国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

不同计算形式的相关分析在气象中的应用综述

相关分析在气象科研和业务中具有广泛应用,是定量分析气象变量之间关系的重要工具。首先系统综述了气象科研与业务中不同计算形式的相关分析算法,然后重点阐述了相关分析在气象领域应用的最新进展,特别是全窗口滑动相关和相关系数的扫描式多尺度突变检测算法。接着介绍了大数据研究领域中新发展的相关分析算法,简析了其对气象相关分析的启示。最后分析了气象相关分析中存在的问题,并且对相关分析在气象领域未来的发展趋势进行了展望。      

GRAPES全球三维变分同化业务系统性能

近年来,GRAPES全球三维变分同化系统分析性能和稳定性有了长足进步。该文简要介绍了近两年GRAPES全球:三维变分同化技术的发展与改进情况,包括同化框架技术、资料同化应用技术与系统稳定性等方面。分析诊断了两年的同化循环试验结果,以探空资料作为参考,对ERA-Interim再分析场、NCEP FNL分析场和GRAPES全球三维变分分析场的统计特征进行了比较;以ERA-Interim再分析场作为参考,对NCEP FNL分析场、T639分析场和GRAPES全球三维变分分析场进行比较。结果表明:GRAPES分析场的质量明显优于T639分析场,性能上达到了业务化的要求,但相比NCEP FNL分析场还有一定差距,特别是对流层内湿度分析场的误差还比较大。     

西南地区百年温湿气候序列分析及趋势预测

利用累积距平、小波分析、回归趋势系数等分析方法,本文对西南地区代表站点的百年温度、降水序列的气候背景进行了分析,预测了未来10～15年的变化趋势.此外,还将分析结果与有关研究结论进行了对比分析,得到了一系列有意义的结果.     

客观分析和四维同化——站在新世纪的回望 (Ⅰ)客观分析概念辨析

该文专论客观分析的概念。从大家熟悉的名词“分析”入手 ,给客观分析下一个相当精确的定义。介绍了客观分析定义的历史演变 ,同时发表了对这些定义的评论。阐述了客观分析乃是应数值预报的需要而诞生 ,但又有独立于数值预报的多种用途。辨析了客观分析同数值预报的初值、插值和四维同化的关系。强调了客观分析的重要性 ,希望以此能稍稍改变国内看重模式研究、轻视分析工作的不正确观念。     

热带风场与气压场的客观分析

本文着重讨论了为恰当定义热带风场的辐散分量,客观分析方案所应具备的基本条件,指出过去通行的分析方案在这方面的严重缺陷,并提出了一个改进方案.理想与实测资料的分析结果都表明,新的分析方案在保留分析流场的辐散分量与减小分析误差方面都有明显的效果.同时新的分析方案还提供了低纬度实施多变量分析的可能性,从而部分地缓解了低纬度观测资料不完整所造成的困难.     

0814号强台风"黑格比"对广西的影响机制分析

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0814号强台风"黑格比"的移动路径特点,对广西的强降水过程进行了分析并研究了造成强降水的物理机制.     

内蒙古小型与E601型蒸发皿蒸发量折算系数分析

基于内蒙古71个地面气象观测站,1961—2015年逐日小型蒸发量、E-601型蒸发资料,利用对比分析、相关分析、离差分析等方法,分析了折算系数的合理性,给出内蒙古各站5—9月各月的折算系数,并进行了时空分布特征分析。     

兴安盟冰雹综合预报方法初探

分析了兴安盟冰雹的时空分布特征、发生规律、持续时间、活动路径;对产生冰雹的天气形势进行分析,归纳出影响兴安盟降雹的天气形势为西北气流型、冷涡型、前倾槽、东北气流4种形势;对冰雹雷达回波进行分析,得出冰雹云雷达回波判别指标;对冰雹的物理量指标进行了分析总结;利用T213数值预报资料,建立了冰雹预报方程;分析了冰雹的卫星云图特征;使用VB6.0编制了业务应用程序,为业务化提供了条件.     

华中区域LAPS中尺度分析场的检验与评估

本文利用LAPS融合地面观测资料、探空资料、雷达资料形成中尺度分析场,将该分析场与实况降水、雷达同波、TBB图进行对比,发现LAPS分析场具有中尺度系统的描述能力.设计了融合不同观测资料的试验方案并计算了各种试验方案的均方根误差,定量对比分析了各种资料在LAPS系统中的作用,结果表明LAPS融合所有观测资料后得到的分析...     

