云南倒春寒天气过程的分析研究

利用常规观测和NCEP 1°×1°的6小时再分析资料,总结1980-2011年云南15次低温雨雪强倒春寒天气过程,得出500 hPa形势高纬为两槽一脊和横槽型,700 hPa为典型北高南低特征.重点分析2011年3月14-19日和2005年3月2-6日不同类型下两次强过程,过程中均有昆明准静止锋增强和川滇切变线南下,新西伯利亚冷空气南下自东北向西南侵入云南.前者地面强降温由中低层强冷平流引发,而后者是由低层强冷平流和高层强冷平流下传共同造成.强雨雪天气对应有深厚垂直上升运动或对流层中低层以下层存在强上升运动柱.孟加拉湾为水汽源地,强高、低空急流和其垂直耦合的次级环流输送了水汽和热量.强降雪期间,无南支槽时需要大而强的水汽通量和水汽辐合,有南支槽配合时中低层水汽通量有迅速增加过程.低层为冷层或近地面强冷平流利于降水物冷凝成雪.过程中均有强锋生作用推动锋面南下,锋面前进方向锋生函数零线对应低层850 hPaQ矢量辐合线,锋区梯度大,能量积聚多对应降雪范围大.低层等露点线有Ω型特征,露点锋抬升作用触发干湿交界面上干冷、暖湿气流交汇,露点锋和低空急流位置强度及Q矢量辐合区与云南强倒春寒降雪区有较好对应关系,地面降温幅度与850 hPa锋生函数正值强度成正比.     

一次暴雪过程的高架雷暴环境条件及雷达特征

2021年2月24—25日河南出现一次伴高架雷暴的暴雪天气过程,各级气象台站业务预报对该过程中雷暴均漏报,对降雪量级预报也偏小。利用常规气象观测资料、双偏振雷达产品和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,重点分析了这次暴雪过程中高架雷暴的环境条件及双偏振雷达参量特征。结果表明:(1)东移加深的中纬度高空槽、700 hP a发展北上的西南急流与地面扩散南下的冷空气等天气尺度系统相互作用触发对流,造成暴雪过程出现高架雷暴。(2)该过程最强水汽输送位于700 h Pa,水汽通量大值带位于河南沿黄(河)一带,河南上空水汽充足,为中层不稳定层结建立和对流触发提供了有利的热力条件。(3)低槽前部两个次级环流圈上升支叠加为雷暴发生和降雪增强维持提供了强的上升运动;0—6 km较强垂直风切变有利于对称不稳定发展;700 hPa西南风急流辐合作用配合高空槽大尺度强迫使得中高层不稳定能量释放,从而触发对流。(4)高架雷暴发生时,雷达回波强度≥45 dBz、顶高超过-20℃层,“牛眼”结构和辐合上升区长时间维持有利于产生雷暴;雷达双偏振参量相关系数(CC)较小(0.7～0.9)、差分相移率(K_D...     

华北冷季一次大范围雷暴与暴雪共存天气过程分析

利用常规气象资料、多普勒雷达及NCEP客观分析资料,对2013年3月12日华北出现的一次比较罕见的大范围雷暴和暴雪共存天气过程进行了诊断分析。结果表明：本次大范围的雷暴为发生在低层冷空气堆之上的高架雷暴。虽然雷暴区中低层水汽通量辐合较弱,但中高层θe平流差造成中层出现条件不稳定,在850 hPa切变线前部西南风中辐合配合冷平流以及切变线的先后触发下,不稳定能量得以释放,这是河北中部发生大范围雷暴的主要原因。暴雪区中层较强的水汽通量辐合及辐合层厚度爆发性增长、700 hPa槽区以及槽前西南气流和偏西气流的强辐合是造成北部暴雪天气的重要原因。此外,中低层正的差动涡度平流较散度场对暴雪及雷暴区的动力作用的反映更明显。     

