中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明:中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态,二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征,并在1990年代中期发生了显著的年代际突变,而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时,对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著,与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前,南北反位相型受到ENSO事件的影响,之后影响不显著。     

甘肃省暖季小时降水变化特征

利用2013-2019年暖季（4-9月）小时降水资料,分析了甘肃省强降水极值及频率的时空分布特征。结果表明：（1）甘肃省小时强降水频次呈现东高西低分布,在陇南地区东南部及陇东地区北部有2个高中心,达到29次。（2）小时强降水极值在陇中地区及以南地区高,向西北递减,陇南地区降水极值最高,超过40 mm/h。（3）小时强降水频次主要出现在7-8月,同期的雨强也最大;小时强降水频次和小时雨强均在17-24时最强,峰值为21时。（4）不同区域的降水日内变化存在明显差异,河西地区小时降水频次的峰值出现在18时,陇中和陇南地区均出现在21时,陇东地区和甘南高原分别出现在22时和19时。     

2013年暖季试验概述

2013年,国家气象中心联合中国气象科学研究院、南京大学、中国科学院大气物理研究所开展暖季试验,探索业务单位与科研单位合作的新途径,以实现对业务相关研究的促进并加速有应用前景的技术向业务转化。本文介绍支持暖季试验的仿真业务环境、强天气联合会商及凝练的科学技术问题以及新技术应用测试转化结果。通过暖季试验,搭建起能对业务数据和被测试转化成果产品实时保障的仿真业务数据环境、完全仿业务定量降水预报和强对流天气预报的仿真业务分析预报交互平台以及能实时评估业务数值模式和测试模式产品的客观检验系统。定期联合会商为预报员和科学家提供了面对面的交流平台,使得科学家更加了解业务需求并通过分析研究解决部分会商中提出的科学技术问题。新技术应用测试转化试验表明： 高分辨率中尺度数值模式对提升强对流和暴雨天气的预报水平有积极意义,雷达风场反演技术、卫星天气应用平台对中尺度天气的快速分析有意义。而预报员与科技成果研发人员能否密切合作是影响科技成果业务转化的重要因素。     

1981—2015年吐鲁番盆地暖季降水研究

运用1981年至2015年吐鲁番盆地5站实况资料、NCEP再分析资料和2012年至2014年吐鲁番盆地26个区域自动站资料,对吐鲁番盆地暖季6—9月份降雨天气的环流进行分型。结果表明:1、1959年到2014年吐鲁番盆地年均降水量(4个测站年降水量做平均)呈现出逐年增多的趋势,即趋湿性。2、吐鲁番盆地暖季降雨的大气环流分为4种类型:低涡、低槽东移型;短波槽东移型;锋区南压型;中亚低槽发展东移型。3、对2015年EC细网格累计降水TP逐3小时资料进行模式检验,有量降水中,四个格点均报出降水的,降水量≥0.4mm,对预报高昌区降水有较好指示意义。     

青藏高原暖季与冷季气温的时空演变分析

;利用1974—2003年青藏高原地区海拔高度>3000 m以上的49个气象站月平均气温,分析了暖季与冷季气温的时空演变特征。结果表明,青藏高原暖季气温的空间分布可以分为三部分:大致在85°E以西的高原西部地区,大致以85°E和33°N为界的高原东北部地区和高原东南部地区;西部高温区、柴达木盆地高温区和藏南高温带很明显。冷季气温的空间分布基本上为南暖北冷,南北分界大约在32°N。青藏高原暖、冷季气温空间分布有较一致的年代际变暖现象,主要表现在北部地区,尤其是西北部地区。青藏高原北部暖季升温明显,五道梁站暖季长期升温趋势为0.035℃/a;青藏高原南部冷季升温明显,拉萨站冷季长期升温趋势达0.060℃/a。青藏高原暖、冷季气温为大体一致的年际变化,江河源区有明显的高值区,为气温变化的关键区;暖、冷季气温长期变化趋势虽然都是上升的,但近10年的变化趋势却相反,暖季为降温趋势,冷季为明显的增温趋势。     

