低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。     

飑线结构和强度对低层湿度和环境垂直风切变的敏感性研究

利用数值模式WRF进行二维飑线理想数值试验。通过改变初始场低层湿度和低层环境垂直风切变探讨了初始环境场对飑线在触发阶段与发展初期结构和强度的影响。低层湿度试验表明,增加低层湿度有利于初始启动阶段对流的发生从而使对流系统强度更强;飑线强度增加,对流上升运动增强,更有利于冷池前沿激发出新生对流单体,系统发展更快;同时激发更多降水,冷池强度增强。低层环境垂直风切变试验表明,在飑线触发阶段,更强的环境垂直风切变使对流主体前倾趋势更大,对对流的触发有阻碍作用;冷池和环境垂直风切变的相互作用被认为是飑线发展的重要机制,基于RKW理论,在飑线发展初期,近地面冷池相对较弱,在更弱的环境垂直风切变作用下更容易使对流结构呈直立状态从而产生更强和更深的上升运动,飑线强度增强。     

2014—2017年石家庄正定国际机场低空风切变特征及天气形势分析

采用2014—2017年河北石家庄正定国际机场的31次低空风切变航空记录、地面观测资料及同期NCEP/NCAR再分析资料,对正定国际机场低空风切变特征及发生低空风切变的天气形势进行统计分析。结果表明:2014—2017年正定国际机场低空风切变主要出现在午后和傍晚,14:00为峰值;春季最多,夏季次之;2015年低空风切变出现次数最多。石家庄正定国际机场出现低空风切变的天气形势主要有西北气流型、低涡型、西风槽型和横槽型,其中西北气流型出现低空风切变次数最多,且多在春冬季,春季最多,另外低涡型的对流天气易出现低空风切变。低空风切变预报时要多关注西北气流天气形势下的3 h和1 h正变压及负变温以及低涡天气形势下短时间内的气压和气温变化。     

垂直风切变对热带气旋强度及结构的影响

利用一个非静力、原始方程热带气旋模式(TCM4),通过对f平面不同强度的垂直风切变下理想热带气旋的模拟后发现:29.15°C的海温下理想热带气旋最大可能强度(MPI)接近910hPa,近中心最大风力可达到76 m·s-1左右。在理想条件下,能抑制热带气旋强度甚至减弱的垂直风切变临界值在8～10m·s-1。由于切变造成涡度平流随高度变化,使得在顺切变前部以及左侧边界层附近产生辐合,伴随着空气的气旋式螺旋上升,外流层对应区域产生辐散,从而使得强对流和强降水发生在顺切变左侧。     

东疆地区蒸发量变化趋势及气象影响因子研究

对东疆地区1961-2001年小型蒸发皿蒸发量及其相关气象影响因子进行了分析,结果表明,东疆地区蒸发量呈显著下降趋势,蒸发量1970年代至1980年代初期的增多和1980年代中期至21世纪初的减少是突变现象;6种气象因子对蒸发的决定程度相对湿度>水汽压>气温>风速>日照时数>净地表辐射,风速与日照时数、相对湿度与水汽压、气温与水汽压、气温与相对湿度的协同作用对蒸发量的决定作用很大.相对湿度的显著增加是导致东疆地区蒸发量逐年减少的重要原因.     

低空风切变对飞机起飞及着陆的影响

对低空风切变影响飞机起飞着陆从理论上进行了分析,给出了造成低空风切变的3种天气背景,并就如何防范低空风切变,确保飞行安全进行探讨。     

近20年华北地区土壤水储量变化趋势及水分管理与调配对策

从35个台站土壤湿度实测资料出发,探讨了近20年华北地区土壤水储量变化趋势及时空特征。结果表明:全区年平均0~50 cm土壤水储量总体呈减少趋势,但区域差异明显。土壤变干最显著的两个中心区域分别为京津塘地区和山西西部,次显著中心为内蒙古东部。在0~50 cm深度范围内,从地表面开始,随深度增加,土壤水储量的减少幅度逐渐增加,且季节特征明显,即春秋季减少幅度大于夏冬季。各分区土壤水储量的变化趋势呈现出显著的年代际特征,就0~50 cm土壤水储量而言,各分区存在一个共同特点:1995~2002年均呈明显的波动下降变化趋势。土壤变干的趋势,对华北地区农业和生态具有一定的不利影响,因此结合区域实际提出相应的水分管理与调配措施。     

