四川盆地不同强度短时强降水物理量特征对比分析

利用2007—2017年5—9月四川盆地84个国家自动站逐小时观测资料和时间间隔6 h的ERA-Interim再分析资料,分析了四川盆地不同强度短时强降水发生发展所需的热力、水汽和垂直风切变等条件,并对不同强度短时强降水的环境物理量特征进行了对比。结果表明,极端短时强降水的抬升凝结高度、自由对流高度和平衡高度(EL)均高于普通短时强降水,EL可以较好地区分极端短时强降水和普通短时强降水,约75%的极端短时强降水和普通短时强降水分别发生在EL高于258.6和658.2 hPa的环境下。极端短时强降水的对流有效位能(CAPE)和对流抑制能量值同样高于普通短时强降水,约50%的极端短时强降水和普通短时强降水的CAPE值分别高于792.5和451.9 J·kg~(-1)。不同强度短时强降水的850和500 hPa假相当位温差(θ_(se850)-θ_(se500))差异显著,极端短时强降水的θ_(se850)-θ_(se500)数值明显高于普通短时强降水,10℃可做为区分二者的参考阈值。约50%的短时强降水大气整层可降水量(PW)超过58 mm,不同强度短时强降水的PW差异不明显,但极端短时强降水具有较为明显的上干下湿垂直分布特征。垂直风切变和上升运动对四川盆地不同强度短时强降水的区分没有明确的指示意义。     

成都市短时强降水概率预报方法初探

选取2010~2019年4~9月成都市气象观测站逐小时降水资料和欧洲中心ERA-5逐小时再分析资料,采用统计分析和统计预报方法,研究了近十年成都市短时强降水时空分布特征,并依据短时强降水发生发展的基本条件,基于“配料法”思想,探讨了成都市短时强降水概率预报方法。结果表明：成都市短时强降水事件集中于暖季（4~9月）,其中又以7月为最多,并呈明显夜间多发的态势。降水量与降水强度空间分布表现出西多东少特征。筛选出的短时强降水潜势预报因子包括850 hPa比湿、850 hPa假相当位温、K指数、对流有效位能、700 hPa经向风以及700 hPa垂直速度,基本涵盖了短时强降水发生所需的水汽条件、稳定度条件以及抬升条件。基于上述短时强降水潜势预报因子的权重系数,采用二分法建立短时强降水概率预报方程,利用TS评分对2019年夏季的短时强降水日潜势预报效果进行检验,发现概率阈值设定为0.98既能保证漏报次数不会太多,又不至于使预报正确次数明显降低,同时可以保持较高的预报准确率。     

巴彦淖尔市暴雨过程的V-3θ图特征分析

运用天气学分析方法和图结构分析方法,对2014年5月23日巴彦淖尔市突发性局地暴雨过程进行了分析。结果表明:此次强降水过程是在中高纬稳定的大尺度环流背景下,受中低层低压倒槽、切变线辐合抬升,同时配合一支来自孟加拉湾西南水汽输送共同作用完成的。强降水发生前12h时即可从对流层顶超低温,θse和θ*线的多层折拐,以及θse和θ*线的距离远近等方面判断出水汽饱和程度、积云所在高度,从风场信息可以判断出大气的滚流状态及水汽来源所达高度,结合上游台站图V-3θ分析可以判断水汽的来向和输送强度,从而做出强降水的预报。θse和θ*曲线在500~300h Pa距离较大,而在500h以下高度距离较近,说明低层偏湿而高层偏干,且θse50℃有对流天气发生的显著特征,|θse-θ*|的差值在中间层较大,而在高低层较小,呈现一种中间偏干上下偏湿的蜂腰式结构,θse和θ*曲线在700h Pa以下近似垂直于温度轴,或与温度轴成钝角,θse和θ*曲线基本为准平行分布表明中低层的层结极不稳定,大气湿度很大,有利于对流天气发生。     

