大气污染对太行山中部地区地表风的影响

为了研究大气污染对太行山中部地区地表风的影响,我们对阳泉、榆社(高山站),石家庄、邢台(平原站)4个站点1966~2005年间的能见度、近地面温度、近地面风速数据进行了统计计算与趋势分析。结果显示:在平原站能见度相对山坡站下降更加明显的背景下,平原站的近地面温度、近地面风速、850hPa风速都呈下降趋势;而山坡站的近地面温度、近地面风速呈上升趋势。分析表明:(1)由于气溶胶的辐射效应与冷却效应,抑制了垂直通量的上下传输,致使平原站下午的近地面气温呈下降趋势,平原站和高山站的地表风速呈相反的变化趋势。(2)平原站850hPa (与高山站高度相近)风速呈现下降趋势,印证了高山站的近地面风速增加是气溶胶的辐射效应减弱了垂直能量交换造成的。      

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

Decreasing trend of sunshine hours and related driving forces in North China

Global dimming is currently an active area of research in climate change. Trends of temporal (on the order of decades, years, seasons or even months) and spatial patterns in sunshine hours and associated climatic factors (average air temperature, relative humidity, precipitation and wind speed) over North China are evaluated for the period 1965~1999 based on data from 81 standard meteorological stations. The results show that: (1) North China is experiencing decreasing sunshine hours (–82.855 h/decade); (2) seasonally, decline in sunshine hours is highest in summer and lowest in winter; (3) spatially, decrease in sunshine hours is highest in inland and plain regions and lowest in the northwest mountain and coastland regions; (4) sunshine hours have a high correlation with precipitation, relative humidity and wind speed, with wind speed having the strongest influence on sunshine hours implicit in the close correlation (temporally and spatially) between the two variables; (5) cloud cover could not be any significant driver of sunshine-hour decline because it is more or less stable; (6) spatially and seasonally, wind speed is an important driving factor of decreasing sunshine hours in North China. Furthermore, the interactions between wind speed and aerosol loading may be an enabling factor of wind speed in driving (strongly) the changes in sunshine hours.     

New evidence of orographic precipitation suppression by aerosols in central China

The correlation between light precipitation events and visibility at Mt. Hua, (Shannxi Province, China) and at the surrounding plains stations was analyzed. Trends and changes in visibility, precipitation, the precipitation difference between Mt. Hua and the plains stations (De) and wind speed over the study area during the years 1980–2009 were also investigated. The significant positive correlation between visibility and light precipitation throughout the study period indicates that light precipitation events, notably orographic precipitation, are suppressed by aerosol pollution in this region. The trend of increasing air pollution aerosols since 1980, represented by visibility at Mt. Hua, ended in 2002 with a decreasing trend observed in more recent years. These changes were mirrored by corresponding changes in De. However, the total precipitation trends at Mt. Hua and the plains stations are consistent in both frequency and amount during the two periods, suggesting that the suppressive effect of pollution aerosols on light and moderate precipitation is the most likely cause for the changes in orographic precipitation at Mt. Hua during this time. The analysis of wind strength suggests that the increase in winds at Mt. Hua is highly related to the aerosol radiative effects; this increase of mountain winds is therefore a potential cause for the reduction in precipitation at Mt. Hua. This research provides further support for the hypothesis that aerosol microphysical effects can reduce orographic precipitation and suggests that aerosol radiative effects might act to suppress orographic precipitation through changes in wind speed.     

东北地区夏季不同等级降水变化特征及小雨雨量减少成因分析

利用1961～2017年我国东北地区96个站点逐日降水、相对湿度和气温等资料,运用趋势分析、Mann-Kendall突变检验等方法,分析了东北地区夏季小雨、中雨、大雨、暴雨的气候变化特征,并对东北地区小雨量减少进行了成因分析,得出主要结论如下:东北地区夏季总降水量与各量级降水频率和贡献率均呈显著的正相关,总降水量的多寡受大雨频率及贡献率的影响最为显著。小雨量和中雨量的减少是导致东北地区夏季总降水量减少的主要原因,暴雨量受暴雨贡献率增加影响呈增加趋势。小雨量和小雨贡献率在1993年前后出现了年代际突变,小雨贡献率的突变是造成小雨量年代际突变的内在因素。东北地区总降水量呈减少趋势的站点有72个;小雨量呈减少趋势的站点有85个,显著减少的站点数达到25个;中雨量呈减少趋势的站点有70个,显著减少的站点只有9个;大雨量呈增加与减少趋势的站点数相当;而暴雨量呈增加趋势的站点数大于减少的站点数。从云形成机制角度出发,分别讨论大气水汽、温度、气溶胶浓度变化对东北地区小雨量减少的影响。结果表明,在全球变暖背景下东北地区气温增加和气溶胶浓度增加是导致该地区小雨量减少的主要原因。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

