2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析

在欧亚大陆中高纬度长期维持阻塞形势的背景下,2008年1月11日至2月2日中国南方连续经历了4 次低温雨雪冰冻天气过程(简称"0801南方雪灾").这次强天气事件过程范围广、强度大、持续时间长且灾害极为严重.其天气学特征表现为中高纬阻塞形势稳定少变,低纬系统活跃确保水汽输送,以及南方部分地区满足冰雪风暴形成的有利天气条件等.研究表明,导致大气环流异常从而促使这次低温雨雪冰冻强天气事件出现的主要因素包括:(1)北极涛动(AO)的异常活跃,有利于行星尺度波动的稳定维持;(2)阻塞上游50°N区域有极强的负涡度平流持续输送到阻塞区,使濒临崩溃的阻塞形势得以重新加强,从而使阻塞形势长时间稳定维持;(3)青藏高原以南低纬地区南支气流活跃,确保中国南方充沛的水汽来源;以及(4)长期存在有利于冰雪风暴生成发展的天气-动力-物理学条件等."0801南方雪灾"事件一个突出的特征就是冰冻现象极为严重.文中借助新型卫星CloudSat的星载云廓线雷达(CPR)资料对这次事件中典型云系进行天气-动力-物理学分析,揭示出西南暖湿气流沿锋面爬升,形成界限分明上下交替的两个冷暖气团,冷气团较浅薄;在2-4 km高度存在一个融化层,冰水不仅存在融化层之上,在近地面层亦含有丰富的冰粒子.结合常规观测资料分析发现,在此期间中国南方大部地区中层(大约在850-700 hPa)存在温度大约在0-4 ℃的逆温层,地面气温大致维持在-4-0 ℃且相对湿度在90%以上,分析表明,此次大范围冰冻灾害天气是由于冻结、凝华和冰雾粒子的附着增长等物理过程共同作用的结果."0801南方雪灾"事件持续时间较长,事件本身作为一个整体其成因可追溯到行星尺度系统.研究极涡异常及其随时间变化的结果表明,平流层极涡变化比对流层的超前,尤其是该事件前期平流层极涡进入12月后就趋于加强,而对流层的极涡加强则明显滞后,并且直到1月中至2月初才快速加强;这意味着平流层蕴含着对流层极涡变化及伴随的强天气事件的先期信号,这可能是中长期预报的一个值得深入研究的方向.     

青藏高原UT/LS夏季CO的季节内变化特征及可能影响因子分析

基于2005、2006年夏季大气微波临边探测仪(MLS)探测的青藏高原上对流层-下平流层(UT/LS)一氧化碳(CO)和臭氧浓度数据,分析了其浓度的季节内变化特征并对可能机制进行了初步探讨。结果表明,青藏高原及其周边区域UT/LS是大气痕量成分的异常区,具有对流层特性的一氧化碳和具有平流层特性的臭氧在时间变化呈现出反位相变化特征;UT/LS大气成分的变化存在两个主要季节内振荡(ISO)周期,即10～20天和30～60天,但不同的高度上具有不同的表现特征,UT主要表现为10～20天的季节内振荡,而LS主要表现为30～60天的季节内振荡;这两个振荡周期分别和夏季对流活动以及南亚高压的季节内变化具有同位相特征,说明上述两个因子可能是影响该区域不同高度的大气痕量成分季节内振荡的两个主要动力过程。      

