江南春雨形成机制的数值模拟

利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式(IPRC-RegCM)进行了一系列的数值试验,研究了青藏高原大地形和海陆热力差异对江南春雨的影响。在控制试验中,模式较好地模拟了3～4月江南春雨雨带及低层大气环流特征,由于受高原绕流作用产生的西南气流和西太平洋反气旋环流西北侧的西南气流的共同影响,在我国的江南地区形成大范围的降水雨带,即江南春雨。当在模式中去除青藏高原大地形后,高原东南侧的西南气流显著减弱,江南春雨雨带强度明显减弱,但由于受到西太平洋反气旋西北侧弱西南气流的影响,我国江南地区仍然维持一个较大的降水雨带。在模式中人为地将110°E以东,20°～35°N纬度带的海洋设置为陆地,即人为地减少海陆热力差异后,模式模拟的江南春雨明显减少。在模式的另一组试验中将海温提前61天,即人为地将海陆热力差异季节转换推迟,模式模拟的江南春雨雨带强度也明显减弱。以上模式模拟结果表明,我国江南春雨的形成不仅与青藏高原大地形有关,而且与东西向海陆热力差异有关。     

江南春雨的两个阶段及其降水性质

根据1970—2009年平均的逐候NCEP/NCAR再分析资料和1979—2008年平均的逐候CMAP降水资料,分析了第1—27候江南地区(110～120 °E,23～30 °N)降水的阶段性特征。通过滑动t检验方法,发现江南地区的春季降水分别在第10、16候出现突增,达到99%的统计信度。为此,将第10候确定为江南春雨的建立日期,并将江南春雨期划分为两个阶段:第10—15候为第一阶段,第16—27候为第二阶段。伴随着江南春雨降水量的两次突增,青藏高原东南侧(105～112 °E,20～25 °N)的西南风也有两次突增,但时间要比江南春雨早1～2候。与第一阶段相比,第二阶段东亚经度上的冬季型Hadley环流消失,江南地区的上升运动向上扩展至200 hPa高度,纬向海平面气压场梯度由大陆高、海洋低的冬季型转为大陆低、海洋高的夏季型,大气层结不稳定性和对流性降水率均增加,这表明第二阶段的江南春雨已具有副热带季风降水的性质。      

中国东部城市土地利用变化对江南春雨影响的模拟研究

利用美国国家大气研究中心发布的较高分辨率大气环流模式CAM 5.1,进行了中国东部(20~50°N,100~125°E)城市土地利用变化对江南春雨影响的数值试验。结果显示:较中国东部无城市土地利用的试验相比,城市用地增加后,江南春雨推迟约3候建立而提前1候结束,持续时间缩短,同时降水强度减弱。进一步分析表明:东部城市土地利用增加可改变地表能量收支,使得东部大部分地区的地表增暖,导致地表感热增强,对大气的异常加热使得该区域上空等压面抬升,缩小了低层青藏高原东南侧至西太平洋间的位势梯度,使得形成江南春雨的直接原因——西南风减小,从而减少春季江南地区的降水。中国东部城市土地利用改变可能是影响近几十年江南春雨年代际变化的原因之一。     

江南春雨的时空分布

江南春雨是东亚独特的天气气候现象,已有充分证据表明,它是青藏高原高大地形的动力和热力强迫的结果,但目前其时空分布还不明确.NCEP/NCAR环流及感热资料气候平均分析表明:在3月第1候(全年第13候),高原主体和高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都提升到一个新的水平,标志着江南春雨的建立;在5月第3候(全年第27候)以后,高原东南部的感热加热、高原东南侧西南风速、江南春雨区西南风速和江南春雨区雨量都迅速减小,对流层中低层南海副高脊线由南倾转北倾,江南雨带中心南移至南海,南海季风爆发,标志着江南春雨期的结束.因此,将江南春雨的建立和终结时间定为第13候和第27候比较适当.资料分析和数值敏感性试验表明,江南春雨期对流层低层冷暖空气的交汇区在30°N附近,但江南春雨雨带的位置和强度明显受南岭、武夷山脉地形的影响:山脉地形能阻挡抬升冷暖空气,加强锋生,增强降水,使雨带中心位置与山脉主轴分布重合.因此,江南春雨的空间范围包括长江中下游(30°N)以南、110°E以东的中国东南部地区.     