Duration and Seasonality of Hourly Extreme Rainfall in the Central Eastern China

Compared with daily rainfall amount, hourly rainfall rate represents rainfall intensity and the rainfall process more accurately, and thus is more suitable for studies of extreme rainfall events. The distribution functions of annual maximum hourly rainfall amount at 321 stations in China are quantified by the Generalized Extreme Value（GEV） distribution, and the threshold values of hourly rainfall intensity for 5-yr return period are estimated. The spatial distributions of the threshold exhibit significant regional diferences, with low values in northwestern China and high values in northern China, the mid and lower reaches of the Yangtze River valley, the coastal areas of southern China, and the Sichuan basin. The duration and seasonality of the extreme precipitation with 5-yr return periods are further analyzed. The average duration of extreme precipitation events exceeds 12 h in the coastal regions, Yangtze River valley, and eastern slope of the Tibetan Plateau. The duration in northern China is relatively short. The extreme precipitation events develop more rapidly in mountain regions with large elevation diferences than those in the plain areas. There are records of extreme precipitation in as early as April in southern China while extreme rainfall in northern China will not occur until late June. At most stations in China, the latest extreme precipitation happens in August–September. The extreme rainfall later than October can be found only at a small portion of stations in the coastal regions, the southern end of the Asian continent, and the southern part of southwestern China.     

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料，对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明：（1）在河北南部，太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区，而前者强度更强，体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。（2）本次过程中，三种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段，环境风维持强深层垂直风切变，相应的u风差也显著增强，利于迎风坡降雨增强；降雨结束时，深层垂直风切变为弱垂直风切变。（3）强降雨阶段，水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变，且低层风垂直切变较大；降雨结束阶段，水平风垂直切变矢量方向变化复杂。（4）太行山脉高度以下的东风不断增强，最大东风分量达到8～28 m?s-1，利于山区和山前降雨的增强。     

珠江三角洲平原地区气候、雨量站网最佳密度的探讨

本文用珠江三角洲平原地区36个气象台站的气温、气压、相对湿度、风速和降水等五个要素的资料计算表明,珠江三角洲平原地区气候站的站间距离50公里;雨量站的站间距离25公里为最佳间距。同时得出该方法用于平原地区的台站设置是可行的。      

金华市不同区域负氧离子浓度特征与气象环境因素相关分析

利用2019—2021年金华市空气负氧离子浓度和气象环境资料，研究不同区域（平原城区、平原公园、水边景区、山林景区）负氧离子浓度时空分布特征，分析人类活动最多的城区负氧离子浓度与气象环境因素不同时间尺度的相关性，以及不同天空状况的差异。结果表明：负氧离子浓度呈现平原低、山区高的分布特征，植被茂密、动态水流可增加负氧离子浓度和提高浓度等级。山林景区日出和日落前后负氧离子浓度较高，水边景区凌晨和午后出现高值，平原地区则在下午达到高峰。不同区域四季日变化趋势整体较一致，但不同季节负氧离子浓度峰值大小、日较差和出现峰值时刻存在差异。四季不同区域负氧离子浓度有所差异，主要表现为6—9月高，其中尤以8月山林景区为最。负氧离子浓度与气象环境因素的相关性在不同时间尺度上差异较大：时尺度上与气温、风速、雨量和O3呈显著正相关，而与PM2.5呈显著负相关。四季看，负氧离子浓度春季与风速相关性最高，夏季为气温，秋季为O3，冬季为PM2.5。日尺度上则与相对湿度、风速、雨量呈显著正相关，与PM2.5和O3呈显著负相关，且雨天负氧离子浓度明显高于其他天空状况，差异在冬季达最大。     

