2001—2017年北极秋季低云变化及其可能原因

本文通过对2001—2017年秋季北极低云的多源数据的分析,展示了本世纪以来北极秋季低云的变化,并为其变化提供了一个新的可能的解释。卫星和再分析数据表明,秋季北极有冰海面低云存在减少的趋势,且在北极边缘海区表现为950 hPa(约500 m)以下近地面云显著减少。本文研究表明,在有冰海面上,低云减少的趋势与背景大气增暖导致的大气相对湿度降低有关,这一关系在80°N以北的北极中央区更明显。而在北极边缘海区,气旋活动对云的影响更重要。在有冰海面,气旋与低云的长期变化趋势相反,两者的年际变化呈负相关关系。利用自组织映射(SOM,Self-Organizing Map)对所有气旋日垂直运动和云分布进行了初步分析,结果表明:在无冰海面和有冰海面由于气旋垂直运动及背景(无气旋日)云分布的差异,气旋对云的影响存在差异。气旋在有冰海面导致低云减少为主,而在无冰海面导致低云增加为主。     

基于FY-4A大气温度廓线数据的西北太平洋低云云顶高度反演研究

西北太平洋的低云云顶高度(cloud top height,CTH)是气候研究和气象灾害监测中的重要参数。研究中常用卫星数据获得大范围、连续变化的低云云顶高度,但其与实际的低云云顶高度存在较大的偏差。因此,基于低云云顶一般在低层逆温层底这一观测现象,提出一种利用 FY-4A 卫星大气垂直廓线数据反演低云云顶高度的方法(称为“逆温法”),并尝试用于西北太平洋低云云顶高度反演研究。利用星载激光雷达 CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)探测的低云云顶高度,检验 FY-4A 卫星的云顶高度产品(CTH_AGRI)和“逆温法”反演的低云云顶高度结果(CTH_GIIRS ),表明两者均显著偏低,与 CALIPSO 探测的云顶高度差分别为 -0. 49 km和-0. 27 km,相较而言,“逆温法”反演的低云云顶高度更接近 CALIPSO 的探测结果,优于FY-4A卫星的云顶高度产品。     

春季北极地区云量跷跷板式的趋势变化特征及其对北极放大的云反馈作用

利用2000—2017年月平均的CERES云量、辐射资料和ERA再分析资料,对春季北极云量趋势变化特征和成因及其对北极放大反馈的贡献进行研究,发现春季北极地区总云量的趋势在东北极海区和北欧海区呈跷跷板式的反位相变化特征,并与低云量的趋势变化有较为一致的空间分布,中高云则与低云大体上呈相反的变化特征。北欧海的低云量减少、中高云增加,主要是因为进入北欧海区的超强气旋增多带来丰富的水汽,对流增强,云底高度抬升,使得低云量减少而中高云量呈增加趋势。这种云量垂直结构的变化所引起的云辐射强迫作用分别体现了低云的正反馈和中高云的负反馈作用,增温和降温作用相互抵消,使北欧海增温不显著。东北极海区低云量显著增加而中高云变化不明显,可能由于海冰融化,海表面增温,海面蒸发加强,水汽增加,大气静力稳定度减弱,有利于低云的形成。这种低云量的显著增加使得云辐射强迫作用强化了海冰反照率正反馈机制,从而加强了东北极海区的增温趋势。     

基于卷积神经网络的西北太平洋夜间海雾/低云卫星检测方法研究

使用Himawari-8静止卫星数据,基于CALIPSO卫星云底高度结合云雾水平均匀性特征提取海雾/低云标签,并使用全卷积神经网络与全连接条件随机场相结合的模型(Fully Convolutional Network and Conditional Random Field,FCN-CRF),提出一种夜间海雾/低云卫星检测方法。经过建立与训练模型,使用CALIPSO卫星的海雾/低云观测检验FCN-CRF模型和双通道差值法的结果。FCN-CRF模型表现良好,其检出率(probability of detection,POD)为0.611,虚警率(false alarm ratio,FAR)为0.174,临界成功指数(critical success index,CSI)为0.541,Hanssen-Kuiper技能分数(Hanssen-Kuiper Skill Score,KSS)为0.436,Heidke技能分数(Heidke Skill Score,HSS)为0.577,整体优于双通道差值法。     