2013~2017年气象条件变化对中国重点地区PM2.5质量浓度下降的影响

2013~2017年中国出台《大气污染防治行动计划》(简称"大气十条"),实施了系列污染减排措施,重点地区PM2.5质量浓度下降明显,这其中气象条件变化起到了多大作用,是政府和公众特别关心的问题.文章主要基于各类气象要素观测、诊断、结合污染-气象条件指数等对PM2.5污染影响的深入分析,发现"大气十条"实施后的2014~2015年中国重点地区气象条件相较2013年变差, 2016和2017年气象条件相较转好.但在京津冀地区2017年相较2013年PM2.5质量浓度下降的39.6%中,仅有~5%(约占总PM2.5降幅的13%)是来自气象条件转好的贡献;在长三角地区下降的34.3%中,有~7%(约占总PM2.5降幅的20%)是来自气象条件转好的贡献,由于气象条件改善程度明显低于此区域观测到的PM2.5降幅,显示出"大气十条"实施五年减排仍然发挥了PM2.5污染改善的主导作用,天气和气候变化因素虽有影响但没有起到控制性作用(文章是用PLAM指数来量化气象条件变好或变差的).在珠三角地区,气象条件对2017年相较2013年的年均PM2.5浓度下降影响较弱,下降成效也主要来自减排的贡献. 2017年冬季气象条件在京津冀和长三角区域相较2013年分别转好约20%和30%,在两区域冬季PM2.5分别约40.2%和38.2%的降幅中起到了明显的"助推"作用.京津冀区域2016年冬季气象条件好于2017年冬季约14%,但2017年冬季PM2.5降幅仍大于2016年,显示出2017年更大力度的减排措施发挥了重要作用;在北京冬季持续性重污染期间选择气象条件相同的过程对比,也发现因减排导致的PM2.5下降幅度逐年增加,特别是2016和2017年下降的PM2.5浓度幅度更为明显,表明"大气十条"实施5年后空气质量改善的根本原因还是在于各项控制措施取得了实质性进展,特别是2017年冬季污染物排放量得到了有效削减.中国大气PM2.5持续性重污染主要发生在冬季,冬季京津冀地区仅因气象条件不利就会导致PM2.5浓度较其他季节上升约40~100%,这与冬季到达地面的太阳辐射下降有关,与中国华北冬季受青藏高原大地形"背风坡"效应所导致的下沉气流和"弱风效应"有关,与气候变暖导致的区域边界层结构日趋稳定有关.重污染形成是因为区域出现停滞-静稳的形势,高空环流型主要可分为平直西风和高压脊型,污染形成后不断累积的PM2.5污染还会进一步导致边界层气象条件转差、转差气象条件的反馈作用控制了PM2.5的"爆发性增长"现象,形成显著的不利气象条件与PM2.5累积之间的双向反馈.这些表明在中国现今大气气溶胶污染程度仍然居高的情况下,不利气象条件是持续性重污染形成、累积的必要外部条件.在重污染形成初期大幅降低区域污染排放,是消除和减少持续性重污染事件的关键手段.即使在有利气象条件下,也不宜无限制地允许排放,因为当污染累积到一定程度后会显著改变边界层气象条件、会"关闭"污染扩散的"气象通道".     

影响高原大气热源的海温强信号及其相关大气结构

利用1951—2007年NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA扩展重建海表温度ERSST.v3b数据,通过分析春季地气温差和大气热源显著性分布及变化特征,选定了东亚(以青藏高原为主)区域为研究对象,运用标准化指数计算、异常年合成,相关性比较等方法,分析并探讨了影响高原春季热源的前期冬季海温特征及时空分布关系。分析发现在冬季北太平洋海面存在着两个海温与春季高原视热源相关性较显著的区域,位于北太平洋东部海域A区及位于北太平洋西部海域B区,前者呈正相关关系,后者呈反相关关系。以3月高原热源为出发点,进一步分析了前期海温场对青藏高原视热源影响"强信号"区持续性,以印证冬季海温对春季视热源影响具有持续性的前兆性意义。通过异常年分析,揭示出对应于前期冬季海温强信号区异常年的高原大气视热源与风场垂直结构异常特征;通过前冬海温强信号区与夏季东亚相关环流型和水汽输送结构的相关矢综合分析,进一步揭示出夏季长江中下游多雨年的前冬海温强信号区域与后期夏季500hPa高度场相关型及其整层水汽输送相关矢特征。     

南亚高压对亚洲季风区夏季对流层上层水汽异常分布的动力效应

正确认识对流层上层水汽以及其他大气痕量成分的分布和形成机理对于正确认识全球气候变化具有重要的意义.已有的研究说明亚洲季风区为全球的一个特殊的区域.基于最新的卫星微波临边探测仪(EOS-MLS)资料,首先定性地分析了亚洲季风区对流层上层水汽分布异常特征,然后,利用2005年夏季NCEP/NCAR的GFS资料和大气拉格朗日...     

Variation Characteristics of Ambient NMHCs at Shangdianzi and Lin＇an Regional GAW Sites