2013年1月华北地区重雾霾过程及其成因的模拟分析

2013年1月11~14日,华北地区经历重雾霾过程。为了探讨其形成原因,利用大气化学模式系统Weather Research and Forecasting(WRF)-Chem模拟2013年1月华北地区气溶胶的时空变化。模拟的能见度、气象要素(温度、湿度、降水、风速和风向)以及细颗粒物(PM2.5,大气中直径≤2.5μm的颗粒物)地表浓度的时间变化与近地面观测值都较为吻合。模拟结果表明,1月11~14日,细颗粒物高值分布于河北省南部和东部、天津地区以及北京地区,其日均值约为400~500μg m–3。通过与历史气候数据比较发现,2013年1月10~15日华北地区的气象条件表现为较大的相对湿度正距平(20%~40%)以及风速的负距平(-1 m s–1)。北京站点的探空数据还表明,在1月11~13日期间,垂直方向上,1 km以下的大气中存在明显的逆温层,并且湿度保持较高的值(80%~90%)。模拟结果表明,1月11~14日,近地面南向风和东向风将水汽输送到华北地区,上层大气(850hPa)的西北风则将沙尘输送到华北地区。以上气象条件有利于气溶胶的吸湿增长和浓度的聚集。硝酸盐的收支分析表明,在北京地区,与1~9日相比,10~14日夜间化学生成和传输的显著增加都贡献于硝酸盐浓度,是重雾霾形成的主要原因。     

1955—2006冬半年中国极端低温的时空变化特征

采用1955—2006年全国275个台站冬半年逐日最低气温资料,对中国冬半年极端低温的时空特征和变化趋势进行了分析。结果表明：在全国范围内冬半年极端低温频数变化一致,均呈减小趋势,1983年前后发生了明显的突变;近52 a来最显著的减小趋势位于华北、长江中下游及江南地区,最不显著的减小趋势位于河套地区,较弱的减小趋势位于四川盆地和云贵高原地区;中国冬半年年极端低温事件频数的空间差异明显,各区域极端低温频数突变的年份均不一致,各区域突变前后的极端低温频数存在较大差异,但近年来,各区域冬半年极端低温频数变化均趋于稳定。     

1961-2010年黄河流域蒸发皿蒸发量变化及影响因子分析北大核心CSCD

利用黄河流域内61个气象站逐月观测资料,使用Mann-Kendall非参数检验方法对1961—2010年黄河流域小型蒸发皿蒸发量变化趋势进行了分析,并用SVD和多元回归方法检测影响蒸发量变化的因子。结果表明,黄河流域年蒸发皿蒸发量在1961—2010年显著下降,四季中夏季的下降趋势最显著,年和春、夏季蒸发量均在1979年发生突变。上、中、下游的年蒸发量变化率分别为-2.38 mm/a、-2.35 mm/a、-8.35 mm/a,下游下降幅度较大。空间变化分布上,年和春、夏季蒸发皿蒸发量均在黄河流域河源地区、河套地区西部及北部、河南北部有显著下降趋势,在河套地区东部呈显著上升趋势。利用SVD分析发现蒸发量的空间变化与不同因子作用有着显著关联,通过对不同区域内各影响因子的多元回归分析发现流域内蒸发量上升的地区主要是由气温上升所引起,而下降的地区则与风速减小有关。     

大连机场典型低空风切变的成因分析

风切变是指空间两点之间的风的矢量差,风切变分为水平风切变和垂直风切变。航空气象学中,低空风切变通常是指近地面600 m高度以下的垂直风切变,低空风切变严重危害航空活动安全,尤其是在飞机起飞和着陆阶段。为了提高对低空风切变的预报准确率和提前预警时间,利用大连机场话音方式航空器报告统计大连机场出现的低空风切变特点。大连机场低空风切变出现最多的季节是秋末和春季,其中以西北大风和偏北大风造成的低空风切变最为典型,这种切变常常出现在地面风向为360°或350°、平均风速9 m·s^-1、阵风风速16 m·s^-1的观测时次附近。选取3个大连机场典型低空风切变的天气个例,利用NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料分析大连机场出现典型低空风切变时的天气形势特点,利用WRF模式输出资料,分析了大连机场出现典型低空风切变时低层的风场特征。分析结果表明,WRF模式输出的风场变化较小,不能体现低空风切变的突变特征,利用模式输出资料计算得到的反映偏差风相对大小的I值与风切变的出现有明显关系,当I大于0.5且逐渐增加时,容易出现低空风切变,当I小于0.5且逐渐减小时,不易出现低空风切变,可以利用I值及其变化情况进行风切变的预报预警。     

华北夏季降水的年代际变化及其与东亚地区大气环流的联系

利用1990－1999年华北夏季降水，海平面气压和1950－1999年NCEP月平均资料，借助小波变换研究了华北夏季降水的年代际变化特征，再用合成分析研究了华北夏季降水的年代际变化与东亚地区大气环流的联系，结果表明：近百年的华北夏季降水经历了20世纪30年代末之前和40年代末到70年代末两个多雨期阶段，20世纪30年代末到40年代末和70年代末之后两个少雨期阶段，华北夏季少雨期，东亚夏季风偏弱，亚洲地区500hPa高度场为正距平，副高脊线和北界位置偏南，贝加尔湖附近常伴有阻塞高压存在，而华北夏季多雨期则相反。     

Insight into the Role of Lower-Layer Vertical Wind Shear in Tropical Cyclone Intensification over the Western North Pacific

