中国大陆降水时空变异规律——I.气候学特征

为系统了解大尺度降水气候特征,利用2 300多个国家级气象站逐日观测资料,分析了中国大陆1956—2013年多年平均降水的空间分布和季节性变化规律。主要新认识有:① 暴雨量、暴雨日数和暴雨强度最高的站点在华南沿海,而小雨量、小雨日数最多的站点主要在江南内陆山区、丘陵;东部季风区山地、丘陵多出现低强度降水,平原和沿海易出现高强度降水;② 四季降水量均由西北内陆向东南沿海递增,南方秋季降水量明显小于春季,但华西和江南沿海秋季降水量较多,冬季降水在东南丘陵出现高值中心;③ 珠江和东南诸河流域降水量年内存在2个峰值,其中珠江流域有6月主峰值和8月次峰值,东南诸河流域主峰在6月中下旬,次峰在8月末,长江流域总体表现为单峰型,出现在6月下旬和7月初,西南诸河流域和北方所有流域降水均表现为夏季单峰型;④ 南方各大河流域从2月末到6月中下旬陆续进入雨季,北方各大河流域进入雨季时间集中在6月末、7月初;南、北方雨季结束时间比雨季开始时间集中,从南到北进入雨季时间持续120 d以上,而从北到南退出雨季时间则仅持续不到45 d;⑤ 丰雨期的持续时间,珠江流域从5月初到9月上旬后期,东南诸河从5月上旬到7月上旬,8月末到9月初再度短暂出现,长江流域从6月中下旬到7月中旬,西南诸河从7月中旬到 8月下旬,淮河流域从7月上旬至7月底、8月初,辽河流域在8月初出现极短丰雨期;⑥ 降水年际变异性最高的站点在青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、华北平原北部和汾河谷地,海河流域年降水具有最大的变异系数。     

近30a台湾非台风暴雨研究回顾

从1987年开始,台湾暴雨研究进入一个新纪元,由早期定性描述分析进入定量计算与模拟,其中包括新观测设施的建设与数值天气预报系统的建立。近年来,随着全球气候变暖,台湾极端降雨事件有所增加,其中不少极端降雨事件是由非台风暴雨所致,往往给当地社会经济和人民生命财产造成严重影响,这就迫切需要不断提高强降雨定量预报业务水平。本文通过对近30 a台湾在非台风暴雨研究发展方面取得的主要进展的回顾,重点介绍了台湾气象部门为了提高强降雨定量预报业务水平所做出的努力,同时对未来台湾非台风暴雨研究规划与方向作了简要介绍。     

引发强降水的一次东移高原云团的能量演变特征研究

利用日本气象厅葵花-8卫星亮温资料、欧洲中心ERA5（the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis）再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学多个角度研究了2016年6月5日00时（协调世界时,下同）至6日15时（持续40小时）一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时（第一阶段）,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中（第二阶段）,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后（第三阶段）,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段的直接影响方式,该阶段背景场的作用是以一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给（即扰动流的反馈）,但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。     

杭州市典型雨转雪天气成因及预报模型

利用2008—2018年的NCEP(1°×1°)再分析资料、常规气象观测资料和降雪加密观测资料,选出杭州地区10次典型的雨转雪天气过程,从大尺度环流背景和动力、水汽以及热力因子等物理量场结构方面展开研究,最终得出杭州冬季典型雨转雪天气的预报模型:①大尺度环流配置需满足能为雨转雪天气的形成提供有利的水汽、动力抬升以及中低层上暖下冷的逆温或等温层结条件;②水汽和动力因子等物理量须满足产生纯雪的特定条件;③杭州温度层结须为T_(2m)≤1.5℃、T_(925)≤-4.0℃、T_(850)≤0℃、T_(700)≤-1.0℃和T_(500)≤-10.0℃。此外,进一步补充了杭州可能产生大雪甚至暴雪量级降雪的特定条件。最终选取2019年初的2次典型降水过程进行预报回报检验。     

