2018年夏季的那些雨

提起夏季,最常想到的两个字,除了“热”应该就是“雨”了。受东亚夏季风的影响,我国夏季盛行偏南风,将来自海洋的暖湿气流输送至中国大陆腹地,带来丰沛降水,雨季就多发生在这个时期。2018年,我国平均降水量673.8毫米,较常年偏多7%,其中夏季(6-8月)降水量为356. 4毫米,占全年总量的一半以上,较常年同期偏多10%,是1999年以来降水量最多的年份。     

闽中南罕见冬季锋前暴雨个例特征分析

利用福建省逐小时加密自动站资料、风廓线、S波段双偏振雷达与雨滴谱等新型探测资料以及NCEP逐6 h的1°×1°大气再分析资料,分析了2017年2月21—22日福建中南部一次预报失败的冬季暴雨过程。结果表明:(1)此次暴雨过程类似于锋前暖区暴雨,自2000年以来仅此一例,十分罕见,是在低空急流偏强并长时间维持的背景下产生的,并未受到南支槽和冷空气的影响。(2)闽中大到暴雨带和闽南暴雨区的对流系统相互独立,有多个对流系统影响闽中地区,仅两个对流系统影响闽南地区。降水有较明显对流特征,属暖云弱对流降水,容易导致预报员对雨强估计不足。(3)此次冬季暴雨过程的水汽主要来自南海地区,低层水汽条件与汛期暴雨相当,但整层水汽条件较汛期略差;低空急流对暖湿气流的输送使暴雨区趋于不稳定,但对流不稳定度较汛期弱。(4)高空辐散低层辐合的配置为冬季暴雨带来了有利的动力抬升条件,但暴雨区涡旋性不强,无明显正涡度柱。其中,闽中大到暴雨主要与条件性对称不稳定有关,是在湿斜压作用下倾斜上升运动中产生,而闽南暴雨区既存在对流不稳定,也存在条件性对称不稳定。     

京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

那曲高寒草地总体输送系数及地面热源特征

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据,估算了青藏高原那曲地区典型高寒草地下垫面的热量和水汽总体输送系数以及地表大气相对湿度因子,在此基础上利用中国气象局那曲气象站1980-2016年的常规业务观测数据,采用总体输送法计算并分析了那曲高寒草地地表通量特征。研究结果表明:(1)那曲/BJ观测点地表大气相对湿度因子γ的数值在33%~62%,9月最大,2月最小,热量和水汽输送系数CH和Cλ的季节变化范围分别在1.6×10^-3~2.7×10^-3和1.0×10^-3~2.0×10^-3,两者存在较大的差异。(2)1980-2016年那曲高寒草地感热通量总体呈现减弱趋势,而潜热通量呈现增强趋势,导致地面热源变化趋势不明显;分阶段来看,感热通量的变化在2004年前后发生转折,转折点前后的趋势为先减弱后增加,潜热通量在1994-2005年下降趋势明显,这也导致地面热源在1995-2005年有一个明显的减少。(3)年内季节变化上潜热通量相较于感热通量更明显,地面热源的季节变化更依赖于潜热通量的季节变化。     

青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究

利用1979-2016年中国区域长时间序列逐日雪深资料,分析了青藏高原积雪深度与积雪日数的分布及变化特征,并将积雪期划分为三个阶段(积累期、鼎盛期和消融期),结合ERA-Interim月平均再分析资料,分析了积雪与地表热状况(气温、地表和土壤温度)和能量输送量(地表净短波辐射、地表净长波辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量和土壤热通量)的相关关系,初步探讨了积雪在高原陆面过程中的作用。结果表明:研究时间范围内青藏高原积雪(深度和日数)主要呈减少趋势,仅在黄河源区及高原边缘地区为增加趋势,积雪鼎盛阶段(1-2月)的减少趋势最显著;高原积雪对地表主要起降温作用,深层土壤温度对积雪的响应存在滞后性,积雪的减少抑制了土壤向上的热量输送进而不利于冻土的发育;高原积雪与地表感热和地表热通量主要呈现负相关关系,潜热通量与积雪也呈负相关特征但比感热通量的相关性小。由于ERA-Interim资料对高原积雪深度的描述与本研究使用的卫星遥感积雪深度存在较大偏差(包括空间分布、气候倾向率、年际变化以及绝对大小等),导致本研究中积雪与地表热状况和热通量的相关度不高,需要通过陆面模式模拟做进一步探讨。     

