基于标准化降水指数的沧州干旱时空特征

使用河北省沧州市14个气象站1966—2017年逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)分析该区域干旱时空特征。结果表明:(1)沧州年际干旱频率为26.9%,全域性、区域性、局域性干旱出现几率接近,轻旱、中旱较多,干旱范围与强度呈正相关,2003年后旱情减轻。干旱频率与强度呈负相关,西部干旱频率高、强度低,中部、东部频率低、强度高。(2)季节干旱频率为69.2%,春旱、冬旱发生频率高,多为全域性,但夏旱、秋旱发生后平均干旱强度更大。1980、1990年代和21世纪初旱情较重,2007年以后旱情减轻。空间分布上,夏旱的频率、强度分布与年际分布较为相似,与春旱分布几乎相反,秋旱、冬旱分布较为平均。全市旱涝变化较为一致,中部区域最为同步。     

广西区域干旱的分析研究

研究广西区域的干旱时空分布特征和成因。取广西12个代表站1950—2005年各站逐年逐月的降雨量距平值来计算其干旱出现频率,按干旱轻、中、重的等级指标分析广西的区域干旱时空分布特征。各地春旱的出现频率在39%～53%之间,夏旱出现的频率平均在37%～50%,秋旱出现的频率在46%～56%之间之间,冬旱的频率在46%～57%之间。广西的干旱一年四季都有发生,各季干旱最重的区域为：桂西的春旱最为严重、桂中的夏旱最为严重、桂西秋旱最为严重、桂中的冬旱最为严重。     

基于SPI的黔东南州近52a的干旱特征分析

基于1961—2012年黔东南州16站的逐月降水资料,从单站干旱SPI指数出发,分析了黔东南州52 a来年际干旱和季节性干旱的时间变化趋势和空间变化特征,结果表明:152 a间,年际干旱和季节性干旱呈上升趋势,干旱主要集中在1985—1989年和2001—2012年;2除冬旱以外,无论是年际干旱还是季节性干旱,干旱发生频率较高地区位于黔东南州中部以北地区,州南部年际干旱、春旱、夏旱和秋旱发生频率较低;3森林覆盖率较高的地区发生干旱的频次最低,降水较少地区发生干旱的频次较高。     

基于SPEI的甘南高原气象干旱变化特征

干旱灾害是甘南高原发生最频繁的气象灾害之一,严重影响该地区农牧业生产和生态环境安全。利用1973—2022年甘南高原及周边31个气象观测站逐月降水和气温观测数据,选取标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI）表征气象干旱,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope估计方法,研究甘南高原年、季尺度的干旱时空分布及变化特征。结果表明：近50 a来,甘南高原年SPEI呈显著减小趋势,全域整体趋向干旱化,1986年为突变年。干旱变化趋势存在季节差异,夏、秋季呈干旱加剧趋势,春、冬季则相反。年和季SPEI变化趋势存在空间差异性,年和秋季全域呈干旱化趋势;夏季甘南高原中东部呈干旱加剧趋势,春季与夏季相似,但春季干旱加重区域和干旱化程度明显小于夏季;冬季整体呈干旱减轻趋势。甘南高原年和季节尺度不同等级干旱发生频率有明显的空间差异,高原中东部轻旱频发,高原南部中旱和重旱高发,特旱各区域发生频率均较低;高原西部干旱发生频率总体小于高原中东部。     

吉林省干旱对玉米产量的影响分析

利用1951-2014年全省46个气象站观测资料,建立了吉林省夏旱和春旱对玉米产量影响评估模型.结果表明:吉林省西部地区的夏季干旱与产量之间呈线性关系,气象产量随夏季干旱程度的增加而减少;其他地区夏旱与产量大多呈二次或三次曲线关系,当干旱指数接近或达到中等干旱时,气象产量达到峰值点;春旱不是影响气象产量的主要因素;对于中西部地区,当出现轻旱时,发生在作物需水临界期的干旱年份的减产频率并不高于发生在其他时期;对全省来说,当发生中等程度以上的夏旱时,往往也出现作物需水临界期干旱;发生中等程度夏旱的减产频率,并不比发生轻度夏旱的减产频率高;当发生严重夏旱时,减产频率明显增加.     