2016—2020年哈密市暖季降水特征及其与海拔高度的关系

利用2016—2020年暖季(5—9月)哈密市6个国家气象站及71个区域自动站逐小时降水资料,分析了降水量、降水日数及其与海拔高度的关系。结果表明：(1)哈密市暖季降水集中在6—8月,降水量(日数)以小雨最多,暴雨最少。(2)暖季平均降水量(日数)及各等级降水量(日数)均呈西北—东南向的带状分布,沿天山山脉向两侧递减;各等级降水量和降水日数的大值区在天山山脉两侧海拔较高区域,东北部以及西南部的戈壁区域降水很少,且西南部的戈壁区域未出现过暴雨。(3)暖季降水量与降水日数呈显著正相关,在2 600 m以下,海拔高度平均每升高100 m,降水量增加约12.3 mm,降水日数增加2.1 d。(4)在海拔1 000 m以上各等级降水量均存在相对偏少区,海拔2 400～<2 600 m中雨及以下降水日数最多,2 200～<2 400 m大雨及以上降水日数最多。     

四川盆地及东部山区暖季降水的日变化特征

利用国家气象信息中心1998—2018年分辨率为0.1°×0.1°的降水融合资料和ERA5小时再分析数据,分析了四川盆地及东部山区6—9月降水的日变化特征及成因。研究表明,四川盆地(简称盆地)降水量和频次有相似的日变化特征,盆地降水主要集中在夜间至清晨,降水高值区东传到达盆地东部山区后,降水量和频次都减少,东部山区没有明显的降水东传特征。夜间至清晨,盆地东南山地背风坡形成了较强的下沉气流,促进盆地低层形成质量堆积,同时盆地气旋性涡旋、水汽输入和大气层结不稳定的增强,造成盆地降水增强。盆地东南地区水汽通量方向自东南转为偏南以及盆地低层水汽辐合区向东扩展为盆地降水高值区向东传播提供水汽条件。盆地东部山区降水量峰值时间呈早晨和午后的双峰型分布,与地形触发局地性降水有关。受大气层结稳定性、山地气旋环流和山地—平原螺线管环流日变化的影响,盆地东部山区降水频次峰值时间呈午后的单峰型分布。     

吐鲁番地区暖季降水时空分布特征

以吐鲁番5个国家气象站近55 a(1960—2014年)与26个区域气象站近3 a(2013—2015年)逐小时降水资料为基础,利用Pearson相关分析、气候倾向率、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析等方法,分析了吐鲁番地区暖季降水时空分布特征,并就地形对吐鲁番降水的影响进行了量化研究。结果表明:在新疆趋暖趋湿的气候背景下,吐鲁番盆地平原区和山区存在截然不同的降水时空变化特征,吐鲁番地区降水高度集中在暖季,且暖季山区降水集中度和稳定性更好;暖季盆地内存在频率55%的夜雨区和昼雨区,盆地西南坡地和腹地平原区为夜雨区,盆地北部天山山区降水则集中在午后,海拔高度大约每增加(减少)300 m,降水集中时段提前(延后)1 h。研究还表明,吐鲁番降水与地形关系密切,海拔高度是影响吐鲁番降水的决定性因素,其暖季降水量、降水时数均与海拔高度呈显著正相关,降水量增加的主要原因是降水时数随海拔高度的递增;降水量随海拔高度的变化呈二次曲线型,其最大降水高度为1900 m;在最大降水高度以下,降水量由盆地腹地的平原区向山区递增,降水垂直变率平均为6.2 mm/100 m,其中1500~1900 m高度是降水量与降水垂直变率最大的区域,降水垂直变率达20 mm/100 m。     

2010—2016年江西省暖季短时强降水特征分析

利用江西省2010—2016年5—9月1597个观测站逐小时降水资料对江西省短时强降水进行统计分析。采用REOF将降水场划分为5个区域：赣北南部（Ⅰ区）,抚州市及赣州中部（Ⅱ区）,赣北北部（Ⅲ区）,赣南南部、北部（Ⅳ区）以及赣中西部（Ⅴ区）。短时强降水高频区主要分布在山地及河谷附近,分别为湘赣交界罗霄山脉东侧、武夷山西侧、信江河谷、乐安河谷和昌江河谷。河谷附近短时强降水频次以昌江河谷最高（16.9次/a）,山地附近最高在罗霄山脉东侧（12.6次/a）,极端短时强降水分别位于上饶市东北部山区（3.7次/a）及九岭山南侧的锦江河谷（3.3次/a）。短时强降水主要发生在5月第3候,6、7月第3~4候以及8月第2~3候。Ⅳ、Ⅴ区具有单峰型的日变化特征;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区具有双峰型的日变化特征。主峰基本集中在下午17时;次峰在上午08—10时。短时强降水对暴雨贡献率基本在40%以上,Ⅰ、Ⅱ区的暴雨天气过程将近一半是由短时强降水贡献的。信江河谷是暴雨雨量中心,但并不是短时强降水雨量中心;昌江河谷与武夷山西麓既是暴雨中心也是短时强降水中心。     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