浙江两次连阴雨过程及其降水特征异同对比分析

利用NCEP／NCAR1°×1°的分析资料,对比分析了分别发生在2009年和2010年相同季节不同年份的两次连阴雨过程的异同,重点分析它们降水特征和形成原因。结果表明,乌拉尔山和鄂霍次克海高压脊以及它们之间的宽广西风槽稳定维持是该季节连阴雨形成的有利环流背景。垂直上升运动是形成降水的必要动力条件,大气中充足的水汽输送和水汽在降水区的持续性辐合是连阴雨的形成的必要水汽条件。频繁南下的冷空气强迫暖湿空气抬升既直接导致了上升运动,同时也可以触发大气不稳定能量的释放,增强上升运动。连阴雨时期雨量主要集中在冷暖空气长期对峙,强锋区长时间维持的时期。强水汽输送和强水汽辐合在时间和空间上重合并且长时间维持有利于大范围的持续性暴雨天气发生。     

2000年以来云南4次强降雪过程的对比分析

通过对2000年以来云南出现的4次强降雪过程进行分类对比分析和诊断分析, 结果表明:横槽型和北脊南槽型是4次强降雪的主要中高纬环流形势, 3次有南支槽配合, 1次无南支槽活动, 其中2次横槽型造成的强降雪范围广、强度大; 4次强降雪过程云南西侧都有充沛的水汽输送, 水汽通量增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件, 强降雪出现在较强水汽通量辐合区中, 且落区在辐合中心的偏东一侧、θ_se线陡立区附近以及暖湿不稳定区域; 强降雪在多普勒雷达上显示为20~30 dBz左右的层状云回波, 对流层中下层的高空冷暖平流和高空西南急流是有南支槽影响的强降雪天气的主要大尺度特征, 而低层偏东急流是无南支槽影响的强降雪的主要特征, 因此高低空急流的形成是强降雪的关键。     

2010年冬季浙江两次强降雪过程的对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对浙江2010年冬季两次强降雪过程的环流形势和物理量场进行了分析和讨论.结果表明:两次过程都是北方冷空气与西南暖湿气流交汇所致,冷空气较强时,锋区迅速南压,降雪持续时间较短,暴雪产生在中低层切变线的风速辐合区中;而冷空气强度适中时,“冷垫”和静止锋长时间存在,降雪持续时间则较长,暴雪产生在低空急流的左前方;降雪区上空有明显的水汽通量辐合,水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系;低空辐合和高空辐散的配置是强降雪产生的有利动力条件,其强度越强,降雪也越强.     

牡丹江地区“7.19”大暴雨天气成因分析

2017年7月18-20日牡丹江地区出现大暴雨并伴随强雷暴天气过程,本次降雨强度大、雷暴持续时间长,较为罕见。本文利用常规气象资料、自动区域站降水资料、相关物理量场及卫星云图资料,对2017年7月18-20日发生在牡丹江地区的大暴雨天气过程进行分析。结果表明:高空强冷空气的入侵,与低层的暖湿空气交汇,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结。地面冷锋和低层切变线的抬升作用,触发了不稳定能量的释放。低层水汽的辐合上升作用和海上低压的新生,为本次天气过程的发生发展及维持提供了充足的水汽。     

2020年1月24—25日贵州冰雹、雨雪共存天气机理分析

利用常规观测、NCEP再分析及FY-2G TBB等资料,对贵州2020年1月24—25日的冰雹、雨雪共存天气进行分析,结果表明:(1)此次复杂天气主要由南支槽前强上升运动把低空急流带来的充沛水汽强迫抬升至-10℃以上,前期能量集聚使得大气不稳定度迅速加大,滇黔静止锋触发贵州南部不稳定能量释放,共同造成了此次天气。(2)冰雹是由高架雷暴造成的,暖湿逆温层、强垂直风切变、强不稳定层结和合适的温度垂直分布是发生强对流的主要原因。(3)冷锋及深厚南支槽是降雪发生的主要环流形势,中层水汽辐合的强度及厚度不断增长、槽前动力抬升使得水汽伸展到-10℃以上,配合气温不断下降共同造成了暴雪天气。(4)贵州西部较充沛的外部水汽输送为降雨提供有利条件,高低空急流的有效叠加及典型的低层辐合、高层辐散加大降水强度。(5)强上升运动在降雪前8 h出现、涡度平流在降雪前24 h出现跃增,低层辐合的强度大于高层辐散;较之冰雹、暴雪区,大暴雪区饱和区伸展更高、上升运动更强、涡度平流更强,但水汽辐合稍弱;大暴雪区表现为稳定的低冷高暖,冰雹区、暴雪区则表现为由低到高的"冷—暖—冷"结构。(6)降雪区TBB纹理较均匀,大部在-20～-32℃,TBB低值区对应降雪强度较大,降雪最强时段TBB达-52℃。     