广西典型石漠化区旱涝灾害分布特征及防御对策

通过利用石漠化区29个县的1961~2010a降水观测资料,分析近50a来石漠化区干旱和洪涝特征及灾害影响;在分析自然条件、社会状况和石漠化现状的基础上,提出旱涝灾害防御对策。结果表明,广西典型石漠化地区春旱、冬旱发生频率自西向东递减,夏旱、秋旱频率东部大、西部小;洪涝多出现在6~8月;洪涝频率高值区分布在桂东北山区和桂西山区。对广西典型石漠化区旱涝灾害的治理,可根据典型石漠化区自然条件和旱涝灾害分布特征,采取对岩溶石山型(峰丛洼地区)区和岩溶峰林型(平原与谷地区)区分区治理的方式,通过水利工程建设措施和生态环境措施提高石漠化区旱涝防范能力,减缓石漠化进程。     

江门市2003—2021年干旱特征分析

基于2003—2021年江门市6个国家气象观测站和17个区域自动气象站逐月降水和气温资料，应用标准降水蒸发指数(SPEI)分析该区域干旱时空特征。研究结果表明：(1)近19年来，江门市干旱整体有不明显的湿润趋势，年发生频率为31.6%,平均站次比为38.4%,平均强度值为0.7,发生干旱时，以全域性轻旱为主。空间分布上，干旱发生的频率较高，但强度较低且以轻旱为主。全市存在一致变旱或变涝的特征，易出现全域性的干旱或洪涝。(2)江门市除了夏季有微弱的干旱趋势外，其他季节都呈湿润趋势，冬季最为明显。各个季节干旱发生的频率都较高，发生干旱时覆盖的范围也较大，且多数为全域性或区域性干旱。各个季节的干旱强度也比较接近，都以轻旱为主。年尺度SPEI在江门地区的适用性表现优秀，能准确识别出5个干旱过程，但季节尺度SPEI适用性表现一般，仅识别出3个干旱过程。     

基于SPEI的华北平原夏玉米生长季干旱时空变化特征

基于标准化降水蒸散指数(SPEI),从不同时间尺度对华北平原夏玉米生长季1961—2015年不同等级干旱发生频率、时空分布和变化特征进行了研究。结果表明,华北平原夏玉米生长季干旱频发,频率超过50.0%,主要以轻旱为主,河南东南部和河北中北部地区干旱频率高于其他地区,6月和10月轻旱频率相对较高,8—10月更容易发生中旱,重旱主要出现在6月和7月。近55 a年华北平原夏玉米生长季干旱不断增加,10月干旱频率增加趋势最显著。与1961—1980年相比,研究区近15 a干旱发生频率增加百分率为37.3%,其中河北中北部、北京、天津和河南西北部干旱发生频率在60.0%以上。不同月份的干旱对夏玉米生长影响不同,需要加强对8月和9月干旱事件的预报,以便及时采取防灾减灾措施。     

安顺市干旱气候特征分析

干旱是安顺市主要的气象灾害之一,根据安顺市1980—2009年6个县站的30 a干旱历史资料,采用降水量距平方法统计分析得出干旱的时空分布特点是:夏旱和冬旱严重,春旱次之,秋旱较轻。最后,探讨了干旱气候形成的主要原因,特别对8月夏旱的形成原因进行了分析。     

盘县干旱的气候特征分析及防御对策

根据降水距平百分率干旱指数等级划分标准,应用盘县站1960—2009年的降水资料,分析了盘县干旱的气候特征,发现盘县连续出现中旱以上等级的春旱的年份呈增加态势;自21世纪以来发生中旱以上等级秋旱和冬旱的频率呈增加趋势;盘县的连旱以冬春连旱出现最多,发生频率为16%。针对盘县干旱的具体情况,提出了切实抓好水利建设、植树造林改善生态环境、科学合理调整农业种植结构、加大抗旱技术推广、加强空中云水资源开发利用、加强对干旱灾害的监测预测等措施进行防旱抗旱。     