Diurnal variation of surface wind over central eastern China

Hourly wind observations from 452 meteorological stations are used to document the diurnal cycle of the surface wind over the central eastern China (100°–122°E, 20°–42.5°N). Both the surface wind speed and the wind direction show large diurnal variation with pronounced topographic effects. At most stations, the surface wind speed reaches the maximum in the afternoon and the minimum in early-morning. This diurnal phase shows small seasonal variation, whereas the diurnal amplitude varies significantly in different seasons. The diurnal amplitude of the surface wind speed reaches maximum in spring over the northern and southwestern China and in summer over the southern China. The diurnal cycle of the wind direction is more complicated. Over the coastal (mountain) regions, the diurnal wind direction is greatly influenced by the land–sea (mountain–valley) breezes with large (small) seasonal variation. Over the northern plain region, the wind direction exhibits small diurnal variation but with remarkable seasonal rotation. The surface wind over the stations located on the top of mountains shows distinct diurnal variation, which represents the diurnal cycle of the tropospheric low-level wind. The wind speed over these stations is highest in pre-dawn and lowest in the afternoon. The wind anomaly rotates clockwise from late night to late afternoon, and shows significant seasonal variation as influenced by the annual cycle of the monsoon system. The contribution of the diurnal surface wind to the diurnal feature of precipitation is briefly discussed.     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

海南岛沿海近地面风时空分布特征的观测分析

利用2012年海南岛沿海6个常规气象站、2个海岛站的逐时风向、风速资料,分别对全年以及不同季节内近地面风速大小、风速日变化以及风向频率分布等进行了统计分析.结果表明:2012年全年海南岛沿海近地面风速约在1.8~5.7 m/s之间,其中三亚站风速最大,冬季高达6.5 m/s,大部分站点夏季风速最弱,最大风速出现在春、冬季;海南岛南部沿海风速大于北部,东部大于西部;各站24 h风速基本呈现白天大、夜晚小的典型特征,由于所处地形、植被独特,三亚部分季节风速呈现相反的日变化特征;全年各站基本存在两个盛行风向,大部分站点近地面风向与南海季风的风向变化较为一致,夏季以南风、西南风为主,冬季以北风、东北风为主;各季沿海近地面风向南北部差异较大,东西部差异较小,随着季节转变,南部沿海盛行风转向最明显,东西部次之,北部则不明显.     

华东地区夏季不同等级降水变化特征分析

采用华东地区78个气象站点逐日降水资料,根据日降水量的5个等级划分,应用线性趋势分析、相关分析等分析了不同等级降水频率和降水量的空间分布及其变化趋势。结果表明:(1)夏季不同等级降水频率在整个华东地区具有明显的地区差异,区域平均的降水频率由大到小依次为小雨、微量降水、中雨、大雨、暴雨。(2)平均的夏季总降水量呈南多北少的分布,各等级降水对总降水量的贡献率由大到小依次为暴雨、大雨、中雨、小雨,暴雨对夏季总降水量的贡献在某些年份可达50%以上。(3)区域平均的夏季降水日数呈下降趋势,但总降水量却有明显的增大趋势。(4)区域平均的某等级降水频率正异常时,华东地区各地该等级降水频率,亦多表现为正异常,尤其中雨以上等级降水频率异常符号在整个华东地区更为一致。(5)华东区域微量降水和小雨发生频率分别与其他等级降水存在显著的反相关关系,而中雨、大雨、暴雨三者发生频率之间无显著相关。     