黄东海大气边界层高度季节变化特征及其成因

利用CFSR再分析资料,采用EOF的分析方法统计分析了黄东海边界层高度的季节变化特征,探讨了2个模态的分布型以及与之相联系的下垫面热通量和垂直环流,统计了ICOADS资料中近30a逐月低云发生频率和海雾发生频率,揭示了其与边界层高度分布特征的一致性。结果表明:盛行风的平流作用与下垫面特征相结合造成的低空稳定性的变化是黄东海边界层高度时间上夏季低、冬季高,空间上呈现东高西低、南高北低的重要因素。EOF分析中第一模态表现为整个黄东海区域具有一致性,主要是大尺度环流的影响;第二模态为春秋相反的2个分布型,与海洋锋、冷舌以及暖水团的季节变化有着密切关系。黄东海大气边界层高度的最大值出现时间以及其大小在空间上较为一致,而最小值以黄东海海洋锋为界,向北逐渐减小,以南差异性不大,出现时间上有较大的差异。,这主要由黄东海冷舌、暖水团以及海洋锋的季节变化所引起对边界层经向分布影响较大所引起的。春夏季节,南部(西部)低云发生频率高于北部(东部),海雾发生频率低于北部(东部);海雾高频区对应较低边界层高度,而低云高频区对应相对较高边界层高度。     

南海低层季风环流对低云时空分布的影响

利用多源观测资料和再分析资料研究南海低层季风环流对冬夏季低云空间分布的影响。主要结论如下:(1)南海低云的空间分布具有显著的季节变化。冬季南海西北部低云量多且云层较薄,而东南区域低云量少且云层变厚。相应地,从南海西北部到东南部积云发生频率增加而层云发生率降低。夏季,南海以对流性云为主,其中积雨云发生率较冬季有所增加,低云量降至全年最少。(2)南海低层季风气流与山脉相互作用影响低层大气层结。冬季,南海东南"正"(风场辐合)西北"负"(风场辐散)的涡度(散度)分布可能造成东南部上升西北部下沉的次级环流,进而增加西北部大气稳定度,加之该区强烈的海面湍流和蒸发都有利于低云的形成。夏季,暖湿的西南风使南海不稳定度增强、对流云增多,因此低云量较少。该研究有助于加深地形效应对低云空间分布的调控作用的理解,并为南海低云数值模拟提供参考。     

东海海域云量特征的卫星观测分析

利用1999年1月—2009年12月的ISCCP卫星云量资料,分析了总云量及高、中、低云量在东海海域的时空分布特征。结果表明,东海海域各季节低云量高值区边缘沿海岸线分布,总云量、中云量和高云量存在显著的时空分布差异;春季、秋季和冬季低云量和中云量在总云量中占主体,夏季尤其是6月份,高云量是总云量的重要组成部分;总云量和高、中、低云量的日变化形式相对稳定且变化趋势各不相同。     

基于CALIPSO卫星数据的吕宋海峡云时空特征统计分析

基于2006年6月—2021年10月期间CALIPSO星载激光雷达观测数据,对吕宋海峡低云和深对流等影响飞行的云时空分布特征进行统计学分析。结果表明,在南海季风、太阳辐射和季风槽的共同影响下:(1)低云覆盖率在8月左右最小,为2.9% ,在1月左右最大,为67.4%;低云平均云底高在7月左右最低,为756.1 m,在1月左右最高,为1 259.4 m;低云平均厚度在7月最小,为714.1 m,在12月最大,为1 039.4 m。(2)深对流发生概率在10月左右最小,为1.9%,12月最大,为18.7%;深对流顶高在10月最大,平均顶高为16 056.2 m,在4月最小,平均顶高为14 164.0 m。     

