“菲特”台风暴雨成因分析

201323号台风“菲特”是建国以来登陆我国的最强秋季台风,给浙江省带来暴雨天气。利用NCEP再分析资料从天气形势、动力、热力等方面对此次暴雨的成因进行了分析,结果表明：1）此次强降水可以分为两个阶段：第一阶段主要由“菲特”本身的环流引起;第二阶段由“菲特”残留云系长时间维持及其与弱冷空气的相互作用引起,且弱冷空气对降水的增幅作用十分明显。2）第一阶段水汽主要由其本身的环流提供,由“菲特”南侧的偏南风低空急流和东侧的偏东风低空急流从南海和西太平洋输送水汽,第二阶段水汽主要由“丹娜丝”外围的偏东风急流从西太平洋输送水汽。3）弱冷空气的扩散使斜压性增强,并使斜压位能释放转化为动能,促使台风残留低压环流加剧,并在台风外围东偏南暖湿气流之间形成中尺度辐合带,为暴雨天气的产生提供了良好的动力条件。4）弱冷空气叠加在950 hPa以下较强的暖平流之上,加剧了上冷下暖的不稳定层结,同时也使低层辐合加强．为暴雨区中尺度对流云团的发展提供了动力抬升机制。     

２００９年７月１６－１７日陕北大暴雨天气过程分析

利用常规观测资料和榆林多普勒雷达（CB）观测资料,分析2009年7月16—17日发生在陕北地区的大暴雨天气过程,结果表明：大暴雨发生时段,对应着低层偏东或东南气流风速增大后再减小的过程。当低层气流风速增大后再减小,中低层低空急流建立时出现强降水。暴雨区高空急流南侧强辐散形成的上升气流和中低空急流风速持续增加形成的上升气流的叠加耦合为大范围暴雨天气的产生创造了有利的上升运动条件。大暴雨出现在中尺度辐合线附近,中尺度辐合线为大暴雨的发生提供了充分的水汽和更多的不稳定能量,使水汽的上升和不稳定能量的释放集中在一个更小的区域,从而使得降水雨强比仅由高低空急流耦合形成的更大。上游西北气流侵入强迫抬升前方偏南暖湿气流促使中尺度辐合线产生,当高层西北气流侵入到低层海拔3 km以下,暴雨天气结束。     

滇黔静止锋大暴雨的锋面特征及其对MCS的影响

2012年5月21—22日,贵州省出现了一次典型的Ⅲ型静止锋在南支槽的引导下锋生而触发MCS形成暴雨的过程。MCS有非线性、降水强的特征。分析发现:低层静止锋锋区强,锋生明显;锋前有高能舌及低涡切变发展,切变南侧有偏南急流。垂直方向上锋区陡峭,锋前上凸区内上升气流强,对流不稳定;南支槽及高低空系统的前倾配置是上升气流强的原因。这些锋面特征为MCS发生发展提供了有利条件:低层高能舌和低涡切变为MCS提供了热力和动力条件;偏南急流是影响MCS的重要因素。锋前上凸区是MCS发展的重要区域,锋区附近的θse场及高低空系统前倾配置利于MCS发生发展。锋前到锋区附近的水汽条件好,急流出口处的水汽辐合及上升气流为MCS和大暴雨提供了有利水汽输送。     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

0604号强热带风暴碧利斯对云南的影响及维持机制

应用MICAPS资料及FY-2C卫星云图,通过天气分析与诊断分析,探讨了0604号强热带风暴碧利斯路径西偏南的原因,对造成云南的暴雨过程进行了分析并研究了这次登陆强热带风暴长久维持不消的物理机制。结果表明:黄海副高南落加强西伸与大陆高压合并加强,高压南侧东北风的牵引作用,是"碧利斯"路径西偏南的主要原因;"碧利斯"造成的云南强降水落区分布在热带低压倒槽前东北风急流区内水汽辐合中心区域,并且与700hPa湿Q矢量辐合区对应较好,热带低压影响期间,大气曾具有湿中性垂直运动结构,具备有利于暴雨系统发展的环境条件;"碧利斯"登陆后长时间和一支深厚的西南急流保持联结,是其长久维持不消的主要因素。西南季风云系卷入热带低压,增强了热带低压的水汽和能量输入,是热带低压得以长久维持并造成云南强降水的另一重要原因。南亚高压在热带低压活动期间增强,高层辐散场的增强,低层辐合、高层辐散的结构,与西南急流相联系的垂直正涡度的维持,有利于热带低压的维持,登陆后的热带低压有向高空强辐散区方向移动的趋势。     