Native Trees as Biomonitors of Chemical Elements in the Biodiversity Conservation of the Atlantic Forest

The Atlantic Forest, a hotspot in the world with a great diversity of plants and animals, is located in the most industrialized area of Brazil, a potential source of chemical elements for the atmosphere. From its original area about 10% has been preserved mainly through the implementation of conservation units, among which the Parque Estadual Carlos Botelho (PECB) is one of the most representative. Here, leaves of the predominant species in the PECB were analyzed by instrumental neutron activation analysis (INAA) for the establishment of natural backgrounds of As, Ba, Br, Ca, Cd, Ce, Co, Cs, Fe, Hg, K, Na, Rb, Sc, Se, Sr and Zn. Biomonitoring of the Atlantic Forest was realized through the tree community study taking in account the interspecies and the intraspecies variability of chemical concentrations. Results pointed out the low status of pollution based on the concentrations of chemical elements of environmental concerning. However, Br concentrations were higher in the understory species, which could be related to the possible effects of atmospheric pollution or sea influence. In addition, some Hyeronima alchorneoides trees showed to be hyperaccumulators of Co.     

冰冻圈影响区恢复力研究和实践:进展与展望

气候变化引起全球冰冻圈各要素普遍退缩,进而深刻影响着区域生态安全和社会经济发展。恢复力(resilience)以降低脆弱性为目标,维持和培育社会-生态系统应对外界胁迫和干扰的能力,为应对冰冻圈变化引起的负面影响、实现区域可持续发展提供了重要的理论和实践框架。文中辨识了全球变暖背景下冰冻圈过程和功能变化对主要社会-生态系统的影响,综述了当前冰冻圈影响区恢复力相关的主要研究和实践进展,探讨了加强冰冻圈影响区社会-生态系统恢复力的路径。我们认为未来要进一步加强区域和全球冰冻圈变化及其影响综合评估,深入研究冰冻圈影响区社会-生态系统变化的驱动机制、级联效应和稳态转换;在实践上将减缓、适应和转型有机结合,建立管控区域社会-生态系统演化的综合监测、评估、预警和决策系统,从而促进系统朝着更具恢复力和可持续的路径发展。     

基于GIS的三门峡市苹果种植气候适宜性区划

为了探明三门峡市苹果气候适应性及种植规模扩展空间,利用三门峡、灵宝、卢氏、渑池4个县级气象站点和苹果种植区及周边19个区域多要素气象站点资料,依据海拔高度将苹果种植区划分为塬区、浅山区和中山区3种区域,运用模糊隶属度评价各区气候因子,筛选出年均气温、年降水量、6—8月平均气温作为区划指标,针对不同气候要素采用克立格或反距离权重的GIS方法进行小网格插值,最终形成精细化的三门峡市苹果种植气候适宜性区划图。区划结果表明:最适宜区多位于三门峡市中部和中南部,适宜区多位于东部和北部,不适宜区为北部边缘地带。当前三门峡市苹果种植主要分布于灵宝中部、南部和陕县西南部,是苹果的主产区和优质区;其他未开展苹果种植的卢氏县北部、陕县东南部处于最适宜区域,渑池县大部分处于适宜区,是未来苹果种植面积扩展的首选地区,但尚需综合考虑土壤、地形、气候等因素对苹果品质的影响。     

Assessment of Temperature Extremes in China Using RegCM4 and WRF

This study assesses the performance of temperature extremes over China in two regional climate models(RCMs),RegCM4 and WRF, driven by the ECMWF's 20 th century reanalysis. Based on the advice of the Expert Team on Climate Change Detection and Indices(ETCCDI), 12 extreme temperature indices(i.e., TXx, TXn, TNx, TNn, TX90 p, TN90 p,TX10 p, TN10 p WSDI, ID, FD, and CSDI) are derived from the simulations of two RCMs and compared with those from the daily station-based observational data for the period 1981–2010. Overall, the two RCMs demonstrate satisfactory capability in representing the spatiotemporal distribution of the extreme indices over most regions. RegCM performs better than WRF in reproducing the mean temperature extremes, especially over the Tibetan Plateau(TP). Moreover, both models capture well the decreasing trends in ID, FD, CSDI, TX10 p, and TN10 p, and the increasing trends in TXx, TXn, TNx, TNn, WSDI, TX90 p,and TN90 p, over China. Compared with observation, RegCM tends to underestimate the trends of temperature extremes,while WRF tends to overestimate them over the TP. For instance, the linear trends of TXx over the TP from observation,RegCM, and WRF are 0.53?C(10 yr)^-1, 0.44?C(10 yr)^-1, and 0.75?C(10 yr)^-1, respectively. However, WRF performs better than RegCM in reproducing the interannual variability of the extreme-temperature indices. Our findings are helpful towards improving our understanding of the physical realism of RCMs in terms of different time scales, thus enabling us in future work to address the sources of model biases.     