我国东部沿海一次局地海雾抬升成云过程分析

利用洪家站L波段雷达探空资料、高分辨率海气耦合模式再分析资料、静止气象卫星云图和地面观测资料,分析了一次黄东海海雾抬升为低云,使海雾消散的过程。发现近海面偏南风速突然增强,海洋大气边界层(MABL)中机械剪切加强,湍流混合层向上发展,是导致海雾抬升转化为低云的主要原因。近海面风速突然增加与高空急流北抬、平均层槽脊振幅加大、槽前正涡度平流输入诱使地面低压系统发展、地面气压梯度力增大有关。近海面气温升高对海雾消散也有作用,气温升高的原因是暖平流、绝热下沉和海气界面热通量的综合效应。其中,东海海洋锋(STF)冷区的下沉气流可能对边界层内的绝热下沉增温和低云的形成高度有重要的影响。该研究为海雾消散预报提供了新的思路。     

北极中央区海冰密集度与云量相关性分析

本文使用海冰密集度以及低云、中云、高云的日平均数据,借助滑动相关分析方法,研究了北极中央区海冰密集度与云量之间的相关性,分析了海冰与云的相互作用机制。研究表明,在春季海冰融化季节(4、5月)、秋季海冰冻结季节(10、11月),低云与海冰密集度之间表现为较好的负相关,表明在这段时间内冰区海面蒸发强烈,对低云的形成有重要贡献。在10月和11月,中云与海冰密集度也有很好的负相关,表明秋季低云可以通过抬升形成中云。高云与海冰密集度之间并没有明显的相关性,可能原因:一方面海冰的空间分布对高云无影响,另一方面,高云主要影响到达的短波辐射,从而影响海冰的融化和冻结速度,与海冰厚度有直接显著的关系,而与海冰密集度的关系不明显。此外,在海冰密集度与低云存在较好负相关的情况下会出现某些年份相关性不好的情况,我们的研究发现这是北极中央区与周边海区发生了海冰交换或云交换的结果。     

出访关岛、文莱和新加坡的水文气象保障分析

2003年10月中旬到11月中旬,舰艇编队出访关岛、文莱和新加坡期间,多次遇有台风、冷空气等灾害性天气。保障中通过分析西太平洋海域的船舶报资料、卫星云图和日本传真图资料以及编队发回的海上实况资料等信息,结合南海海域和菲律宾海域10—11月份多年的水文气象平均资料,对出访过程中所要航行的海区做了整体的掌握和重点的分析,为编队航行提供了及时准确的天气海洋预报,使编队能及时规避冷空气和台风等灾害性天气,圆满完成了出访期间的水文气象保障工作。     

冬季不同背景风场下边界层云对东海黑潮锋的响应个例研究

为探究冬季不同背景风场下黑潮锋影响边界层云的机理,采用高分辨率卫星数据和再分析数据,研究了冬季海面背景风为垂直(西北风)和平行(东北风)东海黑潮海表面温度锋(黑潮锋)条件下,边界层云对黑潮锋的响应。结果表明:背景风垂直黑潮锋情况下,黑潮锋强迫的边界层内次级环流明显,黑潮锋暖水侧海面冷平流强,海气温差增大,海气界面潜热感热通量增大,海气界面不稳定性增大,产生上升运动,云底高度抬升。上升运动在边界层底向南北两侧辐散,在冷水侧产生下沉运动与500 hPa高压下沉叠加,使局地云量明显减少,形成晴空少云区(云洞)。在暖水侧以南的下沉支叠加云顶上的下沉运动和边界层退耦效应共同作用,产生另一个云洞。气压调整机制为次级环流产生的主要原因。背景风平行黑潮锋情况下,海面空气温度平流作用小,暖水侧海气温差较小,虽然海洋仍然加热大气,但海气界面不稳定较弱,湍流增强使云底高度抬升,垂直混合机制为该湍流增强的主要原因。     

南太平洋辐合带(SPCZ)的特征分析

根据热带西太平洋卫星云图资料及流场特征分析,讨论了南太平洋辐合带(SPCZ)的演变特征和形成机理。提出SPCZ是反映西太暖池同东太冷舌海气耦合系统以及暖池大气同相邻陆区大气间相互作用的重要特征。主要表现为在12～2月的热带西太平洋上的NW/SE辐合带,其形成原因主要应归因于西太暖池本身,以及暖池与东太赤道冷水舌强度与相对位置改变引发的Walker环流位置与走向的变动,另外,新几内亚岛及澳洲大陆也有重要影响。     

