月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

南海热带气旋迅速加强环境场因子的影响分析

使用中国气象局上海台风研究所整理的热带气旋最佳路径资料,对1979-2012年间南海海域热带气旋迅速加强的时空分布特征进行分析。结果表明,南海热带气旋迅速加强主要出现在夏秋两季,其中9月频数最高,空间分布主要集中在海南岛东南侧以及南海中部远离大陆的海域。基于ERA-Interim再分析资料,确定了一种环境因子的新阈值计算方法,计算出风垂直切变、高(低)层散度、低层垂直涡度、低层水汽通量散度、对流层中层相对湿度、海表面温度和海洋热含量8种环境场因子有利于迅速加强的阈值条件,结果表明风垂直切变、低层辐合、低层水汽辐合是影响迅速加强的主要因子。强台风以下级别的南海热带气旋级别越高迅速加强概率越大,迅速加强时满足阈值的因子个数也越多。除海洋热含量以外的7个因子中,满足阈值的因子个数为6个(热带风暴级别)或5个(强热带风暴级别、台风和强台风级别)时迅速加强概率最大。这些对提高南海热带气旋强度突变的预报有一定指导意义。     

北半球冬季亚澳振荡与亚澳地区气候的关系

再分析资料的EOF结果揭示出,冬季亚澳季风区对流层上层位势高度场存在着南北反相变化的振荡—亚澳振荡（AAD）,并定义亚澳振荡强度指数（AADI）。通过相关和合成分析,结果表明,冬季亚澳振荡与同期北半球冬季亚澳地区天气、气候之间存在显著相关。在年际尺度和年代际尺度上,AAD与同期北半球冬季亚澳地区气温、降水的异常显著相关,在年际信号上叠加年代际信号后,该指数与亚澳地区的气温和降水的相关更为显著。冬季亚澳振荡强年对应着同期冬季鄂霍次克海高压（阿留申低压）,东亚大槽和阿拉斯加脊以及极锋急流偏强;高低纬度之间的经向环流增强,副热带急流偏南偏强。这种关系本质上反映出了亚澳季风系统不仅是海陆温差的产物,也受到对流层上层温度南北差异的强迫。     

Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究

本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型（HYSPLIT）,对珠三角地区2012全年每三小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统（GDAS）输出场,其二为水平分辨率为27公里的气象研究与预报模型（WRF）的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。     

同化FY3B/IRAS资料对GRAPES分析场影响诊断

GRAPES(Globe and Regional Assimilation and Prediction System)变分系统能够同化常规资料和非常规卫星资料,这些被同化的资料究竟对同化系统得到的分析场有何影响,目前国内外尚未见相关的研究文献。为此,首次采用基于信息熵信号自由度思想,诊断风云三号B星(FY3B)红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder,IRAS)资料对GRAPES分析场的影响。诊断过程中,采用数值逼近方法,统计2012年12月24日18时到2013年1月22日00时共114个时次IRAS资料对GRAPES分析场影响,结果表明,IRAS中高层通道亮温资料对GRAPES分析场影响比地表通道20观测亮温的影响大,地表通道8和9观测亮温对分析场影响较大。前24个GRAPES变分同化时次每个时次IRAS通道亮温对分析场影响的贡献率分析结果显示,高层通道和H_2O通道贡献率较大。个例分析结果表明,在同化探空资料基础上加入IRAS资料后,温度和湿度增量场变化幅度较大,表明IRAS资料对分析场有降温和增湿作用。     

1999年北京持续高温天气过程的诊断分析

利用北京观象台观测资料和NCEP/NCAR再分析数据,对1999年6月24日至7月2日北京一次持续性高温天气的演变和发展过程及非绝热加热作用对系统的影响进行诊断分析,结果表明：在此次高温天气发生前,欧亚大陆中高纬度环流经向度很大,欧洲北部和贝加尔湖以南为高压脊控制,中亚和我国东北地区则处于低压槽内。贝加尔湖南部的高压脊纬向延伸范围较广,在东移过程中长时间影响北京。随着贝加尔湖以南的高压脊逐渐东移,北京上空下沉增温与非绝热加热作用有所增强,北京逐渐受到高温天气影响。在高温天气发生的后半阶段,我国东北的低压槽入海后在120130°E附近维持并发展,槽前非绝热加热率很大。从垂直方向来看,加热率在500 hPa以下随高度迅速增加,根据全型涡度方程,强烈的非绝热加热率垂直分布不均作为一个明显的涡度源区,对入海低压槽的稳定维持有显著的作用。而入海低压槽的稳定维持,又阻碍了华北高压脊的东移,使其在北京地区长时间稳定少动,为北京带来多日的持续性高温天气。     

