基于Logistic方法构建的中国降雪判定方法研究

基于中国区域逐日降雪、降水、气温、相对湿度、气压和风速等观测数据,构建了中国区域的Logistic降雪判定方法,并对该方法和当前广泛应用的其他降雪判定方法在中国区域的适用性展开对比研究。结果表明,单温度阈值法和S曲线法对[-3,4] ℃气温区间内的降雪模拟不确定性相对较大。比较而言,Logistic拟合的系列方法成功率更高,对中国不同区域降雪识别也更为稳健,尤其是对青藏高原地区降雪事件的识别效果明显优于其他方法。在Logistic方法中,温度和相对湿度对降雪判定起决定作用,而气压和风速的影响相对较小。Logistic湿球温度方案(LogT_w)和气温+相对湿度方案(LogT_aH_R)均能很好地再现降雪量的空间分布和年际变化特征,且相应偏差均小于其他方法;总体上,这两种方案对降雪量识别效果差别不大。因此,可使用LogT_w方案或LogT_aH_R方案对中国区域降雪事件进行判别,尤其是对模式中降雪事件的识别。     

东亚地区二氧化碳体积分数变化特征

利用2004年以来东亚地区10个本底观测站大气φ(CO₂)观测资料,分析了各站大气φ(CO₂)的变化特征及其各站之间的差异,讨论了下垫面特征、源汇作用等对φ(CO₂)变化的影响.结果表明:10个本底站大气月均φ(CO₂)有明显的季节变化,高值多出现在冬春等寒冷季节,而低值则多出现在6—9月,属于北半球的夏季;大气φ(CO₂)日变化趋势较为一致,15时(当地时间)前后达到全天最低,随后φ(CO₂)升高,并在日落后继续积累,至清晨7时(当地时间)前后达到全天最高,之后φ(CO₂)随着太阳辐射的增强而逐渐降低,且平均φ(CO₂)水平与下垫面植被量成反比,φ(CO₂)日变化的幅度与下垫面植被量成反比.作为全球基准站之一的瓦里关山站,2004—2008年φ(CO₂)年均值逐年增加,年增长率为2.28×10^-6/a.     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

台风区和外围暴雨区的旋转风、散度风动能收支

用完全的散度风(v_D)和旋转风(v_R)动能收支方程对8116台风和8407台风以及8116台风与其外围暴雨区的关系作了讨论。结果表明:台风区的有效位能通过散度风动能(K_D)转换为旋转风动能(K_R).台风向区域外部输出动能,在暴雨区上空通过涡度、散度场相互作用的转换机制由K_R向K_D转换,散度风加大触发对流发展产生暴雨,这可能是台风与其外围暴雨联系的一种能量过程。     

冬季东亚大槽强度年际变化及其与中国气候联系的再分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及国家气象局整编的中国160站逐月降水和气温资料,定义了一个北半球冬季500hPa东亚大槽强度指数(I_EAT),并分析了该指数所反映的冬季东亚大槽强度的年际变化规律及其与同期中国冬季降水、气温的关系.结果表明:I_EAT指数反映了对流层中层冬季亚洲大陆高压脊与西北太平洋上空的低压槽系统之间的平均经向风强度,且能够较好地反映冬季东亚大槽的强度.东亚大槽的强度在20世纪80年代之前相对较弱,并存在2-3年和准4年的年际变化周期.冬季东亚大槽强弱变化可能与源自地中海地区的罗斯贝波动能量沿亚洲急流东传有关,且这种西风带中的扰动具有准正压结构.I_EAT指数与青藏高原东部地区的冬季降水和气温相关显着.当I_EAT指数为正(负),东亚大槽偏强(弱),对应着中国华中地区以及华东大部分地区冬季总降水量偏少(多),且华中地区冬季平均气温偏高(低).进一步研究发现,在东亚大槽偏强年,华中地区冬季平均气温异常升高主要是由于异常非绝热加热和下沉运动导致的异常动力增温所致.这些研究结果有助于更好地理解由于东亚大槽强度的变化而导致的中国冬季气候变化特征及其原因.     