秋末寒潮大风作用下南黄海西部流场及温、盐度变动特征分析

1983年11月中美首次在南黄海西部开展水文和地质联合调查,该调查共设5个浮标站和54个CTD站,其中CTD站所获的温、盐度和溶解氧、透光度资料早已有过一些报道,并获得了一些有益的结论(丁宗信等,1986;熊庆成等,1986;赵保仁等,1986)。但对这次调查所取得的浮标测流资料尚未有人进行认真的分析研究,也未曾报道过。这次测流还是比较成功的,所揭示的现象使人感到振奋,而且这也是迄今在南黄海西部使用浮标最多、时间最长的一次浮标阵测流工作。 本文试图结合1983年11月调查时的海上风速和沿岸水位变化进行综合分析,并对那里的环流状态提出一些初步看法,以利于对南黄海西部水域的海流变动特征和生成机制进行更深入的研究。     

不同碱处理法制造江蓠琼胶的比较

为了扩大制造琼胶的原料来源,弥补石花菜的不足,早在三十年代就有人开始研究利用江蓠来制造琼胶。研究的主要问题是如何提高江蓠琼胶的凝胶强度。1936年柳川最早发现用碱加热处理能提高江蓠琼胶的凝胶强度。其后陆续出现了不同的碱处理法。归纳起来可分为四类:一是低浓度碱热处理法;二是高浓度碱冷处理法;三是高浓度碱中溫处理法;四是中浓度碱热处理法。这些方     

黄海陆架表层水温的低频振动

本文在对位于黄海南部陆架上的朝连岛站30年水温资料进行分析时发现,该站的表层水温有周期大于20个月的低频振动,其中以准两年周期和6年周期最显著。陆架水温的这种低频振动是对东亚季风异常的响应。这种低频振动在冬季与渤海冰情的变化同步;在夏季与黄海底层冷水团的强弱相关。同时,这种低频振动在对马暖流上也有一定的反映。     

西太平洋暖池区热带波动的天气效应

为了探讨西太平洋暧地区热带波动的天气效应，利用1980年2－9月140°E日本静止卫星纬度时间剖面卫星云图，分析了5d和14d左右周期热带波动云的演变特征，井综合分析了14d周期的云系演变型式与流场的关系，为预报热带中期天气变化规律提供了依据；热带波动中30－60d大气低频振荡的云量变化最显著，北半球夏半年热带波动的天气压主要在10°N－0°，各半年在10°N－10°S，超过这个区域热带云量的港分布型式就有明显的变化。     

福建北部沿岸与台湾北面海域的水化学特性

根据１９８８年夏季台湾海峡海域的调查资料讨论福建北部沿岸和台湾北面海域水化学的区域性特征。结果表明，福建沿岸上升流是西部海域诸化学要素分布的控制因素。台湾北面海域（２５°５０′－２６°４０′Ｎ，１２１°４５′－１２２°３０′Ｅ）水体下层出现局部冷水抬升，福建沿岸和台湾北面海域都具有低溶解氧且不饱和、高营养盐、低温、高盐的特征，溶解氧、诸营养盐与温度、盐度分别有良好的相关关系。     

SIMULATION OF WIND FIELD AND THE NUMER-ICAL CALCULATION OF STORM SURGE OF THE BOHAI SEA

Up to now, available method of numerical forecasting and suitable wind field model for the Bohai Sea storm surge have been few. In this paper, through the analysis of the weather situation is presented a mathematical model for the wind fields involved mainly the deformation field of a high pressure matched with a low pressure, the temperate cyclone, the cold wave and the northword typhoon. Meanwhile, numerical computations combined with the nonlinear storm surge models are made by using "ADI" method. The computed results are generally coincident with the practical observations. It has showed a success in the simulated wind field and the feasibility of using "ADI" method to forecast the Bohai Sea storm surge.     

春季北黄海西部冷水团强度的年际差异及其预报

春季冷水团的强度,取决于冷水区的最低水温及面积。本文取该二指标的多年距平绝对值的平均值之半作为标准,划分1960—1980年四、五月北黄海西部冷水团的强度(表1)。 冷水团强度与去年冬季的气候条件有密切相关关系。去冬水温较低,则气温的负逐日累计值越大,北风也越多,今春冷水则强;反之则否。 本文认为,使用依上述因子建立的回归方程预报冷水强度,会得到较好的结果。