两类华南沿海暖区暴雨特征及热力发展机制对比研究

对2009—2014年4—6月的华南沿海暖区暴雨依据低层环流进行分类:第一类为偏南向型,即珠江口以西经向性偏南向辐合线型,由东南、偏南、西南三支气流汇合;第二类为西南向型,即珠江口以东纬向性西南向辐合线型,由偏西和西南风两支气流汇合。6小时强降水统计显示,6年中偏南向型年平均73.2次,西南向型年平均50.3次。南海夏季风爆发后,两种类型发生频数均明显增加。两类低层辐合线系统对应上层的合成特征显示,500 hPa天气形势偏南向型为宽阔暖脊,温度脊落后,有较明显的暖平流,无锋区;西南向型为弱槽,中纬度温度槽落后,锋区偏北,华南位于锋面前暖区,有弱波动。两类暴雨垂直剖面上有深厚垂直速度中心伸展到400 hPa;对应强烈的辐合层为几个垂直叠置的辐合中心;均为水汽充沛,对流不稳定能量层次深厚,有较强凝结潜热释放,造成气柱增暖拉伸,加强深厚多中心辐合及上升气流,其中西南向型凝结潜热释放更强,偏南向型中高层暖平流强于其凝结潜热释放。探讨热力发展机制的数值模拟显示,凝结潜热释放对气柱增温,大大增强暴雨区垂直速度厚度与强度,并增强暴雨区低层辐合环流,减弱中层辐散环流,其影响力达到环流强度的30%~50%,有利于维持强烈对流,促进暖区暴雨的发展。      

秋季台风“纳沙”大范围暴雨的机制研究

利用T213、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1117号强台风“纳沙”造成广西持续大范围暴雨的成因进行分析,造成广西大范围暴雨的主要原因是:“纳沙”登陆后,副热带高压强大,台风环流与副热带高压之间气压梯度增大,其右侧辐合加强,深厚偏东气流给台风输送了大量的水汽和能量,西南风急流与副高西侧强东南气流形成辐合,北方冷空气从低层南下,东北风与台风后部的东南风形成切变产生对流降水;加上台风自身带来的降水、急流降水以及冷空气入侵降水三部分相接,组成了“纳沙”影响期间的持续性强降水过程.     

一次南岭地区早春暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对2019年3月4—5日发生在南岭山脉附近的强降水天气进行综合分析。结果表明:短波槽活跃,低层急流强盛,特别是边界层急流、切变较长时间维持,为这次暴雨过程提供了很好的动力和水汽条件;水汽集中在800 hPa以下,主要是低层和边界层的水汽辐合;偏北气流南下过程中,与南方暖湿气流在南岭山脉地形影响下易形成边界层及地面的中尺度气旋,大尺度切变线、辐合线受山脉阻挡南推缓慢,增加强降水维持时间,气流持续汇集产生辐合,使得水汽通量辐合区位置与南岭山脉的位置、走向一致,降水增幅明显;早春时节的暴雨,一般热力条件差,着重关注水汽及动力条件,特别是出现低空急流和边界层偏南急流时,在有利的地形下易触发中小尺度扰动而出现强降水。     

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明：1） 暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 hPa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2） 中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 hPa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3） 暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 hPa高度层以下正涡度增长一倍, 垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4） 此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52 ℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5） 发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成“列车效应”,造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。     