近50年我国西部地区气象要素的变化特征

利用1951-2000年全国194站地面观测资料和高空观测资料,对近50年我国西部地区的气候变化特征进行分析。结果表明:从20世纪70年代开始,我国西部地区年平均气温呈上升趋势,其中河套区和新疆区气温上升最为明显,其次为青藏高原区和河西区,西南区气温增幅最不明显,地表温度变化与气温的变化基本同步,但地温变化要比气温变化更加剧烈一些。西南区的地温从70年代中期开始回升,但始终未达到50年代初期的水平,因此从线性变化上表现为下降趋势。西部地区除了河套区外,其他4个区的年平均降水量均增加,增加最明显的是新疆区和青藏高原区。我国整个西部地区年平均总云量和低云量均呈线性减少趋势,减少最明显的是西南区和河套区。在辐射变化上,我国西部总辐射呈减少趋势,青藏高原区减少最多;西南区的散射辐射呈增加趋势,其他4个区减少,其中新疆区和青藏高原区散射辐射减幅明显。散射辐射的大小与天空中云量和气溶胶含量的多少成正比,西南区散射辐射呈增加趋势,而总云量和低云量呈下降趋势,可以推测是气溶胶含量增加导致了散射辐射的增加。     

从小时尺度考察中国中东部极端降水的持续性和季节特征

相对于日降水量,小时尺度降水资料可以更准确地反映降水强度并描述降水过程,因而更适用于极端降水阈值确定及其特性研究.利用广义极值分布估计中国321个站最大小时降水量的分布函数,确定了5a重现期的小时降水强度阈值.阈值的空间分布呈现出明显的地域差异,西北地区阈值偏低,华北地区、长江中下游地区、华南沿海地区和四川盆地西部地区为高阈值中心.取各站5a一遇极端降水事件对其持续性特征和季节特征进行分析,发现在沿海地区、长江流域和青藏高原东坡极端降水事件的平均持续时间较长(超过12h);中国北部地区持续时间较短.在具有较大海拔落差的复杂地形区,极端降水事件较平原地区更快地发展到峰值.华南地区4月就可有极端降水事件出现,而中国北方地区要到6月底才出现极端降水;全中国大部分地区的年最晚极端降水在8-9月,但沿海地区、大陆南端和西南地区南部的少数站点在10月以后仍有极端降水发生.     

1958～2018年永定河流域蒸发皿蒸发量的变化特征及其影响因子分析

基于永定河流域1958～2018年14个气象站的逐日观测数据,采用气候倾向率、Mann–Kendall趋势检验法分析蒸发皿蒸发量时空变化特征,并通过完全相关系数和多元回归分析识别气候因子与蒸发量的相关程度并定量计算其贡献率.结果表明:在全球气候变暖的背景下,60年来永定河流域气温以0.29°C/10 a的速率上升,而蒸...     

基于1899—2015年观测资料的青岛风环境变化特征

基于青岛站1899—2015年117 a年平均风速和青岛市88个自动站1961—2015年逐日风速资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,分析青岛风速气候变化特征。结果表明:在全球气候变化背景下,青岛站的风速变化是一个先增强（1899—1938年）,再波动维持（1939—1991年）,之后又减小（1992—2015年）的过程;20世纪90年代后的风速变化对1961—2015年青岛站风速明显下降（0.41 m·s-1/(10 a)）贡献显著;1961—2015年青岛偏北风减小趋势为0.33 m·s-1/(10 a);青岛东南沿海地区平均风速减小趋势大于北部内陆地区的分布特征是对青岛城市化发展水平区域差异的响应,城市化对地面年平均风速减弱贡献率约为-17.3%。     

近40年京津冀蒸发皿蒸发量变化特征及影响因子

为了研究京津冀地区蒸发皿蒸发量的变化特征及成因,在京津冀地区200多个气象站中选择资料序列完整且具有较长时间序列、测站环境评分都在70分以上(按照中国气象局对测站探测环境评分标准评分)、均匀分布的87个气象站,利用1970—2013年京津冀地区87个气象站蒸发皿蒸发量以及其他气象要素的观测资料,采用线性倾向估计法和完全相关系数法,分析近44年来京津冀蒸发量变化特征及影响因子。结果表明,近44年来,京津冀地区年、季蒸发量呈明显下降趋势。全年蒸发量减少速率由大到小分别为:山前平原区太行山区冀东平原区燕山丘陵区冀北高原区(蒸发速率由北向南逐渐增大);四季中下降速率为:春季秋季冬季夏季。分析蒸发量与影响因子的完全相关系数发现,气温日较差、日照时数和平均风速是影响京津冀地区蒸发皿蒸发量变化的主要因子,在平原地区,平均风速是主导因子;在山区和高原地区,日照时数是主导因子。