IPCC第五次评估报告第二工作组报告的主要结论对2015协议谈判的影响分析

IPCC第五次评估报告第二工作组报告《气候变化2014：影响、适应和脆弱性》以气候变化风险为核心理念,对气候变化的影响进行了系统性的评估,对适应气候变化相关的需求、选择、机会、约束和局限性等方面进行了全面综合的论述。报告发布正值《联合国气候变化框架公约》谈判的关键时期,作为德班平台新协议谈判的重要信息来源,第二工作组报告将对全球长期目标、适应及其与减缓的关系、损失与损害等重要议题谈判产生重要的影响。为了在下阶段更好地开展国际谈判和国内相关工作,应深入解读报告的主要结论并做到科学的应用。     

Role of the 10–20-Day Oscillation in Sustained Rainstorms over Hainan,China in October 2010

Hainan, an island province of China in the northern South China Sea, experienced two sustained rainstorms in October2010, which were the most severe autumn rainstorms of the past 60 years. From August to October 2010, the most dominant signal of Hainan rainfall was the 10–20-day oscillation. This paper examines the roles of the 10–20-day oscillation in the convective activity and atmospheric circulation during the rainstorms of October 2010 over Hainan. During both rainstorms,Hainan was near the center of convective activity and under the influence of a lower-troposphere cyclonic circulation. The convective center was initiated in the west-central tropical Indian Ocean several days prior to the rainstorm in Hainan. The convective center first propagated eastward to the maritime continent, accompanied by the cyclonic circulation, and then moved northward to the northern South China Sea and South China, causing the rainstorms over Hainan. In addition, the westward propagation of convection from the tropical western Pacific to the southern South China Sea, as well as the propagation farther northward, intensified the convective activity over the northern South China Sea and South China during the first rainstorm.     

非轴对称双涡相互作用的研究

在平流动力学的框架内,用准地转正压涡度方程模式实施了19组试验,研究双涡合并的条件及较大尺度涡旋自组织的问题。结果指出:(1)存在着两个影响双涡合并的因素,即初始双涡中心之间的距离和初始涡旋的非轴对称分布。初始两个对称涡旋合并具有明显的临界距离效应,但初始两个非轴对称涡旋能否合并还受到初始涡旋的非对称结构的复杂影响。(2)存在着两类不同的较大尺度涡旋的自组织过程,形成较大尺度涡旋。第一类,初始两个涡旋相同,均呈轴对称分布。双涡作用经历了缓变、快变,以及涡量羽翼的生成、拉伸和发展的过程,合并后呈对称性流型;终态涡内区涡量的堆积来源于两个初始涡,终态涡外区的螺旋带来源于两个初始涡外缘线涡量羽翼的拉伸。第二类,初始两个涡旋不同,一个为椭圆型,一个为偏心型,均呈非轴对称分布。双涡作用中,椭圆涡一边互旋,一边向计算区域中心靠近,同时涡量范围加大,形成了终态涡的内核区;偏心涡一边互旋,一边被不断拉伸,形成了终态涡的螺旋带区;表现出终态涡内区的涡量堆集来源于椭圆涡,终态涡外区螺旋带主要来源于偏心涡的反复拉伸及断裂的特性。     

