中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析

短时强降水是强对流天气的一类.基于中国国家气象信息中心质量控制后的1991-2009年876个基本基准气象站整点逐时降水资料,通过不同时段的发生时次频率分析,给出了中国暖季(4-9月)不小于10、20、30、40、50 mm/h短时强降水的时空分布特征,并重点同利用静止气象卫星红外相当黑体亮度温度(T_BB)资料获得的中尺度对流系统(MCS)日变化特征进行了对比分析.结果表明,中国短时强降水时次频率地理分布同暴雨(≥50mm/d)分布都非常相似,但50mm/h以上的短时强降水时次频率非常低,地理分布差异显着.短时强降水发生频率最高的区域为华南,其次为云南南部、四川盆地、贵州南部、江西和长江下游等地.最大降水强度可超过180mm/h(海南);在短时强降水发生频率很低的区域,也有超过50mm/h的强降水.从月际变化来看,7月最为活跃,其次为8月.逐候变化显示,短时强降水具有显着的间歇性发展特征(跳跃性分布的特征),但总体上呈现缓慢增强、迅速减弱的特点;以7月第4候最为活跃.中国总体平均的短时强降水的频率和最大强度的日变化有3个峰值,主峰在午后(16-17时,北京时),次峰在午夜后(01-02时)和早晨(07-08时);中午前后(10-13时)最不活跃.中国短时强降水和中尺度对流系统的日变化特征基本一致,但午夜后时段二者存在较大差异.不同区域的短时强降水和中尺度对流系统日变化具有不同的活跃时段和传播特征,具有单峰型、双峰型、多峰型和持续活跃型等日变化类型,这不仅与较大尺度的天气系统环流相关,且与地势、海陆等地理分布密切相关.     

中国东南部地区4-6月强降水的低频变化特征

利用全国2 400多台站逐日降水资料,分析了中国东南部地区4—6月10~30 d低频强降水的时空变化特征。结果表明:4—6月10~30 d低频强降水的方差大值区在中国的长江及其以南地区,中心位于江南的中东部,东南部地区4—6月10~30 d低频强降水距平的第一模态反映该区域呈一致变化。功率谱分析表明第一模态时间变化的周期以10~30 d低频分量为主。根据区域强降水及其10~30 d低频强降水、区域强降水正交经验函数(EOF)分析的第一模态时间系数(PC1)及PC1的10~30 d低频分量的年际方差,结合它们两两之间逐年的相关系数,确定了区域强降水10~30 d强振荡典型年份。对典型年降水异常分布的方差分析,表明强振荡年区域总降水量异常主要是由10~30 d强降水的低频变化引起的。     

CMORPH卫星-地面自动站融合降水数据在中国南方短时强降水分析中的应用

对比分析了国家级气象观测站逐时地面降水资料和CMORPH卫星-地面自动站融合降水数据在反映中国南方地区2008—2013年4—10月短时强降水时空分布特征上的差异,并在此基础上利用融合降水数据分析了短时强降水与暴雨的关系,结果表明:(1) 融合降水数据所反映的短时强降水的大尺度特征与站点资料一致,并能更好地描述地形的影响;(2) 短时强降水的季节变化与东亚夏季风进程和雨带的季节性位移密切相关;(3) 短时强降水与暴雨日的空间分布特征和季节变化趋势相似,4月下半月—10月上半月,超过60%的短时强降水发生在暴雨日,同时短时强降水也是暴雨形成的重要因素,短时强降水暴雨日数占总暴雨日数的比例(68.6%)普遍高于非短时强降水暴雨日(31.4%),但是短时强降水暴雨日的发生具有显著的季节和区域差异。      

2002年8月湖南致洪强降水过程与成因分析

利用2002年8月的常规观测资料,1°×1°的NCEP逐日再分析资料,1°×1°的云顶黑体亮度温度(TBB)逐时资料,水利部发布的2002年5～8月水情资料,以及1960～1997年中国315站的逐日降水资料,对2002年8月中下旬湖南百年难遇的大洪水发生原因以及致洪强降水进行分析.发现:(1)2002年8月受12、14号台风影响的湖南南部大暴雨和8月中旬持续高空槽前的大面积强降水,是引起8月中下旬湖南严重洪涝灾害的直接原因之一;(2)2002年4～5月以及梅雨期湘南地区的强降水使得土壤水份饱和,江河湖库维持较高的水位,导致8月上中旬先后3次强降水过程产生的雨水只能作为径流流入洞庭湖水系,使洞庭湖水系的来水与长江上游的洪峰来水遭遇,造成8月中下旬洞庭湖水系的严重洪涝灾害;(3)8月上中旬的强降水过程中,中尺度对流系统(MCS)十分活跃,而MCS的发生、发展又与有利于出现对流活动的大尺度环境场有关.     