2021年2月黄河中下游两次暴雪的相态转换特征及成因

利用常规高空资料、地面加密自动站、双偏振多普勒天气雷达、微波辐射计与ERA5再分析数据等多源资料,分析了2021年2月下旬黄河中下游两次暴雪过程的相态演变及形成机理。结果表明:两次过程的大尺度影响系统基本一致,只是影响系统的强度和位置不同导致两次过程存在些许差异。两次过程均存在相态转换,过程Ⅰ中存在相态逆转(由雨转雪再转雨),而过程Ⅱ中只存在雨转雪的转换。在太行山以西的山区,当地面2 m气温低于0.5 ℃时,降水相态以雪为主,在0.5~1 ℃之间时,多为雪或雨夹雪并存;在平原地区,当2 m气温为1~2 ℃时,降水相态为雨或雨夹雪,在0~1 ℃之间时,则为雪与雨夹雪并存,低于0 ℃时,降水相态为雪。在降雨阶段,双偏振雷达产品相关系数(CC)值约在0.98以下,差分反射率(Z_DR)在0.6 dB以上,差分传播相移率(K_DP)值约在0.2 (°)·km^-1以上;在降雪阶段,CC值在0.98~0.99之间,Z_DR值在0.2~0.8 dB之间,K_DP 值约在0.2 (°)·km^-1以下;但在降水相态由雨转雨夹雪时,Z_DR、CC与K_DP 值没有明显变化。     

Relationship between Net Radiation and Broadband Solar Radiation in the Tibetan Plateau

The characteristics of net radiation (R_n)(0.3--10 μm) in Lhasa and Haibei in the Tibetan Plateau were analyzed based on long-term in-situ measurements of surface radiation data. The monthly average of daily R_n reached a minimum during the winter period followed by an increase until May and then a decline until January. This variation is consistent with solar activity. The annual mean daily total R_n values were 0.92 MJ m^-2 d^-1 and 0.66 MJ m^-2d^-1 in Lhasa and Haibei, respectively. A relationship between R_n and broadband solar radiation (R_s) was demonstrated by a good linear correlation at the two sites. R_n can be an accurate estimate from R_s. The estimated R_n values were similar to the observed values, and the relative deviations between the estimates and measurements of R_n were 2.8% and 3.8% in Lhasa and Haibei, respectively. The application of the R_n estimating model to other locations showed that it could provide acceptable estimated R_n values from the R_s data. Furthermore, we analyzed the influence of clouds on R_n by different clear index (K_s), defined as the ratio of R_s to the extraterrestrial solar irradiance on a horizontal surface. The results indicate that more accurate results are associated with increased cloudy conditions. The influence of the albedo was also considered, but its inclusion in the model resulted in only a slight improvement. Because surface albedo is not usually measured, an expression based solely on global solar radiation could be of more extensive use.     

双基地天气雷达系统的有效照射体积

根据"有效照射体"的基本概念,采用微分理论来回避椭球面近似为平面的假设,推导了双基地雷达系统有效照射体积表达式,证明双基地雷达系统有效照射体积与单基地雷达有效照射体积之比值V_b/V_m,在数值上等于双基地系统主站极轴长度R_t相对于半长轴长度a的导数.有效照射体积数值计算结果与以往相同,放宽了推导过程中的假设条件,显得更加严谨、易懂.还给出了双基地雷达系统各几何量(如V_b/V_m、R_t、主站共面方位Φ、辅站极轴长度Rr、辅站共面方位Φ_r、双基地角β)之间的一些关系式,分析了在双基地雷达系统探测过程中有效照射体积随有关量变化的特征,为双基地偏振雷达系统天线控制、资料处理、旁瓣影响分析、探测精度提高等提供理论依据.     

55年呼和浩特气候变化及成因分析

用计算多年滑动平均值、距平百分率、洪涝指数(I_f)、干旱指数(I_d）、降水间隔平均差(S)的方法,对呼和浩特地区1951—2005年汛期（6—8月〉的旱涝等级、多雨期和少雨期进行分析，研究55年汛期旱涝变化特征和年际特点。分析结果表明：(1)该地区汛期旱涝有大致以3?5年的周期交替出现，具有较明显的年代际特征。（2)55年中连续干旱和连续雨涝的年数基本平衡，但发生连续干旱的程度要高于连续雨涝；通过相关分析得知：北半球500hPa高度场、副高、SSTA与本区汛期降水相关密切，是形成汛期旱涝变化的重要因素,可作为该地区汛期降水领测的指示因子。     

2009—2010年梅雨锋暴雨雨滴谱特征

2009、2010年夏季利用Parsivel激光降水粒子谱仪在淮南和南京同时观测到两次梅雨锋暴雨过程,获得了3 617个雨滴谱样本资料。采用阶矩法对Gamma函数进行拟合,分析了梅雨锋暴雨降水微结构特征。结果表明:主雨带和雨带边缘的雨滴谱存在明显差别,处于主雨带中的降水粒子尺度明显大于雨带边缘的粒子尺度;梅雨锋暴雨过程中0.25 mm<D≤1.0 mm的粒子所占比例最大,但对于雨强贡献最大的则是1.0 mm<D≤2.0 mm的粒子;雨滴谱谱型以双峰型为主,几乎不存在无峰型;与其他微结构特征量不同的是,雨滴谱峰值直径D_p随着雨强的增大先增加后减小,而雨滴谱分布参数N₀、μ、λ则随着雨强的增大而一直减小,其中μ-λ间存在较好的二项式函数关系;梅雨锋暴雨的Z-R关系为Z=212R^1.38。     

