中国区域多种数值模式资料的地面气象要素评估

利用中国气象局国家级自动站(2421个站)的观测资料,分别对2010年7月1日至2013年6月30日的欧洲中期数值预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)和美国国家海洋大气局的全球预测系统(GFS)数值模式资料的地面气温、相对湿度和风速在中国区域的适用性进行了比较研究。结果表明,3种数值模式资料都能在一定程度上反映观测资料所具有的时间和空间分布特征,东部地区的适用性要高于西部地区。不同的地面气象要素,差异较大:对于地面气温和地面相对湿度,ECMWF比JMA和GFS更接近实际观测,ECMWF和JMA的分析场数据质量要好于预报场;ECMWF和JMA地面气温在冬季与观测差异最大,GFS地面气温在夏季与观测差异最大;3种数值模式资料的地面相对湿度在秋季和冬季与观测差异最大;对于地面风速,在江淮流域和华南等东部区域JMA与实际观测差异最小,在北部和西部区域ECMWF最好,JMA和GFS地面风速在冬季与实际观测差异最大。     

中国大气本底条件下不同地区地面臭氧特征

分析了晴天和阴天时瓦里关本底台、临安和龙凤山本底站地面 O3浓度的特点。晴天时 ,临安站地面 O3有明显日变化 ,以春季最大 (42 .9× 1 0 - 9) ,夏季最小 (2 0 .3× 1 0 - 9) ;龙凤山站日变化更规则 ,秋季最大 (约 2 7× 1 0 - 9) ;瓦里关本底台除了夏季有微弱日变化外 ,其它季节没有明显的日变化 ,日较差也很小 ,但夏季地面 O3浓度显著高於冬季 ;夏季晴天瓦里关地面O3浓度要比龙凤山、临安高 2 0× 1 0 - 9以上。阴天时 ,临安和龙凤山站除了日变化不很规则和日较差较小外 ,其它大致与晴天相同。阴天时瓦里关不仅没有日变化 ,而且日较差更小 ,但夏季地面 O3仍然高於冬季。太阳总辐射和 NOx 浓度是控制龙凤山和临安晴天和阴天地面O3浓度的决定性因子 ,它在不同季节和地区发挥着重要作用。夏季青藏高原周围地区气流向高原输送作用 ,是形成夏季瓦里关地面 O3高值以及微弱日变化的主要原因。在美国 MaunaLoa基准站也曾观测到类似的输送影响。O3在低对流层随垂直高度增加的分布特征 ,决定了东西部测点地面 O3的差异     

南海强夏季风(1994年)和弱夏季风(1998年)建立的机理分析

用NCEP／NCAR的再分析资料和局地纬向平均Hadley环流(反Hadley环流)诊断方程,探讨南海强夏季风年(1994年)建立初期(5月1～5日)和弱夏季风年(1998年)建立初期(5月21～25日)的物理机理。数值诊断结果表明：强南海夏季风年(1994年)建立初期候平均气压梯度力(地转风)作用相对较小,而弱夏季风年(1998年)则相对较大。1994年5月第1候候平均非地转南风比1998年5月第5候候平均非地转南风强的主要原因是1994年南海地区稳定度较小。对1994年5月第1候南海地区近地面候平均最大非地转南风起正贡献的主要因子为：潜热加热,纬向温度平流,垂直温度对流,边界效应;对1998年5月第5候南海地区近地面候平均最大非地转起主要贡献因子为：潜热加热,边界效应,垂直温度对流。     

一次对弱雹云进行防雹作业个例的效果分析

1天气与灾情2012年7月2日,受东北冷涡和地面低压的共同影响,全省出现降水,其中东南部地区降水量大。地处松嫩平原中部的绥化市兰西县日降水量最大,为33 mm,降水时段集中在17-19时,表现出明显的局地性特征。根据各地上报的灾情,2日下午松嫩平原东部、牡丹江半山区发生多起冰雹灾害,因此可确定2日是典型的冰雹易发日。2天气形势分析(1)高空形势。2日08时,850 hPa上黑龙江位于冷涡前部,切变线位于黑龙江中北部地区。冷、暖空气交汇区位于黑龙江西南部地区。(2)地面形势。东北低压中心位于黑龙江西南部,08-20时地面暖锋随低压中心逐渐南压到吉林省。14时暖锋位于黑龙江省与吉林省交界处。     