基于Voronoi图的强降水过程空间非均匀性定量表征方法

利用Voronoi\Delaunay图模型影响范围和局部动态的特性,提出一种基于动态边界定量提取强降水过程空间非均匀分布特征的新方法,根据1959-2002年中国740站逐日降水资料,构建5日、10日两种时间尺度区域持续性年极端强降水过程序列,用以检验该方法的应用效果,并应用该方法分析了5日(10日)区域持续性年极端强降水过程空间非均匀分布特征及其演变规律.结果表明:与传统的数量统计方法和区域插值方法相比,该方法在强降水空间分布中心、过程内不同强度降水覆盖区域、降水集中区等的定量度量方面具有更高的分辨力和较好实际应用价值;气候趋势分析中在1959-2002年间,5日区域持续性年极端强降水过程出现日期有明显提前趋势.     

地球工程情景下中国七大区域未来强降水和极端强降水的变化特征对比分析(2010—2099年)

地球工程作为人类影响全球气候的重要工程手段,具有重要的现实意义和科学价值。目前学界在地球工程对极端降水的影响研究方面还处于初始阶段。在这种背景下,基于BNU-ESM模式中地球工程(G4实验)和非地球工程(RCP4.5)情景下的日值降水数据,以95%和99%分位数作为强降水和极端强降水的阈值,分别对比分析两种情景下中国及七大地理分区的强降水和极端强降水在2010—2099年(整个研究时段)、2020—2069年(地球工程实施期间)和2070—2099年(地球工程实施结束)的差异特征。结果表明:(1) 2010—2099年地球工程有利于中国多数地区强降水量和极端强降水量的增加;(2)在实施地球工程的2020—2069年,整体上抑制了中国多数地区强降水量和极端强降水量;(3)在地球工程实施结束后的2070—2099年,地球工程后续影响整体上有利于中国多数地区强降水量和极端强降水量的增加;(4)不同研究时段中国七大地理分区的强降水量和极端强降水量变化趋势均有一定区域差异,且这种差异特征在不同研究时期表现在不同地区。      

低频图在贵州汛期延伸期强降水预测中的应用

本文基于低频图方法对贵州省2011—2015年59次区域性强降水过程对应的500hPa低频流场进行EOF统计分析,建立贵州省强降水过程的统计预测模型,通过外推试验开展贵州2016年汛期延伸期强降水过程预测,利用回算试验的预测准确率评估该方法的本地适用性。结果表明:影响贵州强降水的6个低频关键区分别为贝加尔湖以西地区(40°~70°N,80°~110°E,1区)、贝加尔湖以东地区(40°~70°N,110°~150°E,2区)、中国西南地区东部至华中地区(25°~40°N,100°~120°E,3区)、西太平洋地区(10°~40°N,120°~140°E,4区)、孟加拉湾地区(0°~25°N,70°~100°E,5区)和中国南海地区(0°~25°N,100°~120°E,6区)。当1、4区出现低频反气旋,3、5区出现低频气旋,2、6区有配合其它关键区的低频系统活动的环流配置为贵州省强降水过程预测模型。2016年汛期强降水过程进行预测试验的预测准确率为39.2%,表明低频图方法在贵州省强降水过程预测中的应用效果较好。     

基于集合预报的中国极端强降水预报方法研究

极端强降水天气属于小概率事件,其发生具有很多不确定的因素,预报难度很大。根据Anderson-Darling检验原理研究基于集合预报资料的极端强降水天气预报方法,利用2007—2010年中国T213集合预报资料和2001—2010年6—8月中国降水观测资料,分析观测与集合预报累积概率密度分布函数的特征,建立基于集合预报与模式历史预报累积概率密度分布函数连续差异的数学模型——极端降水天气预报指数(EPFI),并对2011年7月中国极端强降水天气进行预报试验。结果表明,极端降水天气预报指数可以充分利用集合降水累积概率密度分布的尾端信息,为极端强降水提供科学合理的预报,基于中国气象局(CMA) T213集合预报的极端降水天气预报指数可提前3—7 d发出极端强降水预警信号,随着预报时效的延长,预报技巧逐渐降低。研究还表明,模式气候累积概率分布的合理性将直接影响极端强降水天气识别能力。     

