季尺度副热带高压中心内降水分析

利用10年NCEP/NCAR逐日再分析资料和GPCP-1DD降水资料,依据频次分析,研究了季节尺度副热带高压(副高)中心内降水分布的特点。研究结果表明:副高中心内四季均存在降水,其中夏季副高中心降水频次为40%—80%,而其他季节副高中心降水频次不超过50%;季平均副高中心降水率冬季约1—2mm/d、夏季不超过4mm/d,它对局地总降水的贡献变化在30%—90%,其中,夏季的贡献基本为50%—90%,其他季节的多数区域贡献一般不超过40%。统计表明,夏季副高中心上升运动频次变化范围为25%—75%,其他季节上升运动频次在25%以下。研究结果还发现夏季西太平洋副高中心频次约30%出现在中国东部大陆,相应的降水频次及上升运动频次分别为25%和15%,从而形成夏季中国东部一种独特的降水天气形势,即500hPa副高控制下的降水。另外,文中还指出副高中心内降水有一半以上出现在500hPa存在上升运动的情况下,而半数以下的降水出现时,500hPa存在下沉运动,前者降水可能为深厚性质,而后者则可能表明为浅薄降水。     

区域海气耦合模式RIEMS2.0-POM2K模拟的黑碳气溶胶对东亚春夏气候的影响

黑碳气溶胶的辐射强迫及其对东亚的气候效应仍有较大不确定性,同时在黑碳气溶胶气候效应的研究中对海洋的关注较少。为了量化分析黑碳气溶胶直接辐射效应和分析其通过海气相互作用对东亚夏季风的影响,用区域海气耦合模式进行黑碳气溶胶离线模拟的敏感试验。试验结果表明:东亚晴空大气顶和地面的净辐射强迫在春季分别为1. 58 W·m~(-2)和~(-2). 75 W·m~(-2),在夏季分别为1. 68 W·m~(-2)和~(-2). 62 W·m~(-2)。受黑碳气溶胶辐射效应影响,大气变暖,大气热力稳定度增加,云量减少。春季黑碳气溶胶的"热泵效应"引起华南降水增加和夏季风提前爆发。夏季孟加拉湾海表降温,南支槽加深,引起华南降水增加;另外中纬度附近经向温度梯度增大,进而增强冷空气势力和水汽辐散,引起华北降水减少。华南降水正异常和华北降水负异常有利于"南涝北旱"。黑碳气溶胶辐射效应能通过海气相互作用增加热带海表温度,减小经向温度梯度和海陆热力差异,进而减弱夏季风。此外,黑碳气溶胶辐射效应也能增强局域哈德莱环流及北风,进而减弱夏季风。     

2004—2016年浙江省夏季降水的日变化特征

利用浙江省71个气象观测站的逐小时降水数据,分析2004—2016年夏季(6—8月)降水日变化特征。结果表明:(1)浙江省夏季降水量和降水频次日变化总体上呈现"一主一次"的双峰特征,降水量和降水频次主峰值分别出现在17:00前后和19:00前后。近13 a来,夏季降水量和降水频次有明显的增加趋势。(2)降水日变化特征区域差异明显。浙中西部地区和沿海岛屿的降水量、降水频次和强度日变化波动幅度较小,降水强度的峰值出现在09:00—11:00;浙南地区降水量、降水频次和强度日变化具有单峰特点,峰值均出现在15:00—20:00。(3)降水日变化与不同持续时间的降水事件有关,≥6 h持续性降水事件的降水峰值易出现在09:00前后,而<6 h短时降水事件的降水峰值出现在15:00—22:00。不同区域降水事件有所差异,浙中西部地区和沿海岛屿的降水量来源于持续性降水和短时降水事件的共同贡献,浙南地区降水量主要来源于短时降水事件的贡献。(4)短时强降水(20～50 mm·h^(-1))和特强降水(≥50 mm·h^(-1))易发生在温州、台州和宁波等沿海地区,其中杭州湾、台州局部地区是短时特强降水的高发区;短时强降水的日变化具有单峰特征,降水峰值出现在15:00—20:00。     

