低频天气图方法在四川盆地夏季延伸期强降水预报中的应用

利用四川盆地2008~2013年夏季降水量资料以及500hPa风场资料,基于低频天气图方法,通过分析影响四川盆地强降水过程的500h Pa低频天气系统的活动规律,对强降水时段对应的低频风序列做经验正交分解,分析低频系统的主要空间分布型及其流场配置。统计降水时段对应的低频系统空间位置、分布及持续出现频数,划分出与预测区域降水过程密切关联的8个低频关键区,主要包括中低纬的西太平洋副热带高压及台风的主要活动区(1)、南海附近地区(2)、阿拉伯海和孟加拉湾附近地区(3),中高纬的蒙古至河套附近地区(5)和青藏高原及其以北的低频系统集中区域(6)这五个活跃关键区。计算各关键区低频系统历史周期发现低纬关键区(1、2、3)以及高原关键区(6)低频系统的周期都较短,而中高纬关键区(4、5、7、8)低频系统的周期相对较长。建立预测区域强降水过程的低频图预测模型。用此方法对2013年四川盆地延伸期强降水过程进行预报试验,发现预测6~7月上中旬的强降水过程效果较好,但对盛夏高温连晴伏旱时段(7月下旬8月)的预报能力有所下降。      

延伸期天气过程预报的一种新方法——低频天气图

本文主要介绍低频天气图延伸期预报方法。低频天气图是一种不同于统计学预报方法、数值预报方法和天气学预报方法的延伸期天气过程预报的新方法,可以用于延伸期(10～30 天)天气过程预报。低频天气图的技术要点是大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)及其相应的低频气流。低频天气图的天气学意义是能反映造成天气过程的天气系统的生消、维持和移动及其大气环流演变过程。其优越性在于其特性:时间上的周期性(30～50 天)、持续性和空间上的连续性、相似性以及地域上的准定常性,预报天气系统相对容易且时效长。2008～2012 年在上海市气候中心业务应用的结果表明,可以提前15～45 天预报上海地区的强降水过程。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2011年7—9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10~30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用。此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义。     

江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验

针对汛期延伸期降水预报问题,根据大气低频振荡特性,运用低频天气图预报方法,通过分析关键区低频天气系统(低频气旋和低频反气旋)的活动特征,建立低频系统与强降水过程间的对应关系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程.在2011年7-9月江苏省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10 ～30 d,可以在延伸期业务预报中加以应用.此外,还运用模式统计降尺度方法预报降水落区,为强降水过程的发生提供背景依据和参考信息,具有一定的实用意义.     

两次典型极端低温过程低频特征分析

对1960年1月至2016年2月NCEP/NCAR再分析资料进行Butterworth带通滤波,保留周期为30～60天的低频信号,采用低频天气图方法分析了2008年初低温雨雪冰冻灾害和2016年"霸王级"寒潮的低频特征,揭示典型极端低温事件中低频系统的特征及其生成、演变过程。结果表明:2008年初环流系统具有明显的30～60天低频振荡,位势高度正(负)距平对应低频流场的低频高(低)压,纬向风速正距平与低频风速大值区一致。过程期间北极涛动(Arctic Oscillation,AO)为正位相,有利于中东急流的加强和阻塞高压的维持,进而造成持续低温。2016年初环流系统的30～60天低频特征不明显,但低频低压能反映极涡的生成、演变。此外低频天气图能反映寒潮前后AO位相的转变,AO由12月下旬的正位相转变为1月初的负位相,中纬度纬向环流减弱而经向环流增强,极涡中心的冷空气在阻塞高压脊前偏北气流的引导下入侵中国,可能是造成剧烈降温的主要原因。两次过程中,低频低压、高压的分布和冷空气南下路径不同,但低频流场均落后天气过程2天左右表现出AO位相的转变,通过追踪和判断低频信号的路径,结合数值预报产品,可为类似的极端低温过程的延伸期预报提供参考。     

低频扰动增量法在华南冬季低温延伸期预报中的应用研究

通过扰动物理量分解方法和增量预报方法,提出低频扰动增量的定义,分析冬季大气低频扰动信号与华南低温事件的可能联系,构建基于低频扰动增量的华南冬季低温延伸期预报模型,为低温延伸期预报提供科学参考依据。分析表明:(1)东半球500 hPa高度场低频扰动变化显著区域主要位于中高纬度45°×80°N地区,尤其在乌拉尔山脉附近及其以西的东欧地区和贝加尔湖以北的中西伯利亚地区;(2)500 hPa中高纬高度场和风场低频扰动增量的前两个EOF模态反映了周期为20 d左右低频振荡的传播型模态,EOF1反映的是导致中高纬度两槽一脊型的环流形势得以维持的低频扰动特征,EOF2反映的是中高纬度高空槽东移后出现的低频扰动特征,研究揭示了华南最低气温低频扰动增量与该低频传播模态的关系十分密切;(3)基于低频扰动增量的延伸期预报准确率明显优于直接应用原始场的延伸期预报,重点抓住大尺度环流的低频扰动增量及由其引起的预报量的扰动增量,可以提高延伸期预报的准确率。     