Meteorology in Canada: A reaction to the rose report

The methods used in an earlier study focusing on the province of Ontario, Canada, were adapted for this current study to expand the study area over eastern Canada where the infrastructure is at risk of being impacted by freezing rain. To estimate possible impacts of climate change on future freezing rain events, a three-step process was used in the study: (1) statistical downscaling, (2) synoptic weather typing, and (3) future projections. A regression-based downscaling approach, constructed using different regression methods for different meteorological variables, was used to downscale the outputs of eight general circulation models to each of 42 hourly observing stations over eastern Canada. Using synoptic weather typing (principal components analysis, a clustering procedure, discriminant function analysis), the freezing rain-related weather types under historical climate (1958–2007) and future downscaled climate conditions (2016–2035, 2046–2065, 2081–2100) were identified for all selected stations. The potential changes in the frequency of future daily freezing rain events can be projected quantitatively by comparing future and historical frequencies of freezing rain-related weather types.

The modelled results show that eastern Canada could experience more freezing rain events late this century during the coldest months (i.e., December to February) than the averaged historical conditions. Conversely, during the warmest months of the study season (i.e., November and April in the southern regions, October in the northern regions), eastern Canada could experience less freezing rain events late this century. The increase in the number of daily freezing rain events in the future for the coldest months is projected to be progressively greater from south to north or from southwest to northeast across eastern Canada. The relative decrease in magnitude of future daily freezing rain events in the warmest months is projected to be much less than the relative increase in magnitude in the coldest months.     

C‐band SAR backscatter characteristics of Arctic sea and land ice during winter

Abstract

Synthetic Aperture Radar (SAR) data has become an important tool for studies of polar regions, due to high spatial resolution even during the polar night and under cloudy skies. We have studied the temporal variation of sea and land ice backscatter of twenty‐four SAR images from the European Remote Sensing satellite (ERS‐1) covering an area in Lady Ann Strait and Jones Sound, Nunavut, from January to March 1992. The presence of fast ice in Jones Sound and glaciers and ice caps on the surrounding islands provides an ideal setting for temporal backscatter studies of ice surfaces. Sample regions for eight different ice types were selected and the temporal backscatter variation was studied. The observed backscatter values for each ice type characterize the radar signatures of the ice surfaces. This time series of twenty‐four SAR images over a 3‐month period provides new insights into the degree of temporal variability of each surface. Ice caps exhibit the highest backscatter value of ‐3.9 dB with high temporal variability. Valley glacier ice backscatter values decrease with decreasing altitude, and are temporally the most stable, with standard deviations of 0.08–0.10 dB over the 90‐day period.

First‐year ice and lead ice show a negative trend in backscatter values in time and a positive correlation of up to 0.59 with air temperature over the 90‐day period. For first‐year ice and lead ice, episodes of large temperature fluctuations (±12°C) are associated with rapid changes in backscatter values (±2 dB). We attribute the backscatter increase to a temperature‐induced increase in brine volume at the base of the snow pack. Multi‐year ice, conglomerate ice and shore ice are relatively stable over the 3‐month period, with a backscatter variation of only a few dBs. An observed lag time of up to three days between backscatter increase/decrease and air temperature can be attributed to the insulation effect of the snow cover over sea ice. The net range of the backscatter values observed on the most temporally stable surface, valley glacier ice, of about 0.30 dB indicates that the ERS‐1 SAR instrument exceeds the 1 dB calibration accuracy specified for the Alaska SAR Facility processor for the three winter months.     

台风螺旋雨带云结构和降水形成机制研究

应用数值模式结果,选择台风登陆后两个不同时次螺旋雨带中两个强降水中心,对台风螺旋雨带的云结构和降水形成机制进行诊断分析.结果发现螺旋雨带云结构和降水形成机制有如下特点:在9～13 km高空范围内冰晶的非均质核化非常活跃,冰晶转化率高于台风眼壁暴雨数倍,但是冰晶通过贝吉龙过程生长为雪、雪通过凝华增长生长为霰的过程相对台风眼壁很弱,螺旋雨带雨水形成微物理机制以霰粒子融化成雨水(pgmlt)为主,冰相粒子转化率大值区位于垂直上升气流大值区,8 km高度霰收集雪(dgacs)干增长是最主要的冰相粒子生长过程,与北方层状云比较,螺旋雨带暴雨冷云中的凝华过程和撞冻过程非常活跃.螺旋雨带云水凝结过程呈双峰型,位于7～8 km高度冷云区的云水凝结峰值较大,暖云区0.5～1.5 km高度云水凝结峰值次之.     