长江中下游地区近60a降水变化规律研究

利用1958—2017年长江中下游地区426个国家站逐日降水资料,通过线性趋势分析法、EOF分解法,使用五个降水特征量,分析了60 a来长江中下游地区降水的变化规律。结果表明:(1)长江中下游地区年降水量呈上升趋势,线性趋势为2.21 mm·a~(-1),夏季的线性趋势为2.03 mm·a~(-1),冬季雨量略增,而春、秋两季雨量略减;(2)年降水日数的线性趋势为-0.46 d·a~1,春、秋、冬三季降水日数均有减少,夏季持平;(3)降水强度呈弱上升趋势,降水强度的高值中心在江西以东大部以及湖北东部、安徽南部边缘,夏季的降水强度最大,冬季的最小,四季的降水强度均有弱增加趋势;(4)降水变异系数的高值中心位于安徽西北部边缘,最高值为0.25,低值中心位于湖南西部,最低值为0.14;春季的降水变异系数最低,夏季整体稳定,秋冬两季的波动性较大;(5)以年降水量作为指标可以把长江中下游地区划分为三种空间分布型,即长江中下游流域区域一致型、长江中下游北部和南部南北反相变化空间型以及长江中下游东部和西部东西反相变化空间型。     

IMERG和TMPA降水产品在夏季中国中东部的检验

基于500个国家站雨量计的观测,从时空分布、不同地形条件、不同等级的降水强度及日变化角度,对比评估了2014—2016年夏季多星集成降水产品TMPA和IMERG在中国中东部的适用性。研究结果表明,与雨量计相比.TMPA和IMERG降水产品能较好地反映夏季中国中东部逐日降水量的变化规律,IMERG的平均误差更小。IMERG降水产品的日平均降水量与雨量计的相关性更高,相关系数超过0.9,而TMPA仅为0.8。在中国中东部的平原和山区,IMERG降水产品对弱降水(4 mm·d~(-1))强度和弱降水频次的表征能力,较TMPA降水产品有明显的改善;但IMERG降水产品对山区的强降水频次的探测较TMPA降水产品改进有限。从日变化来看,TMPA降水产品明显低估早晨的降水强度和降水频次,且高估了午后的降水强度和降水频次。IMERG降水产品作为高时空分辨率的准全球降水资料,在中国中东部有较高的精度,未来可应用于气象和水文模式中。     

粤北暴雨中心的降水气候特征分析

基于广东省1967—2018年气象观测站和2003—2018年自动监测站降水数据,统计分析了粤北暴雨中心的降水气候统计特征。结果表明:(1)粤北暴雨中心范围主要集中在清远南部-广州东北部-惠州北部,最大年平均降水量(2 488. 6 mm)和强降水日数(12. 3 d)均出现在龙门的南昆山,特殊地形分布特征与粤北暴雨中心形成密切相关;(2)从化和增城降水年际变化呈较明显增多趋势,其余变化趋势不明显;中心区域内降水主要集中在汛期(4—9月),而前汛期(4—6月)降水量约占汛期的60%～70%;(3)降水月变化呈单峰型分布,峰值出现在5—6月;(4)降水日变化特征与降水性质密切相关,5—6月季风影响期间降水概率显著增加,夜雨和白天降水均明显;短时强降水出现概率集中在5—6月08:00、15:00和21:00前后。     

广元市降水特征及变化趋势分析

为揭示广元极端降水的变化趋势,利用1961~2015年逐时和逐日降水数据分析广元降水特征和极端降水事件变化。结果表明,广元降水总量年际变化不明显,小时降水越来越极端;在02~06时,小时降水量呈增加趋势,苍溪和青川降水年际倾向率日变化为单峰单谷型,旺苍、广元和剑阁为双峰单谷型。广元市大部分地区短时强降水次数逐年增加,在1980s和2000年后有明显增加,特别是1980s的旺苍站,增幅达到71%;广元小时及日降水最大值有增加趋势。1961~2015年,日降水量≥25mm天数(R25mm)、日降水强度(SDⅡ)和极端降水量(R95)的年际倾向率分别为0.0558d·a~(-1)、0.0168mm·d~(-1)·a~(-1)和0.5998mm·a~(-1),而持续降水日数(CWD)则以-0.0202d·a~(-1)的速率减少,广元每年降水的持续天数在减少,但降水情况越来越极端。     

甲烷浓度变化的有效辐射强迫及其对气候的影响

利用国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM2.0,结合IPCC 第五次评估报告给出的最新有效辐射强迫的概念,模拟了自工业革命以来由于人类活动造成的甲烷浓度增加引起的有效辐射强迫及其气候效应。得出如下结论：甲烷浓度增加造成的有效辐射强迫的全球平均值为0.49 W/m²;导致全球平均地表温度上升0.31 ℃,升温主要分布在南北半球中高纬度地区;全球平均降水量增加0.02 mm/d,赤道辐合带降水中心有向北移动的趋势;地表水汽通量的变化使高纬度地区云量增加（约4%）,而中低纬度地区云量减小（约-3%）。     

