青藏高原春季地表感热异常对西北地区东部降水变化的影响

利用青藏高原地区代表站点的实测地表热通量数据、JRA-55和NCEP再分析资料以及中国西北地区东部代表站点的降水资料等数据,通过波文比分析、奇异值分析(下称SVD)以及环流场的合成分析等方法,研究了青藏高原地区春季地表加热场异常与同期中国西北地区东部降水变率的关系,结果表明:(1)高原春季波文比值的变化反映出高原地表的非绝热加热中,春季感热加热的贡献较为显著,是高原春季地表加热的主要成分;(2)SVD分析表明,春季高原地表感热的异常与同期中国西北地区东部的降水存在负相关关系,春季高原地表感热增强的年份,中国西北地区东部的春季降水减少;(3)春季地表感热强-弱年的高原周边垂直环流偏差场表明,春季高原地表感热的年际异常增强(减弱)会引起高原周边地区的垂直环流场上升气流的减弱(增强);(4)相对涡度场、位势高度场、风场和水汽通量散度场的合成分析表明,春季高原地表感热偏强的年份,中国西北地区东部对流层高层以正涡度和气流的辐合运动异常为主,中低层以负涡度和辐散下沉运动异常为主,因此中国西北地区东部春季的水汽辐合由低层向高层逐渐减弱,不利于春季降水的发生。     

变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结。分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点。对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径。最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇。     

内蒙古河套灌区春玉米作物系数试验研究

作物系数曲线是估算作物生长季耗水量变化的重要参数。基于2013年4—9月内蒙古巴彦淖尔市临河区田间水分试验和1994—2013年气象站观测资料,利用水量平衡法反求春玉米作物系数,分析生长季内的变化规律, 建立动态模拟方程,并与联合国粮农组织 (FAO) 分段直线法结果进行比较, 提出胁迫条件下作物系数的叶面积修正方法。结果表明:玉米作物系数随发育进程可用三项式曲线描述,变化趋势与产量水平无关, 但随产量增高而变幅增大;以出苗后相对积温为时间变量建立模拟方程效果较好,决定系数 (R2) 均在0.92以上;模拟计算出各站点最大 (1.30~1.48) 和平均 (0.831~0.919) 作物系数,与FAO分段直线法计算的典型值和区间值基本一致,生长中期平均相对误差为3.4%~7.2%;提出利用相对叶面积指数修正作物系数的计算方法;通过2014年实例检验,土壤水分模拟值与实测值的平均相对误差为6.3%,相对误差小于15%的占95.8%。     

FY2E辐射资料的直接同化试验研究

利用GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)系统直接同化FY2E红外通道IR1、IR2和WV的辐射资料,并在2011年10月13-14日的华南暴雨个例模拟分析中评估了同化效果。首先对卫星资料进行了稀疏化、偏差订正、下垫面检查、标准差检查、与背景场的偏差检查等质量控制。质量控制使得观测资料更接近高斯分布。个例模拟结果表明同化FY2E辐射资料产生的分析增量主要集中在对流层中低层。其中位温、水凝物混合比分布发生了明显改变,变化幅度从大到小依次为IR2、IR1、WV。同化使得观测增量分别从1.9、1.9和1.4 K降低到1.5、1.5和1.0 K。同化WV通道资料的降水预报优于同化IR1或IR2的,在25-和100-mm量级上的ETS评分提高了约0.05。另外同时同化3个通道的资料,其预报结果并不绝对优于单独同化某一通道资料的试验。     

中国夏季气温对东亚土壤湿度异常响应的统计评估

基于欧亚夏季土壤湿度变化特征及其与中国夏季气温的相关分析,选取东亚地区作为土壤湿度异常影响中国夏季气温的陆面关键区,采用广义平衡反馈分析方法(GEFA)探讨了我国夏季气温对东亚地区土壤湿度异常的可能响应,并初步讨论了相关的物理过程。结果表明:中国夏季气温与东亚地区初夏和同期的土壤湿度异常具有密切的联系;进一步分析表明,夏季气温距平场对土壤湿度第一模态的响应最显著:当东亚中纬度及我国东部地区土壤湿度异常偏干时,夏季气温表现为一致增暖;而土壤湿度第二模态对长江流域至我国西部地区的气温有较弱的强迫作用;气温对第三模态的响应主要表现为华南地区的显著降温。并以对气温影响最为显著的土壤湿度异常第一模态为例,初步探讨了气温对土壤湿度异常响应的可能物理过程。当贝加尔湖以南以及我国东部的土壤偏干时,地表异常加热容易引起我国北方高层大气出现明显正异常和低层的反气旋性异常环流,上述环流异常容易导致温度偏高,同时不利于该区域降水的发生,进而导致土壤湿度偏低,上述正反馈机制可能是该区域土壤湿度与大气之间联系的一种可能途径。     

强度尺度分解方法在气候温度场检验中的应用

本文首次将Casati等提出的强度尺度分解方法应用到气候地表温度场的检验中,探讨此方法用于评估气候模拟场误差的详细空间信息的适用性。以新一代气候系统模式模拟的月平均地表温度为例,传统的统计分析方法（较为常用的是空间相关系数和均方根误差、EOF分析等）不能完全反映模拟场误差的空间信息;强度尺度分解方法可计算不同阈值和空间尺度上的均方误差和模拟技巧,评估对应的模拟能力,定量给出模拟场主要误差的空间信息（误差范围即温度阈值及对应的空间尺度）,例如,亚洲东部地区1月单年及多年平均的模拟场在230 K阈值1600 km模拟技巧非常低。本研究表明强度尺度分解方法适用于气候温度场的检验评估,能定量给出误差的空间信息。     