四川盆地特殊地形下基于加密观测的一次低涡暴雨水汽结构分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料以及汛期西南涡加密观测资料,分析了2012年7月7~10日由西南涡引发的四川暴雨天气过程。结果表明:结合加密观测资料能更好表现四川盆地复杂地形下低涡附近的水汽来源及其与实际降雨的关系,由于地形阻挡作用,气流在大巴山以南堆积,引发了四川、陕西交界处的暴雨。运用西南区域数值预报系统(SWCWARMS),与控制试验(不同化观测资料)相比,同化试验(同化西南涡加密观测资料)可使预报降雨与实况更为接近。通过同化加密观测资料,初始时刻四川北部出现了偏南气流,这有利于西南涡的初生,对比试验中的西南涡范围与强度也比控制试验更大更强,并且,试验验证了盆地东北部的水汽堆积现象。因此,西南涡加密观测资料在天气诊断及数值预报业务应用中都具有重要作用。      

气候变化情景下黄淮海区域热量资源及夏玉米温度适宜度

利用黄淮海区域90个站点1971—2000年逐日气象资料以及国家气候中心发布的未来气候变化情景(A1B)下区域气候模式(Reg CM3)模拟的黄淮海区域1951—2070年0.25°×0.25°格点气象资料,结合夏玉米主要生育期对温度的需求,构建了黄淮海区域的温度适宜度和变异系数模型,并对1951—2070年黄淮海区域热量资源、夏玉米主要生育期的温度适宜度及其变异系数的时空变化特征进行分析。结果表明:1)黄淮海区域≥10℃积温和80%保证率下日平均温度≥10℃的初日均呈现由北向南依次增加的趋势,且随时间推移,分别呈增加和提前趋势。2)黄淮海区域夏玉米播种—出苗期的温度适宜度随时间整体呈逐渐上升的变化趋势、其变异系数随时间呈降—升—降的变化趋势;出苗—抽雄期的温度适宜度随时间呈先降后升的变化趋势、其变异系数呈降—升—降—升的变化趋势;抽雄—成熟期的温度适宜度空间上呈现2010年前北低南高、未来情景下中部低四周高的分布趋势,时间上呈2010年前稳定、未来情景下先降后升的变化趋势,其变异系数呈相反变化趋势;3)黄淮海区域夏玉米温度适宜度及其变异系数从播种—出苗期—出苗—抽雄期—抽雄—成熟期均呈反相位的变化关系。     

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

一次东北冷涡暴雨过程成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6h的再分析资料和FY-2E红外云图、TBB等资料,对2014年7月7—8日由东北冷涡引发内蒙古东北部的暴雨过程形成原因进行了天气学诊断分析,结果表明:1低空急流是主要水汽来源,不同地区出现暴雨的机制不同,兴安盟东部、呼伦贝尔市东南部由于槽前、切变南缘地面暖锋附近,中低空急流汇合处,强辐合抬升触发不稳定能量释放导致强天气的发生,而呼伦贝尔市西南部暴雨跟中上层冷涡的生成发展与对应的地面低压逐步耦合的动力作用相关;2湿位涡的分布对暴雨的发生、落区有较强的指示性作用,700hPa正负值区过度带的配置是暴雨发生发展的有利潜势,暴雨发生在700hPa等值线密集带和850hPa MPV2大于等于0的叠加区域内,700hPa正负过渡带附近,偏向于正值一侧;3最大降水量的雨强落后于云团TBB最低值1~2h,并不是强TBB与最强降水同步出现。