青藏高原加热场与长江下游秋季降水的关系

利用1960年至2010年青藏高原地面加热场强度距平指数,中国月平均降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季高原地面加热场强度变化趋势,长江下游地区秋季(9,10月)降水量时空变化,着重对冬季高原地面加热场强度与次年长江下游地区秋季降水做相关性分析,配合冬季高原地面加热场强度极值年对应的秋雨时期环流情况,得出以下结论:(1)冬季高原地面加热场强度年际变化显著,自1960年来大幅下降,2000年后小幅回升但仍未达到先前水平。(2)长江下游地区秋季降水主要集中在9月,且降水量呈同多同少分布,年际变化显著,1985年后降水总量偏少。(3)冬季高原地面加热场强度与长江下游地区秋雨降水量存在相关关系。冬季高原地面加热场强时,次年长江下游地区秋季降水量大,其中部分地区相关性非常显著;反之当冬季高原地面加热场强度弱时,次年长江下游地区秋季降水量也较小。     

吉林地面和高空风速变化特征及成因分析

利用1975-2012年吉林50个地面气象站观测资料和3个探空站测风资料,对地面和0.5~40km高空风速的时空变化特征进行了分析,并分析了高、低空风速变化的原因。结果表明:吉林地面(10 m)年和四季平均风速均呈现中西部和东部近海区较大、东南部地区较小的空间分布特征;近38年吉林地面年平均风速平均每10年减少0.21 m·s~(-1),高于全国平均和大部分区域平均,大风区或大风季节的风速减小幅度最大;在1975-2012年期间,吉林高空风速随高度增加呈先减小后增大的变化趋势,对流层和平流层下层的夏季平均风速趋于减小,冬季平均风速趋于增加,而且冬季风速增加对年平均风速增加的贡献最大。大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响,城市化的发展、观测环境的改变减小了地面风速。     

河西走廊风速变化及风能资源研究

利用河西走廊地区25年风速气候资料和风塔周年资料,研究了该区域近地面风速及风能的演变和分布。结果表明:河西走廊绿洲内风速下降十分明显,而其它高山站风速比较稳定,没有明显的减少趋势;风速变化具有周期振荡特点;垂直风速差由近地面向上减小,高层风速极大(小)值滞后于低层;风速随高度按自然对数规律增大,风能距地面8 m层内随高度变化迅速;该地区4~12 m/s风居多,是风能的主要贡献者;2~4月风速最大,1,5月最小;该地区风能丰富,10~70 m层内年风能储量在2200 khW/m2以上。     

江西一次大雾天气诊断分析和ECMWF集合预报产品释用

利用常规气象资料,对2013年11月15日出现在江西省北部地区的一次大雾天气过程进行了诊断分析,并利用ECMWF集合预报产品对该大雾天气过程的预报进行了解释应用。诊断结果表明,该次大雾天气过程是一次典型的辐射雾。14日傍晚到夜间,江西省北部地区转处冷高压控制,阴转晴,冷空气和地面辐射共同造成的冷却作用明显;大雾发生时的逆温层高度大约在981 hPa;1—3 m/s的风速有利于形成较厚的冷却层;地面相对湿度大,水汽充足。通过对ECMWF集合预报的气温、地面湿度、地面风速和天空总云量预报产品的释用,可以在大雾出现的前日判断出江西省西北部地区同时满足辐射雾出现4个条件(水汽、晴空辐射冷却、微风、近地层的稳定层结)的概率最大,因此出现大雾的可能性最大;江西其他地区不能同时满足4个条件,出现大雾天气的可能性很小。随着对集合预报产品的不断深入挖掘,可以进一步提高集合预报对大雾等灾害性天气的预报能力。     

新冠肺炎疫情期间中国人为碳排放和大气污染物的变化

利用行业经济活动数据、1 580个地面监测站和6套卫星反演数据,分析了我国新冠肺炎疫情期间人为碳排放和主要大气污染物的变化。与2019年第一季度相比,2020年同期我国碳排放降低9.8%,其中交通部门降幅最大达到43.4%。与2019年2-3月相比,疫情期间全国地表臭氧浓度同比升高1.9 nL/L(5%),其中华北平原以降低为主,东南部地区以上升为主。PM2.5浓度同比下降12.6μg·m^-3(24.9%),其中长三角降幅最大。二氧化氮(NO2)的地面浓度和对流层柱浓度在京津冀、珠三角和长三角都降低20%~30%,体现了高低层的一致性。地面一氧化碳(CO)浓度同比降低17%,而对流层CO柱浓度升高2.5%,可能原因是境外生物质燃烧输送提升了我国南方高层大气的CO浓度。中东部地区气溶胶光学厚度显著降低,导致地表晴空短波辐射同比升高11.6 W·m^-2(9.6%)。     