鄂东北地区两次大暴雨过程中尺度对流系统特征分析

利用快速同化系统LAPS资料,结合卫星、雷达、GPS和地面逐小时加密观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北地区连续两次大暴雨过程的中尺度对流系统特征。结果表明:鄂东北地区两次大暴雨过程发生的强迫机制明显不同,分别为热力因子主导的暖平流强迫和动力因子主导的锋生强迫。在两种不同动力机制条件下,第一次大暴雨过程对流云团呈不对称分布,强回波伸展高度较高,强降水主要位于黑体亮温(Temperature of Black Body,TBB)梯度大值区,产生的降水强度较大,并伴有强雷电活动;第二次大暴雨过程对流云团呈对称分布,强回波伸展高度较低,强降水主要位于TBB大值中心,表现为明显的暖云降水。但在两种动力机制下,两次大暴雨过程均形成了长时间的降水,一方面由于边界层冷池的冷出流与南风入流在对流系统后侧交汇,形成后向传播,强降水单体传播和移动相互抵消,从而使对流系统稳定维持;另一方面由于对流系统移动方向与引导气流方向一致,强降水单体依次经过同一地点,产生较大的累积降水。     

四川宝兴县短时强降水的时空分布特征

利用四川宝兴县1970—2000年及2008—2014年的小时和部分分钟降水量资料,对宝兴县5—9月汛期短时强降水的时空分布特征进行了分析。结果表明:宝兴短时强降水集中发生在7、8两月;由于地形地貌特征复杂,不同的海拔高度及地形位置,短时强降水强度差异较大,海拔1400~1500m之间的降雨强度最大、海拔2580m左右区域的降雨时数最长,此2种降水类型均易引发泥石流等地质灾害;海拔1300m以下,海拔高度愈高,γ中尺度系统发展愈均匀持久,降雨强度愈强,海拔1300 m以上,海拔高度愈高,γ中尺度系统发展愈激烈快速,降雨强度愈弱。     

气象预警信息一键式发布系统研究与应用

基于WebGIS、HTTP通信、数据库等技术,制定了一键式预警信息发布规范,有效整合了电子显示屏、预警大喇叭、手机等预警发布终端,开发了气象预警信息一键式发布平台,实现了地图综合显示、气象数据叠加、任意预警区域选取、一键式发布预警信息等功能,提高了预警信息发布的可视化水平,保证了多终端预警信息发布的高效性、一致性。该系统的一键式信息发布技术,为气象预警发布开拓了新思路,能够有效提升业务水平和预警发布能力。     

准噶尔盆地油气源、油气分布与油气系统

准噶尔盆地是中国西部典型的多旋回叠合盆地,发育有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和古近系6套烃源岩,同时存在6大类原油和3大类天然气,广泛分布于盆地不同地区。西北缘原油总体相似,碳同位素组成轻(δ~(13)C-29‰),胡萝卜烷、类异戊二烯烷烃、三环萜烷、伽马蜡烷丰富,甾烷以C_(28)、C_(29)为主,基本没有重排甾烷,为第二类原油,来源于二叠系湖相烃源岩。腹部绝大多数原油与西北缘原油相似,但胡萝卜烷、类异戊二烯烷烃、伽马蜡烷等有差异,来源于不同凹陷的二叠系湖相烃源岩;少量原油碳同位素组成重(δ~(13)C-28‰~-26‰),Pr/Ph大于2.5,三环萜烷以C_(19)、C_(20)为主,藿烷丰富而伽马蜡烷极低,以C_(29)规则甾烷及重排甾烷为主,为第四类原油,来源于侏罗系煤系烃源岩。东部存在5种类型原油,第一类原油碳同位素组成特别重(δ~(13)C-26‰),来源于石炭系烃源岩;第二类原油与腹部地区绝大多数原油十分相似,来源于二叠系湖相烃源岩;第三类原油碳同位索组成轻,重排甾烷、Ts、C_(29)Ts及C_(30)重排藿烷异常丰富,来源于中上三叠统湖相烃源岩;第四类原油源于侏罗系煤系烃源岩;混合类原油为二叠系、三叠系、侏罗系原油的混合,各自贡献平均分别为20%、15%和65%。南缘存在4类典型原油,为第二、第四、第五和第六类原油,其中第二、第四类分别源于二叠系和侏罗系;第五类原油碳同位素组成轻(δ~(13)C-29‰)、Pr/Ph1.0、伽马蜡烷丰富且有两个异构体、Ts、C_(29)Ts、C_(30)重排藿烷、C_(27)~C_(29)异胆甾烷及C_(30)甲基甾烷丰富,来源于白垩系湖相烃源岩;第六类原油主要为中低成熟原油,碳同位素组成δ~(13)C~28‰~-26‰,C_(27)、C_(28)、C_(29)甾烷呈"V"型分布,甲藻甾烷异常丰富,来源于古近系湖相烃源岩。准噶尔盆地天然气有油型气、混合气和煤型气,前两类主要来源于二叠系湖相烃源岩和石炭系海相烃源岩,煤型气主要来源于石炭系和侏罗系煤系烃源岩。不同类型油气分布与不同时代烃源灶具有良好对应关系:石炭系油气主要分布于陆东-五彩湾;二叠系油气主要分布于西北缘、腹部与东部;三叠系原油仅分布于东部;侏罗系原油主要分布于东部与南部;白垩系原油仅分布于南缘中部;古近系原油仅分布于南缘西部。按照盆地构造特征及不同时代烃源灶与油气关系,将准噶尔盆地划分为西部、中部、东部、南部及乌伦古5个油气系统及15个子油气系统。