京津冀地区7—9月极端降水分型及趋势分析

本文采用K-means聚类分析的方法,将京津冀地区1979—2022年7—9月极端降水事件按照强度和位置分为四类,并在此基础上分析了此地区7—9月极端降水的环流特征、变化趋势及可能原因。通过分析不同高度层四类极端降水对应的大气环流可知,低层的西南气流、中层的副热带高压、高层的南亚高压、西风急流等天气系统以不同的配置组合共同对京津冀地区的极端降水产生影响。在长期趋势方面,1979—2022年7—9月京津冀地区的极端降水频率呈上升趋势,这是由于7月类型Ⅱ和Ⅲ极端降水的增加,以及9月类型Ⅳ极端降水的增长所致。通过对背景场的分析发现,低层水汽场及高层位势高度场有利于7月极端降水的增加,而9月类型Ⅳ极端降水的增加则源自于低层和高层背景动力场及位势高度场的增加。     

南方低山丘陵地区汛期短时强降水特征分析

研究汛期短时强降水特征,对于南方低山丘陵地区山洪灾害的预报具有重要指导意义。以怀化市为研究区域,基于该区域11个国家站和403个区域自动气象站的2012-2017年4-9月期间逐小时降水量以及相对应的NCEP资料,分析了怀化市短时强降水的时空分布特征,得出了产生短时强降水天气系统模型,结果显示：①汛期短时强降水发生频率较高,时间集中,分布不均。主要出现在5～7月,占4～9月的72.9%,其次在8～9月;北部频数多,中南部少,西部最少,辰溪、麻阳和怀化三县交界处及沅陵县的大合坪附近是频发区域。②短时强降水日变化呈单峰型,4～10时最容易发生,峰值在8时,谷值在23时。③强度越强出现的频次越少;北部的强度和次数大于其它区域;50～79.9 mm/h,占总站数的68.4%;各月国家站的极值乘以2约等于区域站极值。④低涡型短时强降水出现概率最高,低涡位置和移动路径是短时强降水预报的关键点。     

季风指数及其年际变化Ⅱ.南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度.指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关.绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变.季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度.最后分析指出,南海850hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化.     

高云与高层垂直速度关系的个例研究Ⅱ.动力学分析

观测表明,高云的夏季块状分布和冬季带状分布,与低层赤道辐合带的夏季与冬季的形状十分相似;并且卷云和卷层云可以独立于深对流单独存在.作者对这两个观测分析结果进行动力学分析,结论如下:1)由于印度洋北面是青藏高原与亚洲大陆,夏季不能在北面副热带地区形成反气旋,从而印度洋赤道北面为西南气流,导致了赤道辐合带在该地区断裂并且相应的深对流在亚洲季风区的块状分布.2)利用斜压超长波理论,将Rodwell等的亚洲季风单向模型(即非绝热加热导致季风形成)作了修改,扩展为双向闭合模型.印度洋跨赤道偏南风产生大范围水汽辐合,其与地形的共同作用,产生了降水云系的高层加热,由于Sverdrup涡度平衡关系,导致了低层的偏南风而形成了一个相互作用的闭合过程,从而表明了亚洲夏季风是准定常的.3)通过详细分析涡度方程,证明除了恰好在赤道上之外,赤道辐合带上的水平辐合均会产生涡,并且这些涡由点涡(涡度的奇异部分)与各种尺度的涡(涡度的正则部分)组成.正涡度对应于云区,负涡度对应于晴空区,与赤道辐合带(ITCZ)的观测结果一致.4)由于辐合和切变产生涡,得到赤道辐合带和深对流的带状准定常维持的动力机制,即:由于赤道辐合带的辐合,其南北风辐合与东西风切变将产生涡,其与水汽的共同作用产生了深对流的上升降水云系,而降水云系的潜热诱导上升,进一步加强了水平辐合,从而表明了赤道辐合带的带状准定常维持的中介是不同尺度的涡.5)卷云和卷层云可以独立于深对流的原因是热带卷云和卷层云与流场是可以互相激发的,深对流不是其唯一的源.     

一次引发南亚大暴雨的季风低压结构、涡度与水汽收支分析

对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.     