锋面短时强降水系统发展模态的环境因子浅析

利用探空和地面加密自动站逐小时观测资料,对2010—2011年汛期发生在锋面上的四次具有不同发展模态的短时强降水过程的降水系统环境场特征进行了分析。结果表明:对于产生短时强降水的中尺度对流系统(MCS),地面假相当位温(θse)等值线密集区和地面切变线的分布形态及运动是影响其系统模态发展和移动方向的关键因素,且对流单体的新生还与地面辐合区密切相关。纬向型MCS的θse等值线密集区呈纬向分布;经向型MCS的θse等值线密集区呈经向分布;转向型MCS的θse等值线密集区则由经向转为纬向分布。不同发展模态MCS的强降水持续时间与地面θse高值区的持续时间关系密切。     

基于WRF模式的云南短时强降水物理量特征

为了解云南短时强降水发生前本地化中尺度WRF(Weather Research Forecast)模式输出结果的物理量特征及其对短时强降水预报的作用,使用WRF模式对2016年云南主汛期(6—8月)5次短时强降水过程进行模拟,利用模式输出的高时空分辨率资料计算5次过程中85个样本在短时强降水发生前6 h水汽类、动力类及不稳定条件类的部分物理量值,使用箱线图分析各物理量的分布特征及其与短时强降水的关系,应用经验累积分布函数图确定各物理量的阈值。研究表明,水汽类物理量样本数据值分布较为集中,随着短时强降水的临近数值逐渐增大;动力类的6 km垂直风切变中位数值及平均值随时间变化很小,所有时次的6 km垂直风切变阈值均低于12 m/s,表明短时强降水发生前有弱垂直风切变;不稳定条件类中对流有效位能样本数据的离散程度较大,对短时强降水无指示意义;LI指数、K指数和700 hPa假相当位温样本数据离散度较小,其中K指数中位数值、平均值及阈值的上下限在短时强降水发生前1 h有显著增大的特征,且数据集中度达到最高,大的K指数值与短时强降水有较好的对应关系。使用物理量阈值推算短时强降水落点的方法对云南本地化WRF模式短时强降水的预报性能有改进作用。     

济宁市一次秋季暴雨天气过程分析

利用常规观测、数值预报产品等资料,对2011年9月14—15日发生在济宁地区的强降雨过程从环流背景、水汽条件和物理量特征等方面进行了分析和探讨,最后对数值预报进行了检验,量指标发现:(1)影响此次强降水过程的主要天气系统是高空槽、低层切变线、副热带高压和地面倒槽;(2)通过对水汽通量散度、K指数和假相当位温(θse)等物理量场的分析得出,当水汽通量散度达到或低于-8×10-8.g.cm-2.(hPa.s)-1,K指数≥35℃,850hPaθse≥340K时,济宁9月份就易出现暴雨;(3)强降水落区与水汽通量辐合中心有比较好地吻合;(4)欧洲中心(EC)对此次强降水过程高空环流形势做了较为准确的预报,但850hPa风场的预报有偏差,T639对此次过程降水落区的预报和实况吻合,但暴雨落区范围比实况偏小。     

济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明：短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点（Td）、850 hPa假相当位温（θse）、对流有效位能（CAPE）以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。      

京津冀“7·5”强对流天气形成的环境条件及中尺度特征

2021年7月5日下午至夜间,京津冀中部地区陆续出现短时强降水、雷暴大风、小冰雹等混合型强对流天气,基于地面区域自动气象站、多普勒雷达、FY-2G气象卫星、微波辐射计以及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析资料ERA5等多源资料,重点对此次短时强降水形成的大气环境条件和中尺度特征进行探讨分析。结果表明：此次短时强降水、雷暴大风和局地小冰雹的混合型强对流天气发生前即显现出良好的水汽条件,低层和中层的水汽通量强辐合早于降水1～2 h出现,整层大气可降水量在强抬升作用下不断累积;垂直假相当位温（θse）能量锋区的形成,“上干下湿”不稳定层结的维持,0～6 km强垂直风切变以及对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、K指数、SI增强等条件的建立,为强对流的爆发创造了热力、动力和不稳定环境;高空槽东移携带干冷空气南下与低空暖舌共同形成的不稳定层结,为强对流天气的出现提供了天气尺度上升运动;下午时段出现的强对流较夜间能量释...     

