反映出福建省中西部和南部在1998年前和2016年之后雷电活动频繁， 在此时段期间雷电活动较少； （3） ENSO对福建省雷暴活动规律有一定的影响， 其中ENSO、 厄尔尼诺、 拉尼娜和福建省连续性雷电日的超前滞后相关系数分别是43.80%、 55.22%、 14.21%。综上所述， 通过检验分析得到半径12 km可作为福建省人工观测雷暴日资料与闪电定位监测资料衔接的台站参考半径， 解决福建省闪电资料延续性的问题。研究雷电活动规律对于提升雷电灾害防御能力有重要意义。对比研究几类气候事件， 厄尔尼诺对福建省雷暴活动规律影响较大， 将其考虑作为影响福建省雷电活动规律重要因子之一。

  • 腾格里沙漠风光热基地对区域生态环境的效应分析
  • 彭生江, 薛远天, 孙亚璐, 杨晨来, 苏迎庆, 朱猛
  • 2023 Vol. 42 (6): 1615-1624.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00078
  • 摘要 ( ) PDF (5519KB) ( )

  • 沙漠地区风光热资源丰富， 已建设的风光热基地对区域生态环境的影响机制尚不明确。开展区域风光热基地建设的生态环境效应研究对指导区域清洁能源开发与促进社会经济发展具有重要意义。本研究以腾格里沙漠为研究区， 基于谷歌地球引擎云平台（Google Earth Engine， GEE）并结合2000年、 2022年研究区Landsat 8遥感影像， 采用土地利用动态度、 土地利用转移矩阵、 生态环境质量指数、 景观格局指数、 地理加权回归模型等方法对沙区风光热基地建设前后生态环境的效应进行分析。结果表明： （1）沙区土地利用空间分布时空异质性显著， 主要土地利用类型为沙地、 低覆盖草地及戈壁。沙地面积占研究区总面积的69.10%~72.72%。2000 -2022年， 风光热基地建设前后沙区土地利用类型变化剧烈区主要分布在沙区东南及西南边缘等。（2）近22年， 土地利用动态度最高的是工矿建设用地， 达到0.11%。沙地转移为工矿建设用地， 而工矿建设用地中80%为风光热基地面积， 沙地成为风光热基地的重要转移源。（3）区域生态环境质量指数（Ecological Environment Quality Index， EEQI）高值区主要集中在石羊河中下游区域及沙漠西南、 东南边缘区。风光热基地集中区域EEQI由水平值提高到0.25~0.87。（4）风光热基地建设后区域内景观要素分散程度降低、 破碎度提高， 景观空间结构更复杂， 区域景观的多样性与异质性增强。此外， 风光热基地建设后沙区回归系数总体高于2.5， 一定程度上提高了区域生态环境质量指数， 加强了土地利用与生态环境质量的相关性。因此， 风光热基地的建设带来的土地利用的良性变化有利于促进沙区生态环境质量与景观格局的改善。

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