东亚冬季风的时空变化及其与ENSO、AO相互关系的研究进展

作为亚洲季风系统中的一个重要组成部分, 东亚冬季风的变化对北半球甚至全球的天气气候都有重要的影响。本文回顾了近些年国内外关于东亚冬季风变化特征, 主要包括其时间和空间演变及其与ENSO、AO之间相互作用等研究的主要进展。目前已有的研究结果表明, 东亚冬季风系统是一个贯穿于整个大气对流层的深厚型环流系统, 其异常表现为东亚区域整层环流系统的异常;东亚冬季风具有2a, 5~7a的年际变化和10a以上的年代际变化, 有空间分布的不均匀性及爆发与撤退日期的突变性;强弱冬季风年的异常环流形势在对流层各层以及高纬度、中纬度和低纬度地区都有所表现;在年际尺度上, ENSO、AO与东亚冬季风有一定的相关性, 但是在年代际上, 东亚冬季风同两者之间有着更显著的联系, 通过大气动力和热力过程, 它们之间相互影响、相互作用, 共同影响我国、东亚甚至于全球天气气候的变化。     

基于纹理的高寒地区人为扰动地表信息提取

高寒地区气候寒冷、生态环境脆弱。近年来,频繁的人类工程活动严重破坏地表植被,加剧了高寒地区的土壤侵蚀。为有效监管生产建设活动,遏制人为新增土壤侵蚀,开展及时、准确的监测分析迫在眉睫,探索符合高寒区域的人为扰动地表信息提取方法十分必要。目前仅靠单波段灰度图像纹理特征提取地表信息存在信息量不足等明显缺陷,改进的彩色图像灰度共生矩阵方法(Color gray-level co-occurrence matrix,简称CGLCM),可为人为扰动地表识别提供更为精确的纹理特征信息。本文以西藏自治区墨竹工卡县甲玛区为研究区,基于CGLCM提取出纹理特征并结合植被指数(NDVI)数据与光谱数据,运用面向对象分类方法实现人为扰动地表信息提取。结果表明,CGLCM方法相较于NDVI方法精度提高了5.12%,达到90.88%;Kappa系数提高了0.07,为0.87,结合纹理特征对影像分类可有效提高分类精度。据此,本文基于纹理特征的扰动地表信息提取方法为高寒地区提供了可靠的人为扰动信息提取途径,实现了基于遥感技术的高寒地区扰动地表信息快速自动监测。     

WRF模式多种边界层参数化方案对四川盆地不同量级降水影响的数值试验

利用中尺度模式WRF三种边界层参数化方案(MYJ、YSU和ACM2),对2012年四川盆地夏季连续40天逐日降水量进行数值试验,并检验评估了不同边界层参数化方案下模式对分级降水量和边界层结构的模拟能力,分析了各参数化方案对降水量模拟差异的可能原因。结果表明:三种边界层参数化方案对较小量级(小雨和中雨)降水量的模拟,24 h时效优于48 h,ACM2方案效果较好;对较大量级(大雨和暴雨)降水的模拟,48 h时效优于24 h,YSU方案模拟效果较好。对比分析温江站加密探空观测与模式模拟的大气边界层结构表明,ACM2方案对小量级降水时边界层结构的模拟较为准确,而YSU方案更适合于温江站大量级降水时边界层结构的模拟。不同边界层参数化方案对各量级降水量模拟差异的可能原因是边界层湍流混合强度的不同,MYJ方案湍流混合作用较弱,导致底层大量水汽积聚,不稳定性强,容易产生虚假降水,因此对各量级降水模拟能力均有限;YSU方案具有强烈的垂直混合强度,有利于局地水汽的向上输送,更易达到大量级降水发生发展的条件,适用于盆地较大量级降水的模拟;ACM2方案在保证足够湍流混合强度的同时,在较稳定条件下会关闭非局地输送,不致于产生过强降水,适合盆地较小量级降水的数值模拟     

青藏高原东南部复杂地形区不同天气状况下陆气能量交换特征分析

青藏高原地理环境复杂,已有大气陆面-边界层研究工作多集中于不同下垫面,很少有对复杂地形区的研究。本文利用青藏高原东南部林芝地区2013年5月20日至7月9日四个野外试验站点的观测资料,分析了不同天气条件下,高原复杂地形区不同下垫面的陆-气能量交换特征。结果表明:在各站向下短波辐射基本一致的情况下,地形较陡的北坡阔叶林站感热通量远大于其他3个站点;下垫面植被覆盖最多的南面麦田站潜热通量最大。各站能量通量有明显的日变化特征,晴天时,感热通量和净辐射明显大于阴雨天,而潜热通量随天气状况变化不大。青藏高原复杂地形环境比不同天气条件对于感热通量的影响更显著;不同地形阴雨天时对于潜热通量有明显的影响。当南亚季风槽前的西南暖湿气流影响到林芝地区时,该地区以阴雨天为主,反之则以晴天为主。林芝地区地-气通量的月内变化明显受南亚季风活动的影响。     

