The Key Supply Source of Long-Distance Moisture Transport for the Extreme Rainfall Event on July 21, 2012 in Beijing

In this study, the Weather Research and Forecasting (WRF) model and meteorological observation data were used to research the long-distance moisture transport supply source of the extreme rainfall event that occurred on July 21, 2012 in Beijing. Recording a maximum rainfall amount of 460 mm in 24 h, this rainstorm event had two dominant moisture transport channels. In the early stage of the rainstorm, the first channel comprised southwesterly monsoonal moisture from the Bay of Bengal (BOB) that was directly transported to north China along the eastern edge of Tibetan Plateau (TP) by orographic uplift. During the rainstorm, the southwesterly moisture transport was weakened by the transfer of Typhoon Vicente. Moreover, the southeasterly moisture transport between the typhoon and western Pacific subtropical high (WPSH) became another dominant moisture transport channel. The moisture in the lower troposphere was mainly associated with the southeasterly moisture transport from the South China Sea and the East China Sea, and the moisture in the middle troposphere was mainly transported from the BOB and Indian Ocean. The control experiment well reproduced the distribution and intensity of rainfall and moisture transport. By comparing the control and three sensitivity experiments, we found that the moisture transported from Typhoon Vicente and a tropical cyclone in the BOB both significantly affected this extreme rainfall event. After Typhoon Vicente was removed in a sensitivity experiment, the maximum 24-h accumulated rainfall in north China was reduced by approximately 50% compared with that of the control experiment, while the rainfall after removing the tropical cyclone was reduced by 30%. When both the typhoon and tropical cyclone were removed, the southwesterly moisture transport was enhanced. Moreover, the sensitivity experiment of removing Typhoon Vicente also weakened the tropical cyclone in the BOB. Thus, the moisture pump driven by Typhoon Vicente played an important role in maintaining and strengthening the tropical cyclone in the BOB through its westerly airflow. Typhoon Vicente was not only the moisture transfer source for the southwesterly monsoonal moisture but also affected the tropical cyclone in the BOB, which was a key supply source of long-distance moisture transport for the extreme rainfall event on July 21, 2012 in Beijing.     

区域性旱涝与海温特征分布的相关链模型

文章分析了长江中下游夏季旱涝年前期冬春太平洋海温特征分布,揭示了旱涝年前期太平洋海温“强信号”的分布特征,提出了夏季中国长江中下游区域旱涝年低纬海温纬向反位相模型．为了研究长江中下游旱涝成因,还进一步探讨了北半球大气环流动力结构对北太平洋海温热力异常时空分布的响应特征及其相关链物理模型框架,揭示出北太平洋海温不同区域热力结构对北半球环流型特征影响的动力学机理及其类似经向波列特征．另外,还建立了区域旱涝前期海洋－大气时空相关的统计－动力模型,并提出了强信号因子响应判别拟合度方法．     

一种改进的数值预报降水偏差订正方法及应用

对传统的消除偏差法进行改进,形成分等级消除偏差法,并使用混合训练期和60 d滑动训练期方案分别对2012年6—8月ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasting) 模式夏季1~5 d的降水预报进行订正试验。为了尽可能符合中国东部夏季降水具有移动性及多种时间尺度变化的特点,混合训练期以预报期前30 d与预报期前一年同日的前后各15 d组成。结果表明:在使用分等级消除偏差法的基础上,相比ECMWF模式降水预报,两种训练期方案的订正结果几乎对各个阈值的ETS评分均有一定提高,特别是对25 mm以上降水预报评分的提高幅度,混合训练期方案的订正结果明显高于60 d滑动训练期方案;在区域性强降水预报的订正中,混合训练期方案优势更为明显。另外,通过分析两种训练期方案的预报偏差发现,分等级订正是此次消除偏差订正试验中提高强降水预报评分的关键,选择合适的训练期可以增加评分提高的幅度。由于上述试验使用的ECMWF模式预报和站点实况均是业务上常用数据,因此,该方法具有一定的业务应用价值。     

北京一次持续霾天气过程气象特征分析

2013年1月10-14日,北京平原地区出现了水平能见度在2 km以下、以PM_2.5为首要污染物、空气质量持续5 d维持在重度以上污染水平的霾天气。综合分析此次霾天气过程的天气形势、北京地区常规和加密气象资料以及城郊连续观测的PM_2.5浓度资料。结果表明：此霾过程期间,北京高空以平直纬向环流为主,受西北偏西气流控制,没有明显冷空气南下影响北京地区,地面多为不利于污染物扩散和稀释的弱气压场;大气层结稳定、风速小(日平均风速小于2 m·s^-1)、相对湿度较大（日平均相对湿度在70 %以上）、逆温频率高强度大,边界层内污染物的水平和垂直扩散能力差;北京城区及南部的京津冀地区人类活动排放污染物强度大,在相对稳定和高湿的天气背景下,受地形和城市局地环流的影响,北京本地污染物累积和区域污染物输送以及PM_2.5细粒子在高湿条件下的物理化学转化等过程共同作用造成此次北京城区及平原地区污染物浓度快速增长并持续偏高,高浓度PM_2.5对大气消光有显著影响,造成低能见度和持续霾天气。     

