体现大尺度特征的区域持续性强降水过程定义指标

利用1961—2017年共57年中国地面观测站日降水资料,采用滑动平均、百分位和点面相关分析等方法,根据延伸期预报特点以及监测预报和研究需求,着眼于体现强降水过程的区域性、持续性和致灾性,并兼顾区域气候特征和普适性,建立区域持续性强降水过程定义指标。根据该指标查找判断我国东部四个关键区域（华南、长江、黄淮、华北）的历史降水过程,1961—2017年期间共有557次区域持续性强降水过程,平均每年约10次,其中华南、长江、黄淮、华北分别有267、155、78、49次,平均每年各有4.7次、2.7次、1.4次和0.9次,呈由南向北递减的分布。统计评估结果表明,该指标能客观地判断出持续影响同一区域的相对稳定类型的大尺度持续性强降水过程,适用于延伸期业务服务和研究。      

南海夏季风背景下的广州气溶胶光学特性变化特征

利用广州番禺大气成分站观测的气溶胶资料和美国国家环境预报中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过合成分析和物理诊断分析研究大尺度南海夏季风活动背景下,广州气溶胶光学特性变化特征及其可能的原因。得到主要结果:南海夏季风活跃期间,广州气溶胶的消光特性经历了一个先增长后减弱的过程。资料分析表明,行星边界层层结变化和环境风场对广州气溶胶光学特性的变化有明显的影响,而南海夏季风活跃期间区域的非绝热加热和季风对流活动激发的气旋性环流异常则是行星边界层层结变化和环境风场变化的主要因素。      

广州逐日降水振荡及其延伸期预报的简谐波模型

利用1951—2010年广州逐日降水资料,采用功率谱、小波变换、Lanczos 滤波器和简谐波拟合等方法研究了广州逐日降水的振荡特征及其延伸期预报方法。结果表明,广州逐日降水振荡主要表现为2～4.1 d、8 d、13.3 d、40～60 d和120 d变化等5种时间尺度的准周期振荡,其中准单周变化、11～21 d、21～80 d的季节内振荡具有振幅和周期接近的1～2个振荡周期性循环出现的特征。利用小波变换揭示出近期逐日降水距平5 d滤波序列变化的主要周期,采用简谐波拟合的方法建立了广州逐日降水5 d滤波序列的延伸期预报模型。对1990—2009年近20年的后报结果分析表明,所建立的延伸期预报简谐波模型除第24 d和29 d外,前33 d的预报值与低通滤波值之间的相关达到0.05的显著性水平。对未来34 d降水低频分量极大值的预报与实况低通滤波极大值相差在0～2 d的概率最高,可为中期与延伸期降水过程出现时段的预报提供重要参考。      

基于CFS预报产品的广东省季节降水统计降尺度预测

美国国家环境预报中心（NCEP）开发的气候预报系统（CFS）预报数据资料有1981—2008年共28年历史预报数据,有实时的预报产品（含有未来9个月的预报值）。与NCEP资料相比,CFS能较好模拟季风环流的季节变化,能超前几个月模拟出ENSO发展和衰减时期的海温异常发展,可以用于广东季节降水预测。采用CFS预报产品开发基于最优子集回归和多元均生函数的广东季节降水的两种统计降尺度预报方法。经过分析检验,分别选取海平面气压场、风场和位势高度场显著影响区域作为同期预报因子,从多年（2001—2008年）的历史回报检验来看,虽然两种预测模型对于个别季节存在年内预报效果不稳定性,但综合而言,大部分季节降水的气候预测评分总体平均在64分以上。2009/2010年的实时预报检验表明,两种预测模型均达到较好的预测水平,降水预测结果与实况较接近。与基于NCEP观测资料的传统统计方法比较,CFS预报产品具有实时性、更新快等优点。基于CFS预报产品的降尺度统计方法可以超前三个季预报广东降水,丰富了传统统计方法,但预报的稳定性还需进一步改进。      

2008年南海夏季风活动概述

由NCEP再分析资料、向外长波辐射(OLR)和GPCP卫星导出(IR)GPI的日降水分析得到：2008年南海夏季风于5月2候在南海爆发,时间较常年(5月4候)偏早,10月第2候结束,时间较常年(9月6候)偏晚。南海夏季风爆发后,由于受强冷空气影响,南海夏季风北推影响到华南地区的时间较常年偏晚。尽管2008年南海夏季风强度较常年偏弱,其仍存在明显的季节内振荡过程,主要周期为30～60天。由于南海地区和我国华南地区的水汽辐合增强以及南海夏季风活动北界在35 °N附近维持时间较长(大约7候),华南、长江中下游和淮河流域的夏季降水异常增多。     

欧洲中心臭氧再分析资料与HALOE观测资料的对比分析

利用欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）的ERA40计划中给出的臭氧再分析资料,与卤素掩星试验（Halogen Occultation Experiment,HA-LOE）观测资料进行了对比,在季节、年际变化上估计了HALOE臭氧资料噪音—信号比,结果表明,在季节和年际尺度上,HALOE臭氧资料在平流层大部分地区都有显著的信号。ECMWF臭氧资料与HALOE资料的对比结果指出,ERA40的臭氧再分析资料在季节变化上非常接近卫星观测资料;在年际尺度上,ECMWF臭氧资料在热带平流层中部的变化偏弱,而在中低层中纬度的变化偏强。     

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951～2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2～3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 I.资料分析

利用 1 992～ 2 0 0 0年HALOE的观测资料 ,分析了平流层NOx (这里是指NO和NO2 )混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化 ,并与O3混合比的年际变化进行比较。结果表明 :( 1 )在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似 ,从平流层下层向上随高度增加 ,分别在 1～ 2hPa (NO)和 5～ 1 0hPa (NO2 )达到极大值 ,再向上NOx混合比随高度减小。另外 ,NO混合比在 1 0× 1 0 - 5hPa高度附近还有一个极值区。在平流层下层 ,它们的极值区下方 ,NOx混合比基本从热带向两极增大。NO混合比在平流层位于 1～ 2hPa之间有一个高值区 ,在 1 0× 1 0 - 5hPa附近还有一个更大的极值。而NO2 只有一个浓度高值区 ,位置在 5～ 1 0hPa。 ( 2 )NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO)。NO2 的QBO较NO更明显 ,赤道上空的NOx的QBO最明显 ,北半球NOx 的QBO较南半球更明显 ,而 2 0～ 5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显。 ( 3)在热带 30km以上 ,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反 ;而中纬地区及 30km以下的热带 ,它们有一个位相差 ,但不完全相反     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

VARIATION OF AEROSOL OPTICAL CHARACTERISTICS IN GUANGZHOU DURING SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON EVENTS

Variations in Guangzhou’s aerosol optical characteristics and their possible causes are studied against the large-scale background of South China Sea summer monsoons(SCSSM) using aerosol data derived from Panyu Atmospheric Composition Watch Station in Guangzhou and the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(USA). The data is reanalyzed to develop a composite analysis and perform physical diagnoses. Analysis of the results shows that aerosol extinction in Guangzhou first increases then decreases during the active period of a SCSSM, with variations in the stratification of the planetary boundary layer(PBL) and environmental winds playing important roles in affecting Guangzhou’s aerosol optical characteristics. Regional diabatic heating and anomalous cyclonic circulations excited by monsoon convection induce environmental wind anomalies that significantly modify the stratification of the PBL.