重庆2014年9月12-19日连阴雨过程分析

利用NCEP1°×1°的再分析资料及重庆地区逐日、逐时降水资料、TBB资料以及雷达回波资料对2014年9月12-19日连阴雨天气及期间两次暴雨过程进行对比分析。结果表明：此次连阴雨期间欧亚大陆中纬度为“一槽”型,暖湿气流沿台风“海鸥”外围以及副高边缘不断将南海及西太平洋的水汽输送至川渝地区,为连阴雨提供良好的水汽输送条件;比湿的演变对连阴雨期间降水的增强及间歇有明显的指示意义,负的整层水汽通量散度大值区与两次暴雨落区一致。连阴雨前期大气为对流不稳定层结,能量条件好,阻塞高压明显,中高纬度的环流经向度较大,有利于冷空气的快速南下,前期的“9.13”大暴雨的对流性特征更明显;后期“9.17”暴雨则表现为稳定性降水,TBB资料在连阴雨期间的强度演变对两次暴雨过程产生的时段和落区的指示意义较好。在整个连阴雨期间近地层多弱冷空气的影响,中层有偏南风,连阴雨天气得以持续,但是两次暴雨过程开始时,冷平流均有明显的增大,表明冷空气有所加强,冷空气的加强触发了暴雨的产生,同时伴有中层偏南暖湿气流的增强。从两次暴雨过程时多普勒雷达垂直风廓线图也能反映出低层冷空气入侵,中层偏南暖湿气流的增强。     

蓬莱近岸海域夏季悬浮泥沙输运及控制因素

基于2019年6月在蓬莱近岸海域实地观测获取的样品和数据,研究了海流、温度、盐度和悬浮泥沙的时空分布特征,利用小波分析、单宽通量机制分解和Richardson数等方法,探讨了悬浮泥沙的输运机制和控制因素。研究区悬浮泥沙在平面上呈以登州浅滩为中心向周围海域逐渐降低的分布特征,垂向上呈由表层至底层逐渐升高的趋势。悬浮泥沙浓度变化与潮流变化具有较好的正相关关系,但在时间上滞后1～2 h。研究区单宽净输沙率为7.84～43.12 g/(s·m)。平流输运在研究区悬浮泥沙输运过程中占主导地位,垂向净环流输运次之。潮流是研究区悬浮泥沙输运的主要动力,悬浮泥沙净输运方向与余流方向一致,登州水道南部悬浮泥沙由西向东输运,水道中部悬浮泥沙由东向西输运,南长山岛两侧悬浮泥沙呈向水道输运的趋势。研究区海域部分水体层化现象明显,水体混合受到抑制,悬浮泥沙的分布和输运受到潮流、水体混合和地形地貌共同控制。     

生态学代谢理论在生态系统碳循环研究中的应用

生态系统的碳循环过程和机制是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。生态学代谢理论在个体水平的建立以及在微观生命系统和宏观生态系统的发展,为我们研究生态系统物质循环提供了新方法和新思路。本文回顾了生态学代谢理论的发展过程、理论形成,及其在生态学不同尺度研究中的应用进展;并在此基础上,着重探讨了代谢理论在海洋和陆地生态系统碳循环中的发展和应用;展望了代谢理论在全球生物地球化学循环中的应用前景。期望对这一问题的理论探讨能够对生态系统物质循环研究领域基础理论的发展起到推动作用。     

