平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

全球环流系统关联性的时空演化特征研究

利用NCEP/NCAR全球高度场和地面气压资料,运用矩阵理论,研究了全球高度场和地面气压序列关联性的时空演变特征.结果表明,各层次高度场的关联性在中低纬度区域较好,并向中高纬度地区逐步递减,呈准带状分布;垂直方向上,低层的关联性较弱,随着高度升高关联性逐渐增强;北太平洋区域从低层至高层大气中均存在一个较强的负关联中心,...     

全球“变暗”和“变亮”时期中国地面温度变化研究

利用中国90个气象站年平均地面日最高、日最低温度和地面太阳辐射数据,分析了在全球变暖背景下全球“变暗”和“变亮”时期中国地面温度的变化特征及其与到达地面的太阳辐射(SSR)变化之间的联系.结果表明,在全球“变暗”时期,年平均地面日最高和日最低温度的差别较大,日最高温度先下降后缓慢上升,日最低温度先平缓变化后快速上升,日最低温度的上升速率始终大于日最高温度,且两者变化速率之差＞0.3℃·(10 a)-1.从空间分布上看,年平均日最高和日最低温度都表现出明显的南北差异,中高纬度地区(35°N以北)增温(或保温)的趋势更强,这与该地区SSR下降幅度相对较小一致.在全球“变亮”时期,年平均地面日最低温度继续上升,相对于“变暗”时期升温速率变化不大;而年平均日最高温度上升速度明显加快,此时年平均日最高和日最低温度的升温速率趋于一致.年平均日最高温度仍有明显的地域差异,中低纬度(35°N以南)地区的升温速率大于中高纬度,这与中低纬度SSR上升而中高纬度SSR下降有较好的对应关系;年平均日最低温度没有表现出这种南北差异,与SSR变化也没有很好的对应关系.尽管20世纪90年代后SSR开始上升,但目前SSR仍未恢复到“变暗”初期(60年代)的水平,而当前地面日最高和日最低温度已远高于“变暗”初期.     

东亚2005年和2006年冬季风异常及其与准定常行星波活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料系统地分析了2005年与2006年冬季欧亚大陆的气温和东亚冬季风的差别及其与北半球准定常波活动的关系。分析结果表明:2005年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏低,东亚冬季风偏强;而2006年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏高,出现暖冬,东亚冬季风偏弱。分析结果还表明,这两年冬季东亚冬季风的差别不仅是由于西伯利亚高压和阿留申低压的变异所造成,而且是由于北极涛动(北半球环状模)的变化所造成。并且,作者还从这两年冬季北半球准定常行星波活动的差异,在动力理论上进一步讨论了这两年冬季北半球气候和东亚冬季风差异的机理。结果表明:2005年冬季北半球行星波活动为低指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播加强,而往低纬度对流层上层传播减弱,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐合加强,而在副热带地区对流层中、上层辐散加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流减弱,而副热带急流加强,这有利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风增强;相反,2006年冬季北半球行星波活动为高指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播减弱,而往低纬度对流层上层传播加强,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐散加强,而在副热带地区对流层中、上层辐合加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流加强,而副热带急流减弱,这不利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风减弱。     

东亚2005年和2006年冬季风异常及其与准定常行星波活动关系的分析研究

利用NCEP/NCAR再分析资料系统地分析了2005年与2006年冬季欧亚大陆的气温和东亚冬季风的差别及其与北半球准定常波活动的关系。分析结果表明:2005年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏低，东亚冬季风偏强; 而2006年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏高，出现暖冬，东亚冬季风偏弱。分析结果还表明，这两年冬季东亚冬季风的差别不仅是由于西伯利亚高压和阿留申低压的变异所造成，而且是由于北极涛动 (北半球环状模) 的变化所造成。并且，作者还从这两年冬季北半球准定常行星波活动的差异，在动力理论上进一步讨论了这两年冬季北半球气候和东亚冬季风差异的机理。结果表明:2005年冬季北半球行星波活动为低指数，准定常行星波在高纬度往平流层传播加强，而往低纬度对流层上层传播减弱，造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐合加强，而在副热带地区对流层中、上层辐散加强，引起了北半球高纬度地区极锋急流减弱，而副热带急流加强，这有利于西伯利亚高压的发展，从而引起了东亚冬季风增强；相反，2006年冬季北半球行星波活动为高指数，准定常行星波在高纬度往平流层传播减弱，而往低纬度对流层上层传播加强，造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐散加强， 而在副热带地区对流层中、上层辐合加强，引起了北半球高纬度地区极锋急流加强，而副热带急流减弱，这不利于西伯利亚高压的发展，从而引起了东亚冬季风减弱。     