中国东北龙卷研究:环境特征分析

东北地区是中国龙卷相对多发区之一。为了了解中国东北龙卷发生的环境特征,基于常规观测资料、卫星观测资料、地面加密观测资料和模式分析资料分析了近十年发生在东北的13个龙卷个例的环境特征及龙卷环境形成的物理过程。结果表明,东北龙卷发生的环境具有如下特点:(1)龙卷多发生在东北冷涡背景下,直接影响系统为冷涡南侧次天气尺度短波槽,且常出现在槽区或前倾槽后;(2)较之夏季江淮流域和华南龙卷,东北龙卷环境温度直减率较大,700—500 hPa温差为20—22℃,850—500 hPa温差为30—33℃;(3)低层水汽含量及湿层厚度比江淮及华南龙卷显著偏低,地面露点温度可低至13℃,湿层厚度常在1.5 km以下,850 hPa露点温度多在8℃以下;(4)龙卷环境中常出现强低空急流(850—925 hPa风速16—20 m/s)和对流层中层急流(500 hPa风速20—25 m/s),且对流层中层急流通常与干下沉气流相伴。因此,低层(0—1 km)和深层(0—6 km)风垂直切变均强,低层风垂直切变约12.0×10^-3s^-1,深层风垂直切变大于4.0×10^-3s^-1。产生龙卷的对流风暴一般由边界层辐合线所触发,辐合线两侧温差不明显而露点差异明显,常表现为干线。也就是说,东北地区龙卷风暴主要由干线及其伴随的强边界层辐合触发。龙卷通常发生在傍晚前后,而从早晨的环境条件通常看不到龙卷可能发生的迹象,龙卷发生前几小时环境参数变化显著。有利于龙卷的环境条件形成过程中500 hPa急流和强低空急流的存在至关重要:随着500 hPa西北急流的增强,在中空西北急流的平流下温度直减率大值区东移,叠加到低层湿区之上;低空急流对暖湿空气的输送使低层显著增湿且温度直减率增大。傍晚发生的龙卷通常处于08时探空显示的低空湿舌西北侧100 km左右的干区中,傍晚龙卷发生时则位于当时的湿舌边缘。     

东北地区作物生长季降水异常特征分析

采用东北地区52个测站1951-2000年4-9月降水量资料,对东北地区作物生长季降水异常进行了诊断分析。结果表明：东北地区生长季降水存在减少趋势,旱灾略多于涝灾,主要存在3-7、12和30a左右的周期变化;可划分为7个降水异常区,其中相邻的3个区（东北中部、南部和东部的大范围地区）有变旱倾向,辽西地区的旱涝灾害最频繁。根据降水减少的趋势,提倡发展旱作农业和节水农业。     

东北地区汛期降水异常的大气环流特征分析

针对东北地区汛期(7~8月)的情况,分析了造成汛期降水异常的大气环流特征,结果表明:汛期多(少)雨年,低层850 hPa蒙古东南的气旋(反气旋)式距平环流、我国大陆东部的西南风(东北风)距平气流及日本南面的反气旋(气旋)式距平环流的共同作用加强(减弱)了低层西南暖湿气流在东北地区的辐合;多(少)雨年,中层500 hPa中高纬西风带经向运动加强(减弱),从贝加尔湖以北的高纬地区到日本附近的高度场呈 - (- -)的波列分布。8月的环流形势比7月更容易造成严重旱涝,下游鄂霍茨克海和日本海阻塞高压的发展和减弱是造成8月降水异常的重要因子。考虑7月旱涝流型演变时,应着重关注南北向 - 的“波列”;而考虑8月旱涝流型演变时,则更应着重关注东西向- - -的“波列”配置。多、少雨年,高、低层的散度场、垂直速度场及水汽条件等物理量场都有明显的差异。     