弱天气系统强迫下北京地区对流下山演变的热动力机制

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对京津冀地区4部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了弱天气系统强迫下两次发生在北京地区对流风暴的低层动力和热力影响机制。这两次风暴过程处于弱天气系统强迫和弱层结背景下,局地冷池和环境风场的相互配合是造成山上对流风暴是否能够顺利传播下山的关键机制。起初,两个个例平原局地热、动力不均衡形成平原冷池,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播配置。在此机制下,导致在冷池东南边缘形成较强的辐合上升、垂直风切变和螺旋度。在6月26日个例中,由于冷池强度较强且位置偏南,因此阻断了东南暖湿气流向山区的输送,形成由平原至山区的辐散区使得山区的对流风暴不断减弱。但是,随着已经消散的对流风暴下沉气流,覆盖至冷池边缘东南气流上空形成了较强的风切变和垂直螺旋度,进而促使在冷池边缘形成新的对流风暴。而且,在新对流风暴生成后,由于平原地区整体切变强度较弱,因此形成了冷池扩张强度大于对流风暴传播速度的态势。这种配置会切断暖湿入流,从而导致对流风暴快速消亡。对于8月1日个例,冷池位置偏北,因而不受冷池阻挡作用的偏南风在山脚形成较强的辐合上升,同时与下山的偏西风形成明显辐合上升区,有利于山区对流风暴的不断增强;进而,受此影响,山上风暴降水产生若干冷池,新生冷池和原有冷池的相互挤压,在迫使中、北部风暴增强的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,最终合并组织成带状对流系统。同时,北部冷池边缘形成的辐合带也为对流风暴向山下传播提供有利条件,而回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统的热动力特征。但是由于此时平原地区处于弱切变环境中,风切变强度不能与冷池出流强度相平衡,同样冷池扩展将领先于对流风暴移动,切断东南暖湿入流,导致原有风暴快速减弱。在文章的最后,基于观测和模拟结果,对比分析这两个个例,初步得出了与对流风暴传播下山发展演变密切相关的低层热、动力配置概念模型。     

Dominant cloud microphysical processes of a torrential rainfall event in Sichuan,China

High-resolution numerical simulation data of a rainstorm triggering debris flow in Sichuan Province of China simulated by the Weather Research and Forecasting (WRF) Model were used to study the dominant cloud microphysical processes of the torrential rainfall. The results showed that: (1) In the strong precipitation period, particle sizes of all hydrometeors increased, and mean-mass diameters of graupel increased the most significantly, as compared with those in the weak precipitation period; (2) The terminal velocity of raindrops was the strongest among all hydrometeors, followed by graupel’s, which was much smaller than that of raindrops. Differences between various hydrometeors’ terminal velocities in the strong precipitation period were larger than those in the weak precipitation period, which favored relative motion, collection interaction and transformation between the particles. Absolute terminal velocity values of raindrops and graupel were significantly greater than those of air upward velocity, and the stronger the precipitation was, the greater the differences between them were; (3) The orders of magnitudes of the various hydrometeors’ sources and sinks in the strong precipitation period were larger than those in the weak precipitation period, causing a difference in the intensity of precipitation. Water vapor, cloud water, raindrops, graupel and their exchange processes played a major role in the production of the torrential rainfall, and there were two main processes via which raindrops were generated: abundant water vapor condensed into cloud water and, on the one hand, accretion of cloud water by rain water formed rain water, while on the other hand, accretion of cloud water by graupel formed graupel, and then the melting of graupel formed rain water.     

贵州铜仁2019年1月两次空气污染过程及其气象条件特征分析

2019年1月铜仁市发生了中到重度污染过程,本文利用铜仁市城区逐时环境监测资料,高空及地面气象观测资料,分析了本次污染过程气象条件特征。结果表明,此次首要污染物为细颗粒物（PM2.5）。污染天气发生时,铜仁上空是高压脊或一致的西南气流,地面为冷高压或均压区控制,气压梯度小,风小;当转为高空槽前,地面有冷空气补充,气压梯度增大时,污染物浓度得到降低。同时风速和相对湿度大小跟污染物浓度也有一定关系,地面风速小,空气干燥时,污染物浓度增加;相反,风速增大达4m/s以上,空气相对湿度增大达90%以上,特别是明显的雨雪天气发生时,污染物浓度得到快速降低。另外,污染天气伴随有近地层逆温层持续影响,逆温层厚度越厚,且逆温强度越强,抑制了大气垂直方向的湍流交换,有利于污染物浓度累积增长。受梵净山地形阻挡作用,当近地层为弱偏东风影响时,污染物不能翻越梵净山向西扩散,会在山的东侧堆积,导致铜仁城区污染物在本地循环累积,污染浓度维持较大值。上述研究结果,可为铜仁市空气质量预报及污染防控提供新的参考依据。