双台风形势下长三角地区一次大暴雨过程的成因分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达拼图资料与NECP再分析资料,对2016年9月15—16日发生在"莫兰蒂"(1614号)和"马勒卡"(1616号)双台风形势下的长三角地区大暴雨过程的成因进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨过程发生在台风倒槽的顶端,暴雨区与对流层中低层辐合区和中高层高空急流右后侧辐散区相对应;"莫兰蒂"台风外围的丰富水汽与来自热带洋面"马勒卡"台风外围源源不断输送的水汽叠加,导致长三角地区降雨强度远大于"莫兰蒂"登陆前后阶段的降雨强度;苏皖地区高空槽后冷空气侵入,在浙江到上海沿海地区形成东北—西南向温度锋区,以及浙江中北部海陆交界地带特殊山脉地形的强迫作用,使得中尺度对流系统(MCSs)发展维持;长三角强暴雨区边界水汽通量收支变化与暴雨强度变化对应关系较好,且有6～12 h的提前量,对强降雨预报有一定的指示意义。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

秋行夏令:2021年10月初北方致灾性持续暴雨及水汽极端性分析

2021年10月3—6日,我国北方地区经历了历史罕见的持续性极端强降水过程,暴雨中心稳定维持在陕西中部、山西、京津冀、辽宁等地南部和山东北部,给上述地区造成了巨大的经济损失和严重的人员伤亡。基于台站观测降水、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料诊断了本次降水过程的极端性。结果表明,本次暴雨过程无论是降水强度、持续时长还是经向水汽输送均表现出典型北方夏季暴雨和大气环流配置特征。上述五省二市区域平均的过程累计雨量强度远远超过秋季其他暴雨个例,即使在夏季也位列第二。本次过程的极端性与强降水中心稳定在上述地区密切相关。上述五省二市区域平均降水连续4日均超过15 mm,这在秋季历史上从未出现过。除过程的极端性强外,9月山西等地降水异常偏多对10月初秋涝也起到了叠加作用。本次秋涝对应的大气环流呈现出典型的北方夏季主雨季环流型,表现为西太平洋副热带高压（副高）偏西偏北,副高西侧的经向水汽输送异常强盛,同时10月4—6日北方地区发生一次强冷空气过程,冷暖气流交汇在上述地区。水汽收支计算表明,本次过程的经向水汽输送强度为秋季历史之最,甚至超过了盛夏时期北方大部分暴雨过程水汽输送强度。上述分析结果表明,即使在仲秋时节亦可产生有利于北方极端持续暴雨的环流形势和水汽输送,并导致秋涝发生。     

"99.6"梅雨锋暴雨模拟资料的诊断分析

利用非静力中尺度模式MM5V3的模拟资料对"99.6"梅雨锋暴雨过程进行了对流动量输送(CMT)和视热源视水汽汇分析。CMT诊断分析表明,水平动量残差在切变低涡发展的不同阶段的作用是不同的,在中尺度低涡发生初期对流层低层动量残差X主要是加速西南气流的北上;在对流层中层动量残差在槽后加速冷空气南下,在槽前加速西南暖湿气流北上,非常有利于东亚大槽的发展。在低涡切变线强烈发展时,850hPa的X方向与发生阶段相反,此时西南气流受到了强烈的减速作用,同时500hPa东亚大槽的前部和后部出现了减速气流的动量残差,槽后冷空气和槽前的暖湿气流都已经受到减速作用,此后低涡切变线逐渐衰减。低涡切变线发展到最强的阶段,强X矢量几乎总是与强烈上升运动区相对应,能量转换E的水平分布表明,大尺度系统与中尺度系统之间的能量转换非常复杂,并不是简单的能量串级过程,但能量主要是从大尺度向次网格尺度转换。200hPa动能转换E的带状分布非常清楚,E的正负大值中心分布在高空急流的2侧,表明高空急流在能量转换的过程中起到非常重要的作用。视热源和视水汽汇的诊断分析显示,强凝结潜热的释放与低涡的发展相伴随,但视热源只与β中尺度系统有明显的对应关系,视水汽汇有和视热源非常相似的分布特征。     

基于仿生材料的沙漠地区水汽收集研究进展

沙漠地区空气中有宝贵的水资源,如何进行有效的水汽收集与输送是沙漠中生物生存面临的主要问题。选择沙漠中常见的甲虫、蜘蛛、仙人掌、针茅等生物为例,归纳了不同生物的水汽收集特点及原理,总结了主要的仿生材料。以仿生物结构法为基础,分析了具有天然材料相似功能的仿生超级亲水和超级疏水材料的应用,介绍了多种仿生材料结合的新型水分收集方式。基于仿生原理的干旱沙漠地区空气中水汽收集研究成果,对仿生材料水汽收集未来的发展趋势进行了展望。