青藏高原年降水的变化特征研究

青藏高原作为全球气候系统中的一个典型单元,它对全球气候变化的响应具有敏感性和强烈性。基于青藏高原135个台站1982～2001年的降水资料,利用EOF展开方法,分析青藏高原地区年降水的空间分布和时间演变特征及趋势变化,得出高原北区（青海地区）与南区（西藏地区）的年降水以南北反相变化为主。近20年来,青藏高原北区年降水量呈减少趋势,南区年降水量呈增加趋势,青藏高原年降水的分布自雅鲁藏布江河谷向西北逐渐递减,雅鲁藏布江下游地区降水最多,柴达木盆地西北部降水最少平均年降水量仅17.6mm。     

青藏高原汛期降水的时空分布特征

根据1967～2008年青藏高原地区67个气象台站的月平均降水资料,利用线性趋势分析、EOF分解和Morlet小波变换等方法分析了青藏高原地区汛期(5～9月)降水的时空分布特征.结果表明:青藏高原汛期降水存在明显的区域性差异,EOF分解揭示出青藏高原汛期存在3种主要的空间分布型:南北反向型、全区一致型和东南-西北反向型...     

青藏高原卫星观测地表温度的分析

利用 ＩＳＣＣＰ－Ｃ２卫星观测地表温度资料，使用 ＥＯＦ方法分析了青藏高原地区地表温度的空间分布和时间变化特征，讨论了地表温度变化对气候变化如季风和降水的影响和响应。根据地表温度的相关性讨论了青藏高原地区的气候区划，并据此划分了３个气候区。     

青藏高原感热指数的建立及与华南降水的联系

利用1982-2012年青藏高原中东部70个气象站的月平均地面感热资料、华南地区92个气象站的月平均降水资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和SEOF（season reliant EOF）方法选取了4个高原代表站,建立了青藏高原地面感热强度距平指数（I_SH）,并讨论了春季I_SH与华南盛夏（7月和8月）降水的关系。结果表明:I_SH可以较好地表征青藏高原中东部地面感热的年际变化特征,且具有更好的持续性。春季I_SH与华南盛夏降水具有显著的负相关关系,当春季I_SH偏大时,后期对流层中上层高度场异常偏高,且高度场异常偏高的响应随时间从低层向高层传递,使夏季副热带高压偏强、偏西,南亚高压异常偏强,华南地区盛夏降水偏少;反之亦然。此外,去除Ni?o3.4区海温对华南盛夏降水影响后,两者的负相关关系变得更为显著。     

青藏高原夏季500hPa纬向风的时空演变特征及其与我国降水的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国160个测站月降水资料, 采用经验正交函数分解 (EOF)、相关分析、合成分析等方法, 对青藏高原夏季500 hPa纬向风近59年来的年际、 年代际变化趋势及其与我国降水的关系进行了分析。时空演变特征的分析结果表明: 自1950年以来, 青藏高原夏季500 hPa纬向风总体呈现减弱趋势, 其中在1950年代西风偏弱, 1960年代西风明显偏强, 1970年代至21世纪初西风一直处于偏弱阶段; 纬向风变化趋势的空间分布表现为高原大部分区域上空纬向风呈现减弱趋势, 其减弱趋势由东南向西北递增, 高原西北部及中部地区减弱趋势最为明显; 对高原夏季500 hPa纬向风距平时间序列作EOF分解, 得出第一特征向量的空间分布表现为整体减弱型, 其时间权重系数呈现长期正趋势; 时间系数的11年滑动平均分析表明1950年代后期到1960年代中后期纬向西风整体增强趋势比较明显, 1960年代末到21世纪初为西风减弱阶段, 且期间没有出现明显的上升或下降趋势; 时间系数的突变分析表明纬向风在1967年发生了一次较明显的减弱突变; 时间系数的小波分析表明其具有2~4年的周期, 这一周期成分在1950年代前期和1990年代末至21世纪初这两个时段比较显著。年际、 年代际尺度上高原夏季500 hPa纬向风减弱与我国降水关系的分析均表明: 高原纬向风减弱时长江中下游以北的我国部分地区降水偏少, 以东北和华北表现明显, 长江中下游以南地区降水明显偏多, 降水场与大气环流、 水汽通量散度场都有较好的配置关系。     