基于自动站观测的贵阳强降水特征分析

利用2010年1月—2016年12月贵阳市67个自动站逐时降水资料,采用K-means聚类方法,分析贵阳市强降水的精细化时空分布特征。结果表明:(1)贵阳市短时强降水以及暴雨呈南多北少,其中短时强降水在清镇南部和花溪南部最为活跃,暴雨在清镇南部最为活跃,大暴雨则在清镇西南部最为活跃。(2)K-means聚类方法可清晰地区分贵阳南部强降水活跃区(称为Ⅰ区)与中北部强降水相对不活跃区(称为Ⅱ区)。(3)贵阳市强降水主要出现在5—8月。在强降水活跃期,中北部强降水频次的月差异较大;而南部的月差异较小。(4)贵阳市强降水具有明显出现在夜间的特征。中北部强降水出现活跃时间比南部偏早1~2 h,但南部降水强度明显强于中北部。     

广西台风极端强降水特征及环境参数异常性分析

利用1981-2020年广西台风逐日降水量和欧洲中心ERA5再分析资料,以1981-2010年30a资料作为历史气候态,采用百分位法定义广西台风极端强降水阈值和区域性极端强降水过程,对广西台风极端强降水特征和区域性极端强降水过程环境参数进行了分析.结果 表明:(1)不同地区极端降水阈值差异很大,基本上呈现出南部沿海地区向内陆减小的趋势,极端降水阈值最大值为最小值的2.5倍多;(2)广西平均每年出现极端强降水的台风个数为2.975个,最多6个;出现台风极端强降水年平均日数为7.8d,最多26d;从变化趋势来看,台风极端强降水在桂中和桂南多有增加,桂北大部地区为减少;(3)对比16个区域性台风极端强降水过程的环境参数,整层大气可降水量、850hPa水汽通量、200hPa散度和700hPa垂直速度均具有显著的极端性,一般偏离气候态2倍标准差,对广西台风极端强降水预报具有一定的指示意义.     

Analysis of the Characteristics of the Low-level Jets in the Middle Reaches of the Yangtze River during the Mei-yu Season

Here, we analyze the characteristics and the formation mechanisms of low-level jets(LLJs) in the middle reaches of the Yangtze River during the 2010 mei-yu season using Wuhan station radiosonde data and the fifth generation of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ERA5) reanalysis dataset. Our results show that the vertical structure of LLJs is characterized by a predominance of boundary layer jets(BLJs) concentrated at heights of 900–1200 m.The BLJs occur most frequently at 230...     

阴山山脉对内蒙古中部地区气象要素影响初探

文章选用阴山山脉山北乌拉特后旗、白云、达茂旗、苏尼特左旗、化德,山南杭后旗、包头、呼和浩特、察右前旗、兴和1971—2000年气温、降水量、天气现象等资料进行对比分析,得到阴山山脉对内蒙古自治区中部地区气象要素影响初步结论。     

加强业务管理提高测报质量

我局从1999～2003年,测报工作连续4年未出现错情,在此期间共有1个250个班,9个百班无错通过上级业务部门验收.在仪器保管、使用、维护上符合要求,对外报送的各种表、簿都能做好出门合格.     

热带气旋眼墙非对称结构的研究综述

热带气旋的眼墙非对称结构与其发展过程密切相关。在热带气旋移动过程中,非对称风场伴随着边界层内非对称摩擦而引起的辐合,影响着热带气旋眼墙内的对流分布。此外,风垂直切变作为影响热带气旋强度的重要因子,将上层暖心吹离表层环流,引起眼墙垂直运动的非对称,导致云、降水在方位角方向的非均匀分布。当存在平均涡度的径向梯度时,罗斯贝类型的波动可以存在于涡旋内核区域,影响眼墙非对称结构。海洋为热带气旋提供潜热和感热形式的能量,是热带气旋发展的重要能量来源,关于海洋如何影响热带气旋眼墙非对称结构的相关研究较少。文中着重回顾了热带气旋与海洋相互作用的研究成果,并提出海洋影响热带气旋眼墙非对称结构的机制。海洋对热带气旋最显著的响应特征是冷尾效应,该效应通过降低海表温度,减少海洋向大气输送的潜热和感热,从而影响热带气旋眼墙非对称结构。此外,海浪改变海表粗糙度,通过边界层影响移动热带气旋的眼墙结构。     