西北四省(区)GRAPES模式降水预报的定量评估

基于中国西北四省(区)2016—2017年的站点观测降水数据和GRAPES区域数值模式24 h和48 h预报结果,采用平均误差、均方根误差、相关系数、分等级TS评分等指标,对GRAPES区域数值模式在西北四省(区)降水预报进行定量评估。结果表明:时间上,模式对西北四省的晴雨预报准确率能达到0.7以上,逐日空间相关系数为0.2～0.4。夏季降水的偏差最大,24 h和48 h预报平均误差分别为4、6 mm·d~(-1),均方根误差分别为6、8 mm·d~(-1)。不同等级降水的24 h和48 h预报TS评分显示,各个月份小雨TS评分为0.2～0.5,中雨为0.1～0.2,大雨以上不到0.1空间上,24 h和48 h预报晴雨准确率在大部分地区达到0.6以上,相关系数在甘肃东部、陕西中部和南部超过0.6。24 h预报平均误差在青海、甘肃、陕西三省南部最大(达到2～4 mm·d~(-1)),48 h预报的平均误差比相同区域的24 h预报高出1～2 mm·d~(-1),在陕西南部平均误差最大(达到5～8 mm·d~(-1))。各个量级的24 h预报TS评分明显好于48 h,24 h预报对大雨、暴雨有所预报,48 h预报对中雨以上量级降水预报较差。     

中国地区云对地气系统长波射出辐射(OLR)强迫的气候研

本文利用地球辐射平衡试验(ERBE)和国际卫星云气候计划(ISCCP)提供的地气系统长波射出辐射(OLR)和云量资料，计算并讨论了我国各季和年平均云量对地气系统OLR的强迫及其所产生的温室效应。结果表明我国各季的OLR云强迫与总云量、高云量都有较好的相关，且季节变化明显；OLR云强迫和云温室效应的地理分布受云量和云状的影响较大，它们的年变化一般呈弱双峰型，峰值在春、夏季出现。     

末次盛冰期冰盖对全球季风活动的非对称性影响

将新研发的南京信息工程大学地球系统模式(NUIST Earth System Model version 1,NESM1)首次应用于古气候模拟中,在Paleoclmate Modelling Intercomparison Project Phase III(PMIP3)框架下设计了工业革命前(Pre-industrial,PI)、末次盛冰期(Last Glacial Maximum,LGM)和增加大陆冰盖(Ice sheets,IS)试验,验证了模式对工业革命前气候和LGM时期气候的模拟能力,并通过增加大陆冰盖试验分析了其对全球季风活动的非对称性影响。结果表明:与PI时期相比,LGM时期的温度和降水均有显著改变。其中,全球平均温度比PI时期降低了4.7℃,全球平均降水减少了0.3 mm·d~(-1),降水对温度变化的敏感性约2.3%·℃~(-1),这与其他耦合模式结果一致。末次盛冰期大陆冰盖对其气候变化有重要贡献,冰盖引起的地表反照率改变与地形抬升作用导致全球平均气温下降1.2℃,降水量减少0.06 mm·d~(-1)。进一步分析表明,末次盛冰期冰盖对全球气候的影响还具有显著南北半球差异,所导致的温度降低和降水减少主要集中在北半球,其中北半球的降温更是高达南半球的5倍;引起北半球季风区年平均降水减少0.24 mm·d~(-1),降水年较差减小0.34 mm·d~(-1),而南半球变化很小。这是由于北半球大幅降温导致的低层水汽含量减小,并与大陆冰盖引起的欧洲大陆和北美大陆反气旋环流共同作用而影响季风活动。在夏季,减少的低层水汽含量与减弱的季风环流使夏季降水显著减少;而在冬季,加强的季风环流能部分抵消水汽含量减小的作用,故冬季降水稍微减弱。此外,在欧洲大陆和北美大陆附近对流层低层反气旋环流作用下,导致亚欧和北美季风活动区域减小。     

近60a天水市云量变化特征及与其它气候因子的关系

云是气候变化的重要因子之一,为了探究甘肃天水市地区的云量的变化特征,用境内7个气象站1951～2007年近60a的云量观测资料分析总、低云量变化特点及与相关气候因子的关系。结果表明,自1951年以来该地平均总云量稳定性较好,平均低云量以0.25成/10a的速度递增。各级降水日数及云量相关性较显著。不同时段的降水量随云量变化比较明显。年平均总云量增加1成,年降水量增加156mm,春季平均总云量增加1成,降水量增加25mm;夏季平均总云量增加1成,降水量增加75mm;秋季平均总云量增加1成,降水量增加35mm;冬季总云量增加1成,降水量增加3.8mm。平均云量与气温的相关性时段性较强,云量增加1成,春季和夏季的平均气温分别降低0.6℃和0.5℃,秋季和冬季的气温与平均云量线性相关不显著。云量对日照的影响最为直接,云量增加1成,春季总日照时数减少102.2h,夏季减少90.8h,秋季减少87.7h,冬季减少65.3h。平均云量与相对湿度呈显著正相关,云量增加1成,夏季平均相对湿度增加4%,春、秋、冬季增加3%。     