粤东台风“浣熊”大暴雨的辐散风动能分析

利用热带气旋和雨量观测资料、NCEP再分析资料和辐散风动能方程,对台风"浣熊"在粤东造成大暴雨到特大暴雨的大尺度环流及动能转换特征进行了分析。结果表明,此次强降水过程主要是台风残涡与周围环境相互作用的结果。来自西太平洋的低层强偏东南急流和与热带气旋相连的西南急流,维持强水汽输送且输送至粤东地区;辐散风动能的变化对本次过程有较好的指示意义;低空两支急流的分布及辐合变化造成的动能通量辐合效应,是暴雨区辐散风动能的主要能量来源。此外,两支急流中心分别存在暖空气上升和冷空气下沉运动,斜压有效位能释放转化为辐散风动能。在上述两种过程中,冷空气均起到了重要作用。在低层近似辐合条件下,大气层结条件的不同是造成粤东和登陆点附近降水强度差异的重要原因。     

大气生物气溶胶的研究进展

作者简述了国内外有关大气生物气溶胶的研究进展.主要围绕生物气溶胶的基本特性,生物气溶胶采检技术的发展状况,当前生物气溶胶的健康效应的研究进展及未来其环境效应和气候效应的研究动向等4个方面进行了阐述.       

河西走廊连通器效应探讨

分析讨论了河西走廊连通器的虹吸、连通以及狭管三个效应,并分别给出了其表达式。结果表明,河西走廊连通器的虹吸效应主要是传输各种物质和能量,连通器效应是产生垂直运动、激发重力波和产生翘翘板现象,而狭管效应主要是增强风速。文中还提出了在天气气候诊断分析中的应用问题。     

"黑碳的农业与生活源排放对东亚气候、空气质量的影响及其气候-健康效益评估"项目中期研究进展

国家重点研发计划“黑碳的农业与生活源排放对东亚气候、空气质量的影响及其气候-健康效益评估”课题的中期研究进展可归纳如下:1)针对观测和实验平台,课题组进行了针对飞机气路的重新设计和改装,加装了用于航测的大气黑碳(BC)、气溶胶光学、细颗粒物粒径谱、颗粒物组分及气体组分来源示踪相关仪器,对飞机设备进行了质量控制,并设计了针对课题研究的新飞行方案。搭建了多套源排放模拟燃烧实验平台和监测系统。2)开展了基于飞机和飞艇的针对华北、华中、长三角及山东地区的黑碳垂直廓线观测。通过空地联合观测,捕捉到了华北和华中等地跨区域的黑碳大气传输过程,探讨了传输的机制。3)组织了多次农村能源消耗调查。基于室内实验初步研究了民用燃料(煤和生物质)排放气溶胶的数浓度和单颗粒气溶胶(包括黑碳)组成、混合状态、实时演化特性。初步构建了中国民用燃煤和生物质燃烧的多污染物(包括黑碳)1 km×1 km排放清单。4)建立了黑碳的光学特性和混合特性模型。采用在线大气化学耦合模式(WRF-Chem)针对黑碳气溶胶对气象要素和边界层发展的影响进行模拟,探讨了黑碳-边界层相互作用机制对地面臭氧浓度的影响,揭示了黑碳对空气污染加剧/减弱影响的物理和化学机制。改进了地球系统模式,为后期开展黑碳气溶胶辐射效应的研究打下了坚实的技术基础。5)在北京和成都市开展了黑碳浓度对居民中不同类人群的呼吸及循环系统死亡率的影响研究,开展了黑碳浓度对居民急诊就诊人数的影响研究,分析了黑碳的健康效应。     

利用人工降水效果统计量评价人工降水效果

采用统计数值模拟方法研究人工降水增雨效果统计量的分布及特征,结果表明：人工降水地量服从正态分布（正态拟合概率〉０．７０）,增雨效果统计量的均值与增雨效果相关密切（ｒ〉０．９９,ａ〈０．００１）,一元线性回归方程显著,可信度达９９％以上,利用这一规律,通过统计增雨效果统计量可以求出人工增水效果。     

城市气候效应研究进展

城市是人类社会发展的必然产物.随着城市的快速发展,城市气候效应凸显,并对社会经济可持续发展和人体健康等造成影响.基于国内外已有的研究成果,综述了城市气候效应,包括城市热岛效应、雨岛效应、混浊岛效应、于岛效应和雷暴岛效应的研究历史、现状及其与城市化、天气气候变化的相互关系,并对未来城市气候效应的研究方向及技术方法进行了展望.     