城市化对珠江三角洲强雷暴天气的可能影响

通过对2004年8月11日午后发生在珠江三角洲地区的一次强雷暴天气的高分辨数值模拟，研究了城市化发展可能对雷暴活动的影响问题，主要考察了与城市土地利用类型改变相关的“城市热岛”的形成和演变特征，城区粗糙度增大可能引起的低层辐合的增强过程，及其与雷暴发展强度变化的关系。结果表明:模拟的雷暴发展和演变过程与这一地区城市化的发展有密切的联系。引进了更加真实的关于珠江三角洲地区的土地利用类型资料之后，耦合了陆面模式Noah LSM的MM5模式可以更加成功地模拟出强雷暴天气的发展和演变过程。雷暴系统移经主要城市区后在珠江口西岸的增强过程与这一地区“城市热岛”的效应有关。中午时热岛开始形成于广州城区的上空，之后向南移动，范围扩大。另外，城区粗糙度增大引起的低层辐合增强可能在雷暴发展和演变过程中也起到了作用。模拟的与城市影响有关的低层辐合主要位于500 m以下的近地面层，开始时形成于城市的上风方向，并在下风方向增强， 由此引起的强烈上升运动有利于新的对流的启动和发展，促使雷暴强度增强。     

今年气候异常与多种因素有关

今年我国部分地区气候异常,除了气象原因外,太阳黑子的活动,厄尼诺现象的发生,火山灰的扩散,以及人类活动造成的工业废气或石油燃烧后的烟雾等,对气候变化都可能有一定程度的影响。1990年是太阳活动峰年,今年6月,又出现强烈的太阳耀斑;4月     

关于长期天气预报(续) 三、赤道东太平洋海温与大气环流

前面已谈到海水温度可能是影响长期天气变化的最主要的因子,低纬度的海温尤其重要。从两个半球的35°纬度到赤道是地球表面的热量盈余地区,大气正是从这里取得热量输送到高纬度,所以研究低纬度的热力状况有重要意义。低纬度以海洋为主,它的热力状况的变化有三个主要特微:     

广西雷暴天气预报指标研究

利用2003-2012年的地面填图和探空资料,统计常用对流参数满足指定阈值条件时广西6个探空站出现雷暴天气的概率（简称＂雷暴概率＂）。统计结果表明：整层比湿积分（IQ）、K指数（KI）和抬升指数（LI）与雷暴概率有显著的线性关系,当IQ、KI增大,或LI减小时,雷暴概率增大。对流有效位能（CAPE）在0-200J·kg-1之间增长时雷暴概率迅速增大,但超过200J·kg-1后雷暴概率增大不明显。根据统计结果,选取IQ、KI和LI作为预报因子,CAPE作为消空因子,定义了一个适用于广西雷暴天气的经验预报指标。用2013年资料做试报检验,结果表明该指标对6小时内的雷暴天气有较好的预报能力。     

太阳、地磁、大气电扰动与天气、气候相关研究

从日际,年际及世纪尺度统计分析了太阳活动与大气电参数及气象参数之间的相关性及其可能机制,结果表明,太阳活动与全球气温,云量,ＡＶＩ、雷暴及平流层工之间有很好的相关性。     