春季西太平洋海表面温度对我国江南春雨的影响

利用NCAR提供的第5代全球大气环流模式CAM3.1探讨了春季西太平洋副热带地区海表面温度对我国江南春雨的影响。数值试验结果表明:春季西太平洋副热带地区海表面温度升高可引起同期东亚—西太平洋副热带纬向海陆热力差异减弱,进而引起3—4月青藏高原东南侧的低涡强度减弱,该低涡与西太平洋副热带高压之间的位势梯度减小,中低纬度西太平洋副热带高压强度减弱,其北侧的850 hPa西南风强度相应减弱,因此西南暖湿气流输送也随之减弱,造成江南地区的水汽通量辐合强度明显减弱,这种环流分布状况将不利于出现较强的江南春雨,导致江南春雨强度明显减小。     

我国西南地区夏季长周期旱涝急转及其大气环流异常

利用1961~2015年中国567站逐日降水资料,定义了一个西南地区夏季长周期旱涝急转指数,结果表明:1961~1970年夏季旱转涝多于涝转旱,1971~1980年夏季涝转旱年较多,1981~2000年旱转涝与涝转旱年相当,21世纪初以来,指数又呈现出负值的趋势,涝转旱年偏多。选取西南地区夏季旱涝急转典型年,对旱涝急转年的大气环流和水汽输送异常进一步分析发现,旱转涝年旱期西太平洋副热带高压偏西偏强,中高纬西风带偏强,冷空气不易南下,垂直场上表现为下沉运动,来自孟加拉湾和南海的水汽输送异常偏弱,西南地区亦处于水汽辐散区,因此降水偏少。而涝期中高纬环流的经向运动增强,乌拉尔山以东的槽加深,东亚沿岸脊加强,中高纬西风带偏弱,在垂直场上表现为上升运动,孟加拉湾和南海为西南地区提供了充足的水汽,有利于该地区降水增多;涝转旱年则相反。     

江西汛期典型旱涝年大气低频振荡特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及江西省83个台站逐日降水资料,应用小波分析、Butterworth带通滤波器分析了江西汛期典型旱涝年降水和大气的低频振荡特征。结果表明:1)江西汛期降水涝年、旱年都存在30—60 d的主要周期,涝年低频振荡的强度较旱年更强。2)涝年、旱年低频周期的峰值位相环流存在显著差异:涝年,对流层低层西太平洋副热带地区存在的低频反气旋使西南气流有利于水汽向北输送,在对流层高层中纬度地区存在低频气旋和低频反气旋对,南亚高压脊线位置偏南,对应在江西地区的整个对流层垂直方向上有低频的上升运动;旱年滤波场上形势与涝年有明显的差异。3)典型涝年、旱年低频振荡的传播特征存在差异:旱年最明显振荡中心位置较涝年偏北,且振幅较涝年偏小;涝年、旱年低频涡度都存在西传特征,但旱年西传区域仅局限于115°E以东区域,而涝年则可以西传至100°E附近区域。4)涝年汛期有明显的水汽低频波列活动过程,而旱年未出现明显的水汽低频振荡传播。     

夏季长江中下游旱涝年季节内振荡气候特征

利用1951—2004年我国740站逐日降水资料对夏季长江中下游典型旱涝年季节内振荡周期、强度和位相等特征进行合成对比分析发现:长江中下游涝年降水季节内振荡周期较旱年长, 涝年以30~60 d周期为主, 而旱年以10~30 d周期为主。旱涝年长江中下游地区夏季降水的10~30 d振荡整体上均强于30~60 d振荡; 10~30 d及30~60 d振荡, 涝年的强度都大于旱年。季节内振荡在旱年的北传较涝年强, 能达到50°N附近; 而涝年不仅有明显的季节内振荡从低纬度地区向北传播, 同时还有弱的振荡从中高纬度地区向南传播, 两者汇合于长江流域形成强的振荡中心。影响我国低频降水的低频异常环流分布模态在旱涝年是一致的, 但涝年的低频环流强于旱年, 而这种低频环流场的差异正是造成涝年的低频降水强于旱年的原因之一。     

