2005年夏季中国登陆台风的环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国台风网提供的2005年台风资料，研究了2005年夏季台风登陆及中国东部频发性台风暴雨的环流特征及南北半球环流系统的相互作用。2005年夏季登陆我国的台风存在显著的阶段性变化，即6月10日～7月11日西太平洋无热带气旋生成，7月12日～9月30日西太平洋热带气旋频繁活动，造成登陆我国台风间隔时间短、 频数高、强度强，使得我国东部台风暴雨频繁发生。研究指出，6月10日～7月11日西太平洋无热带气旋生成与西太平洋副热带高压位置偏南、越赤道气流较弱、东亚热带辐合带（5°N～15°N，120°E～150°E）对流偏弱有关。而在7月12日～9月30日，西太平洋热带气旋活动频繁与西风槽的多次南下、西太平洋副热带高压断裂（或东撤）、东亚热带辐合带对流加强有关。进一步研究发现，气候平均态的西太平洋越赤道气流分别位于125°E和145°E附近， 2005年夏季125°E和145°E附近的越赤道气流减弱，然而在7月12日～9月30日，130°E～135°E附近的越赤道气流加强并维持时间较长。130°E～135°E附近越赤道气流加强与澳大利亚高压东移以及140°E～180 °E赤道低压加深有关。     

爆发性气旋研究的回顾

爆发性气旋又称“气象炸弹”,定义为在考虑地转调整到60°N时气旋中心气压加深率大于1 hPa/h的快速发展的气旋,具有中心气压急剧降低、强度急剧增大的特点,多发于洋面上,对海上航行安全及沿岸人民生产生活具有重要的影响。近几十年来,众多学者对爆发性气旋开展了广泛而深入的研究,在爆发性气旋的气候学特征、结构特征和发展机制等方面取得了较大的进展,但同时还有许多亟待解决的问题。本文结合前人对爆发性气旋的研究工作,系统地回顾和总结了爆发性气旋的研究进展,希望能够为将来对爆发性气旋的研究工作带来一些启发和思考。     

根据GMS-IR观测资料推断的大尺度云场分布及其季节变化

本文利用GMS-IR云图资料研究了90°E-170°W,50°S-50°N范围内云的分布和云季节变化的大尺度气候学特征.定量描述了自1984年6月至1986年6月3年间(1984年6月除外)云顶高度在700hPa以上的大尺度云场分布及其季节变化.通过算得高云量(云顶高于400hPa)与高、中云量(云顶高于700 hPa)的比率以及考察被云覆盖的1°×1°区域内云顶高的标准差研究了云顶高度和云型的分布和季节变化. 研究结果表明,最大云量(～4/10)区分布在150°E以西的热带,次大云量(3/10～4/10)区分布在中纬度的气旋路径带,最小云量(1/10～2/10)区在副高附近.年平均云顶高度在热带高于中纬度.在两半球中纬度的气旋路径带上,云顶高度差异悬殊:最低纬度气旋路径带上的平均云顶高度大大高于其他气旋路径带上的平均云顶高度. 热带季风区内云量的年变化很大(2/10～4/10).此外,在热带季风区大陆及其邻域(大约1000km以内)冬季云顶高度明显降低.这表明在冬季深对流活动在那里受到强烈抑制,可因冷流而加强的强对流活动限于远离大陆的区域.在冬季,自中国南方至日本这一副热带季风区也可观测到云顶高度的降低.在中国南方和东海,云顶高度大的季节变化伴随着云型显著的季节变化:暖季为深厚对流云,冷季为层状中云.除了热带和副热带季风区,深厚对流云在夏季亚洲大陆上甚至可出现在50°N的较高纬度且高云量增加达2/10.这与澳大利亚大陆明显不同,在那里除热带季风区外,全年高云很少(～0.5/10).     

爆发性海洋气旋生成的模拟与预报

1.引言近十年来,副热带海洋气旋的快速增强受到了气象研究单位的关注.Sanders和Gyakum(1980)把快速发展定义为地转地调整到纬度60°时气旋在24小时内加深24hPa以上.这个问题之所以引起注意,是因为以前的业务模式对这类气旋加深的预报,系统性地偏弱.与此有关的实际问题是爆发性气旋发展给航运带来的危险.科学上的议题是这类风暴是否与一般的气旋有动力上的差别.     

