中亚低涡背景下新疆连续短时强降水特征分析

利用新疆2005—2014年5—9月经过整编的105个气象站逐小时地面降水资料、美国国家环境预测中心和大气研究中心NECP/NCAR的空间分辨率为2.5°×2.5°逐日再分析资料,提出了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水定义,分析了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水的时空分布特征,中亚低涡不同发展阶段新疆连续短时强降水的环流特征。结果表明:(1)中亚低涡背景下新疆连续短时强降水呈现北部多于南部、西部多于东部、山区多于平原和盆地的分布特征,4个高频中心分别位于塔城北部、伊犁河谷、中天山、南疆西部山区,海拔在1800~2000 m的站点出现次数最多。(2)近10 a 5—9月,中亚低涡背景下新疆连续短时强降水具有明显的日变化,呈单峰分布型,主要发生在14—04时,约占76%,峰值在18—22时。连续短时强降水有明显的年变化,7月最多,达0.9次/a,8月次之,为0.8次/a,5月最少,只有0.1次/a。(3)中亚低涡发展期低涡西南部强锋区造成短时强降水,成熟期分为长时间和短时间持续短时强降水环流型。长时间环流型低涡前部强西南气流造成短时强降水,短时间型分低涡前强西南气流和低涡底部强锋区造成短时强降水,消亡期低槽后部西北气流和低槽前部西南气流均可造成短时强降水。     

黄南州短时强降水时空分布特征及环境场分析

通过对2006-2012年黄南州各地1h降水量≥25mm的短时强降水时空分布及环境场分析。结果表明:短时强降水时空特征为北少南多势态,河南最多,集中发生在7、8月份,一日的16-21时,均为单锋型;短时强降水过程的高空形势为副高边缘型、低涡切变型和西北气流冷平流型三种类型,其中副高边缘型强降水是黄南州主要高空环流形式,发生在冷锋前的暖区里;短时强降水天气过程开始前及发生时地面至中空湿度近似饱和,温度露点差小于4℃,触发短时强降水的冷空气侵入不同,副高边缘型温度场反应对流层中低层暖脊控制,对流层低层到地面有弱冷空气侵入,低涡切变型是对流层低层强冷空气的侵入,西北气流型是对流层中层冷空气入侵,对流层低层为暖空气控制;降水区一般在高空西风急流轴的南侧,高空西风急流出口区右侧存在辐散上升气流,有利于强对流天气的形成,低空显著气流为强降水区提供足够的水汽及不稳定层结的建立和维持;地面中尺度辐合线是强降水的中尺度影响系统;总结出短时强降水中尺度概念模型。     

新疆阿勒泰地区短时强降水流型及环境参数特征

利用新疆阿勒泰地区(简称阿勒泰地区)自动气象站逐时降水、常规及EC细等资料分析研究了2010-2016年5-9月45个短时强降水过程的环境流型、温度对数压力(T-logP)图形态和关键物理参数,并与中国中东部对比。结果表明,该地区短时强降水天气主要由中亚槽前型、中亚低涡型、西西伯利亚低槽(涡)型造成,前2种型6月发生最多,后者7月最多,并给出各天气型的高低空流型配置。大多数过程T-logP图温湿廓线呈上干冷下暖湿的"漏斗"状,对流层中低层或低层水汽较好,对流有效位能CAPE呈"瘦弱"的梭形,抬升凝结高度较低。总结出该地区短时强降水发生前主要天气型的关键环境参数平均值和阈值;该地区大多数环境参数阈值小于中国中东部地区,说明该地区比中国中东部地区更有利于触发短时强降水的发生。     

南疆短时强降水概念模型及环境参数分析

利用南疆2010-2016年自动气象站及区域自动气象站逐小时降水量资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及探空资料,分析不同强度的短时强降水的时空分布,得出南疆短时强降水事件的天气型有明显的季节性特点和区域性特征。总结了典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立了短时强降水的三种概念模型:中亚低槽(涡)型、西伯利亚低槽(涡)型和西风短波型。通过7个探空站的温湿廓线形态、地面露点温度、T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500)、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、抬升凝结高度、0～6 km垂直风切变等分析了南疆短时强降水的环境背景:短时强降水Ⅰ型(整层湿)、短时强降水Ⅱ型(上湿下干)和短时强降水Ⅲ型(上干下湿)发生前大气水汽含量充沛、存在一定的CAPE和较明显的垂直风切变以及0℃层高度偏低、暖云层厚度偏厚等特征,而合适的CIN,有利于对流不稳定能量的积聚和爆发,促进短时强降水的发生;短时强降水Ⅳ型(干绝热型)存在大气层结较干和较大的T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500);Ⅰ型和Ⅱ型是南疆短时强降水的主要类型,常出现在南疆中部、西部地区的盛夏和夏末,多为西伯利亚低值系统(低涡、低槽)型和中亚低值系统(低涡、低槽)型影响。     

基于溃变理论的V-3θ图在贵州3次转折性天气中的应用

利用常规观测资料和MICAPS 4版的V-3θ图,选取了2018年贵州冰雹、暴雨和大雪3次转折性天气过程,对V-3θ图进行了特征检验和简单应用,得出结论如下:(1)V-3θ图能很好反映大气能量结构变化,其典型特征均有较好体现:超低温结构、顺滚流、θ线多折拐等;(2)不同转折性天气其V-3θ图特征也有所不同:冰雹天气的滚流效应最突出,暴雨、大雪依次减弱;暴雨和大雪对θ_(sed)与θ~*线准平行且近重合要求更高;而冰雹天气过程对对流层顶出现深厚超低温结构更为敏感;(3)当环流形势较弱,常规天气分析难以判断转折性天气时,可利用V-3θ图特征进行辅助预报。     

新疆短时强降水天气主要流型及环境参量特征分析

利用近10年新疆暖季(5-9月)常规观测、区域自动站小时降水资料,对468个短时强降水过程的主要流型、关键环境参数特征及预报阈值进行讨论.结果表明:新疆短时强降水的流型有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北气流等3种,中亚低槽(涡)是影响新疆短时强降水的主要流型;探空温湿廓线可分为Ⅰ型(整层干)、Ⅱ型(上干下湿)...     

