低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

梅雨期高层流场对低层急流及中尺度系统影响的数值试验

用中尺度模式对一次江淮流域暴雨过程进行了数值试验，并研究了对流层高层青藏高压东侧偏北大风的强弱与低层流场及中尺度系统发生及至降水过程的影响。试验不仅较成功地模拟了本次暴雨过程及相应的系统，而且揭示出较强的高空偏北大风将引起对低空急流的加强。而更为重要的是低层切变线的出现以及其上中尺度涡旋的发生。上下风场所构成的垂直反环流圈大大有利于对流的发展，特别是在切变线地区的上升支，带有明显的中尺度特征。     

贵州地区一次暴雨的数值模拟及不稳定性诊断分析

利用MM5V3.6模式对2004年5月29~30日发生在贵州地区的一次暴雨过程进行了模拟,模拟结果与实况基本一致。在此基础上,用模拟结果对强降水的流场以及不稳定机制等进行了诊断分析,以解释强降水发生的物理机制。结果表明,这次降水是由多种尺度系统相互作用,高、低层环流配置以及高空急流位置的变化等共同作用产生的;高层辐散区发展、低层辐合加强,形成"抽气机"效应,低层正涡度和高层负涡度加强,垂直涡度发展,激发出次级环流;对不稳定性的分析表明,降水开始为对流不稳定能量触发,降水加强后对流不稳定层次降低,对流不稳定能量减弱;中层锋区附近θe面陡立,有倾斜涡度发展,继而中层锋区条件性对称不稳定能量发展,降水加强。     

南亚高压与偏北风急流出口区的暴雨生成机制

利用MM4中尺度模式，模拟了1998年7月21日08:00~22日08:00(北京时)，一次西北风急流的暴雨过程。分析发现，西北风高空急流与南亚高压环流形成的辐散辐合场导致一对中尺度正反环流的生成，使暴雨得以维持与加强。在暴雨区北部，中高层条件性对称不稳定可使下沉运动加速，对北支环流的维持起关键作用；雨区南部，南支环流圈的维持与高层北风中心的加强有关。北支环流圈的加强以及动量下传使暴雨区北部低层的北风分量维持。该北风分量与雨区南部环流的南风分量形成低层辐合。     

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。     

非纬向高空急流与远距离台风中尺度暴雨的研究

首先对非纬向高空急流与远距离台风暴雨的相关统计进行了分析，得出：暴雨发生时，２００hPa高空一般为西南风急流（９０．２％），暴雨区位高空急流右后方，暴雨增幅时，２００hPa高空急流有一个增强转贤的趋势，用ＭＭ４模型对９７１１号台风８月１９日００时－２０日００时（ＧＭＴ）进行了数值模拟和诊断分析，认为，远距离台风暴雨与非纬向风有关，高层辐散场使低产生变风场辐合，从而导致台风倒槽的形成与暴雨加强，在暴雨增幅过程中，用中尺度系统分析发现在高空急流右后方３００hPa以下存在一支中尺度环流，该环流对暴雨的维持与加强有密切联系，它的生成与高空急流的非纬向性增强有关，在高空急流右后侧的次级环流与降水产生的潜热反馈，高空非纬向场（v场）的增强之间存在一种有利于远距离暴雨增幅的正反馈机制。     

新疆西部一次大暴雨形成机理的数值模拟初步分析

2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟,利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明:此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下,巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成,云团生成后,在向东北方向移动过程中,经过伊犁地区上空时,受天山地形抬升影响不断发展增强,造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强,风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持,类似于"列车效应",不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区,是该次暴雨持续的重要原因。     

一次纬向型持续性暴雨过程中的多尺度作用

应用NCEP资料(2.5°×2.5°和1°×1°)、WRF V3.3.1模式预报(3km×3km)、FY2卫星产品等资料,对2013年8月12-17日吉林省中东部持续性暴雨过程进行分析,发现:此次过程是在多种尺度天气系统共同作用下形成的。环流背景上,纬向型环流形势的稳定维持,使西风带上的天气尺度系统重复影响东北地区,并为暴雨区提供了源源不断的水汽供应。天气尺度上,低空急流提供了中小尺度上升运动发生发展的环境条件,且多次触发了暴雨中尺度系统。中尺度对流系统的主体上升运动出现在低空急流核左前方,对应高空辐散中心和降水云团TBB极值区,出口区上升运动对应低层强辐合中心和TBB梯度区,而强降水落区对应中尺度系统的上升运动,即中尺度对流系统内部不同机制造成的上升运动产生了地面不同的中尺度雨带。     