我国西北典型干旱区和高原地区地表辐射能量收支特征的比较

利用“中国西北干旱区陆气相互作用观测试验(NWC-LAIEX)”所获取一年的地面辐射观测资料(2000年5月~2001年4月),比较分析了我国典型干旱区敦煌戈壁、临泽沙漠和藏北高原五道梁地区地表辐射能量的收支特征。结果表明:3个地区各辐射分量季节变化明显,春季一般为跳跃式增加,而秋季则急剧减小,敦煌和临泽地区总辐射月总量几乎全年都小于藏北高原的五道梁地区,冬季最为明显。五道梁和临泽地区的地表反照率有较明显的季节变化和日变化,季节变化是夏季较小,冬季大;而敦煌戈壁地区的反照率不论是季节变化还是日变化,都比较平缓;3个地区相比,临泽沙漠地区的反照率最大,五道梁地区次之,敦煌戈壁地区最小。敦煌戈壁和临泽沙漠地区的地面向上长波辐射和大气逆辐射都比藏北高原的五道梁地区大。地面有效辐射在敦煌戈壁和临泽沙漠地区是夏季大,冬季小;而在藏北高原的五道梁地区则是春秋季大,冬夏季小。地面有效辐射与地面吸收辐射之比敦煌戈壁和临泽沙漠地区量值相近,藏北高原的五道梁地区较小,夏季尤为突出。在夏季,五道梁的地表净辐射要远远大于其他两个地区,冬季3个地区量值相当。与地表净辐射相对应,五道梁地区的地面热源强度在夏季大于敦煌戈壁地区,在冬季相差不大。     

中国东部地区冬季和夏季地面湿度空间分布特征的对比分析

利用中国东部地区315个台站1963~2012年月平均地面观测资料,揭示了东部地区冬季和夏季地面比湿(SH)和相对湿度(RH)多年平均值及其变率的空间分布特征,并分析和比较了地理因素(经度、纬度和海拔高度)对其空间分布的影响。结果表明:1)在冬季,SH(0.4~7 g kg-1)以秦岭-淮河线为界,呈现出"北低南高"的分布特征;RH(41%~82%)则呈现出"南北高、中间低"的分布特征;一般冬季地面湿度相对较低的地区其变化幅度相对较大。2)在夏季,SH(7~20 g kg-1)整体上明显大于冬季,RH(44%~89%)则与冬季差异不大,均呈现由东南部沿海向西北内陆递减的分布特征;同样夏季地面湿度较低的地区通常其变化幅度也相对较大。3)东部地区冬季地面湿度空间分布受地理因素影响,其中纬度是最主要的影响因素,经度次之,海拔高度对其整体分布影响不明显,且地理因素对冬季SH的回归效果明显好于对冬季RH的回归效果。4)东部地区夏季地面湿度空间分布受地理因素影响较冬季显著,纬度同样是影响夏季地面湿度最主要的因素,但海拔高度对夏季SH、经度对夏季RH的影响程度较冬季增大,且地理因素对夏季SH的回归效果同样好于对RH的回归效果。     

ECMWF业务预报模式地面气温预报的不一致性特征研究

为探讨ECMWF业务预报模式(以下简称ECMWF)的地面气温预报不一致性问题,本文利用2015年12月1日—2016年11月30日业务预报中常用的地面气温预报数据,研究ECMWF地面气温预报产品在不同季节里的不一致性指数分布及变化特征。结果表明:各个季节不一致性指数有不同的特点,冬季不一致性指数最大,大值区主要分布在除华南和青藏高原外的大部分区域;而夏季不一致性指数最小,在青藏高原地区不一致性指数相对较大;春、秋两季不一致性指数大小均处于冬、夏季之间。此外,研究还发现冬季地面气温预报不一致性指数单日变化较大,而夏季较小。夏季不同起报时间的地面气温预报比较稳定。     

基于CERES/Aqua卫星资料的新疆地面短波向下辐射时空分布特征

利用CERES SSF Aqua MODIS Edition 3A数据对新疆地区2003-2015年的13时至17时的地面短波向下辐射变化进行研究,得到了新疆地区近13年的地面短波向下辐射时空分布特征。可以发现,该地区地面短波向下辐射从东南向西北随着纬度的增加而逐渐减少,从春季到冬季,地面短波向下辐射逐渐地由经向分布向纬向分布转变,秋季变化幅度为全年最大,夏季最小。年变化呈现单峰趋势,接近正态分布,最大值出现在2004年5月13时。在日变化中,13时最大。新疆地区近13年整体来说,地面地面短波向下辐射呈现下降趋势,以13.3 W?m-2/10a的速率减小。春季变化呈现增大趋势,其余各季均为减小趋势。     

青藏高原东侧常规观测资料对WRF模式预报误差的贡献分析

利用WRFDA-FSO(Forecast Sensitivity to Observation)系统,统计分析2009年和2010年5—10月青藏高原东侧常规地面和高空观测对WRF模式预报误差的贡献。结果表明:地面观测资料各要素中,温度场对模式预报误差贡献最大,风场、气压和水汽场的贡献相对小;四川东部、广西大部和云南南部边缘地区的资料对改进预报产生正贡献较大。高空资料各要素中,温度场对模式预报误差贡献最大,其次是水汽场,风场贡献最小;高空站资料对改进预报产生正贡献较大的区域主要分布在云南大部、贵州西部边缘和广西西北部边缘地区。依据误差统计结果,剔除对改进预报产生负贡献较大的地面和高空站资料后,模式降水和温度预报效果有所改善。     