河池市闪电活动与下垫面植被类型关系分析

基于河池市2010年1月～2017年12月的闪电定位资料和地表植被数据、高程数据,分析闪电密度、强度分布与不同下垫面的关系。结果表明:河池市闪电密度与草地、居民建设用地面积呈正相关,与林地面积呈负相关;河池市闪电强度与水域地、林地面积呈正相关,与草地、居民建设用地面积呈负相关。各个植被类型上的闪电日变化呈现"双峰"型,其中居民建设用地的闪电日变化波动剧烈,林地的午后闪电变化呈现较均匀的波动增加。林地上的闪电密度值随海拔高度增加而减小,闪电强度随海拔高度增加而增大。     

大气冰核谱对雷暴云微物理过程及起电影响的数值模拟

利用已有的二维对流云模式,讨论了三种不同的冰核谱对雷暴云微物理、起电及电荷结构的影响。模拟结果表明:(1)不同的冰核谱环境对雷暴云中冰相粒子的含量及分布具有明显作用。冰核谱的垂直温区越大,产生的冰相粒子分布越广。在冰核浓度较大的个例中,冰晶和霰粒子的含量高,更多的小冰相粒子出现在海拔更高的区域;(2)高温区冰核的数量会对上升气流速度产生显著影响。高温区的冰核越多,冰相粒子在微物理发展过程中释放的潜热越多,上升气流强,对流发展越旺盛;(3)在低温区冰晶浓度高的谱环境个例中,雷暴云中的非感应起电率和感应起电率高,导致起电量增加。高温区冰核多的谱环境,大量冰晶和霰获得正电荷形成次正电荷区,电荷结构呈现三极性;而高温区冰核少的谱环境,参与起电的水成物粒子少,易形成偶极性电荷结构。     

青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明:高原夏季云水含量占全年48%,东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道(依次简称通道1、2、3、4)。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2,4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时,来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送,主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时,南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时,西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原,主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时,来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送,使高原中部、东南部云水含量偏多。此外,西太平洋副热带高压(下称副高)偏西南偏强时,水汽通道2、4强度偏强,有利于水汽向高原输送。     

初始场与云微物理参数方案在飑线数值模拟中的对比研究

采用CM1模式以200 m的高精度水平网格距对一次东北冷涡下的飑线过程进行模拟,采用1 km的水平网格距进行对比试验探究网格距的影响,并通过探空资料的替换与修改研究不稳定能量和垂直风切变对飑线发展的影响。研究表明,水平网格距增大主要使系统演变减缓,强度也有一定的减弱;初始场的不稳定能量减小会使飑线减弱明显,直至无法生成;垂直风切变对飑线的形成影响较小,主要改变了飑线的结构,没有垂直风切变时形成的飑线更为松散。最后的敏感性试验研究了7种云微物理参数方案对飑线内水粒子分布的影响,发现不同的云微物理参数方案会使水粒子的含量和分布出现变化,进一步影响固、液态的降水,飑线模拟采用的NA方案高层冰和雪含量最高,但由于雨和降落到地表的雹、霰含量低,使得累计降水量最小。     

1961—2010年中国气候生产潜力时空格局变化及其潜在可承载人口分析

以气温、降水格点数据为基础,采用Thornthwaite Memorial模型计算了中国气候生产潜力(CPP),并从气候的角度估算了耕地上气候资源潜在可承载的人口数,以便增强了解气候变化的影响及气候资源最大人口支撑能力。结果表明:1961—2010年中国CPP总体呈突变性增加趋势,1987年为突变点,年最低、最高及平均值分别为689. 18、814. 56和744. 05 g·m^-2·a^-1。空间上呈现出从西北向东南逐渐递增的带状分布,其中高值区主要分布在华南大部,最高值达2103. 56 g·m^-2·a^-1;低值区主要分布在西、北部地区,最低值为39. 28 g·m^-2·a^-1。2001—2010年中国大部分地区CPP年平均值相对于1961—2010年多年平均值变化幅度不大,变化比例高的地区基本上分布于中国西、北部,其中增加的区域达82%,主要分布在华东地区、新疆西部、西藏北部及青海大部,远大于缩减的区域(17%)。1995—2010年,基于公里网格的耕地气候潜在可承载人口为46—2180人·km^-2,全国平均值最低的年份为1130人·km^-2,对应的实际人口为0—49729人·km^-2,全国平均值均不高于137人·km^-2;全国实际总人口为11. 43—13. 04亿,耕地气候潜在可承载总人口为19. 72—20. 22亿,前后比值为58%—65%。这表明,中国耕地生产力未达到气候生产潜力,尚有一定的开发潜力;实际人口在中国大部分地区均没有超出气候资源潜在可承载的最大人口,然而在少数省市(如生态环境脆弱的青海省以及经济发达的大城市及沿海地区)已超出。     