2022年6月12—13日江西中南部暴雨成因与预报误差分析

利用常规探空和地面观测站资料、ERA5 0.25°×0.25°再分析资料和ECMWF预报资料,对2022年6月12—13日江西中南部的暴雨过程进行分析。结果表明：1） 此次暴雨过程是在副热带高压和南亚高压稳定少动、西风槽携带冷空气南下的环流背景下,500 hPa高空槽、低层切变线、低空西南急流和地面静止锋共同作用造成的。2） 低层辐合、高层辐散产生深厚的垂直上升运动,为强降水的持续提供动力条件,低空暖湿西南急流输送的充足水汽,有利于江西中南部不稳定能量的积累。3） EC暴雨落区预报偏北的主要原因是天气系统位置较实况偏北,700 hPa垂直速度大值区偏北、对流性降水预报偏弱和地形影响也是暴雨漏报的重要因素。4） 584 dagpm特征线的位置变化对此次暴雨落区向南订正有较好的指示意义。在暴雨预报中,不仅要考虑锋面大尺度降水,还要考虑暖区对流性降水,关注低层强动力辐合区域,结合中尺度数值模式产品,可以有效对主雨带位置和强度进行订正。     

高空急流入口区次级环流在一次突发性强降水过程中的作用

通过对1999年秋季一次突发性降水过程高空急流的分析，发现急流人口区南侧辐散，其低层辐合上升，当低层有印缅槽活动的时候，对流加强，印缅槽发展，急流人口区北侧辐合，其低层辐散下沉，有向南的非地转风。     

近20年我国气候监测诊断业务技术的主要进展

气候监测诊断是了解气候系统变化及其成因的重要手段。经过二十多年的发展,目前国家气候中心建立了一套多时间、多空间尺度的气候系统监测诊断业务系统,并且在业务应用中不断发展和完善。同时,加强了关键异常信号及其对我国气候异常的影响机理的研究,在海温、冰雪、土壤温湿度、大气低频振动、北极涛动、季风、平流层异常等对我国气候影响的监测诊断等方面提出一些新理论、新技术和新方法,并在业务中得以应用。本文回顾了近20年来我国气候监测诊断业务的发展历程,介绍了我国气候监测诊断业务的技术现状,重点总结了近些年来在实时气候监测诊断业务中发展和应用的一些新技术和气候异常机理。     

中国碳捕集、利用与封存立法和监管体系研究

碳捕集、利用与封存技术（CCUS）被认为是进行温室气体深度减排最重要的技术路径之一。为了促进CCUS技术的发展与应用,欧盟、英国、美国等国家和地区一直积极倡导CCUS实施的制度化和规范化。通过对与CCUS相关的国际公约、重点国家和地区的政策、法规进行系统的梳理,以及对中国的法律制度体系和CCUS政策法规现状的整理,中国CCUS立法和监管体系建立的关键在于解决CO₂的定性、地表权和地下权的确定、保障健康、安全和环境、知识产权的转移和保护、项目审批制度以及激励政策体系的建立等,应有针对性地构建CCUS政策法规体系,逐步完善CCUS政策法规环境,从而推动CCUS在中国的健康发展。     

Dominant cloud microphysical processes of a torrential rainfall event in Sichuan,China

High-resolution numerical simulation data of a rainstorm triggering debris flow in Sichuan Province of China simulated by the Weather Research and Forecasting (WRF) Model were used to study the dominant cloud microphysical processes of the torrential rainfall. The results showed that: (1) In the strong precipitation period, particle sizes of all hydrometeors increased, and mean-mass diameters of graupel increased the most significantly, as compared with those in the weak precipitation period; (2) The terminal velocity of raindrops was the strongest among all hydrometeors, followed by graupel’s, which was much smaller than that of raindrops. Differences between various hydrometeors’ terminal velocities in the strong precipitation period were larger than those in the weak precipitation period, which favored relative motion, collection interaction and transformation between the particles. Absolute terminal velocity values of raindrops and graupel were significantly greater than those of air upward velocity, and the stronger the precipitation was, the greater the differences between them were; (3) The orders of magnitudes of the various hydrometeors’ sources and sinks in the strong precipitation period were larger than those in the weak precipitation period, causing a difference in the intensity of precipitation. Water vapor, cloud water, raindrops, graupel and their exchange processes played a major role in the production of the torrential rainfall, and there were two main processes via which raindrops were generated: abundant water vapor condensed into cloud water and, on the one hand, accretion of cloud water by rain water formed rain water, while on the other hand, accretion of cloud water by graupel formed graupel, and then the melting of graupel formed rain water.     