大气低频振荡与延伸期预报

为了能从大气低频振荡角度研究延伸期降水过程预报问题,引入了一种新的预报方法—低频天气图,并且分析了低频天气图的技术要点和技术方法。在低频天气图上,低频天气系统(低频气旋和低频反气旋),以及它们的活动特性可以被用来定性地确定南、北气流(暖、冷空气)的汇合,引起降水过程。2009年6~10月利用该方法进行上海地区延伸期降水过程预报表明,强降水过程预报效果较好,且预报时效为15~45天,可以在延伸期业务预报中应用。     

低频天气图在陕西汛期降水预报中的应用

利用陕西省2008—2013年5—9月日降水资料及NCEP 500hPa的u、v风场资料,基于低频天气图的预报原理,统计降水时段500hPa风场上低频气旋和反气旋的空间分型、位置和出现次数,归纳出影响降水过程的9个高影响区,以及不同低频气旋和反气旋的配置类型与降水过程间的联系,通过低频系统的活动特征来预报降水过程。在2013—2015年陕西省延伸期强降水过程预报试验中,低频天气图预报方法的预报效果较好,且预报时效为10~30d,可以在延伸期预报业务中加以应用。     

GFS对我国南方两次持续性降水过程的预报技巧评估

采用美国全球预报系统（Global Forecasting System,GFS）资料,利用谐波滤波提取空间长波、超长波分量,检验评估了GFS对2012年7月11—31日东亚地区大气环流场和降水的可预报能力。结果表明：GFS模式对东亚地区的中低层高度场预报可靠时效维持6 d以上,高层预报可靠时效可达10 d;长波、超长波的可预报效果显著,其中高度场长波5～8波的预报效果好于3～6波,风场则相反;GFS对我国南方两次持续性降水过程的可预报天数维持在8 d左右,并可提前2天预报出强降水带位置;模式对持续性降水过程预报相对站点观测降水量整体偏强。     

低频天气图方法在4-9月辽宁干旱月预报中的应用

利用2008-2013年500h Pa NCEP/NCAR逐日再分析风场和位势高度场资料及辽宁省54站逐日降水资料,采用低频天气图方法,对辽宁干旱有影响的9个低频预报关键区,分析各个关键区低频系统的特征及其与干旱过程的分析,找出它们之间有联系,建立干旱过程低频预报概念模型,并对2013年干旱过程进行了回报,预报效果较好。     

Creating win-wins from trade-offs? Ecosystem services for human well-being: A meta-analysis of ecosystem service trade-offs and synergies in the real world

Ecosystem services can provide a wide range of benefits for human well-being, including provisioning, regulating and cultural services and benefitting both private and public interests in different sectors of society. Biophysical, economic and social factors all make it unlikely that multiple needs will be met simultaneously without deliberate efforts, yet while there is still much interest in developing win-win outcomes there is little understanding of what is required for them to be achieved. We analysed outcomes in a wide range of case studies where ecosystem services had been used for human well-being. Using systematic mapping of the literature from 2000 to 2013, we identified 1324 potentially relevant reports, 92 of which were selected for the review, creating a database of 231 actual or potential recorded trade-offs and synergies. The analysis of these case studies highlighted significant gaps in the literature, including: a limited geographic distribution of case studies, a focus on provisioning as opposed to non-provisioning services and a lack of studies exploring the link between ecosystem service trade-offs or synergies and the ultimate impact on human well-being. Trade-offs are recorded almost three times as often as synergies and the analysis indicates that there are three significant indicators that a trade-off will occur: at least one of the stakeholders having a private interest in the natural resources available, the involvement of provisioning ecosystem services and at least one of the stakeholders acting at the local scale. There is not, however, a generalisable context for a win-win, indicating that these trade-off indicators, although highlighting where a trade-off may occur do not indicate that it is inevitable. Taking account of why trade-offs occur (e.g. from failures in management or a lack of accounting for all stakeholders) is more likely to create win-win situations than planning for a win-win from the outset. Consequently, taking a trade-offs as opposed to a win-win approach, by having an awareness of and accounting for factors that predict a trade-off (private interest, provisioning versus other ES, local stakeholder) and the reasons why trade-offs are often the outcome, it may be possible to create the synergies we seek to achieve.     