中国近80年来气候变化特征及其形成机制

自 2 0世纪 2 0年代以来 ,中国地区 4 0和 90年代出现了 2个暖期及 5 0～ 6 0年代相对冷期。最近的 90年代的最暖年 (1998年 )或 5a滑动平均气温几乎已达或略高于 4 0年代的最暖年 (194 6年 )或 5a滑动平均气温。变暖最明显是北方地区 (黑龙江和新疆北部 ) ,而 35°N以南和 10 0°E以东地区自 5 0年代以来存在一个以四川盆地为中心的变冷带 ,虽然 90年代有变暖趋势 ,但基本达到 4 0年代暖期气温。中国降水则以 2 0年代为最少 (192 9年最少 ) ,5 0年代为多水年代 ,以后缓慢减少 ,70年代以后变化不大 ,但多雨带在 80年代及以后由华北南移到长江中下游。195 1～ 1990年 ,大部分地区气温和降水呈负相关 ,在东北和长江—黄河间存在 2个负相关中心 ,表明北方是变暖变旱 ,江淮间是变冷变湿。这些气候变化特征和全球气候变化相比较 ,除北方外 ,变暖期明显的滞后于全球变暖 ,并且出现变冷带等明显差异。文中还综述了用诊断和数值模拟方法对影响中国变化的气候自然变化和人类活动影响 (热岛效应和气溶胶影响 )的研究结果。我们认为 ,以上提出的 3种人类活动对中国气候变化有明显影响 ,特别是工农业发展造成的气溶胶增加是四川盆地气温变冷的主要原因。     

基于层积云飞机观测资料评估气溶胶间接效应

利用2009年4、5月美国浅薄低云观测项目(RACORO)的层积云飞机观测资料,使用两种方法对气溶胶间接效应进行了估算:根据云滴数浓度定义的值(AIE_n)和根据有效半径定义的值(AIE_s)。AIE_n几乎都比AIE_s大,尤其在中等含水量条件下。理论推导表明,AIE_n与AIE_s的偏差应与气溶胶对云滴谱离散度的影响有关,即离散度效应。当AIE_n加上离散度效应后,数值与AIE_s十分接近,证实了理论预期。离散度效应对气溶胶间接效应的贡献主要为抵消作用,这种抵消作用在中等含水量时最大,当含水量为0.24 g/m~3时达到37%左右。该研究成果增强了对气溶胶-云相互作用的理论认识,将有助于增强对模式和观测中气溶胶间接效应的准确评估。     

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究Ⅱ.短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3).数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征.Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1).此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化.可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础.本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力.     

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究II·短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3)。数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征。Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1)。此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化。可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础。本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力。     

克拉玛依减排林区土地开发的效应

基于克拉玛依减排林区的土壤和地下水取样分析结果,应用生态系统服务价值的原理与方法,分析了克拉玛依减排林区的土地开发效应.结果表明土地开发已取得一定的正效应:已开发用地土壤有机质、有效N和速效K的质量分数均高于未开发用地,土地开发明显地改善了土壤的养分状况;土壤浅层总盐量降低67.5%,土壤盐渍化现象得到有效控制;林地生态系统服务价值高达1.5417×10⁹元/a.同时,土地开发也产生了一些负效应:地下水pH值、电导率、矿化度和全盐量均高于未开发用地,减排林区地下水化学特征不利于区域减排林效应的持续发挥;土壤有效P质量分数偏低,也不利于林区植被的生长.