夏季南亚高压移上高原时间特征的初步分析

本文利用合成分析等方法分析了南亚高压上高原早晚东亚地区大气环流特征,并讨论了其对我国东部地区降水的影响。结果表明,南亚高压上高原时间变化不仅存在8 a的长周期变化,还存在2 a的短周期变化。在南亚高压上高原偏早(晚)年,南亚高压强度较平均态强(弱),东伸指数较平均值大(小)。并且偏晚年,850hPa上西太平洋副高较平均态偏西,长江流域地区存在辐合,降水增加;偏早年则反之。     

青藏高原全区与东西部各分区大气热源的变化规律对比

为了找出青藏高原与东西部各分区大气热源的变化规律,利用美国国家环境预报中心的月平均温度场、比湿场、风场以及位势高度场的再分析格点资料,采用"倒算法"计算得到高原地区月平均大气热源原始格点资料,对比分析青藏高原全区与东西部各分区大气热源在1948~2011年的年际和年代际变化特征,证实青藏高原大气热源的时空分布具有显著的差异性,研究结果表明:青藏高原全区和东西各分区的大气热源均表现出明显的年际振荡特征。在变化周期方面,青藏高原全区大气热源存在14年的显著周期,高原东部地区大气热源存在16年的显著周期,高原西部地区大气热源存在8年的显著周期。在变化趋势方面,青藏高原西部地区和东部地区1989年前,大气热源变化趋势相同,1989年后,大气热源变化趋势相反。在大气热源各个季节的空间分布方面,青藏高原全区大气热源各个季节热源热汇分布特征不同,春季西部地区出现热源中心,夏季东部地区出现热源中心,秋季东部地区出现热汇中心,冬季出现西部地区热源中心和东部地区热汇中心共存;在变化趋势突变检测方面,青藏高原全区大气热源在1989年存在显著的突变,西部地区大气热源1976年左右存在显著的突变,东部地区大气热源在1990年左右存在显著的突变。     

高原东部及邻近地区空中水汽资源的气候变化特征

利用欧洲中心月平均再分析资料,通过多种统计诊断方法,分析了高原东部及邻近地区空中水汽资源的气候变化特征,结果表明:1958-2001年以来,区域平均的年大气可降水量总体呈减少趋势,减少率为3 kg·m-2·(10a)-1;区域总水汽收入也呈减少趋势,减少率为6×105kg·(10a)-1;夏季风携带的南来水汽在高原东部及邻近地区扩展强度的减弱是整个区域水汽收入减少的主要原因;在全球气候变暖的背景下,源于中高纬地区水汽输送的影响值得关注.对于本文的研究欧洲中心再分析资料是比较适用的,在定性趋势方面得到的结论是可信的.     

四川盆地边缘山地强降水与海拔的关系

利用四川盆地1666个站点2011—2015年4—10月的逐小时降水资料及高精度格点海拔高度资料,对降水特征与海拔高度的变化关系进行详细分析,研究发现:(1)汛期总降水量、总雨日、小雨日、中雨日随海拔高度升高而增加,但降水量与雨日随海拔的增长方式并不相同,降水量显著增长区主要集中在200～1200 m,当海拔超过1200 m时降水量迅速减少;大雨日及暴雨日在海拔超过1200 m后也迅速减少。(2)盆地西北部、西南部沿山一带的暴雨日主要由强小时雨强贡献,而盆地东北部的暴雨日主要受持续性降水影响。(3)四川盆地复杂地形对降水的日变化有较为显著的影响,小时雨量及短时强降水频次峰值出现时间均随着海拔高度升高而提前,而短时强降水首次出现时间则随海拔高度升高而推迟。     

四川区域FY-2F卫星和探空相对湿度数据的对比分析

在下垫面相对比较复杂的四川区域,为了解风云二号F(FY-2F)卫星相对湿度产品的可靠性,利用2013~2017年加密观测期间研究区内11个加密观测站点探空探测资料与FY-2F卫星湿度产品进行对比分析,给出了FY-2F卫星相对湿度产品的分析结果,并从偏差统计、相关系数统计等方面对比分析了二者数据间的差异。结果显示:FY-2F卫星湿度产品整体数值小于探空湿度,和探空数据间的相关系数区间为-0.16~0.64;相对偏差区间为-1.65~-0.19;相关系数变化趋势均随气压层高度变化呈线性变化趋势;FY-2F卫星产品的可靠性随着高度升高而升高。      

四川盆地两次冬季寒潮天气过程对比分析

本文利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim全球再分析资料,常规地面、高空观测资料,及地面自动站观测资料,对2018年12月5～7日和27～29日四川盆地两次典型寒潮天气过程进行了对比分析。结果表明:两次过程均是在前期升温的基础上,500hPa欧亚中高纬度为一脊一槽,地面有强冷空气在中西伯利亚堆积,横槽转竖引导冷空气爆发南下造成的;冷空气爆发后,由于寒潮发生的环流背景、影响系统和冷平流强度、发展、路径不同,由此带来的天气现象和对四川盆地的影响也不同。两次过程中南支槽强度、移动速度和持续影响四川盆地时间存在明显不同,但当南支槽东移至85°E及以东位置时,南支槽显著加深,槽前强西南气流将暖湿水汽输送到四川盆地,并与南下的偏北冷气流交汇,导致四川盆地的降雨明显加强,降温幅度也加强。气温骤降,当盆地850hPa温度低于-5℃,1000hPa温度低于4℃,0℃层降到940hPa以下高度时,降水出现雨向雨夹雪或雪转换。