重庆多历时极值降水的概率型优选及应用

基于重庆34个国家气象站1981—2016年5 min,24 h至3 d的过程最大雨量共18个年极值降水序列,利用线性矩法计算6种常用概率分布函数的模型参数,通过备选最优模型筛选法客观选取各站各历时极值降水的最优概率模型,并将优选结果应用于重庆不同历时百年重现期降水的计算。结果表明:模型优选方法得到的重庆各站不同历时极值降水的最优线型略有差异,广义极值分布占比最大,三参数Weibull分布次之,三参数对数正态分布第三,皮尔逊Ⅲ型和Gumbel分布相当,指数分布最差。最优线型计算的重庆不同历时百年重现期降水的空间分布大值区由短历时的点状分布向长历时的片状分布转变,渝东北的大值中心受地形影响不断向北移动。基于线性矩法的概率模型参数估计及客观的线型优选过程具有较强的可操作性和适应性,可应用于其他工程气象参数的推算中。     

基于Logistic方法构建的中国降雪判定方法研究

基于中国区域逐日降雪、降水、气温、相对湿度、气压和风速等观测数据,构建了中国区域的Logistic降雪判定方法,并对该方法和当前广泛应用的其他降雪判定方法在中国区域的适用性展开对比研究。结果表明,单温度阈值法和S曲线法对[-3,4] ℃气温区间内的降雪模拟不确定性相对较大。比较而言,Logistic拟合的系列方法成功率更高,对中国不同区域降雪识别也更为稳健,尤其是对青藏高原地区降雪事件的识别效果明显优于其他方法。在Logistic方法中,温度和相对湿度对降雪判定起决定作用,而气压和风速的影响相对较小。Logistic湿球温度方案(LogT_w)和气温+相对湿度方案(LogT_aH_R)均能很好地再现降雪量的空间分布和年际变化特征,且相应偏差均小于其他方法;总体上,这两种方案对降雪量识别效果差别不大。因此,可使用LogT_w方案或LogT_aH_R方案对中国区域降雪事件进行判别,尤其是对模式中降雪事件的识别。     

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR 再分析资料分析了2011～2012 年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012 年1 月下旬至2 月上旬,持续大约3 周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO 可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO 位相首先在平流层由正变负;在2～3 周左右的时间内,平流层AO 异常信号逐渐下传,使得对流层AO 也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。     

中高纬Rossby波活动对盛夏东亚/太平洋事件中期演变过程的影响

在中期时间尺度上探讨了Rossby波活动对盛夏东亚太平洋(EAP)事件的影响。正负EAP事件的形成过程不是简单的反位相过程, 但这一时期的气候平均流波导结构决定了两者在Rossby波能量频散特征上有许多相似之处。在对流层中上层, 源自上游东北大西洋或东欧平原的Rossby波能量经巴尔喀什湖附近向东北方向频散, 它对东北亚异常中心的形成和维持起重要作用。由于盛夏东亚急流位置偏北, 我国华北[CD*2]东北地区成为波导区, Rossby波能量从贝加尔湖附近向该波导区频散, 形成了EAP事件的东亚中纬度异常中心。在EAP事件的三个异常中心中, 东北亚异常中心最先形成, 西太平洋副热带异常中心则最后出现。在对流层上下层波导结构有明显差异, 它导致了Rossby波能量在东亚沿岸中高纬地区的反向经向传播特征。在负事件的对流层低层, 西太平洋副热带异常中心和中纬度两个异常中心间的经向Rossby波链接较为明显。在东亚地区, 盛夏月平均尺度上EAP型的Rossby能量频散特征与中期EAP事件基本一致。     

2020年内蒙古东南部一次特大暴雪伴冻雨灾害天气特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h和逐日再分析资料、FY 2G卫星云图资料,从环流形势、水汽条件、动力条件及层结特征方面对2020年11月18—19日内蒙古自治区东南部罕见的特大暴雪伴冻雨过程进行分析。结果表明：①大气环流异常是造成此次灾害性天气的主要环流背景,500 hPa西风槽和南支槽、700 hPa西南低空急流及切变线、850 hPa以下东北急流、地面气旋是此次过程的主要影响系统,具有回流暴雪的天气特征;②低空偏南和偏东急流两支水汽输送路径及水汽强烈辐合为极端暴雪提供了充足的水汽,850 hPa和700 hPa比湿最大分别为5 g〖DK〗·kg-1 和4 g〖DK〗·kg-1;③低空偏南急流代表的暖空气与北方的冷空气剧烈交汇,暖湿空气在低层“冷垫”上爬升,加剧上升运动的发展,导致该区域降雪迅速加强;④非绝热加热项〖WTBX〗F〖WTBZ〗3对锋面生消作用最小,水平运动项〖WTBX〗F〖WTBZ〗1是锋生函数变化的主要贡献项,锋生函数〖WTBX〗F〖WTBZ〗变化与降水强度变化一致,在〖WTBX〗F〖WTBZ〗＞10的较强锋生区都出现暴雪,因此锋面的强迫抬升对暴雪的增幅作用不容忽视;⑤锋区的维持使得低层维持低温天气,锋上逆温,暖湿空气沿锋面抬升,900 hPa 以下“冷垫”与之上的“暖盖”长时间存在,导致暴雪发生并持续;⑥锋上逆温且逆温区存在融化层,这种垂直结构变化有利于降水相态转化,高层和低层为低于0 ℃的冷层,中间形成温度高于0 ℃的暖层,符合融化类冻雨的层结特征。     