降水资料同化在GRAPES-MESO模式中应用试验研究

利用国家气象中心中尺度业务数值预报模式GRAPES-MESO v3.0,以2010年6月1～30日为例,开展地面降水率1DVAR(one-dimensional variational assimilation)同化方案在GRAPES-3DVAR(three-dimensional variational assimilation)同化系统中的应用试验研究(ASSI试验),并以未加降水资料同化的试验为对照试验(CNTL试验),以评估全国1h加密雨量资料在模式中同化应用的效果。结果表明:1)在相对湿度背景误差和降水率观测误差范围内,1DVAR同化方案能够对湿度廓线进行有意义的调整,使分析降水向观测降水靠近;ASSI试验对初始温、压、湿、风场的修正主要为正效果;2)对2010年6月17～21日江南、华南连续性降水过程进行了分析,整体而言ASSI试验对逐日及逐时降水强度的预报普遍强于CNTL试验,与实况更加接近;3)ASSI试验对2010年6月1～30日08时起报的0～24 h模式预报的小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨各个降水量级TS评分及ETS评分相比CNTL试验均有较明显提高,预报偏差也更接近于1;4)ASSI试验较CNTL试验能更好地模拟雨带的分布、雨带演变特征和降水强度的变化;5)对降水所做的典型个例和统计检验分析从不同角度说明了地面降水资料1DVAR同化方案在GRAPES-3DVAR系统中的应用改善了GRAPES-MESO v3.0的降水模拟效果。     

青藏高原大地形对华南持续性暴雨影响的数值试验

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.2及NCEP/NCAR 逐日4次1°×1°的FNL再分析资料,通过有、无青藏高原以及将高原高度降低到临界高度的数值试验,研究了青藏高原大地形对我国华南地区2010 年5 月一次持续性暴雨过程的影响。试验结果表明:高原大地形对降水的影响显著,随着高原高度的升高,降水增多,高原以东地区的雨带也由北向南移动;高原地形的机械阻挡作用使迎风坡一侧的近地面层附近为强上升运动,背风坡为下沉运动,并分别对应降水的峰值和谷值区;高原对西风气流的爬流、绕流作用明显,高原升高后爬坡作用减弱,以绕流作用为主;高原的加热作用使气流过高原时南支减弱,北支加强,并加强了高原及其东部地区低层的正涡度和高层的负涡度,使高原上空为强烈的上升运动;高原的热力作用使西太平洋副热带高压位置偏南、偏西并稳定维持;高原大地形对形成稳定的高原季风环流圈有重要作用;高原地形高度的作用有利于定常波的形成,波动中心对应强上升运动,形成降水的大值区,稳定维持的定常波使得降水持续集中在同一地区,造成持续性暴雨。     

网络数字雹雨分测仪技术试验研究

介绍了网络数字雹雨分测仪的传感器结构和工作原理:利用浮力定律,翻斗计量,微机记录,网络传输等工作原理,模拟实验了理论数值和实验数值间的计量误差,探讨了误差产生的原因及野外观测调节技术和蒸发补偿订正等.经试验表明,各种部件结构科学、稳定、误差小、整体性能良好.野外观测资料表明,网络雹雨分测仪所测雨量与自动站观测的雨量误差在可接受范围;由于能同时进行雹雨分测,对极端冰雹天气具有实时监测优势,在野外林果和农作物雹灾危害评估中有重要作用,具有与遥测雨量计和其他遥测气象要素仪器一样的现代化水平,可广泛应用于农业和林业灾害野外监测网络之中.