山西春季典型干湿年份水汽输送特征差异

应用山两62个气象站1961—2008年春季降水资料,同期NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析等方法探讨了山西春季典型干湿年份水汽输送特征差异。研究发现：春季典型干旱年,青藏高原南侧副热带偏西风及其在进入我国东部长江以南地区转向的西南风水汽输送减弱,高原北侧西风带水汽输送亦减弱,而西太平洋副高北侧西风水汽输送显著加强,西侧偏南风水汽输送减弱,使江南西南风向华北的水汽输送显著减少,山西偏北风水汽输送加大出现春旱;同时我国东部长江流域及向北到黄河流域、我国东部沿海水汽通量辐散加强,而华南及沿海水汽通量辐合加强;春季典型湿润年则相反。春季典型干旱年山西西风水汽通量减少和北风水汽通量增加量级相当,典型湿润年山西南风水汽通量增加明显大于西风水汽通量的增加。     

江南雨季降水与前期西太平洋暖池热含量异常的关系及其可能机制

利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley环流中心逐月海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料、美国NCEP/NCAR再分析资料以及江南地区逐旬降水资料,研究江南地区4—6月(江南雨季,亦泛称为华南前汛期)降水与前期暖池热含量异常的关系,并对可能的影响机制进行分析。研究结果表明,前期暖池热含量与江南雨季降水有密切的负相关关系,前期7—8月暖池关键区(130. 5°～150. 5°E,3. 5°～11. 5°N)热含量高(低)可以作为预报江南雨季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常对4—6月环流和降水有重要影响。冷水年,菲律宾异常反气旋导致副高西伸加强,显著加强了其西侧暖湿气流向江南地区输送,高层辐散抽吸作用导致江南地区对流上升运动增强,暖水年相反,表明冷(暖)水年江南雨季降水偏多(少)。就影响机制而言,在前期夏季,关键区南侧存在异常强西风,导致在秋末形成了菲律宾异常反气旋,以及关键区附近(东侧)有冷(暖)海表温度异常发展,在当年春季和夏初该反气旋移到菲律宾以北。直到4月,次表层冷水团上传导致冷SST异常维持并加强了该异常反气旋,其西侧西南暖湿气流将水汽从南海和菲律宾海地区源源不断地向江南地区输送。同时,西印度洋暖海温和赤道印度洋东风异常也逐渐发展增强,在热带印度洋形成东西向异常垂直环流,其下沉支始终在西太平洋维持,导致了菲律宾异常反气旋的维持,并进一步引起江南地区的水汽辐合和上升运动。同时,副热带西风急流轴南压引起的高空强辐散,也有利于上升运动和对流活动在江南地区发展。正是上述过程和机制,导致了前期热含量异常偏低(高)时,我国江南雨季降水偏多(少)。     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

广西春夏季旱涝的等级划分及时空分布特征分析

利用广西80多个站点1961～2006年的逐月降水资料,采用Z指数定义方法,对广西春夏季的旱涝进行等级划分.利用经验正交函数(EOF)分析方法对春夏季旱涝等级的时空分布进行研究,给出了四个旱涝典型场的分布特征.分析结果表明:全区性偏涝或偏旱是春夏季早涝分布的最主要型态;春季和夏季的前4种分布形态都通过了显著性检验,两个季度的第一、第二分布形态都是全区一致型和南北反向型;春季近5年时间系数多为正值,说明近年来全区春季表现为偏旱;1990年以后,夏季第一特征向量时间系数只有3年为正值,其余均为负值,说明近16年广西夏季降水较多,以偏涝为主,年代际变化也较明显.     

“经济大国能源与气候论坛”进展及前景展望

"经济大国能源与气候论坛"在推动全球主要国家就应对气候变化主要议题达成一致方面取得了进展,已初步显示出其作为联合国气候谈判晴雨表的特征。该论坛的实质是主要发达国家为转移减排责任和压力,降低减排成本,绑架主要发展中国家在全球应对气候变化领域实施的集体强权政治。论坛的核心目标在于推动全球量化减排,目的是借全球量化减排,营造低碳和气候友好技术的广大市场,使得具有技术优势的这些经济大国拥有新的主导全球经济的力量。我国应坚持"共同但有区别的责任"原则,联合与会发展中国家强调气候变化的历史责任,反对为全球温室气体排放设限等不公平提议,团结广大发展中国家,同时抓住论坛力推低碳经济和低碳技术发展的机遇,使我国站在全球新一轮技术革命的前沿。     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

Mapping and modelling trade-offs and synergies between grazing intensity and ecosystem services in rangelands using global-scale datasets and models