淮河上游短时强降水天气学分型与物理诊断量阈值初探

利用常规高空、地面气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2001—2010年淮河上游短时强降水过程进行中尺度天气分析和物理量场诊断。然后,根据该区域短时强降水的环流形势和主要影响系统,将短时强降水过程分为副高边缘型、低槽型和台风倒槽型,其中副高边缘型又分为副高和低槽共同影响型、副高控制型和下滑槽副高型,归纳各类短时强降水天气系统配置模型,并提炼出表征短时强降水天气的物理量阈值。结果表明,淮河上游77.8%的短时强降水与西太平洋副热带高压有关,中低层多有急流、切变线和低涡,地面影响系统多为倒槽、辐合线和弱冷锋。短时强降水发生在低层辐合、高层辐散、低层正涡度以及中层上升运动的动力条件下;中低层有较强暖湿空气输送,湿区深厚,强降水发生在假相当位温(θse)大值区顶部;0℃层高度较高,中层风切变小,低层风切变较大,有利于短时强降水发生。     

新疆南疆西部干旱地区短时强降水预报方法及指标

利用新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州(简称"克州")4个站点2006—2013年逐时降水量实况资料、喀什雷达及探空资料,分析了克州地区短时强降水的发生规律及年代际变化特征。结果表明:1)克州地区短时强降水多出现在5—9月,尤以6—7月最多,且多出现于午后及前半夜;2)着眼于500 hPa环流形势演变,对影响克州地区短时强降水天气出现的影响系统进行分型,主要有中亚低涡或低槽东移型、巴尔喀什湖(以下简称巴湖)低涡型、喀布尔低槽(涡)型、锋区南压型4种类型,并归纳分析了上述4种影响系统造成各类短时强降水天气的概念模型;3)利用典型历史个例中探空资料物理参数进行分析,得到一些统计特征,同时利用探空订正来进行潜势预报,并对得出的预报探空及订正指标进行检验;4)探空资料V-3θ图显示强降水具有明显的非均匀结构、存在明显的大肚状,风矢结构为明显的顺滚流;5)利用喀什雷达资料对克州短时强降水得出指标:回波强度在45～60 dBz、回波顶高在5.0～9.0 km、强降水回波最大垂直累积液态含水量在4～40 kg/m~2、强中心所在高度在1～7 km、≥35 dBz的对流回波在本站持续1 h。     

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。     

基于溃变理论的沙尘大风天气预测研究

依据溃变理论和溃变V-3θ结构图的信息数字化,预测天气的转折性变化取得了应用的有效性突破。文中针对沙尘大风天气的预测分析,利用单站探空资料的特性层资料,通过V-3θ图直观反映大气层结的滚流方向、稳定度和水汽含量等信息,以此判断大风、沙尘天气的转折性变化。结果表明,沙尘大风发生前,V-3θ图中位温(θ)、露点温度的假相当位温(θsed)曲线非常靠近,θ曲线左倾明显,整层大气存在顺滚流,且对流层上层存在"超低温"现象;当θsed曲线数值增大,明显靠右,则表明沙尘大风天气将结束。溃变图方法显示了简捷、直观和应用有效的特征。     

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Recent advances in monsoon studies in China

This review provides a synopsis of the major progress that has been made in monsoon studies in China and to further bridge the gap between the Chinese and international meteorological community. It consists of seven major sections. After the introduction, the second section begins with the global monsoon systems and their seasonal variation, based on some new methods proposed in recent years. Besides, some major intraseasonal features of East Asian monsoon, including the onset of South China Sea summer monsoon are discussed. In the third section, we review the interactions between ENSO and the East Asian monsoon, focusing in particular on the results of Chinese meteorologists that indicate the influence of ENSO on the East Asian summer monsoon(EASM) is obviously different from that on the tropical monsoon. Besides the tropical Pacific,other ocean basins, such as the Indian Ocean and the Atlantic Ocean, are also important to the East Asian monsoon, and this topic is discussed in the fourth section. In the fifth section, we address the role of land surface processes in East Asian monsoon. For example, we describe work that has shown more snow cover in spring on the Tibetan Plateau is followed by a weakened EASM and more summer rainfall in the Yangtze River valleys. The sixth section focuses on the influence of atmospheric circulation in the Southern Hemisphere(SH) on EASM, demonstrating how the signal from the SH is likely to provide new clues for the seasonal forecasting of summer rainfall in China. Finally, in the seventh section, we concentrate on the interdecadal variations of EASM. In particular, we look at a significant interdecadal variation that occurred at the end of the 1970 s, and how our understanding of this feature could affect forecasting ability.     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.