陕西2次相似天气系统下强降雨差异的成因诊断

利用常规观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、自动站资料,从水汽、动力、不稳定条件方面,采用诊断分析方法对2011年7月28日(简称过程Ⅰ)关中西部、陕南西部区域性强降雨和2013年7月25日(简称过程Ⅱ)陕北南部分散性强降雨进行对比分析。结果表明:2次过程前期天气状况、环流形势、影响系统类似,但降雨差异大。过程Ⅰ低层切变线和辐合线明显,过程Ⅱ则弱;地面上,过程Ⅰ强降雨区处在高、低压之间的气压梯度密集带上,过程Ⅱ强降雨区则处于均压场中;过程Ⅰ强降雨区中低层比湿呈单峰型变化,水汽通量辐合强度大且深厚,有强烈水汽输入,过程Ⅱ强降雨区中低层比湿基本无变化,水汽通量辐合强度弱且浅薄,水汽输入弱;过程Ⅰ强降雨区中、低层有明显冷空气作用产生系统性强降雨,过程Ⅱ强降雨区仅在近地层有浅薄的弱冷空气扰动,在西南气流中激发湿对流;过程Ⅰ强降雨区低层对流不稳定、中高层为条件对称不稳定的混合型大气层结,而过程Ⅱ强降雨期间中层、低层大气均为对流不稳定层结。     

山东半岛一次冷涡强冷流降雪过程分析

利用Micaps常规资料、雷达资料,分析了2010年12月28-2011年1月1日山东半岛北部烟台、威海地区出现的强降雪天气过程的成因。分析认为这是一次冷涡系统造成的强冷空气产生的一次冷流降雪过程,暖湿的渤海是水汽来源,近地面层气压场的气旋性弯曲有利于水汽的积累和触发不稳定能量释放。最强降雪落区与对流层低层风向有较大关系,西北风偏西分量大时强降雪中心出现在威海地区。925hPa和1000hPa的风场辐合分布均可以较好地对应强降雪分布落区。雷达0.5°仰角的回波对冷流降雪带有很好的指示作用。从径向速度分析出低层风的辐合,与地面图上的气旋性弯曲相对应,也对降雪有很好的指示作用。     

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.     

Characteristics of Chemical Speciation in PM_1 in Six Representative Regions in China

A better knowledge of aerosol properties is of great significance for elucidating the complex mechanisms behind frequently occurring haze pollution events. In this study, we examine the temporal and spatial variations in both PM_1 and its major chemical constituents using three-year field measurements that were collected in six representative regions in China between 2012 and 2014. Our results show that both PM_1 and its chemical compositions varied significantly in space and time, with high PM_1 loadings mainly observed in the winter. By comparing chemical constituents between clean and polluted episodes, we find that the elevated PM_1 mass concentration during pollution events should be largely attributable to significant increases in organic matter(OM) and inorganic aerosols like sulfate, nitrate, and ammonium(SNA),indicative of the critical role of primary emissions and secondary aerosols in elevating PM_1 pollution levels. The ratios of PM_1/PM_(2.5) are found to be generally high in Shanghai and Guangzhou, while relatively low ratios are seen in Xi'an and Chengdu, indicating anthropogenic emissions were more likely to accumulate in forms of finer particles. With respect to the relative importance of chemical components and meteorological factors quantified via statistical modeling practices, we find that primary emissions and secondary aerosols were the two leading factors contributing to PM_1 variations, though meteorological factors also played important roles in regulating the dispersion of atmospheric PM.