近50年影响珠江流域热带气旋的气候特征分析

对1961～2010年影响珠江流域的热带气旋(TC)进行统计分析,结果得到,近50年年均4.24个TC影响珠江流域,其中台风以上等级1.02个,两者以每10年0.3个逐渐减少。其平均中心气压为984.0 hPa,平均极端最低气压为968.7 hPa,前者无明显的变化趋势,后者每10年减弱1.4 hPa。影响珠江流域热带气旋生成源地的平均最南位置为10.3°N,平均最北位置为17.5°N,两者均表现出向北移动的倾向,其中前(后)者每10年北移0.9°(0.6°),近几年影响珠江流域热带气旋生成源地位置向10°N～19°N区间汇聚。影响珠江流域热带气旋的平均初旋日在7月1日,终旋日在9月15日,台风季为76.5 d,其中初(终)旋日每10年推迟(提前)1.3(6.0)d,台风季以每10年8.2 d的速率减少,20世纪60年代和90年代中后期至21世纪前期处于偏短时期,近几年又开始呈现增长趋势。     

ITCZ的季节内振荡及其与热带气旋发生阶段性的关系

利用中国气象局提供的热带气旋资料和NCEP/NCAR再分析等资料, 研究了热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ)上对流强度的季节内振荡特征及其与热带气旋生成频数阶段性变化的关系, 并进一步研究了它与越赤道气流、 赤道西风和ITCZ北侧偏东风季节内振荡的关系。研究发现: (1) ITCZ对流强度的变化有明显的30～60 d振荡, 西太平洋 (5°N～20°N, 120°E～150°E) 范围内的热带气旋约有2/3发生在30～60 d振荡的活跃位相。(2) ITCZ季节内振荡在热带地区表现为向东传播的特征, 而在副热带地区 (25°N～35°N) 表现出清晰的西传特征。在ITCZ季节内振荡较强年, 振荡在由赤道传播至15°N左右时, 与北面向南传播的振荡在该纬度附近汇合, 对流强度增强, 使热带气旋在此期间频繁发生。而在弱年, 振荡由赤道一直向北传播至30°N附近, 15°N附近的ITCZ对流较弱, 热带气旋生成偏少。(3) 赤道西风、105°E～110°E越赤道气流和ITCZ北侧的偏东风气流本身也存在30～60 d振荡。这三支气流的30～60 d振荡与ITCZ的季节内强弱变化密切相关。然而, 相比之下偏东风气流的30～60 d振荡和ITCZ对流强弱的30～60 d振荡对应关系略差。     

ERA40再分析资料揭示的北半球和东亚地区温带气旋生成频率变化

本文利用欧洲中心再分析数据ERA40的6小时间隔海平面气压场和一种改进的客观判定和追踪方法研究19582001年北半球和东亚地区温带气旋生成频率的气候态、年代际变化及可能原因。结果表明:(1)北半球温带气旋的源地主要位于北美东部(落基山下游地区)、西北大西洋地区、格陵兰至欧洲北部地区、蒙古地区和日本至西北太平洋地区。大洋的西岸和陡峭地形的背风坡有利于大气斜压性的增强和正涡度的发展,从而有利于地面气旋的形成。(2)年、冬季和春季30°～60°N气旋生成数目呈现减少的变化趋势,60°～90°N地区的气旋生成数呈增加的变化趋势。这在一定程度上支持了北半球风暴路径北移的观点。60°N以南和以北的温带气旋数目同北极涛动指数(AO)分别呈现负相关和正相关,这种相关性在年、春季和秋季最为显著。(3)1 958—2001年东亚地区的年气旋数目呈现明显的年代际变化。20世纪60年代至80年代中期40°～60°N、80°～140°E地区气旋数目呈增加趋势,而80年代中期之后温带气旋数目则锐减,主要原因是80年代以后该地区大气斜压性减弱,更高纬度地区的大气斜压性增强,从而导致了气旋源地的北移。在较低纬带的20°～40°N、110°～160°E地区气旋数目线性增加,这主要是由于位于40°～55°N的北太平洋风暴轴有向低纬度偏移的变化趋势造成的。     