重庆市綦江地区短时强降水天气分析

利用綦江近年的观测资料、Micaps、地闪资料,分析綦江短时强降水发生的时空分布规律及其发生前的物理量(K指数、SI指数、CAPE指数等)预报(预警)指标。结果表明,綦江各街镇每年均有不同频次的短时强降水发生,多年累计频次呈西北向东南逐渐增多的趋势,与綦江西南高、东北低的地貌特点较为一致。短时强降水都发生在春、夏、秋季,且多发生在14时—次日08时之间。綦江短时强降水主要有深厚湿层型、上干下湿型两种,且发生前往往会有K指数大值区、SI指数负值大值区、θse大值区、低层涡度大值区以及水汽通量散度负值大值区,只要SI指数呈负值、K指数30、经过修正后的CAPE值700这三项中有两项满足时,且中低层垂直风切变较小时,对短时强降水的发生具有较好的指示意义。当SI指数的负值绝对值越大、K指数越大、CAPE值越大,发生强对流天气的概率越大。     

基于ECMWF产品福建省前汛期短时强降水预报方法

利用2014—2016年福建省1605个自动气象站逐时降水资料和ECMWF全球模式细网格预报产品,分析福建省前汛期短时强降水发生背景下模式预报物理量的分布特征,并基于阈值判定的方法建立短时强降水预报模型。结果表明:福建省内陆县市前汛期短时强降水发生频次较高,沿海县市发生频次低,且日变化特征表现出双峰结构。箱型图差异指数（I_bd）在评估相关变量对于区分短时强降水发生与否的敏感程度有较好的作用,比湿、整层可降水量等水汽变量I_bd最为显著,K指数、对流有效位能等变量的I_bd仅次于水汽变量,说明模式预报变量对于预测短时强降水有较好的表征作用。针对短时强降水事件的物理量集合,采用剔除异常值后的最小值作为判定阈值,通过训练集分析结果客观订正对流有效位能和3 h降水量两个高I_bd变量的阈值,建立潜势预报模型。对于福建省西部的关键区,检验集白天时段12 h时间分辨率预报TS评分可达0.5,夜间时段约为0.3。对于福建省进行分区建模预报,检验集预报结果显示白天时段比夜间准确率高、内陆县市比沿海县市准确率高。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

Creating win-wins from trade-offs? Ecosystem services for human well-being: A meta-analysis of ecosystem service trade-offs and synergies in the real world

Ecosystem services can provide a wide range of benefits for human well-being, including provisioning, regulating and cultural services and benefitting both private and public interests in different sectors of society. Biophysical, economic and social factors all make it unlikely that multiple needs will be met simultaneously without deliberate efforts, yet while there is still much interest in developing win-win outcomes there is little understanding of what is required for them to be achieved. We analysed outcomes in a wide range of case studies where ecosystem services had been used for human well-being. Using systematic mapping of the literature from 2000 to 2013, we identified 1324 potentially relevant reports, 92 of which were selected for the review, creating a database of 231 actual or potential recorded trade-offs and synergies. The analysis of these case studies highlighted significant gaps in the literature, including: a limited geographic distribution of case studies, a focus on provisioning as opposed to non-provisioning services and a lack of studies exploring the link between ecosystem service trade-offs or synergies and the ultimate impact on human well-being. Trade-offs are recorded almost three times as often as synergies and the analysis indicates that there are three significant indicators that a trade-off will occur: at least one of the stakeholders having a private interest in the natural resources available, the involvement of provisioning ecosystem services and at least one of the stakeholders acting at the local scale. There is not, however, a generalisable context for a win-win, indicating that these trade-off indicators, although highlighting where a trade-off may occur do not indicate that it is inevitable. Taking account of why trade-offs occur (e.g. from failures in management or a lack of accounting for all stakeholders) is more likely to create win-win situations than planning for a win-win from the outset. Consequently, taking a trade-offs as opposed to a win-win approach, by having an awareness of and accounting for factors that predict a trade-off (private interest, provisioning versus other ES, local stakeholder) and the reasons why trade-offs are often the outcome, it may be possible to create the synergies we seek to achieve.     