包头地区风能资源分布特征分析

利用1979—2008年包头地区各气象站近30年地面观测的风资料,对各地区平均风速、最大风速和风能资源进行了统计计算,给出了包头各地的平均风速、最大风速和风能资源的分布特征,为包头地区合理开发和利用风能资源提供依据。     

安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征分析

分析安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征,对人工影响天气防雹作业有重要意义。根据2002—2013年间安徽省地面降雹资料,结合合肥新一代天气雷达(CINRAD)探测资料,使用Storm Cell Identification and Tracking (SCIT)算法设计风暴识别、追踪程序,得到3—8月59站次的降雹过程。统计分析冰雹云回波强度、回波高度、单体VIL等特征信息,结果表明：6—7月安徽地区降雹概率最大,1日中15—18时降雹概率最大。安徽地区春夏季冰雹云回波强度至少为55 dBz,大多数为60~70 dBz,单体VIL至少为30 kg·m-2,大多数为40~80 kg·m-2。单体VIL与最大反射率的变化趋势比较一致,最大值往往出现在降雹时间附近。安徽地区春夏季冰雹云回波顶高平均13.6 km,30 dBz风暴顶高平均12.1 km,最大回波顶高达17 km以上。     

一次沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响

沙尘气溶胶对辐射有显著影响,利用耦合了Shao2004起沙参数化方案的WRF/Chem(大气/化学全耦合模式),模拟分析了沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响。结果发现沙尘气溶胶可以导致地面向下的短波辐射通量减小42.51%,平均减小-3.30~-49.46 W·m~(-2),最大可达-162.67 W·m~(-2);沙尘气溶胶可以通过自身向外发射长波辐射,导致地面向下的长波辐射通量增大,地面向下的长波辐射通量平均增加为17.49~50.49 W·m~(-2),最大可达99.17 W·m~(-2)。当PM10浓度为10~20 mg·m-3,沙尘气溶胶能够减小地面向下的长波辐射通量,即沙尘气溶胶在该地区对大气具有"保温"作用;白天沙尘气溶胶主要增加大气层顶向上的长波辐射通量,夜间则减少大气层顶向上的长波辐射通量,大气层顶向外的长波辐射通量平均变化为-25.29~28.83 W·m~(-2),最大可达87.22 W·m~(-2)。     

雷达资料在湖南降水与降水效率特征分析中的应用

根据湖南怀化历史雷达资料,统计分析了垂直液态含水量、最大反射率等降水特征因子以及云内凝结液态水,并结合全省区域观测站同步雨量资料,采用"按行政区域划分到县"方法,计算出怀化地区实时地面降水量与降水效率。分析结果表明:选取的2015年怀化地区层积混合云降水个例具有一定的代表性,怀化地区上空垂直液态含水量充沛,最大反射率为57dBz,最大垂直液态含水量为2.40*107m~3,6min平均垂直液态含水量为2.16*107m~3,6min平均地面降雨量为4.81*106m~3,降水效率为18.21%。研究结论对湖南省人影工作的开展起到了一定的技术指导作用。     

WRF模式对江西2006—2015年夏季气候模拟的性能分析

基于NCEP/FNL再分析资料,利用中尺度天气预报模式（WRF）对2006—2015年1月1日—8月31日的天气形势进行模拟,分析探讨了模式对江西省夏季(6—8月)气温和降水的模拟能力。结果表明：WRF模式能准确模拟出江西省气温和降水的空间分布气候特征,模拟结果与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）接近。其中,降水的模拟精度低于气温模拟;模拟的气温在鄱阳湖地区出现低值,与CMFD的偏差最大。WRF模式模拟的地面反照率偏大导致气温模拟结果偏低。     

厦门地区地面气温的多模式集成统计降尺度预报研究

利用双线性插值与线性回归方法、消除偏差集合平均(bias-removed ensemble mean,BREM)和多模式超级集合预报(Super-ensemble Prediction,SUP)方法对厦门地区的地面气温进行统计降尺度分析,结果表明:在2013年夏季的3个月中,降尺度后三个单模式对厦门地面气温的预报效果显著改善。使用多模式集成预报方法(BREM和SUP)后,预报误差进一步减小。对比整体预报效果最好的单模式ECMWF,降尺度后3~96h预报误差均在3℃以下。此外,结合SUP方法的降尺度预报能最大程度的改善地面气温的预报误差。