In order to study the variation characteristics of concentration of the atmospheric non-methane hydrocarbons (NMHCs) in background area of China, the atmospheric concentrations of NMHCs were measured at Lin'an (LA) regional GAW (Global Atmosphere Watch) Station (30°25'N, 119°44'E; 132.0 m ASL) and Shangdianzi (SDZ) regional GAW Station (40°19'N, 117°07'E; 286.5 m ASL) with the sorbent sorp-tion/thermal desorption/gas chromatographic method. Totally 145 samples were collected during the period of October 2003 and July 2004. Among the 52 NMHC species of C2-C10 detected there were 26 alkanes, 17 alkenes, and 9 aromatics. The average concentrations of total NMHCs (TNMHCs) at LA and SDZ were (238.5±126.0)×KT9C and (278.7±185.5)x10-9C, respectively. The results showed the ambient concentrations of TNMHCs at LA regional GAW Station increased notably over the last decade. The compositions of NMHCs at SDZ and LA were relatively similar. The proportions of alkanes, alkenes, and aromatics for SDZ and LA were hi ranges of (27.3±4.0)%, (10.3±3.5)%, and (62.5±4.8)%, respectively, with features of vehicle exhaust emissions. The concentrations of NMHCs at the two sites showed obvious diurnal and seasonal variations. The TNMHC concentrations in October-November were high at the two sites, and relatively low in April and July. The diurnal variation patterns at the sites were different. The high TNMHC concentrations at SDZ normally appeared in evening and night, but appeared in morning at LA. The TNMHCs concentrations at the two sites were significantly influenced by the meteorological condition. The high TNMHC concentration associated with the local wind from the urban areas or traffic in upper reaches.     

近地层大气臭氧对作物光合作用影响的数值模拟研究

近地层O3浓度增加对作物光合产生不利影响,因此,利用TE-49C型臭氧自动观测仪对常熟农田上方O3浓度进行了逐时测定,同时利用OTC-1型农田开顶式气室,测定了不同O3浓度对冬小麦叶片光合作用的影响.在此基础上,首次建立了O3对冬小麦光合作用影响的数值机理模式,模式分辨率达到瞬时时间尺度,空间积分采用Ross方案,具有较高分辨率和准确度.对O3浓度观测表明:O3浓度逐时值变化在0～160×10-9之间,相比之下日平均值变化较小,仅在5×10-9～60×10-9之内;长江中下游地区农田上方O3存在三种典型日变化形式:高浓度单峰型、高浓度多峰型和低浓度平缓型.数值分析表明:全晴天状况下高浓度单峰型对光合作用日总量影响最大.数值敏感分析表明:O3浓度和辐射同步变化时,随着日总辐射量的加大,臭氧浓度增加对光合作用的影响程度逐渐加强.全生育期积分表明:水肥适宜时,由于O3影响冬小麦光合总损失量约为9.22%.     

中国东部旱涝与东亚“纬向驻波”环流型相关关系的数值试验

亚洲是世界著名的季风区,我国降水分布特征与东亚行星尺度环流型背景以及大地形结构有密切关系。本文采用p-σ坐标原始方程模式,着眼于西太平洋副热带高压与大陆热低压系统强度及其相互配置关系,即相应于东亚夏季风不同强度,与东亚海陆热状况密切相关的“纬向驻波”特征,研究夏季风流型与中国东部降水分布的相关。本文数值试验研究了东亚夏季风基本气流汇合特征与海陆纬向驻波环流型的相关;夏季暖湿区分布,暖湿舌形成与中国东部降水关系。还研究了我国东部雨带形成的高、低层流场的动力结构以及南亚高压活动特点。     

第2次青藏高原大气科学试验:陆气过程、边界层观测研究

JJAs国科学家在过去ZO年内先后开展了两次高原大气科学试验,试图对高原陆气相互作用的物理过程对气候变化和灾害性天气发生发展的作用机理有较深入的了解。第1次青藏高原大气科学试验问XPMEX）于1979年夏季进行,首次在青藏高原上获得了十分宝贵的各种加强观测资料。第2次青藏高原大气科学试验（TIPEX）于1998年5－8月进行,重点在高原大气边界层科学上,在技术上比常规试验要复杂得多。在边界层科学试验中投入了先进的仪器装备,例如风廓线仪,6－7层（20m）梯度观测塔、波文比系统,超声探测仪（风和温度）、脉动温湿仪、红外辐射…     

土地利用与土地覆盖变化的遥感监测及环境影响研究综述

土地利用与土地覆盖变化（LUCC）对全球生态、环境产生了巨大影响,是全球变化的原因之一,也是全球变化研究的重要组成部分。从遥感数据源、遥感分类方法、遥感动态变化监测方法3方面出发,介绍了遥感监测技术在LUCC研究中的应用现状;回顾了LUCC对气候、水文影响的研究进展,并对数值模拟方法在LUCC影响研究中的应用进行了重点评述;探讨了目前LUCC研究工作中在动力机制、对环境的影响、遥感技术及资料应用、多源数据的综合应用及利用区域气候模式进行数值模拟试验等方面存在的问题及未来发展趋势。