2013—2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

利用2013—2017年6—8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度（Black Body Temperature,TBB）资料、NCEP/NCAR再分析资料,对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析,结果表明：（1） MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征,6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南,平均移动距离3.99个经纬距。（2） MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部,云顶高度低于江淮地区,整个生命史表现出发展快消亡慢的特征,与江淮地区相反。（3）基于MCS的定义得到的Z标准,对2016—2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比,得出,两种定义下的MCS环境场特征基本一致,主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后,对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区,南侧急流高度在200 hPa,北侧的急流高度在250 hPa。低层,位于低空急流左侧,低涡南侧、东南侧,有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡,槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送,同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强,更有利于MCS的形成。（4）两种标准下的MCS造成的降水明显不同,在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小,统计得到的MCS较多;但同时会遗漏部分相对弱的MCS。     

2000-2017年东北冷涡活动气候特征及分析

本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的2000-2017年5-8月FNL全球再分析资料,结合东北冷涡的定义,对东北冷涡过程气候特征进行统计分析,结果表明:2000-2017年5-8月共有211个东北冷涡过程,其发生频次和冷涡日数均具有明显的年际变化;东北冷涡活动主要集中于44-53°N,122-129°E之间,黑龙江省西北部与内蒙古东部交界的大兴安岭南麓地区以及黑龙江省南部与吉林交界处为东北冷涡活动的密集区,冷涡中心位置呈现明显的季节变化;东北冷涡以单中心为主,多中心冷涡数量随中心个数的增加而显著减少,高频区出现在黑龙江省中南部。     

东北地区农业气候生产潜力及其开发利用对策

利用东北地区１００个气象台站１９７１－１９９０年气象和产量等资料，分析了东北地区主要粮食作物的气候适应性，并计算了气候生产潜力。结果表明：东北地区中部平原区的气候生产潜力在区内都是较高或最高的，而５０°Ｎ以北的北部地区和东部长白山天池附近，作物的气候生产潜力在区内最低。最后，用线性规划对东北地区部分县的主要农作物结构提出了调整意见。理论分析结果：结构调整更有利于农作物高产、稳产和高效。     

Variation in Principal Modes of Midsummer Precipitation over Northeast China and Its Associated Atmospheric Circulation

This study documents the first two principal modes of interannual variability of midsummer precipitation over Northeast China(NEC) and their associated atmospheric circulation anomalies. It is shown that the first principal mode exhibits the largest amount of variability in precipitation over the south of NEC(referred to as the south mode), whereas the second principal mode behaves with the greatest precipitation anomaly over the north of NEC(referred to as the north mode). Further findings reveal that, through modulating moisture transportation and upper-and lower-troposphere divergence circulation as well as vertical movement over NEC, the anomalous northwestern Pacific anticyclone and the anticyclone centered over northern NEC exert the dominant influence on the south and north modes, respectively. Additionally, it is quantitatively estimated that water vapor across the southern boundary of NEC dominates the moisture budget for the south mode, while the north mode has a close connection with moisture through NEC's northern and western boundaries. Furthermore, the north(south) mode is strongly related to the intensity(meridional shift) of the East Asian westerly jet.     

东北地区农业气象灾害定量评估

利用1971—2008年东北地区农业生产资料及主要农业气象灾害资料,计算了干旱、洪涝、风雹和低温冷害的影响权重、成灾率及其变异值。在此基础上,分析了4类灾害对农业生产的影响程度,并进行了综合评估。结果表明：东北地区干旱影响权重最大,并呈增加趋势;黑龙江省各种灾害权重均大于吉林省、辽宁省;东北地区气象灾害以小灾和轻灾为主,但气象灾害对农业生产危害程度越来越严重,特别是2000年以来,重大灾害的发生频率明显升高。     

东北地区玉米热量指数的预测模型研究

利用1961~2000年逐月气温资料计算了东北地区分省和全区玉米的热量指数。通过对热量指数和大气环流资料的统计分析,建立了6个预测玉米热量指数的模型,各模型都能较好地预测东北地区各省及全区的玉米生长发育期间的热量状况。检验结果可以看出,所有模型的准确率较高,且稳定性较好,6个模型预测玉米热量指数的平均相对误差都在7%以下,说明了各模型都具有较好的预测能力。其中辽宁省的相对误差最小,平均在2%以下,预测效果最好,黑龙江省的平均误差最大,也都在4.5%~7%。