2021年青海玛多MW7.4地震地表破裂带CO2脱气特征

大气圈温室气体CO₂浓度的增加是人为排放和自然过程排放共同作用的结果, 其中活动断裂带、火山地热区等地质源温室气体释放是导致大气温室气体浓度增加的重要自然因素。活动断裂带是地球脱气的重要通道之一, 释放规模巨大的CO₂温室气体, 尤其是在地震时气体释放会有明显的增强。2021年5月22日玛多M_W7.4地震在地表产生了约160km长的破裂带。利用静态暗箱法在破裂带开展了系统的CO₂通量测量, 获得了震后破裂带CO₂脱气特征。结果表明: 1)玛多M_W7.4地震地表破裂带平均CO₂释放通量为22.25g/(m² ·d), 最高CO₂释放通量为103.18g/(m² ·d)。CO₂通量剖面具有对称的特点, 在剖面中心点主破裂处通量值最高, 远离主破裂面, 通量值逐渐递减; 2)沿地震地表破裂带走向CO₂释放通量和同震水平位移具有较好的对应关系, 同震水平位移大的破裂位置, 具有较高的CO₂释放通量; 3)玛多M_W7.4地震地表破裂带震后年CO₂释放量为0.76 Mt, 释放规模相当于中国大陆新生代典型火山-地热区的3.5%。活动断裂带尤其是地震后产生的地表破裂带, 其CO₂释放量对大气圈温室气体的贡献不可忽视, 需要引起重视和深入研究。

     

汉江流域盛夏暴雨与天气尺度瞬变波EP通量的可能联系

利用1980—2015年ERA-5全球再分析资料,对汉中地区典型暴雨发生前纬向风场变化及天气尺度瞬变波活动(Eliassen-Palm通量特征)进行分析。结果表明:瞬变波Eliassen-Palm(EP)通量特征分析为汉江流域暴雨潜势预报提供一个有利的参考指标;暴雨发生前,33°N附近200 h Pa有纬向风减速中心,对应200 hPa为EP通量辐散区,这种垂直分布模型是暴雨前期的有利形势,随着纬向风减速趋势加快,EP通量辐散区扩展并加强,有利于暴雨的发生;与8月相比,7月暴雨强度更强,暴雨范围更广,纬向风变化更明显,200 hPa的EP通量辐散更强。若简单地将盛夏暴雨整体进行研究,会影响对不同月份瞬变波活动及大气环流变化趋势的诊断,造成诊断偏差且难以准确反映瞬变波与暴雨的联系。因此在讨论盛夏季天气尺度瞬变波与对流层环流的相互作用时,应按月份讨论。     

三江源地区水汽输送的时空变化特征及其机理研究

利用ERA5小时再分析资料分析了1981~2019年三江源地区水汽总量和水汽通量的时空演变规律及其可能成因。结果表明：三江源地区平均水汽总量和水汽通量的空间分布总体呈东南向西北递减的态势;其中,7月水汽表现出明显的异质性,对应平均水汽总量在可可西里和黄河源区的两个高值中心,平均水汽通量则恰好是两个低值区,该月水汽输送在曲麻莱、清水河一带和久治形成两个辐合区;近39年,平均水汽总量与平均水汽通量的经向输送呈增多趋势,但夏季平均水汽通量纬向输送的显著减少导致了其年值的减少;而平均水汽总量与平均水汽通量的年内分配分别呈“单峰”型、“双峰”型分布;西风环流减弱、高原夏季风以及南海夏季风增强,有利于水汽总量的增加和经向输送,而夏季高原热力作用则对水汽经向输送起到一定的扰动作用。     

基于RegCM4.6的中国地区云对地表太阳辐射的影响研究

使用RegCM4.6区域气候模式,选取Emanuel和Mix（Grell+Emanuel）两种积云对流参数化方案,以2016年为例,分别对中国地区云短波辐射强迫及其涉及的物理量进行数值模拟,揭示其时空分布特征,并探究两种积云对流参数方案模拟效果的差异及其原因。结果表明：从季节平均来看,全国地表云短波辐射强迫均为负值,云对地表为冷却效应,冬季最小,春夏季较大。塔里木盆地四季均为辐射强迫低值区,夏季冷却效应最弱,辐射强迫绝对值低于40 W·m-2;全天空地表净短波辐射分布也呈显著季节差异,除夏季外均呈由南向北逐渐递减的分布趋势;晴空地表净短波辐射在横断山脉处和塔里木盆地处均比较低,其中春季最为明显;两个方案所得的季节空间分布特征大致相同,但在数值上存在差异。春季时全国大部分地区全天空地表净短波辐射通量差异最大,在55 W·m-2左右,晴空地表净短波辐射通量在青藏高原处差异在60W·m-2左右。     