一个世界最早光象分类体系的探讨——复原先秦“十煇”的研究

《周礼》十煇为世界最早的光象分类体系。其含义历来众说纷纭。有探讨、重建并评价的必要。本文比照历史上有影响的五家十煇定义,分析其含糊矛盾之处,提出复原十煇原义的三条原则,从而重建了十煇原义表,介绍了古代观测十煇的方法。最后对《周礼》十煇这个光象分类体系进行了评价。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.84,均方根误差分别为0.064和0.071 cm³/cm³;对于植被光学厚度,2018年与2020年的相关系数均为0.98,均方根误差分别为0.079和0.084.研究结果表明,CyGNSS可作为一种新型且独立的泛热带土壤水分与植被光学厚度反演手段.     

全球海表温度场中主要的年代际突变及其模态

用滑动t检验法对NOAA提供的改进扩展重建的全球海表温度场（1867～2005年）的年平均时间序列进行了年代际突变的定量检验。给出了几个年代际突变时期的时空分布，这些时期有:1894～1901年、1905～1909年、1920～1930年、1939～1945年、1954～1958年、1973～1979年和1994～1998年，并确定了全球海表温度年代际突变的时间，不仅发现了大家熟知的1924、1942和1976年左右的突变，还发现了1894、1907、1956年和最近的1997年的突变。分析表明，赤道太平洋和南太平洋是海温变化的敏感区的可能性较大，其次是北太平洋和南印度洋。用合成差分析得到了全球海表温度场的年代际模态的空间分布，1895～1906年和1908～1923年、1925～1941年和1943～1955年以及1977～1996年和1998～2005年这三对模态分别在大部分海域大体上存在较为明显的反位相结构，太平洋上各个时期均表现为PDO模态，只是强度和范围有所不同，大西洋的南北结构具有不对称性，增暖占主导地位。用滑动t检验法对PDO的年代际突变的信号进行了定量的检验，发现其年代际突变的时间依次为:1908、1924、1942、1956、1976和1997年，除了1894年的突变外，其余突变年份与上述全球海表温度场的年代际突变时间基本上是一致的，这说明PDO是全球海表温度场年代际突变的重要成员之一。假如存在1997年左右的突变，1998至今时段就是全球海表温度场一个新的年代际背景，就其年代际模态而言，目前的强度比1943～1955时段的年代际背景还要强；就PDO目前的强度来说， 与1909～1923和1957～1975这两个时段的强度大体相当。     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)的个例分析及其比较

对1995年7月25—28日高原上连续数日出现MCSs的现象进行了红外云图特征及其演变、大尺度环境背景场和对流有效位能的分析。可以发现，所有这些MCSs有着相似的日变化演变过程；它们的初始对流在中午由于日射加热开始活跃，之后迅速发展，这些MCSs在后下午形成，在傍晚达到最强，之后逐渐减弱。其中26日MCS最为强大，它是在单一的强大的近于圆形的高原反气旋高压背景下受强的低层热力强迫和条件不稳定的驱动而发生的。这些发生条件都与高原本身的热力作用紧密相关，所以它的发生发展主要与高原特有的较为纯粹的热力因子相联系。28日MCS是另一个很强的MCS，它明显地受到中纬度西风槽的斜压区的影响，这二个很强的MCS有着不同的发展机制和显著不同的表现特征。     

西北太平洋TC高频源地与GMS-SST暖水区及ITCZ的匹配关系

利用GMS高精度遥感海表温度(SST)反演资料、外逸长波辐射(OLR)反演资料和西北太平洋热带气旋(TC)源地及频数数据,分析了GMS-SST、赤道辐合带(ITCZ)、TC源地及频数的时空分布特征。研究发现:TC源地、发生频数以及强度的时空分布和变化均具有趋暖性。GMS-SST大于等于28℃的阈值条件为西北太平洋TC发生和维持的必要条件。并且存在10°N高频收缩轴,其与由GMS-SST大于等于28℃所定义的西北太平洋暖水区,GMS-OLR小于等于240 W.m-2定义的ITCZ的时空分布及变化有很好的相关性,即存在TC高频源地—GMS-SST暖水区—ITCZ三者间的匹配相关。     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

太原冬季PM2.5中有机碳和元素碳的变化特征

2005年12月—2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5, 并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳 (organic carbon, OC) 和元素碳 (elemental carbon, EC) 的测定。结果表明:太原冬季PM_2.5, OC和EC浓度均较高, 其中PM_2.5日平均浓度变化范围为25.4~419.0 μg/m3, 日平均浓度为193.4±102.3 μg/m3, OC平均浓度为28.9±14.8 μg/m3, EC平均浓度为4.8±2.2 μg/m3, OC/EC平均比值是7.0±3.9, 即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。OC在PM _2.5中占18.6%, EC占2.9%, 这表明碳气溶胶是太原大气细粒子污染控制的关键组分。在太原市冬季, 采暖燃烧的煤是OC和EC的主要贡献源, 造成OC大大高于EC, 从而使OC/EC比值增大。各种气象条件对PM_2.5, OC, EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响, 特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。