开鲁县1954—2011年降水日数及降水量变化分析

利用开鲁气象站1954—2011年逐日降水量数据,分析了近58a降水量和降水日数的年、季变化趋势和气候倾向率以及4—10月不同等级降水日数和降水量的比例。结果表明:(1)开鲁58a平均年降水量为332.5mm,年平均降水日数64d,占全年总日数的17.5%,日降水量强度仅5.2mm;(2)年降水量与降水日数呈显著的正相关关系,降水日数多,降水量则多;(3)近58a年降水日数和降水量均呈显著的减少变化趋势,降水日数减少1.8d/10a,降水量减少13.2mm/10a;特别是1999—2011年日降水强度明显减小,年平均降水量仅277.5mm,比前45a平均减少了2成,春夏季干旱突出;(4)降水量和降水日数季节分配不均,夏季降水量占全年的70.3%,雨季集中,旱季明显;(5)作物生长季(4—10月)降水量级少,有效降水日数少,因此,发生干旱的概率高,特别是季节连旱,不利于作物的生长发育,严重制约着农牧业生产的发展。     

近39 a祁连山及其周边地区降水量时空分布特征

利用欧洲中期数值预报中心ERA-Interim再分析数据集1979—2017年3 h降水资料,分析祁连山及其周边地区降水量时空分布特征。结果表明:研究区平均年降水量为232.4 mm,年降水量有增加趋势,气候倾向率为24.7 mm·(10 a)~(-1),其中半湿润区增加最为明显,气候倾向率达45.9 mm·(10 a)~(-1);研究区降水量于1996—1997年之间发生突变,年降水量在2000年后显著增多;季节降水量夏季最大,占年降水的54.08%,冬季最小,占年降水的3.88%;月降水量7月最大,为45.1 mm,12月最小,仅为2.7 mm;日降水量有2个峰值,最大峰值出现在14:00—20:00,次峰值出现在05:00—08:00。年降水量及其气候倾向率均与地形高度有较好的对应关系,海拔越高降水量越大,最大值出现在祁连山中部的高海拔地区;年降水量场多呈西北—东南向分布,中部和东部地区降水量较大。     

不同天气系统影响下强降雨过程GPS可降水量变化特征对比

利用常规地面高空观测资料、山东省123个自动站1 h降雨量资料和25个地基GPS反演的大气可降水量资料,对比分析不同天气系统影响下典型强降雨过程中的大气可降水量变化特征。结果表明:(1)降雨开始前水汽累积时间与天气系统尺度有密切关系,一般尺度越大,水汽积累时间越长,低槽冷锋强降雨前大气可降水量的积累时长可达约26 h,副高边缘强降雨发生前水汽积累时间仅5~6 h;(2)水汽增速与天气系统尺度密切相关。天气系统尺度越小增速越快,低槽冷锋强降雨发生前水汽增速小于2.0 mm·h~(-1),副高边缘强降雨发生前水汽增速可达3.1 mm·h~(-1);(3)短时强降雨发生前,水汽累积时间与积累速度呈反相关,即水汽增速越快,强降雨发生越快,当水汽增速大于2.0 mm·h~(-1),可降水量经历5~6 h积累即可产生短时强降雨;(4)一般强降雨时段多数在可降水量峰区时段,而副高边缘型短时强降雨和冷式切变线第1阶段强降雨均发生在可降水量增长时段。降雨过程结束后,一般情况下可降水量锐减,而副高边缘型和冷式切变线第1阶段强降雨结束后可降水量继续增长。冷式切变线第2阶段降雨结束后可降水量出现持续小幅减小,数小时后,可降水量再次增长。     