塔中地面加热场强度变化特征分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境综合观测试验站塔中西站10 m梯度自动气象站2009年1、4、7、10月观测数据,基于土壤的一维热扩散方程计算四季自然沙地下垫面的地表土壤热通量和地面加热场强度,从而分析沙漠下垫面的地面加热场强度变化特征。结果表明:(1)春季和夏季地表土壤热通量日总量为正值,热通量方向向下,沙层相对大气是热汇,秋季和冬季则相反;日较差最大值出现在秋季,最小值出现在冬季;除冬季以外土壤热通量只占净辐射通量的很小一部分;(2)1、4、7、10月地面加热场强度分别为-33.20～87.39 W/m²、-36.92～274.16 W/m²、-7.59～244.78W/m²、-24.90～170.42 W/m²,地面加热场强度日平均值均为正值,地面为热源,夏季最强,春季次之,冬季最弱;(3)与大气相较,白天地面为强热源,夜间为弱冷源,春季地面加热场强度峰值出现在12时(地方时),夏季、秋季、冬季均出现在13时(地方时)。因此,塔克拉玛干沙漠腹地地面加热场强度具有独特的日变化和季节变化特征。     

陆面过程与天气研究

利用观测数据和最大熵增（Maximum Entropy Production,MEP）模型,估算了京津冀地区小汤山、顺义和武清3个站的地表感热通量和潜热通量。模型的输入量为地表净辐射、地表温度以及地表比湿,其中地表温度和地表比湿分别通过地表向上、向下长波辐射和相对湿度估算得到。将MEP模型计算结果与涡动相关（Eddy Covariance,EC）观测得到的感热通量和潜热通量进行比较,验证评估MEP模型。此外,将MEP模型计算结果与另一种简化计算方法（M20模型）以及7种再分析资料（NCEP1、NCEP2、MERRA2、ERA-5、ERA-Interim、JRA55、CRA）的日平均地表感热和潜热通量进行比较,对比分析它们在京津冀地区计算地表感热和潜热通量的准确度。结果表明：MEP模型计算的地表潜热通量和感热通量与涡动相关观测结果较为接近,具有相似的日变化、月变化和季变化特征。相比M20方法和再分析资料,MEP模型的计算结果与观测吻合得更好,具有更小的均方根误差和平均偏差。因此,最大熵增模型在京津冀地区计算地表热通量的准确度和可信度较高,在该地区具有较好的适用性。     

利用海-气-浪耦合模式(COAWST)对北印度洋一次强热带风暴\

相对中国其他海域,三面环陆的黄渤海区域海洋与中纬度大气间的相互作用有其独特性,在该区域开展海气耦合模式对气象要素的影响研究十分必要。本文基于大气和海洋的全球预报和再分析资料,利用高分辨率区域海气耦合模式（简称耦合模式）和非耦合模式,开展数值模拟试验。并根据国家地面常规气象观测站和埕北石油A平台实况观测资料,对比分析了2020年6月两种模式对近地层大气温湿要素预报结果,并结合海温、海气热通量变化和风场调整情况,分析了海气双向耦合过程对近地层温湿要素预报影响的原因。结果表明：耦合模式对近地层的湿度要素预报改进较大,以增湿效应为主;海气双向耦合对温湿要素的影响范围可扩展至黄渤海周边省市全域,可提升耦合模式对黄渤海周边区域近地层湿度和白天温度的预报效果;湿度对海气双向耦合的响应速度明显快于温度,说明耦合模式先改进了近地层湿度预报效果;耦合模式海表向上的潜热通量增加是近地层温湿要素预报改进的主要原因。