全国综合气象信息共享平台架构设计技术特征

全国综合气象信息共享平台（CIMISS）是依托天气雷达数据共享平台工程项目建成的国省统一数据环境,实现各类气象数据的规范管理,直接支撑气象业务应用。该文介绍了CIMISS架构设计及核心内容,结合业务应用效果的实例分析,阐述架构设计如何有效提升数据和应用的集约高效。借鉴企业架构（EA）方法,建立了业务架构、数据架构、应用架构、技术架构和标准规范体系。采用一系列架构优化设计,包括实现元数据统一管理同步、数据质量控制、统一业务监控、异构数据库统一数据服务、优化信息流程、分层设计和集群技术应用等,满足CIMISS标准性、扩展性、稳定性等需求,获得良好的全流程数据服务时效,核心资料接收入库总耗时均小于3 min,数据访问效率较国家级气象资料存储检索系统提升2~5倍。继承现有CIMISS架构设计成果,正在设计中的气象大数据平台整体技术架构将向云平台、分布式存储等新技术升级。     

中国冰冻圈变化的适应研究：进展与展望

冰冻圈变化的适应研究是冰冻圈科学领域的新兴研究方向,是当今自然科学与社会科学交叉融合跨学科集成研究的典型代表。起步于2007年的中国冰冻圈变化适应研究,经历了早期的探索,研究重点由评价脆弱性发展为量化冰冻圈变化的影响,形成以影响/风险—脆弱性—适应全链条的完善的研究体系,研究方法突破传统的指标体系赋权法的不足,初步实现了定量化,有机结合影响/风险、脆弱性、适应三方面的研究结果,使冰冻圈变化的适应措施由偏重宏观性、普适性开始转向更有针对性。未来中国冰冻圈变化的适应研究应拓展、完善和深化现有的理论体系,构建冰冻圈与社会经济耦合模型,科学量化冰冻圈全要素变化的影响,建立不同利益相关者与科学家共同参与的研究新模式,科学有效应对与适应冰冻圈变化及其影响。     

内蒙古地区沙尘和霾自动观测数据的可靠性和修正方法研究*

2014年,中国气象局将地面人工观测业务调整为自动仪器观测的方式,这一改变明显提高了工作效率,但对观测结果,特别是视程障碍类观测产生了一定的影响。为了完善内蒙古地区霾和沙尘天气判别标准,获得准确可信的气象资料,本文选取了2001-2019年内蒙古12个站点逐三小时的气象观测资料,从时空分布特征和判别方法研究了内蒙古地区沙尘和霾自动气象观测数据的可靠性和判别标准的适用性。结合PM2.5和PM10两个空气质量指数,通过修正错误记录,将沙尘中误判的霾和无天气、霾中误判的沙尘、雾和无天气等分离出来。对比结果来看,修正前,霾和沙尘分别占总频次的95%和5%；修正后,霾、沙尘、雾和无天气分别占总频次的55%、17%、1%、27%。对比呼和浩特单站一次沙尘和一次霾天气过程中气象要素和空气质量指数的连续变化可以看出,相对湿度与PM2.5的相关性均达到了0.5以上。沙尘期,能见度与PM10负相关,PM2.5和PM10相关性较差；而霾期,能见度与PM2.5和PM10的相关性较差,PM2.5和PM10相关性达到了0.8以上,即不同相对湿度环境下影响能见度的因素不同。     

Changes of precipitation and extremes and the possible effect of urbanization in the Beijing metropolitan region during 1960–2012 based on homogenized observations

Daily precipitation series at 15 stations in the Beijing metropolitan region (BMR) during 1960-2012 were homogenized using the multiple analysis of series for homogenization method, with additional adjustments based on analysis of empirical cumulative density function (ECDF) regarding climate extremes. The cumulative density functions of daily precipitation series, the trends of annual and seasonal precipitation, and summer extreme events during 1960-2012 in the original and final adjusted series at Beijing station were comparatively analyzed to show the necessity and efficiency of the new method. Results indicate that the ECDF adjustments can improve the homogeneity of high-order moments of daily series and the estimation of climate trends in extremes. The linear trends of the regional-mean annual and seasonal (spring, summer, autumn, and winter) precipitation series are -10.16, 4.97, -20.04, 5.02, and -0.11 mm (10 yr)-1, respectively. The trends over the BMR increase consistently for spring/autumn and decrease for the whole year/summer; however, the trends for winter decrease in southern parts and increase in northern parts. Urbanization affects local trends of precipitation amount, frequency, and intensity and their geographical patterns. For the urban-influenced sites, urbanization tends to slow down the magnitude of decrease in the precipitation and extreme amount series by approximately -10.4% and -6.0%, respectively; enhance the magnitude of decrease in precipitation frequency series by approximately 5.7%; reduce that of extremes by approximately -8.9%; and promote the decreasing trends in the summer intensity series of both precipitation and extremes by approximately 6.8% and 51.5%, respectively.     