2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°（纬度）×0.5°（经度）水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要 结论 1）在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2）气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3）虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

100hPa环流特征与2005年梅雨异常的关系

2005年7月5日入梅,7月14日出梅,入梅晚,梅雨期短,梅雨量少,致使我国主要雨带位置不是如常年一样维持在江淮流域,而是在江南地区南部和华南地区。使用NCEP再分析资料,分析了100hPa环流特征与梅雨异常的关系。结果表明,6月份江南地区南部和华南地区多雨时期,100hPa南亚高压中心基本停留在青藏高原南部地区上空,120°E上脊线位置大致在21～26°N之间摆动,较常年同期明显偏南。7月份,高压中心位置北抬,但不够稳定;120°E上脊线位置较6月份略偏北。6—7月期间,120°E上的100hPa南亚高压脊线位置比500hPa西北太平洋高压脊线位置基本偏北5个纬度左右,100hPa南亚高压东段脊线与500hPa副高脊线南北摆动趋势一致,100hPa南亚高压东段脊线北侧附近地区相应是暴雨区位置。     

基于短时强降水概率预报的模糊检验试验

利用短时强降水概率预报模型生成短时强降水(≥20mm/h)概率预报产品,并对其进行“点对面”模糊检验试验。结果表明:短时强降水(≥20mm/h)概率预报和SWC_WARMS模式最大小时雨量(≥20mm/h)的“点对面”TS评分均明显高于相应的“点对点”评分,短时强降水(≥20mm/h)预报结果可在30～40km范围内进行调整;短时强降水(≥20mm/h)概率预报在概率为30%时TS评分达到最大,Bias接近为1,预报偏差最小;短时强降水(≥20mm/h)概率预报比SWC_WARMS模式最大小时雨量(≥20mm/h)预报更具有参考价值。      

Comparison of Advanced Technology Microwave Sounder Biases Estimated Using Radio Occultation and Hurricane Florence(2018) Captured by NOAA-20 and S-NPP

The second Advanced Technology Microwave Sounder(ATMS)was onboard the National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)-20 satellite when launched on 18 November 2017.Using nearly six months of the earliest NOAA-20 observations,the biases of the ATMS instrument were compared between NOAA-20 and the Suomi National Polar-Orbiting Partnership(S-NPP)satellite.The biases of ATMS channels 8 to 13 were estimated from the differences between antenna temperature observations and model simulations generated from Meteorological Operational(MetOp)-A and MetOp-B satellites’Global Positioning System(GPS)radio occultation(RO)temperature and water vapor profiles.It was found that the ATMS onboard the NOAA-20 satellite has generally larger cold biases in the brightness temperature measurements at channels 8 to 13 and small standard deviations.The observations from ATMS on both S-NPP and NOAA-20 are shown to demonstrate an ability to capture a less than 1-h temporal evolution of Hurricane Florence(2018)due to the fact that the S-NPP orbits closely follow those of NOAA-20.     

全球变暖背景下中国区域不同强度降水事件变化的高分辨率数值模拟

对一个20km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3)所模拟的全球变暖背景下,中国区域未来不同强度降水事件变化进行了分析。以日降水量的大小,将降水划分为不同等级。首先检验了模式对当代(1961—1990年)各等级降水日数的模拟能力,结果表明,与观测相比,模式模拟的小雨事件偏多而大雨事件在南方过少。21世纪末(2071—2100年)在IPCC SRES A2温室气体排放情景下,中国区域不同强度降水的变化在各地表现不同,同时其对各个地区降水总量变化的贡献也表现出较大不同,但在大部分地区,模式给出了未来强降水事件将增加的结果。     