准两年振荡对大气中微量气体分布的影响

NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的两维模式（SOCRATES）移植回国后进行了初步的模拟试验,用以研究某些对环境问题重要的微量气体的化学、辐射、动力传输过程。在不考虑极地平流层云和气溶胶表面非均相化学等情况下,模式积分多年,计算结果稳定,模拟的风场、温度场显示出正常的季节变化,模拟的微量气体分布与卫星实测资料对照,结果也比较一致。为了探讨热带平流层风场的准两年周期振荡（QBO）对平流层微量气体分布的影响,我们做了QBO强迫的数值试验,即在模式中加入QBO强迫,并与不考虑QBO强迫的模拟结果对比。结果表明,QBO与其相关的次级环流所引起动力输送的变化,使平流层微量气体分布发生变化。     

Addressing the necessity of the registration of the effects of causal mechanics in the example of a simple barotropic model of the atmosphere

Summary Considering the effects of causal mechanics on geophysical problems enables us to explain a number of phenomena, which cannot be explained from conventional positions. This paper shows that the introduction of the force of causality in a simple barotropic hydrodynamic model of weather forecasts results in the outcomes, which, on the one hand, can not be described from the positions of classical hydro-thermodynamics, whilst on the other hand, exist in nature.     

Modeling the evolution of the family of Mediterranean cyclones using the regional model of the atmosphere

Due to the complex orography and the presence of the moisture-saturated air, the Mediterranean region is characterized by the increased baroclinic and convective instability, that leads to the sudden cyclogenesis and the formation of dangerous weather phenomena. The results are given of the investigation of formation mechanisms of Mediterranean cyclones, peculiarities of stages of their evolution and dynamical processes, which occur throughout the atmosphere, using the regional numerical ETA model of the atmosphere by the example of individual cases of the cyclogenesis over the Mediterranean Sea. It is revealed that the cold Arctic air outbreak (the intrusion of the cold Arctic air) to the south of the Western Europe, leading to the formation of the areas of the baroclinic instability and the increased moisture content of the air in the area of the vortex origin, favors the cyclogenesis. The use of the vertical coordinate η in the model enabled to compute more precisely the vertical wind speed, therefore, the influence of the orography on the moisture content and precipitation increase became pronounced. The transformation of the structure of meteorological fields in the course of the development of vortexes is considered. The computation of the helicity is made, and it is shown that this characteristic can be one of the earliest predictors of cyclogenesis.     

大西洋阻塞高压上层冷中心的成因

基于ERA-40再分析资料以及多尺度子空间变换和多尺度能量分析方法,探讨了大西洋阻塞高压平流层底部冷中心的形成机制,发现该冷中心形成的根本原因为16 d以下(高频尺度)和64 d以上过程(基本气流)向阻高尺度有效位能的正则传输,所获得有效位能在阻高尺度内被输运到西北和东南侧,并转换成动能,起到使阻高强度增加或者维持的作用。这种过程在西北侧表现得尤为明显,这可能是阻高形态不断向西北侧扩展的原因。在传统的认知中,大气有效位能从大尺度向小尺度传输,但本研究发现,阻高发生时,有效位能在平流层底部的传输方向表现为从高频尺度和基本气流尺度同时向阻高尺度传输。此外,前人的研究表明,阻高发展加强之后对流层中阻高动能向有效位能转化使得阻高消亡,而本文的分析表明两种能量的转换方向在平流层底部完全相反——由有效位能向动能转换,起到了使阻高加强或维持的作用。最近的研究表明对流层顶附近的动力学对于阻高的发展和维持非常重要,上述发现增进了对这些动力学深层的了解。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究,提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题,以利做好当前的土壤水分常数测定工作。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究，提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题，以利做好当前的土壤水分常数测定工作。