农业干旱综合应变防御技术研究

针对华北地区农业生产水平和农业干旱特点 ,于 1 996～ 1 998年进行了农业干旱监测预测、秸秆覆盖、底墒科学利用、有限水胁迫效应、深松、多功能防旱剂和有限灌溉等单项农业干旱防御技术试验研究 .在它们的防旱机理、功能和操作技术方面取得了较好的效果 .在此基础上 ,在干旱严重的 1 998～ 1 999年冬小麦生育期内 ,在河南郑州郊区、山东泰安郊区和河北固城 ,根据各地条件因地制宜地对上述技术进行组装配套集成示范试验 .结果表明 ,综合应用这些技术具有较显著的抗旱增产效能 ,小麦增产 1 0 .1 %～ 36.0 % ,耗水量减少 1 .0 %～ 1 9.0 % ,水分利用效率提高 1 0 .6%～ 60 .0 % .     

“21·7”河南特大暴雨气象和水文雨量观测对比

2021年“21·7”河南特大暴雨打破我国大陆小时气象观测纪录,该极端天气事件位列2021年中国十大天气气候事件第2位。已有研究使用气象地面站雨量观测资料对此次过程进行雨情分析和极值统计,但降水时空分布不均匀,单一来源资料存在不确定性。通过对比气象站和水文站雨量资料,分析两套业务观测系统记录“21·7”河南特大暴雨过程的异同,发现气象站和水文站雨量在时间和空间分布上具有很好的一致性,两者不同等级的累积降雨落区、逐日和逐时降雨演变趋势均一致性强,但累积雨量和雨强极值的空间分布和数值存在差异,两套资料在暴雨中心（过程雨量大于600 mm）的系统性偏差小于1%。气象站和水文站的融合资料呈现比单一资料更细致的降雨分布、更全面的演变特征。此外,基于融合资料发现累积雨量排名前3位的城市（郑州、鹤壁、新乡）均具有累积雨量大、小时雨强极强、强降雨集中、雨强突然增长的特征,鹤壁和新乡最强降雨时段分别比郑州晚26 h和28 h。     

夏季亚洲季风区对流层-平流层不可逆质量交换特征分析

基于2005年NCEP/GFS分析资料和拉格朗日粒子扩散模式的“Domain Filling”技术,以气块穿越对流层顶后的滞留时间为标准,诊断分析了夏季亚洲季风区对流层-平流层质量交换,重点讨论了对平流层大气成分收支具有实际意义的不可逆双向质量交换过程,并利用前向（后向）轨迹追踪方法,分析了其4天的“源（汇）”特征.研究结果表明：(1)对流层-平流层质量交换(Troposphere-Stratosphere mass Exchange,STE)的计算对滞留时间阈值的选择具有较强敏感性,大多数的气块在1～2天内可频繁地往返对流层顶.这些瞬时交换事件的考虑与否对穿越对流层顶的质量交换计算的准确性具有重要影响,尤其在中纬度的风暴轴区域.(2)从亚洲季风区对流层-平流层质量净交换纬向平均上看,45°N以南的区域为对流层向平流层的质量输送(Troposphere to Stratosphere mass Transport,TST),副热带地区为最强的上升支,而在45°N~55°N的中纬度地区是平流层向对流层质量输送（Stratosphere to Troposphere mass Transport,STT）.地理分布上,STT主要分布在青藏高原以北的东亚地区,与亚洲季风区夏季大尺度的槽区相对应.夏季整个亚洲季风区都是TST发生的区域,最大值位于青藏高原东南侧及其附近区域,该区域占亚洲季风区不可逆TST夏季平均总量的46%.(3)对流层-平流层质量交换的“源汇”特征分析表明,STT主要源于100°E以西、50°N以北的高纬地区,向下可以输送到中国东北部及朝鲜半岛北部等中纬度区域.而TST主要来源于中纬度和副热带地区的大气输送,向上穿越对流层顶高度以后,可分别向高纬的极地和热带地区输送,这意味着亚洲季风区夏季的TST水汽输送可能进入“热带管”中,进而可能对全球平流层水汽平衡产生重要影响.     

天气尺度系统稳定性结构、相路特征的分岔及热源时间振荡影响问题的探讨

本文研究了有关天气系统突变的非线性因子的影响效应,指出环境大尺度基本流场的平流输送及不同尺度系统的能量转换可能对天气尺度系统异变起了重要作用;由大气扰动偏离与趋于平衡态的过程,看出扰动发展与衰减的速率与平流输送、不同尺度能量转换的非线性作用有关,还研究了扰动稳定性结构与相路特征的分岔问题和热源对扰动解的影响效应,揭示出热源时间振荡与大气扰动存在着非线性的相关,可能导致扰动的突变.     

不同尺度云团系统上下游的传播与1998年长江流域大暴雨

利用加密的卫星和雷达资料,对云团系统的传播和发展与1998年长江大暴雨的关联进行了探讨.结果表明,热量和水汽的输送通道的重建以及青藏高原低涡向长江流域的传播是1998年7月长江流域大暴雨发生的重要背景条件,它们向下游输送和传播的形式有3种类型,即纬向型、西南型和混合型;而下游地区多个中尺度对流系统的连续生成及其不同形式的组合、发展则是过程降水异常的关键因素.