欧亚季节环流气候平均态和气候变率：20CR再分析资料在欧亚及中国东部地区的评估

本文评估了美国国家大气海洋局（NOAA）新发布的20世纪再分析资料（20CR）对欧亚季节环流气候平均态和气候变率及中国东部气温降水的刻画能力。结果表明:20CR再分析资料对欧亚地区四季环流气候平均态刻画能力与NCEP2资料的相比,均呈现北部中高纬度系统性偏高,南部中低纬度系统性偏低的特点,导致描绘的东亚冬季风偏弱,夏季风偏强。这可能与20CR资料在极地海岸地区海冰资料处理时产生的差错有关。与中国东部的站点资料对比则显示20CR对我国东部气温的刻画偏低,而对降水的刻画偏高,站点相关性气温好于降水,东南沿海地区优于内陆地区。平均场和空间相关场结合来看,秋季气温和降水20CR与站点观测资料吻合最好。20CR资料较好地刻画近百年北半球冬夏季的气候指数（北极涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动、东亚冬季风、阿留申低压等）的年际变率及年代际变化特征,很好地刻画了阿留申低压1970年代末的年代际增强,西伯利亚高压1970年代末的下降和1990年后的上升趋势及北太平洋涛动、北大西洋涛动和北极涛动指数1970年代末期由负位相到正位相的年代际转变。     

Distributions of Downwelling Radiance at 10 and 20 μm in the High Arctic

In the Arctic, most of the infrared (IR) energy emitted by the surface escapes to space in two atmospheric windows centred at 10 and 20?μm. As the Arctic warms and its water vapour burden increases, the 20?μm cooling-to-space window, in particular, is expected to become increasingly opaque (or “closed”), trapping more IR radiation, with implications for the Arctic’s radiative energy balance. Since 2006, the Canadian Network for the Detection of Atmospheric Change has measured downwelling IR radiation with Atmospheric Emitted Radiance Interferometers at the Polar Environment Atmospheric Research Laboratory at Eureka, Canada, providing measurements of the 10 and 20?μm windows in the High Arctic. In this work, measurements of the distribution of downwelling 10 and 20?µm brightness temperatures at Eureka are separated based on cloud cover, providing a comparison to an existing 10?µm climatology from the Southern Great Plains. The downwelling radiance at both 10 and 20?μm exhibits strong seasonal variability as a result of changes in cloud cover, temperature, and water vapour. Given the 20?µm window’s limited transparency, its ability to allow surface IR radiation to escape to space is found to be highly sensitive to changes in atmospheric water vapour and temperature. When separated by season, brightness temperatures in the 20?µm window are independent of cloud optical thickness in the summer, indicating that this window is opaque in the summer. This may have long-term consequences, particularly as warmer temperatures and increased water vapour “close” the 20?μm window for a prolonged period each year.     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水低频特征及低频水汽输送途径差异

利用1961年1月—2014年12月Hadley气候预测研究中心的全球海表温度(SST)资料,NECP/NCAR逐日风场、比湿等再分析资料,国家气象信息中心提供的中国753站逐日降水、160站逐月降水资料,对比分析了东部(EP)型和中部(CP)型两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水(简记为EP型和CP型降水)低频特征,以及与之相关的低频水汽输送差异。结果表明,1)平均而言,EP型降水主要有10～20 d(最显著)以及20～30 d(次显著)低频周期;CP型降水主要有10～20 d的低频显著周期。与之相关的纬、经向水汽通量最显著低频周期也为10～20 d。2)影响EP、CP型低频降水共同的低频水汽环流系统主要有:菲律宾群岛附近的异常反气旋式水汽环流和渤海湾附近(日本东南侧)的异常气旋式(反气旋式)水汽环流。另外,影响EP(CP)型低频降水的还有来自巴尔喀什湖东北部异常气旋式水汽环流(孟加拉湾、苏门答腊岛以西的异常气旋式水汽环流对和贝加尔湖西、东两侧的异常气旋式、反气旋式环流)。3)EP型降水暖湿水汽主要源自南海,冷湿水汽主要源自西北太平洋,冷空气来自巴尔喀什湖东北部和贝加尔湖西北侧。CP型降水暖湿水汽少量来自阿拉伯海和印度洋,大量来自热带西太平洋,冷空气主要来自贝加尔湖西北侧。     