Channel precipitation dynamics in a forested Pennsylvania headwater catchment (USA)

Seasonal and event variations in stream channel area and the contributions of channel precipitation to stream flow were studied on a 106‐ha forested headwater catchment in central Pennsylvania. Variations in stream velocity, flowing stream surface width and widths of near‐stream saturated areas were periodically monitored at 61 channel transects over a two‐year period. The area of flowing stream surface and near‐stream saturated zones combined, ranged from 0·07% of basin area during summer low flows to 0·60% of total basin area during peak storm flows. Near‐stream saturated zones generally represented about half of the total channel area available to intercept throughfall and generate channel precipitation. Contributions of routed channel precipitation from the flowing stream surface and near‐stream zones, calculated using the Penn State Runoff Model (PSRM, v. 95), represented from 1·1 to 6·4% of total stream flow and 2·5–29% of total storm flow (stream flow–antecedent baseflow) during the six events. Areas of near‐stream saturated zones contributed 35–52% of the computed channel precipitation during the six events. Channel precipitation contributed a higher percentage of stream flow for events with low antecedent baseflow when storm flow generated by subsurface sources was relatively low. Expansion of channel area and consequent increases in volumes of channel precipitation with flow increases during events was non‐linear, with greater rates of change occurring at lower than at higher discharge rates. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

East Asia winter monsoon variations on a millennial time‐scale before the last glacial–interglacial cycle

Grain size and magnetic susceptibility measurements on samples from a typical loess–palaeosol sequence on the central Chinese Loess Plateau are used to reconstruct the Pleistocene East Asian monsoon climate. The coarse‐grained fraction, i.e. the weight percentage > 30 μm of the bulk grain‐size distribution, is used as a sensitive proxy index of the East Asia winter monsoon strength. On the basis of an absolute time‐scale, time‐series variations of this proxy show that winter monsoon strengths varied on millennial time‐scales during the periods 145–165, 240–280, 320–350, 390–440, 600–640, 860–890, 900–930 and 1330–1400 kyr BP. The wavelength of these climatic oscillations varied between 1.89 and 4.0 kyr, as is shown by spectral analysis using the multitaper method. Although numerical simulation experiments show that high frequencies also can arise from measurement errors in the grain‐size analysis, the frequencies prove to be sufficiently stable when the spectral analysis is repeated with a different number of tapers. For the time being, we do not correlate these climatic oscillations with palaeoclimatic records in the North Atlantic deep‐sea sediments because both time‐scales need to be further improved. Our data, however, certainly demonstrate that millennial‐scale East Asian winter monsoon variations in the last 1.4 million years can be detected from terrestrial loess records. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于年际增量法的卷积神经网络模型对中国夏季降水的预测研究

将前冬的500 hPa位势高度、向外长波辐射和海表温度的年际增量作为预测因子,建立基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的非线性预测模型,对中国160个测站夏季降水展开预测研究,并与基于线性奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)的预测模型进行效果对比。结果表明：CNN在1981—2020年的交叉检验中所回报的降水平均PS评分和距平相关系数(ACC)分别为74.33和0.12,比SVD高2.15和0.06,说明CNN比SVD在整体上对夏季降水具有更好的预测能力。其中,CNN对SVD预测较好年份的预测效果提升较为明显,对SVD预测较差的年份则改进不大。CNN对中国降水预测存在一定的系统性偏差,订正后CNN对拉尼娜年的降水预测改进较大。结果表明,基于年际增量法的CNN预测模型展示出较好的潜在应用价值。     

局地温度变化中各项因子的定量估算

基于安徽沿江地区高温、降水两类天气过程,利用逐时实测气温、NCAR/NCEP再分析资料提供的风、气温、垂直速度等资料,从天气学基本原理出发,由天气学原理和ω与w的换算关系式等估算局地气温的平流项、垂直项大小,并由实测气温经过计算获得非绝热项的估算值。结果表明,各项对于局地温度的升温作用为：平流项的变化相对比较复杂,就高温天气而言平流项的作用往往使得局地温度降低,但是两类天气平流项的作用非常弱;两类天气过程中的垂直项都导致局地温度升高,比例占1％～5％;可以说,安徽沿江地区局地温度的增温主要来自于非绝热项,增温比例常常超过95％,它对局地温度的升高具有举足轻重的作用。     

用极轨气象卫星资料分析飞机增雨云层条件

综合应用NOAA卫星AVHRR／3和FY-1极轨气象卫星高分辨0．58～0．68μm可见光、1．58～1．64μm近红外和10．3～11．3μm红外多通道资料,充分考虑了云的厚度、云中粒子尺度和云顶亮温的信息,给出了适宜飞机增雨作业云层的卫星遥感判据,建立了云层作业条件分析模型。实际应用表明,卫星遥感分析图可以有效地监测、判识和分析云层的增雨作业条件,应用效果好,可作为飞机增雨航线设计、作业决策的重要依据。通过增雨个例的微波图像特征分析,初步分析了AMSU—B微波图像在人工增雨作业中的作用和应用前景。