适应气候变化政策机制的国际经验与启示

中国高度重视适应气候变化工作,实行减缓与适应并重的应对气候变化原则,已出台适应气候变化相关的战略、规划等一系列政策文件。但总体来看,中国适应气候变化政策与行动尚处于起步阶段,面临着法规制度缺位、监测评估不足、组织协调机制不完善等挑战,适应气候变化政策的类型、数量和力度都明显弱于减缓。为完善中国适应气候变化政策与机制的框架设计,文中梳理了相关研究、《联合国气候变化框架公约》下的适应气候变化国际机制及主要国家经验,提出了一套完整闭环的适应气候变化核心决策流程及关键支撑机制,并重点从开展法制建设、制定适应战略（计划）、建立监测评估机制、构建协调机制和完善资金机制等五方面,归纳了主要国家的经验与启示,最终研究提出完善我国适应气候变化政策与机制框架设计的建议,包括加快建立和完善适应气候变化法制建设、加快构建国家适应气候变化的政策体系、加快完善国家适应气候变化的机制设计、加强适应气候变化支撑能力建设、推动适应气候变化的国际合作等。     

基于Fragstats4的景观格局指数与地表温度的相关性——以石家庄市为例

以石家庄市城市景观为研究对象,选取1987年、2004年和2019年Landsat遥感影像数据,采用监督分类方法将研究区分为绿地、水体、不透水地表和未利用地四类景观,采用单窗算法和劈窗算法反演地表温度(LST)。从景观生态学角度出发,利用Fragstats4.2计算4种类型的景观格局指数,并对景观粒度和移动窗口的尺度选择进行探讨分析;利用ArcGIS空间分析方法和统计分析方法,分析4种类型的景观格局指数与LST的相关性。结果表明:1987—2019年绿地斑块类型面积(CA)、最大斑块面积指数(LPI)和聚集度指数(AI)逐渐下降,不透水地表CA、LPI和AI逐渐增加,随着城市化进程的加快,绿地面积逐渐减少和裂化,绿地景观优势在不断下降,不透水地表面积在逐渐增加和聚合,不透水地表景观优势在不断加强,逐渐形成优势景观。斑块百分比指数(PLAND)、LPI和AI与LST表现出一致的极显著相关关系,绿地和水体为负相关,不透水地表和未利用地为正相关;斑块破碎化指数(SPLIT)则相反,绿地和水体为正相关,不透水地表和未利用地为负相关。LST与PLAND和LPI的相关系数明显高于LST与AI和SPLIT的相关系数,说明一个优势景观对地表温度的影响效果明显大于几个比较分散或破碎的景观。     

Legume dreams: The contested futures of sustainable plant-based food systems in Europe

With the intensification of agriculture, the simplification of crop rotations, and the rise in demand for meat, dairy and cereal products, legume production and consumption are at an historic low in Europe. But as the environmental consequences of agriculture (biodiversity loss, high greenhouse gas emissions, water pollution) and the health outcomes of modern diets (heart disease, cancer, diabetes, obesity) become better known, so great and varied hopes are being expressed about the future role of legumes in the food system. This paper catalogues and scrutinises these hopes, mapping the promissory narratives now orbiting around legumes. It identifies six food futures, each of which is made possible through the greater use of legumes in various production, processing, marketing and consumption contexts. These promissory narratives are theorised as contrasting responses to three major areas of contestation in the food systems literature. Namely i) the sustainability of livestock management, ii) the role of technology in different visions of the ‘good diet’, and iii) the merits of different models for how to make agricultural management more sustainable. It identifies the promiscuity of legumes – in terms of the range of food futures they permit – before distilling three points of consensus amongst advocates of the potential of legumes. These points of consensus relate to their nitrogen fixing capacity, their high protein content, and their long-standing historical role in the context of European food and farming. This map of legume dreams serves to guide deliberations amongst researchers, policymakers and industry stakeholders about the futures of plant-based food in Europe.