地球大气纬向风系、副热带高压和太阳较差自转的形成机制

利用N S(Navier Stokes)方程和一个基本假设推导出星体大气平均纬向风和平均气压公式,根据公式讨论了地球大气纬向风系和平均气压以及副热带高压的成因并进行了数值模拟。结果发现,地球大气纬向风是大气微团密度与基准大气密度存在差异而形成的,大气微团的密度大于（小于）基准密度,则为西风（东风）;密度的差距越大,风速越强。在中高纬度地区大气微团吸收的太阳辐射少而向空间辐射多,导致其密度变大,因此在中高纬度盛行西风;而在低纬度地区,因为吸收的太阳辐射多使大气微团密度变小而盛行东风。夏季（冬季）太阳辐射增强（减弱）使得大气微团密度变小（增大）,进而导致中高纬度地区西风减弱（增强）和低纬度地区的东风加强（减弱）。风速的大小还与纬度的余弦成正比,这就使得最大西风带位于中纬度地区而不是大气微团密度最大的极地附近;也使得最大的东风不是发生在太阳直射点附近而是靠近赤道一侧。根据气压公式和大气密度的经向差异可以得出中高纬度区域气压随纬度的升高而减小的分布特征,而太阳辐射所造成低纬地区密度的减小是该区域气压大于中高纬度的主要原因;在赤道上纬度的正弦为零,使得气压在赤道上存在极小值,导致了赤道槽和副热带高压的形成,且太阳辐射越强、副热带高压越强。因为纬度正弦因子的存在,使得副高脊线总是位于太阳直射点的向极一侧。在假定太阳大气为理想气体的情况下,由N S方程推导出太阳大气自转角速度随纬度的变化公式,由此解释了太阳较差自转的成因在于低纬地区的大气微团密度大于高纬度,并且在赤道上大气微团的密度最大。该公式与观测得到的经验公式在略去高阶小项后一致。由此认为,太阳大气的运动在形成机制上与地球大气没有区别,不同的是在太阳表面没有象地球表面那样受太阳辐射的影响,N S方程是所有星体（包括恒星、行星）大气共同遵守的动力方程。     

一个准稳态的全球大气电路模式

本文用一个全球大气电导率模式和一个全球大气电路模式,计算了地形、大气气溶胶及太阳活动对大气电参量的影响,并估算了它们对地面电流密度和电场的分布影响。结果表明:地形的存在使电离层电势增加,雷暴分布的改变对大气电参量平均值无影响;气溶胶浓度与电离层电势及晴天电阻成正相关。宇宙射线与电离层电势及气—地电流成正相关;气溶胶浓度和宇宙射线的变化也会影响到晴天区电场以及雷暴区地面电流密度和电场;太阳质子流的注入使全球地面电场和电流密度增大,电离层电势不变。     

电场时序差分在雷电预警中的有效性分析

目前国内应用地面大气电场仪进行雷电预警一般使用阈值法,这一方法直接使用电场观测值的多重阈值来进行预警,在实际应用中容易出现误报和漏报的现象.本文通过对晴天大气电场和雷暴天气大气电场分析了大气电场时序差分的基本特征,并结合SAFIR3000闪电定位观测数据,对典型雷暴过程下的电场时序差分进行了深入分析.本文还选取了有雷暴发生和无雷暴发生的预警应用个例进行了分析,分析结果表明电场时序差分的应用能在一定程度上提高雷电预警的效率.     

地闪与对流性天气系统中降水关系的分析

利用１９９７年夏季在中国科学院兰州高原大气物理所平凉雷电与暴雹实验站设置的３站闪电定位系统所取得的地闪资料与雷达、降水及探空等资料进行了对比分析,发现地闪与对流性天气中的降水有较好的相关性,这种相关性用来对一般性对流天气中降水进行估测是可行的。通过非线性回归近似拟合得到平均雨强与对应时段内的地闪数回归方程为Ｒ＝１．６９２ｌｎＦ－０．２７３,相关系数ｒ为０．８６４１。同时地闪频数与层结最大不稳定能量一样能够指示对流性天气的发生和发展。     

北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系。分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型。进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北—东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小。在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强)。两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性。在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常。瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型。     

北半球冬季大气环流与热带太平洋海表温度二年振荡相互作用的若干事实

本文应用带通滤波统计方法,研究了热带不同地区准二年周期振荡的海表温度与冬季500hPa高度场之间的时滞相关。结果表明,不同热带太平洋地区(西、中、东太平洋)海温对中高纬度大气环流的影响,或严格地说,它们之间的相互影响是不同的。在不同纬圈上,相关系数可以有规则的向东或向西传播。同时在不同径圈上也可以向极地或赤道传播。传播的方向和位置依赖于热带海表温度所在的经度。由于传播的速度十分缓慢,平均约2年80—210个经度,或2年约60个纬度。因此可以认为不属于经典的Rossby波,而是一种新的海气相互作用波。     

