青藏高原东部与成都平原大气边界层对比分析Ⅰ——近地层微气象学特征

简要介绍了中国气象局成都高原气象研究所设立在青藏高原东侧和成都平原的两个大气边界层观测站：理塘站和温江站,并利用2007年2～4月两站获得的近地层气象要素观测资料,对这两个地区风速、气温和湿度日变化特征及廓线规律,土壤温湿变化特征,以及辐射情况进行了分析和对比,得到了如下一些有意义的结果：（1）两站风温湿均表现出明显的日变化特征。理塘站风速极大值和极小值出现时间均比温江站晚2小时。理塘站温度梯度值日变化较一致而温江站早晚温度梯度值要大于白天。两站湿度梯度值都是白天较小早晚较大。（2）两站风速廓线规律相似,基本满足对数律关系。理塘站在18：00～6：00,温江站在18：00～8：00均有逆温现象出现,相邻两层高度最大温度差分别达到0．54℃和1．02℃。理塘站8：00～18：00在8m和24m高度,温江站10：00～14：00在9．05m和18．25m高度上能观测到逆湿现象,相邻两层高度最大比湿差分别为0．1g／kg和0．04g／kg。（3）理塘站浅层（0cm和5cm）土壤温度表现出明显的日变化特征,而10cm以下土壤温度日变化幅度很小。温江站4cm,10cm和20cm土壤温度都表现出明显的日变化特征,较之理塘站影响的深度更深。理塘站土壤温度的垂直变化程度要小于温江站。两站各层土壤湿度均无明显日变化特征。（4）温江站向下长波辐射通量日变化不大,其他各个辐射量日变化都很明显。理塘站向下总辐射和反射辐射明显强于温江站。     

近50年川渝地区的气温变化及其原因分析

根据1957～2006年四川省47个站和重庆市34个站的逐日平均气温资料及对应时间内Nino3区的月平均海表温度（SST）资料,在采用线性倾向估计以及连续小波变换等方法分析近50年来四川省和重庆市气温变化时频特征的基础上,采用交叉小波变换方法分析了该地区近50年气温变化与Nino3区海表温度之间的关系。结果表明,川渝地区气温变化具有不同时间尺度的多层次演变特征,存在2～4年、8年、12～16年和28年左右的周期振荡,其中尤以4年左右的周期最为显著。两地年代际变化规律也大致相同,四川50年代末～60年代初较暖,60年代初～90年代末偏冷,90年代末以来气温明显升高且强度较大;重庆50年代末～60年代末较暖,70年代之后气温变化与四川省基本相同。川渝地区气温变化与Nino3区SST变化密切相关,两者在4年尺度周期上表现为正相关,在13年尺度周期上表现为负相关。导致川渝地区气温异常变化的原因很多,赤道中东太平洋海表温度异常偏高（低）会引起该地区气温的偏高（低）;南亚高压北进（南退）以及热带西太平洋海温的升高（降低）,通过影响副热带环流系统均会造成川渝地区气温偏高（低）。     

GLDAS和CMIP5产品的中国土壤湿度-降水耦合分析及变化趋势

利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958~2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年(2006~2055年)的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现:1958~2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006~2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期(1958~2005年)比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化(2006~2055年),2026~2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。     

强台风海鸥登陆期间近地层风特性分析

利用位于海南文昌市的90 m测风塔观测的强台风海鸥多层测风数据,分析了台风海鸥登陆期间近地层风场时空特征、湍流强度、垂直风切变及阵风因子等风场特性,分析结果表明:台风海鸥登陆期间,近地层各高度风速呈现"M"型双峰特征,最大风速出现在台风后风圈;台风过境前后,风向旋转了180°;近地层风速随高度升高而增大,各高度风速垂直切变符合对数和指数规律;粗糙度长度、风廓线幂指数、湍流强度、阵风系数等风场特性与风速呈负相关关系,随着风速的增加而降低;从台风外围至台风眼,粗糙度长度随风速呈现"增大-减小-增大"特征;台风眼内部风速垂直切变剧烈,前后风圈的风速垂直切变较弱;强风区湍流强度较弱,弱风区湍流强度较强;台风风圈的湍流强度随高度增加而减小,台风眼内湍流强度随高度先减小再增加;台风影响各阶段阵风系数随高度升高而减小,各高度层阵风系数遵循指数定律;阵风系数随风速的增大而减小,当风速达到一定强度时,阵风系数随风速变化不明显。     

长株潭城市化进程中极端降水变化特征

利用陕西省延安市12个气象站建站至2013年7月的降水资料和延安市降水引发的地质灾害资料,从1 h、3 h、6 h、12 h、日最大降水量、3 d连续最大降水量和月降水量等方面分析了延安市2013年7月连续降水的极端性和致灾特点。结果表明：延安市2013年7月全市平均降水量419 mm,为1 000 a一遇极端降水。过程累积地质灾害次数(D_L)和过程累计降水量(R_L)关系密切,两者关系可以用分段函数描述。延安市R_L＜137 mm时,无群发地质灾害;137mm≤R_L＜200 mm且日降水量(R_R)＜50 mm时,有群发地质灾害但较少;R_L≥200 mm或200 mm＞R_L≥137 mm且R_R≥50 mm时,群发地质灾害多。经济比较发达、防灾减灾能力较强的延安市宝塔区2013年7月降水量568 mm,超过1 000 a一遇,其R_L＜332 mm时,无群发地质灾害;R_L≥332 mm时,群发地质灾害多。