一个世界最早光象分类体系的探讨——复原先秦“十煇”的研究

《周礼》十煇为世界最早的光象分类体系。其含义历来众说纷纭。有探讨、重建并评价的必要。本文比照历史上有影响的五家十煇定义,分析其含糊矛盾之处,提出复原十煇原义的三条原则,从而重建了十煇原义表,介绍了古代观测十煇的方法。最后对《周礼》十煇这个光象分类体系进行了评价。     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

International politics must be considered together with climate and fisheries regulation as a driver of marine ecosystems

Seafood is an essential source of protein globally. As its demand continues to rise, balancing food security and the health of marine ecosystems has become a pressing challenge. Ecosystem-based fisheries management (EBFM) has been adopted by the European Union (EU) Common Fisheries Policy (CFP) to meet this challenge by accounting for the multiple interacting natural and socio-economic drivers. The CFP includes both the implementation of regulatory measures to EU stocks and the establishment of bilateral fisheries agreements with neighbouring countries, known as sustainable fisheries partnership agreements (SFPAs). While the effects of fisheries management regulations are well acknowledged, the consequences of the SFPAs on EU ecosystems have been commonly overlooked. Here we investigate the development of the Gulf of Cadiz marine ecosystem over the last two decades and found evidence of the impact of both policy interventions. Our findings reveal the effectiveness of regulatory measures in reverting a progressively degrading ecosystem, characterised by high fishing pressure and dominance of opportunistic species, to a more stable configuration, characterised by higher biomass of small pelagics and top predators after 2005. Knock-on effects of the EU-Morocco SFPA and climate effects were detected before 2005, resulting in increased purse seine fishing effort, lower biomass of pelagic species and warmer temperatures. This southern EU marine ecosystem has been one of the latest to introduce regulations and is very exposed to fishery agreements with neighbouring Morocco. Our study highlights the importance of taking into consideration, not only the effects of in situ fisheries regulations but also the indirect implications of political agreements in the framework of EBFM.     

基于MJO的延伸预报

近10年来,2～4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30～60天周期)的传播来制作延伸期预报。国际上一些天气-气候预报中通过数年的业务试验已取得了初步结果。作者首先介绍了MJO振荡及季风的季节内振荡(MISO)特征,并从季节内振荡与中纬度相互作用的角度讨论了制作延伸预报的理论依据;进一步对延伸预报的可预报性、预报方法及国内外业务应用进展进行了综述,并以江淮梅雨为例探讨了我国延伸预报的可预报性及信号;最后阐述了延伸预报的发展趋势。     

太原冬季PM2.5中有机碳和元素碳的变化特征

2005年12月—2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5, 并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳 (organic carbon, OC) 和元素碳 (elemental carbon, EC) 的测定。结果表明:太原冬季PM_2.5, OC和EC浓度均较高, 其中PM_2.5日平均浓度变化范围为25.4~419.0 μg/m3, 日平均浓度为193.4±102.3 μg/m3, OC平均浓度为28.9±14.8 μg/m3, EC平均浓度为4.8±2.2 μg/m3, OC/EC平均比值是7.0±3.9, 即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。OC在PM _2.5中占18.6%, EC占2.9%, 这表明碳气溶胶是太原大气细粒子污染控制的关键组分。在太原市冬季, 采暖燃烧的煤是OC和EC的主要贡献源, 造成OC大大高于EC, 从而使OC/EC比值增大。各种气象条件对PM_2.5, OC, EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响, 特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。     