Vast areas of rangelands across the world are grazed with increasing intensity, but interactions between livestock production, biodiversity and other ecosystem services are poorly studied. This study explicitly determines trade-offs and synergies between ecosystem services and livestock grazing intensity on rangelands. Grazing intensity and its effects on forage utilization by livestock, carbon sequestration, erosion prevention and biodiversity are quantified and mapped, using global datasets and models. Results show that on average 4% of the biomass produced annually is consumed by livestock. On average, erosion prevention is 10% lower in areas with a high grazing intensity compared to areas with a low grazing intensity, whereas carbon emissions are more than four times higher under high grazing intensity compared to low grazing intensity. Rangelands with the highest grazing intensity are located in the Sahel, Pakistan, West India, Middle East, North Africa and parts of Brazil. These high grazing intensities result in carbon emissions, low biodiversity values, low capacity for erosion prevention and unsustainable forage utilization. Although the applied models simplify the processes of ecosystem service supply, our study provides a global overview of the consequences of grazing for biodiversity and ecosystem services. The expected increasing future demand for livestock products likely increase pressures on rangelands. Global-scale models can help to identify targets and target areas for international policies aiming at sustainable future use of these rangelands.     

从气旋和反气旋谈正、负阻尼

在定常条件下,利用简化的大气运动控制方程,分析了气旋与反气旋的基本特征。在此基础上,利用常微分方程的定性分析与求解,获得了气旋和反气旋轨道的解析解。接合气旋与反气旋的基本特征,论证了正负阻尼在气旋和反气旋运动中具体体现,并从物理机理上说明产生气旋和反气旋运动中正负阻尼的差异在于水平辐合在低层的不同。     

Henry's law and the behavior of weak acids and bases in fog and cloud

Experimental data from two field experiments on ground based clouds were used to study the distribution of formic acid, acetic acid, ammonia and S(IV) species between liquid and gas phase. The ratio of the concentrations of these compounds between the phases during concurrent measurements was compared to ratios expected according to Henry's law (considering the pH influence). Large discrepancies of several orders of magnitude were seen. Three hypotheses have been investigated to explain the observed discrepancies: The existence of a microscale equilibrium which does not persist in a bulk sample, a thermodynamic shift of the equilibrium due to competing reactions, and nonequilibrium conditions due to mass transfer limitations. Approximate quantitative calculations show that none of these hypotheses is sufficient to explain all of the discrepancies, so a combination of different effects seems to be responsible for this observation. The same theoretical considerations also suggest that mass transfer limitation may be an important factor for highly soluble compounds. The data presented here indicates that it is not possible to simply extrapolate interstitial gas phase composition from measured bulk liquid phase concentrations of a fog or cloud.Notation [r _max] liquid phase molar uptake rate (mol l^–1 s^–1) - [A _g ] concentration ofA in gas phase (atm) - [A _l ] concentration ofA in liquid phase (mol l^–1) - [A _g , 0] concentration ofA in gas phase (atm) at time 0 - LWC liquid water content (g m^–3) - R universal gas constant (0.082 l atm mol^–1 K^–1 - D _g diffusivity (for all gases 0.1 cm² s^–1 was used) - K _H ^* effective Henry's law coefficient (mol l^–1 atm^–1) - t _f lifetime of fog droplet (s) - a droplet radius (cm) - accommodation coefficient - R factor of discrepancy - T temperature (K) - v mean molecular speed (cm s^–1) formic acid: 35 000 acetic acid: 31 000 ammonia: 58 000     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

由中国气象科学研究院主持，江苏农业科学院、广东气候应用研究所、吉林气象科学研究所、国家气候中心科研人员参加的“十五”国家科技攻关项目“农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究”13课题“农业气象灾害预警技术研究”经过近3年的研究取得了大量成果，并于2003年12月顺利通过农业部项目办公室组织的专家验收，得到专家一致好评。     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1农业气象灾害预警技术研究 2002年是"十五"国家科技攻关计划项目"农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究"之第13课题(编号:2001BA509B13)实质性研究的一年,在收集资料、田间试验和模型研制等方面取得了较好的阶段性进展.年内广泛收集了环流、海温、气候及田间试验等各类资料.开展了干旱对小麦影响盆栽试验和油菜盆栽淹水试验,并在荔枝和香蕉园建立自动气象站,进行小气候观测.初步研制出4种灾害的长期统计预测模型和华南寒害短期数值天气预报模式,建立了基于东北玉米、华北小麦和夏玉米以及江淮小麦、油菜生长过程的动态模拟模式,探讨了实现作物模型区域化的方法,开展了区域气候模式与东北下垫面嵌套,生成作物模式所需预报值的方法试验.