城市水文过程对气象环境影响的模拟分析

采用引入城市水文过程的WRF/SLUCM方案,以北京2010年7月4—6日高温热浪天气为背景,模拟了绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程对城市气象环境的影响。结果表明:(1)绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程可导致北京城区13 ∶00(7月4—6日小时平均,下同)潜热通量升高最多约100 W·m^-2 ,02 ∶00升高最多约15 W·m^-2;感热通量13 ∶00降低最多约80 W·m ^-2;02 ∶00降低最多约5 W·m^-2 。(2)城市水文过程可导致城区13 ∶00相对湿度增加最多约4%,02 ∶00约6%;地表气温13 ∶00降低最多约1.2 ℃,02 ∶00约0.4 ℃。(3)城市水文过程对北京城市热岛强度的减弱效果白天明显好于夜间,且在10 ∶00—14 ∶00出现了强度约0.8 ℃的冷岛效应。(4)水文过程会导致北京城区500 m高度以下白天大气温度最多降低0.5 ℃,相对湿度最多增加3%,但夜间影响较小。由于热对流运动的减弱,城区边界层高度降低约200 m;城区1 km高度以上水平风速增大,低层风速减小。     

大涡模式水平分辨率对边界层夹卷过程及示踪物垂直传输的影响

利用敦煌干旱区野外加密观测资料,结合大涡模式模拟研究模式水平分辨率对边界层对流、夹卷过程及示踪物垂直传输的影响。结果表明:模式水平分辨率越高,模拟的边界层对流泡个数越多,尺度越小,且对流强度越强;提高模式水平分辨率,夹卷层位温方差增大,水平速度方差减小,垂直速度方差增大,且上升冷气流对夹卷层热通量的贡献最大。模式水平分辨率越高,垂直速度、位温及示踪物绝对质量浓度概率密度函数分布变化范围相对越广,且模拟的细微变化特征越清晰。另外,提高模式水平分辨率,模拟的示踪物空间分布特征更加细致,示踪物传输高度也较高。综合考虑到分辨率越高在模拟过程中产生的噪音越大且计算时间越久等问题,认为采用200 m水平分辨率时,模式既能较好地模拟出边界层对流的平均结构,又能模拟出边界层湍流的较细微分布特征,是较为理想的选择。     

龙滩库区2017年4月20-21日降水过程人工增雨条件分析

利用Micaps常规资料、欧洲再分析资料及地面自动气象观测站数据,分析2017年4月20～21日河池市天峨县龙滩库区降水过程的人工增雨作业实施条件。结果表明:春季,当有南支槽、切变线及地面冷空气等系统配合时,能够为降雨提供充足的水汽及较好的动力抬升条件;作业点上空大气层结不稳定,中低层水汽含量丰富,利于对流云团发展和维持;云系垂直累积液态水含量在0.1mm以上,云顶温度在-45℃～-25℃之间,具备冷云增雨条件,实施增雨作业是合理的。     

北部湾海域灾害性海浪特征及影响天气系统分析

利用北部湾海域浮标站20152018年的海浪观测资料,对北部湾海域的灾害性海浪特征及影响天气系统进行了分析,结果表明:北部湾海域灾害性海浪平均每年出现2.5次,最多年出现4次(2016年);10月出现的灾害性海浪最多,8月的次之;灾害性海浪的最大有效波高3.0~5.0m,波向以N和NW方位最多,分别占30%;灾害性海浪过程持续时间最长为1190min,最短为20min;台风和冷空气是引发灾害性海浪的主要天气系统,台风引发的占60%,冷空气引发的占40%。其中以台风引发的灾害性海浪过程最多、海浪最高、持续时间最长。引发灾害性海浪的台风移动路径绝大部分经过北部湾;东路和中路冷空气更有利于北部湾灾害性海浪形成,灾害性海浪形成时常有一个冷高压位于四川盆地到江汉平原一带,中心气压在1030hPa以上,北海与海口的最大海平面气压差在4.3hPa以上。     

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。