时-空二维波传播分解方法及其在季节内振荡分析中的应用

大气季节内振荡最显著的特征之一就是其复杂多变的传播特征。为了进一步分析大气季节内振荡的传播特征及其不同传播方向分量的不同作用,基于波的传播理论,对时-空谱分析进行了发展,提出了时-空二维波传播分解方法,并用理想函数验证了其正确性和可行性。结果表明:对任一时-空二维序列,采用此方法均可正确地分解得到空间上具有不同传播方向的3部分分量:前进波、后退波和驻波分量。之后,对向外长波辐射(OLR)、200和850hPa纬向风的东传、西传分量以及驻波分量分别进行联合经验正交函数(CEOF)分析。结果表明,在东传分量上,热带大气季节内振荡主要表现为纬向1波的向东传播,与对流层高、低层纬向风呈现反位相的斜压结构,和未分解的情况相比,前两个主要模态重要性的排序出现了颠倒,说明通过时-空二维波传播分解,避开了各分量之间的相互影响,进一步揭示了前两个模态的物理意义及其在季节内振荡中的重要性;在西传分量上,热带大气季节内振荡主要表现为纬向2—3波的向西传播;驻波分量主要表现出印度洋和太平洋的反位相结构。对热带地区大气季节内振荡的东、西分量的分析,深化了对热带大气季节内振荡东传、西传特征的了解,这对于热带大气季节内振荡更加准确预报及其...     

全球海表温度场中主要的年代际突变及其模态

用滑动t检验法对NOAA提供的改进扩展重建的全球海表温度场（1867～2005年）的年平均时间序列进行了年代际突变的定量检验。给出了几个年代际突变时期的时空分布，这些时期有:1894～1901年、1905～1909年、1920～1930年、1939～1945年、1954～1958年、1973～1979年和1994～1998年，并确定了全球海表温度年代际突变的时间，不仅发现了大家熟知的1924、1942和1976年左右的突变，还发现了1894、1907、1956年和最近的1997年的突变。分析表明，赤道太平洋和南太平洋是海温变化的敏感区的可能性较大，其次是北太平洋和南印度洋。用合成差分析得到了全球海表温度场的年代际模态的空间分布，1895～1906年和1908～1923年、1925～1941年和1943～1955年以及1977～1996年和1998～2005年这三对模态分别在大部分海域大体上存在较为明显的反位相结构，太平洋上各个时期均表现为PDO模态，只是强度和范围有所不同，大西洋的南北结构具有不对称性，增暖占主导地位。用滑动t检验法对PDO的年代际突变的信号进行了定量的检验，发现其年代际突变的时间依次为:1908、1924、1942、1956、1976和1997年，除了1894年的突变外，其余突变年份与上述全球海表温度场的年代际突变时间基本上是一致的，这说明PDO是全球海表温度场年代际突变的重要成员之一。假如存在1997年左右的突变，1998至今时段就是全球海表温度场一个新的年代际背景，就其年代际模态而言，目前的强度比1943～1955时段的年代际背景还要强；就PDO目前的强度来说， 与1909～1923和1957～1975这两个时段的强度大体相当。     

不同地区温度变化对缺血性心脑血管疾病影响的比较研究

本文综合探究了日平均气温、24h变温和气温日较差变化对缺血性心脑血管疾病发病人数的影响,采用分布滞后非线性模型(DLNM)与广义相加模型(GAM),分别探析了2015—2016年安徽省阜南县和贵州省锦屏县日平均气温、24h变温和气温日较差与缺血性心脑血管住院病人数的暴露—反应关系。结果表明:气温日较差大于15℃缺血性心脑血管疾病相对风险剧烈升高,并呈现明显的即时效应,且其相对风险随滞后日增加和气温日较差增加达到叠加效应的峰值。当24h内气温下降7℃以上,缺血性心脑血管疾病相对风险开始明显上升,下降10℃以上呈现显著的即时效应。统计分析发现,两县在春季达到上述阈值概率最高,因此缺血性心脑血管疾病住院人数也在春季达到峰值,特别是雨水至清明节气时段为两县住院人数共同最高峰时段;值得注意的是,地处西部的锦屏县夏季缺血性心脑血管疾病发病人数也较多。此外,降温过程与节气转换也是导致两县缺血性心脑血管疾病住院人数阶段性增多的主要天气与气候因素。