Vertical wind shear fundamentally influences changes in tropical cyclone (TC) intensity. The effects of vertical wind shear on tropical cyclogenesis and evolution in the western North Pacific basin are not well understood. We present a new statistical study of all named TCs in this region during the period 2000-2006 using a second-generation partial least squares (PLS) regression technique. The results show that the lower-layer (between 850 hPa and 10 m above the sea surface) wind shear is more important than the commonly analyzed deep-layer shear (between 200 and 850 hPa) for changes in TC intensity during the TC intensification period. This relationship is particularly strong for westerly low-level shear. Downdrafts induced by the lower-layer shear bring low θ e air into the boundary layer from above, significantly reducing values of θ e in the TC inflow layer and weakening the TC. Large values of deep-layer shear over the ocean to the east of the Philippine Islands inhibit TC formation, while large values of lower-layer shear over the central and western North Pacific inhibit TC intensification. The critical value of deep-layer shear for TC formation is approximately 10 ms-1 , and the critical value of lower-layer shear for TC intensification is approximately ±1.5 ms-1 .     

近40a甘南高原日照时数变化趋势及影响因子

利用甘南高原8个气象站1971~2010年的日照时数地面观测资料,对其近40 a日照时数的时空变化特征进行了分析。发现:甘南高原年日照时数的空间分布特征呈西多东少;月际变化表现出明显的3峰3谷的特征;20世纪70~80年代是甘南高原日照时数最少的时期,而20世纪90年代日照时数明显增加,进入21世纪后,高原西部日照时数出现了减少的趋势,而东部仍以偏多为主。突变分析表明,甘南高原日照时数的变化可分为3种类型:第1类为出现增大突变,并且仍持续上升的,主要有卓尼、迭部;第2类为出现增大突变,但目前开始减少,主要有夏河、玛曲、舟曲;第3类为未出现突变的,有合作、碌曲、临潭。日照时数的变化与气温、水汽压、云量、降水和风速的变化密切相关,造成甘南高原西部与东部日照时数不同变化趋势的主要原因是降水量和风速的不同变化。     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

基于CCMP风场的中国近海18个海区海面大风季节变化特征分析

利用1988-2010年CCMP(Cross Calibrated Multi-Platform)高时空分辨率10 m风场分析了我国近海海区的大风(6级以上)日数和大风风速的空间分布特征,并且按照中央气象台对近海海区的划分,分析了近海18个海区大风的季节变化特征.我国近海大风日数高值中心及大风风速高值中心都集中于巴士海峡、台湾海峡和南海东北部海域,在巴士海峡和南海东北部海域交界处最高可达140天以上,平均大风风速达到13m/s以上.从季节变化来看,大风日数和大风风速充分体现了东亚季风冬强夏弱的特点.冬半年,大风日数及风速高值中心一直位于东海东北部、台湾海峡、巴士海峡、南海东北部以及南海西南部海域,12月是一年之中大风日数和强度的峰值时期.从4月开始,南海西南部的高值中心消失,而以北海域的高值区的分布基本不变,这种情况一直持续到9月.近海18个海区的季节变化呈现出不同的区域差别,南海中部和南部的4个海域大风日数呈双峰型变化,冬季的12月至次年1月出现最高值,夏季西南季风时期的7-8月出现次高值.除琼州海峡外,包括南海北部海域的其余13个海区高值均在冬季12月至次年1月,低值出现在夏季6-7月.     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

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。     

1880-2006年中国夏季雨带类型的年代际变化特征

 利用1880-2006年中国东部地区夏季降水量及1951-2006年中国160个站夏季降水量和北半球大气环流资料,在夏季降水分型的基础上,研究了夏季雨型的年代际变化规律,分析了夏季各类雨型所对应的北半球500 hPa环流场的主要特征。结果表明：东部季风区和西部区存在着20～40 a左右的年代际振荡趋势,东北区则表现为明显的15 a左右的年代际变化特点;东部季风区四类雨型东亚大气环流差异显著,西部区二类雨型和东北区二类雨型欧亚大气环流的配置基本都相反。     

华东地区能见度时空变化特征及影响因子分析

为探究华东地区能见度变化情况,利用1973—2020年的能见度数据、2014—2019年的气象要素和污染物浓度数据,采用趋势分析、经验正交函数(Empirical Orthogonal Function, EOF)分解、相关分析的方法,分析了能见度时空变化特征及影响因子。结果表明：(1)1973—2020年能见度呈显著(p<0.01)下降趋势,变化倾向率为-1.315 km/10a,季节之间存在差异,夏、秋季能见度下降速率较大分别为1.681 km/10a、1.443 km/10a;冬、春季下降幅度相对较小分别为1.092 km/10a、1.091 km/10a。其中,1973—2012年能见度呈显著(p<0.01)下降趋势,变化倾向率为-1.204 km/10a, 2013—2020年能见度呈不显著(p>0.05)增加趋势,变化倾向率为2.229 km/10a,近8年(2013—2020年)来能见度存在明显改善。(2)华东地区南部、北部能见度较好,中部能见度较差。EOF分解第1模态表明华东地区能见度整体变化趋势一致,第2模态具有明显的区域差异。(3)能见度与相对湿度...