雷暴活动与MLT区域金属Na层变化特征的统计研究

结合WWLLN闪电定位资料、子午工程海口站激光雷达所测的中性金属钠原子密度数据,利用SEA时序叠加法对对流层雷暴活动与中间层及低热层(MLT)金属钠(Na)原子变化进行了分析,探究了金属钠原子层对雷暴活动的响应及变化特征。研究表明:在雷暴日,MLT区域Na原子在距地面90~95 km处的密度小于非雷暴日的值;利用总雷暴活动触发下的SEA统计得到,Na原子密度在触发后的24 h内出现了明显的减弱,在触发前则有微弱的增强;触发前Na原子密度的增强与闪电活动的发生距离和方位有关;在东北方高密度闪电活动的触发下,Na原子密度在距地面85~93 km的范围内、触发点前-12~0 h显著增强;Na原子密度峰值在91 km和87 km处的相对增强幅度最高,在96 km之上的高度未发现明显的峰值;Na原子柱密度分布特征在闪电触发前-12~0 h与其后0~24 h与之前-24~-12 h存在显著差异,最高相对变化量为36.1%。研究结果表明低纬上空MLT区的Na原子密度的变化应考虑雷暴电场及闪电活动的影响因素。     

基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析

利用常规观测、加密自动气象站、三维闪电定位仪、天气雷达和地基微波辐射计资料等,对湖北冷季（2014年11月）发生的3次高架雷暴过程进行了分析。（1）3次过程发生在地面冷锋后部地面冷气团中,主要以短时强降水和频繁的雷电活动为主,是典型的冷季“高架雷暴”,对流区位于地面冷锋后部500 km左右。（2）地面到925 hPa的冷垫,迫使暖湿气流爬升,在925 hPa逆温层附近触发对流,冷垫之上西南暖湿气流越强,对流越旺盛,雷达径向速度剖面可以明显看到1 km之下的冷垫。（3）冷季高架雷暴雷电活动剧烈,CG（地闪）占总闪比例60%以上,而+CG则占CG的40%左右,闪电频次和降水有很好的时空对应关系,CG出现在较强降水中心附近及周围,IC和CG突增对降水均有一定的时间提前量。CG更靠近强回波中心,且和≥30 dBZ的回波位置对应较好,IC则分布在雷暴单体外侧回波强度≥15 dBZ的区域。0 ℃等温线以上的（最大）回波强度达到43 dBZ以上或者18 dBZ回波顶高超过7.5 km是湖北冷季高架雷暴是否发生雷电的重要预警因子。（4）地基微波辐射计温度、湿度廓线和探空曲线基本吻合,可以看到明显的冷垫、逆温层及西南急流。基于微波辐射计资料计算的不稳定指数变化特征对冷季高架雷暴的短临预报有重要的实际应用价值。当A指数、TT指数、K指数和T_850-500出现快变抖动时,伴随抖动加剧可以判断将会有雷暴天气发生,当波动曲线开始下降并变得平稳,表示雷暴减弱消亡;θ_{se 850}在雷暴出现后跃增并在320 K附近抖动,雷暴结束后下落到290 K的平稳状态;T_d850在雷暴活跃阶段近乎为0 ℃;T_850-500在雷暴发生前是一个缓慢下降的过程,雷暴结束后大气趋于稳定。      

1988年9—11月西太平洋海区大气电场特征分析

本文利用西太平洋海区平均电场资料分析晴天和雷暴天气下地面电场特征。分析指出:雷暴下海面电场多正极性。极性通常与云顶温度有关,弱雷暴的云下部带正电荷。海洋雷暴闪电频数很低,且正闪多于负闪。分析又指出:晴天海面电场的脉动变化和近海面湍流活动有很好的对应关系,利用电场峰值宽度和间隔来估算湍流尺度和间隔距离,和湍流活动的实测结果有较好的一致性。