1980-2010年中国南方雷暴频次的统计特征及其变化

利用1980-2010年中国南方20站逐日多时次天气观测资料,统计了雷暴的日、季节、多年变化特征,以及相应的大气物理量和环流特征变化。结果表明:雷暴频次的日变化呈午后到凌晨多,12:00(世界时,下同)频次最高(9%),03:00最低(2%);夏季频次高冬季低,其中7-8月最高(35%),12月至次年1月最低(1%)。20世纪80年代至21世纪初,年际和夏季(7-8月)雷暴频次均呈下降的趋势,分别为-1%·(10a)-1和-3.5%·(10a)-1,21世纪00年代后则有弱的增加趋势。全年统计雷暴日降水占总降水的48%,而在夏季则为64%。全年和夏季雷暴日降水比率的变化,均与雷暴频次的变化有较好的一致性,相关系数分别达0.46和0.71。对应雷暴频次的年际变化,东亚地区大气环流场表现出大尺度的异常变化。雷暴频次偏高时,西太平洋副热带高压异常偏弱,南方对流层中上层有异常的上升运动。同时,从热力不稳定指标上看,夏季异常偏高的全总指数、异常偏高的对流有效位能指数均与夏季雷暴频次显著相关,分别为0.58和0.76。而近30年南方雷暴频次与对应的地面气温存在统计上的关联,但这是否与雷暴热力和动力因子对全球气候变化的响应有关,尚需深入研究。     

新疆昌吉市主汛期降水日变化特征

基于昌吉市2008—2015年逐时自动降水资料,分析了主汛期(5—8月)降水日变化特征。结果表明,降水主要集中在夜间21:00至翌日03:00,最大值出现在02:00,最小值出现在14:00;逐时降水频次为明显的单峰型,降水易发生在21:00至翌日08:00,降水频次的高峰值出现在01:00,降水最不易产生于午后15:00至18:00;降水强度变化的波动性较大,大值区出现在21:00至翌日02:00和午后15:00至19:00,最高值出现在18:00,最低值出现在04:00至08:00;在≥0.1 mm、≥1 mm和≥3 mm的逐时降水频次中,夜间降水频次较白天高,≥0.1 mm的降水出现次数较多;降水主要以夜雨,且以短时间(1—4h)的降水为主,贡献率最大的是持续7h的降水,最小的为12h;总云量和低云量的变化与降水量成显著正相关关系。     

太阳常数变化对冬季全球辐射强迫及气候影响的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所第四代大气环流模式IAP AGCM4.0,通过在模式中将太阳常数从1367W·m-2减少至1361W·m-2,探讨了太阳总辐射减弱对冬季(12—2月)全球辐射强迫及气候模拟的影响。结果表明:(1)大气顶入射太阳辐射在全球范围内平均减少1.54W·m-2,南半球中高纬地区显著减少2.15W·m-2。北美、西西伯利亚、中东以及澳洲东部大气顶与地表的净短波辐射则出现增加,这与上述地区总云量减少相对应;(2)地表温度在全球范围内平均降低约0.05oC,北美南部、南美南部、非洲东部与南部、澳洲西部以及亚欧大陆地表温度出现降低,其中亚欧大陆降温幅度达到2oC以上,北美北部、南美北部、非洲西部以及澳洲东部地表温度则为升高,其中澳洲东部平均升温幅度约为0.5oC;(3)降水在全球范围内平均减少约0.003mm·d-1,其中澳洲大陆降水平均减少约0.6mm·d-1,与该地区地表蒸散发减少、水汽源减少以及夏季风减弱有关。     

内蒙古空中水汽资源气候特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析内蒙古地区的水汽资源时空分布特征,探讨该地区水汽通量及收支等特征。结果表明:内蒙古地区年平均可降水量为10~15kg·m~(-2),夏季可降水量最大,冬季最少。全区主要受偏西或西北向的水汽通量影响,除东北部外,全区大部地区为水汽辐散。夏季,东、西部水汽输送特征有很大差异,东部受西南风水汽通量控制,且为水汽辐合。全区年均水汽输入为13.74×107kg·s~(-1),夏季的水汽输入量最多,高达21.93×107kg·s~(-1),秋季最少。全区年均水汽输入量约4.33×10~(15)kg,年均降水量为3.34×10~(14)kg,降水仅占全部水汽输入的7.7%,空中可开发利用的水汽资源很丰富。     

伊犁河谷春夏季极端天气气候的变化分析

利用1961-2005年降水、气温、冰雹、大风资料,分析了伊犁河谷春夏季极端天气气候事件的长期变化趋势.结果发现暴雨(日降水>24mm)频次20世纪90年代以后明显增加,分析最大日降水量发现,降水强度也明显增大,这和伊犁河谷降水变化趋势是一致的;春夏季极端温度的变化不显著,夏季极端高温频次和强度有微弱的减小,春季极端低温频次和强度也有微弱的减小;春夏季伊犁河谷冰雹和大风极端天气显著减少.