全球变暖背景下青藏高原夏季气温在对流层上下反相变化及其与降水和环流的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国596个测站月降水资料,采用线性倾向估计、经验正交函数分解(EOF)、相关分析、合成分析等方法,对青藏高原夏季对流层气温垂直变化及其与降水和环流的关系进行了分析。气温垂直变化特征分析表明:自1971年以来,青藏高原夏季对流层低层至对流层中上部气温呈现显著增暖趋势,对流层上部气温呈现显著变冷趋势,高原对流层低层至中上部气温及对流层上部气温在年际、年代际尺度上均呈较显著负相关,且均存在2~4 a及8~13 a的周期;夏季青藏高原地区沿27.5°N~40°N平均的气温距平垂直分布的EOF分解第一模态特征向量在对流层表现为"下降温上增温"的反相变化,其时间系数呈显著负趋势,且存在1978年及1994年的突变点。高原夏季气温在对流层的上下反相变化与我国夏季降水的关系在年际、年代际尺度上均显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时,我国夏季降水表现为南方型,其中以江南至华南地区降水显著偏多而我国东北地区降水显著偏少为主要分布特征;另外,长江流域的局部地区及我国西北的部分地区降水也明显偏少,而华北东部的局部地区、青藏高原中部及东部地区以及新疆西北部地区降水明显偏多;降水异常分布在年代际尺度上比年际尺度更显著。环流分析显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时东亚中高纬度地区为异常高压控制,中低纬度地区受异常低压影响。环流场与降水分布有较好的配置关系。     

Spatio-Temporal Characteristics of Spring Precipitation Days in Eastern Northwest China and Their Responses to the Intensity of Surface Heat-Field in the Qinghai-Tibetan Plateau

With spring precipitation-day data at 104 meteorological observation stations in eastern Northwest China from 1960 to 2000, and by EOF and REOF analysis, the spatio-temporal characteristics of precipitation-day anomalies in the eastern part of Northwest China in spring were studied. The results show that two centers of high-precipitation days lie in the southeast side of Qilian Mountains and northern Sichuan, respectively. And there are two kinds of spatial anomaly distributions, which are the consistent anomaly and east-west reverse anomaly, the former increases and the latter decreases gradually. In addition, this region can be divided into seven climate sections and in the Tibetan Plateau, precipitation days have a tendency of increasing,but in other places decreasing. When the intensity of surface heat-field changes more strongly during winter in the Qinghai-Tibetan Plateau, the rain days, in the next spring, along the Qilian Mountains, centre of Gansu Province, and the northeastern Longdong, are obviously more than that of normal years, and the rainy centre is mainly located at the mid-western of Qilian Mountains and the centre of Gansu Province.     

青藏高原地表温度对华北汛期降水变化的影响

利用1980-2001年青藏高原月平均地表温度、1961～2001年我国160站月降水以及NECP／NCAR再分析月平均高度场资料,分析了华北地区汛期降水与青藏高原地表温度的关系,结果表明华北地区汛期降水与青藏高原5～6月地表温度具有显著的正相关。相关场的正值中心位于高原的东北部和西南部地区。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原前期5～6月地温以负距平为主且距平值较小;相反,降水偏多年,青藏高原前期5～6月地温以正距平为主且距平值较大。EOF和SVD分析表明,青藏高原5～6月地温和华北地区汛期降水的第一典型场都表现出大体一致的变化特点。此外,诊断分析得到,青藏高原5～6月地温偏高年,7～8月西太平洋副热带高压的强度偏强,位置偏北;地温偏低年,西太平洋副热带高压的强度偏弱,位置偏南。     

我国东部夏季降水异常主模态的年代际变化及其与东亚水汽输送的关系

本文利用1958～2000年ERA-40再分析每日资料和我国516台站降水资料以及EOF方法,分析了我国东部季风区夏季降水异常主模态的年代际变化特征及其与东亚上空水汽输送通量时空变化的关系.分析结果表明了我国东部季风区夏季降水的时空变化存在两种主模态:第1主模态不仅显示出明显的准两年周期振荡的年际变化特征且也有明显的年...     

青藏高原地面感热异常对西北地区东部夏季降水的影响

本文利用1961~2012年夏季西北地区东部(32~40°N,100~110°E)156个站点逐日降水资料,以及1982~2012年青藏高原70个站点的地面感热观测资料,采用EOF、相关分析等方法分析了西北地区东部夏季降水、青藏高原冬末春初(2~4月)地面感热的时空变化特征,讨论了西北地区东部夏季降水对于青藏高原冬末春初地面感热异常的响应,通过环流场分析高原感热异常对西北东部夏季降水的影响成因。结果表明:高原东部冬末春初地面感热偏强时,西北东部地区北部降水偏少,东南部和西南部降水偏多;反之,西北东部北部降水偏多,东南部和西南部降水偏少。