     

复杂条件陆-气相互作用研究领域有关科学问题探讨

实际大气都是在复杂条件之下,所以复杂条件带来的问题已成为陆-气相互作用研究领域面临的最大科学挑战,严重制约了该领域研究成果在解决实际天气气候问题中的应用。在概要总结近年来中国复杂条件陆-气作用研究领域进展的基础上,对复杂条件下陆-气相互作用有关的科学问题进行了探讨。从陆面过程和大气边界层这两个陆-气相互作用的关键环节分析了影响陆-气相互作用复杂条件的机制,归纳了复杂条件下陆-气相互作用研究领域面临的关键科学问题。同时,以复杂下垫面陆面过程和非均匀大气边界层问题为重点讨论了突破复杂条件陆-气相互作用关键科学问题的基本思路,并对进一步开展复杂条件陆-气相互作用研究提出了初步的科学建议。      

2014年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2014年9—11月T639、ECMWF（文中简称EC）及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了对比分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变及850 hPa温度转折性变化具有较好的中期预报性能,但对北方的温度预报偏差明显大于南方。对于副热带高压脊线的位置,T639和EC模式都有较好的预报能力,EC模式比T639模式偏差小。EC模式对于1416号台风凤凰的路径及强度预报效果与零场接近,T639和JP模式预报与实况相差较大。T639和EC模式对有利雾霾发生的静稳天气形势均有较好的中期预报能力,但对驱散雾霾的冷空气,EC模式预报与零场更加一致。     

广西“回南天”发生特征及预报着眼点

利用常规MICAPS数据资料,对广西“回南天”发生特征及预报着眼点进行分析研究。结果表明：(1) “回南天”发生在春季低温阴雨后期迅速回暖的转变过程中;(2) 有利“回南天”发生的环流形势共同特征为: 500 hPa我国北支西风气流转为纬向环流,南支槽加深并向东移动,850 hPa有西南急流,地面冷空气减弱,华南静止锋减弱北抬;(3) T lnp探空曲线中,锋区逆温层上限持续下降到850 hPa以下,次日落地消失;(4) 室外空气露点温度高于室内物体表面温度,暖湿空气中的水汽入室遇冷后,在物体表面发生相变凝结;(5) 根据前一天最低气温、当天露点温度及升幅,将“回南天”划分为重度、中度和轻度3个等级;(6)“回南天”有冷性结束和暖性结束两种方式。所得成果可应用到预报业务中。     

2013年7月辽宁省降水异常物理机制研究

利用MICAPS常规资料和NCEP再分析资料,对2013年7月辽宁省降水异常物理机制进行了研究。结果表明:2013年7月辽宁省降水偏多发生在异常环流背景下,乌拉尔山高压脊和贝加尔湖低压槽强度大于常年,冷空气偏强且路径偏南;东亚40°—50°N处在纬向强锋区中,有利于气旋生成发展;副热带高压脊线比常年偏北2个纬度,西北侧暖湿气流活跃。7月中高纬地区有3次明显冷空气向南侵入至40°N,与中低纬北上至40°N及以北的暖湿气流交绥形成暴雨,影响系统分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线,不同影响系统暴雨过程的物理机制存在差异。3次暴雨过程中,华北气旋暴雨水汽供应最充沛,水汽源地不仅有西太平洋、南海、东海和黄海,还有孟加拉湾;暴雨区水汽主要由副热带高压外围西南或偏南气流向北输送,东海北部和黄海是水汽汇合及输送量最大的区域。高空急流受贝加尔湖低槽强度影响,不同影响系统高空急流演变和强度不同,低空急流分布与强度及高空辐散区、低空辐合区相对高、低空急流轴分布的位置也不同;高、低空急流耦合发展及高空辐散区、低空辐合区叠置产生的强垂直上升运动造成了水汽强烈辐合,其中华北气旋暴雨水汽辐合最强,水汽辐合层顶达850hPa,蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线暴雨水汽辐合顶在900hPa附近及以下。热力分析表明,3次暴雨过程环境大气中层均有干冷空气侵入,增加了降水对流的不稳定性。     

黄土高原一次超级单体短时强降水中尺度分析

2012年盛夏陕西绥德县出现短时强降水,4 h雨量超过100 mm。利用NCEP 1°×1°再分析资料进行诊断分析发现,在陕北东北部对流层中下层有一中α尺度气旋存在,且随高度向东北倾斜,垂直方向上形成次级环流,使强降水区的上升运动加剧。分析地面观测、卫星资料发现,西路冷空气引导干侵入加强层结不稳定性,东路冷空气楔形抬升作用,使得不稳定能量释放;同时,在东西两路干冷空气的夹击作用下,绥德县内形成中气旋,暖湿空气在当地得以聚集上升;2个中β尺度对流云团在东西路风场作用下合并后迅速增强。多普勒雷达资料显示,2个中γ尺度的超级单体回波在绥德先后发展形成列车效应;2个超级单体中的中气旋特征各有不同,是回波结构演变的主要原因。