烤烟不同移栽期的生育期气象条件和产量品质对比

为增强烤烟对气候变化的适应性,提高烤烟经济效益与品质,以K346品种为材料,于2001年在弥勒县虹溪镇烟叶基地开展移栽试验,研究不同移栽期下的烤烟气象条件、农艺性状和经济效益以及烟叶化学成分进行统计分析,以期得出适宜的移栽期。结果表明：与4月20、30日和5月10日移栽相比,5月20日和5月30日移栽的温度及降水并不存在劣势,但光照与大田期≥10℃活动积温的劣势较明显;4月20日和5月10日移栽的气象条件有利于烟叶生长,而5月30日移栽的气象条件不利于烟叶生长,4月20日至5月10日移栽的气象条件与国内外优质烟区具有很高的相似性,5月20日和5月30日移栽期与国内外优质烟区气候相似程度小于4月20日至5月10日移栽期。适当提前移栽,可增加叶面积指数、株高、茎围和节距;随着移栽时间的推迟,烟叶产量、中上等烟比例和产值呈先上升后下降的规律;烟叶的产量、中上等烟比例、产值综合指标以移栽期为4月30日和5月10日较好。移栽期为4月30日和5月10日的烟叶化学指标总体表现适宜,化学成分协调。弥勒县虹溪镇或气象条件与之类似的烟区在4月30日到5月10日移栽,可以改善烤烟气象条件,易取得优质适产。     

北半球陆面过程对全球变暖响应特征的初步分析

利用NCAR气候系统模式CCSM3.0 IPCC AR420世纪气候（20C3M）和21世纪SRES A1B排放情景下的模拟结果,着重分析了未来北半球陆面情况对全球变暖的总体响应特征。对比分析模式对20世纪和21世纪SRES A1B情景下的模拟结果表明：北半球陆面的水、热过程在全球变暖背景下将发生显著的变化。伴随全球地面温度的持续升高,北半球陆面的净辐射通量、感热通量和潜热通量均表现出不同程度的上升趋势,其中潜热通量的增幅明显高于感热通量;伴随着全球变暖,地表的水循环也发生了明显的变化,具体表现为北半球降水持续增多,陆面蒸发明显增加,地表径流也呈现出总体增加的趋势,但土壤含水量则表现出减少的趋势。     

20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量评估

本文利用NCEP1和ERA40再分析资料, 并结合观测资料, 对最新公布的一套再分析资料——20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量进行了综合评估。本文主要是从气候态、年际变率、年代际变化三个方面, 来评估20CR再分析资料在东亚夏季风区的质量。结果表明, 在气候平均态上, 20CR再分析资料基本合理再现了东亚夏季风区的高低层环流场(包括南亚高压、副热带西风急流、近地层风场)以及经向环流圈特征。但相较于NCEP1和ERA40, 20CR所刻画的南亚高压偏强, 西风急流偏北, 对流层中上层温度系统性偏高。在年际变率方面, 除了NCEP1在1967年之前存在偏差, 使其结果和ERA40、20CR不同之外, 三套再分析资料刻画的东亚夏季风变率在其它时段高度一致。三套资料在以纬向风为基础的东亚夏季风指数上的一致性, 高于以经向风为基础的东亚夏季风指数, 其中以低层纬向风为基础的东亚夏季风指数的一致性最高。20CR再分析资料可以较好地再现与东亚夏季风相联系的地表气温和降水年际变化特征, 其刻画的地表气温正相关中心位置偏西、强度最强, 且在河套平原地区有一个弱的负相关中心, 而其描述的降水在孟加拉湾和长江流域较之另外两套再分析资料更接近观测结果, 在热带地区和海上却反之。在年代际变化方面, 20CR再分析资料未能合理再现东亚夏季风年代际减弱的现象, 这也体现在不能合理再现青藏高原下游年代际变冷和“南涝北旱”降水型上, 这主要是因为20CR再分析资料所刻画的东亚地区对流层中上层年代际变冷信号偏弱所致。而在百年时间尺度上, 20CR再分析资料所刻画的东亚夏季风变化与观测较为一致;20CR再分析资料可以合理再现出东亚夏季风区1920年代前的显著冷期和1990年代之后的迅速增暖期, 但对1920～1950年代相对暖期和1950～1980年代相对冷期的再现能力较差。