北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

Atmospheric boundary-layer structure observed during a haze event due to forest-fire smoke

During a haze event in Baltimore, U.S.A. from July 6 to 8, 2002, smoke from forest fires in the Québec region (Canada), degraded air quality and impacted upon local climate, decreasing solar radiation and air temperature. The smoke particles in and above the atmospheric boundary layer (ABL) served as a tracer and provided a unique opportunity to investigate the ABL structure, especially entrainment. Elastic backscatter lidar measurements taken during the haze event distinctly reveal the downward sweeps (or wisps) of smoke-laden air from the free atmosphere into the ABL. Visualisations of mechanisms such as dry convection, the entrainment process, detrainment, coherent entrainment structures, and mixing inside the ABL, are presented. Thermals overshooting at the ABL top are shown to create disturbances in the form of gravity waves in the free atmosphere aloft, as evidenced by a corresponding ripple structure at the bottom of the smoke layer. Lidar data, aerosol ground-based measurements and supporting meteorological data are used to link free atmosphere, mixed-layer and ground-level aerosols. During the peak period of the haze event (July 7, 2002), the correlation between time series of elastic backscatter lidar data within the mixed layer and the scattering coefficient from a nephelometer at ground level was found to be high (R=0.96 for z =324 m, and R=0.89 for z=504 m). Ground-level aerosol concentration was at a maximum about 2 h after the smoke layer intersected with the growing ABL, confirming that the wisps do not initially reach the ground.     

疏勒河流域极端水文事件对极端气候的响应

为了明确疏勒河流域极端水文事件对极端气候事件的响应关系,选取疏勒河流域内及其周边的托勒、敦煌、瓜州、玉门、酒泉、马鬃山等气象站点的气温、降水和蒸发的日值数据,昌马堡水文站的日径流数据,通过趋势分析、滑动平均、主成分分析等方法,分析疏勒河流域极端气候指数、极端水文事件的年际变化规律以及影响极端水文事件的因素,并明确该流域极端洪水年内分布特征。结果表明:疏勒河流域年际气温升高趋势明显,降水量呈波动变化,增加趋势不明显,而蒸发量呈下降的变化趋势。表征高温的极端气温指数呈显著上升趋势,表征低温的极端气温指数呈显著下降趋势,说明疏勒河流域气温增幅明显。极端降水指数呈显著的增加趋势。该流域极端洪水事件和频次呈上升趋势,而极端枯水事件和频次呈下降趋势。极端洪水事件主要受控于极端降水事件,特别是极端降水总量,极端高温事件对极端洪水总量的增加也有影响,而极端枯水事件主要受控于极端低温事件。此外,2000-2016年年最大洪峰流量出现的时间有由8月向7月转变的趋势。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

COMPARISONS OF CIRCULATION ANOMALIES BETWEEN THE DAILY PRECIPITATION EXTREME AND NON-EXTREME EVENTS IN THE MIDDLE AND LOWER REACHES OF YANGTZE RIVER IN BOREAL SUMMER

Based on the NCEP/NCAR reanalysis dataset and in situ meteorological observations of daily precipitation in boreal summer from 1979 to 2008, the features of circulation anomalies have been investigated using the composite analysis for the extreme events and non-extreme events of regional mean daily rainfall(RMDR) occurring over the midand lower- Yangtze valley(MLYV). The extreme RMDR(ERMDR) events are the events at and above the percentile99 in the rearranged time-series of the RMDR with ascending order of rainfall amount. The non-extreme RMDR events are those at the percentiles 90-85 and 80-75 separately. Our results suggest that the threshold value is 25 mm/day for the ERMDR at percentile 99. Precipitation at all the percentiles is found to occur more frequently in the Meiyu rainfall season in MLYV, and the ERMDR events have occurred with higher frequency since the 1990 s. For the percentiles-associated events, the MLYV is under the control of an anomalous cyclonic circulation in the mid- and lower- troposphere with vastly different anomalous circulation at higher levels. However, at both low and high levels, the ERMDR events-related anomalous circulation is stronger compared to that linked to the non-ERMDR events. The dominant sources of water vapor differ between the ERMDR and non-ERMDR events. During the ERMDR events plentiful water vapor is transported from the Bay of Bengal into the MLYV directly by divergence while there is distinctly increased water vapor from the South China Sea(SCS) in non-RMERMDR episodes. The diabatic heating rates < Q1>, < Q2> and< Q1>- < Q2> have their anomalous patterns and are consistent with each other for these percentiles but their strength decreases markedly with the drop of rainfall intensity. For the precipitation at percentiles 99 and 90-85, the sea surface temperature anomalies(SSTA) in the Pacific distribute positively(negatively) in the south(north), and are stronger when the ERMDR emerges, with little or no SSTA as the events at percentile 80-75 occur. Besides, these results suggest that the genesis of the ERMDR event is directly related to intense local circulation anomalies and the circulation anomalies over the Pacific and SCS in tropical to mid-latitudes, and probably linked with the Pacific SSTA closely while the non-ERMDR events are mainly associated with the anomalous circulation on a local basis. The findings here help understand and predict the happening of ERMDR events over the MLYV.