2008年初我国低温雨雪冰冻灾害的气候特征

 利用中国606个时间序列超过40 a的气象台站逐日气温、降水和天气现象等资料,确定了定义低温、降雪、冰冻和多年一遇等指标的方法,对2008年初我国低温雨雪冰冻灾害的空间分布、持续时间、历史强度和灾害影响等进行了综合分析。结果表明：2008年1月中旬到2月上旬,我国长江中下游至江南地区发生了历史罕见的低温雨雪冰冻灾害,灾害发生区域的最大连续低温日数、最大连续降雪量和最大连续冰冻日数均为1951年以来历年冬季的最大值,综合各种指标统计其强度为百年一遇。此次灾害具有影响范围广、持续时间长、发生强度大等特点,对我国电力、交通、农业、林业、人民生活等方面产生了重大影响。     

The Impact of Precipitation Scavenging on the Transport of Trace Gases: A 3-Dimensional Model Sensitivity Study

With the global Chemistry-Transport model MATCHsensitivity simulations were performed to determinethe degree to which especially upward transport ofgases from the earth's surface is limited byconvective and large-scale precipitation scavenging.When only dissolution of species in the liquid phaseis taken into account, mixing ratio reductions in themiddle and upper troposphere by 10% arecalculated for gases with a Henry's Law constant H of10³ mol/l/atm. The removal increases to 50% forH = 10⁴ mol/l/atm, and to 90% for H =10⁵ mol/l/atm. We also consider scavenging by theice phase, which is generally much less efficient thanby the aqueous phase. In fact, rejection of gases fromfreezing water droplets may be a source of trace gasat higher altitudes.H₂O₂ and the strong acids (H₂SO₄,HNO₃, HCl, HBr, HI) have such large solubilitiesthat they become largely removed by precipitation.When significant concentrations of these gases andsulfate aerosol exist above the liquid water domain ofthe atmosphere, they have likely been produced thereor at higher altitudes, although some could have comefrom trace gas rejection from ice particles or fromevaporating hydrometeors. Several other gases areaffected by precipitation, but not strongly enough toprevent fractional transfer to the middle and uppertroposphere: e.g., HNO₄, HNO₂ at pH 5,CH₂O, the organic acids at pH 6,CH₃SOCH₃, HOCl, HOBr, and HOI. NH₃ islargely removed by liquid phase scavenging at pH 7 and SO₂ atpH 7. At pH less thanabout 6, upward transport of SO₂ should largelydepend on the efficiency of oxidation processes in thewater droplets by O₃ and H₂O₂.Most gases have solubilities which are too low forsignificant precipitation scavenging and aqueous phaseoxidation to occur. This holds, e.g., for O₃, CO,the hydrocarbons, NO, NO₂, HCN, CH₃CN,CH₃SCH₃, CH₃O₂H, CH₃CHOandhigher aldehydes, CH₃OH and higher alcohols,peroxyacetylnitrate (PAN), CH₃COCH₃ andother ketones (note that some of these are not listedin Table I because their solubilities are below 10mol/l/atm). Especially for the short-lived gases,transfer from the boundary layer to the middle andupper troposphere is actually promoted by the enhancedupward transport that occurs in clouds.     

CLM3.5模式对青藏高原玛曲站陆面过程的数值模拟研究

利用通用陆面过程模式(CLM3.5)和青藏高原玛曲站2010年6月-2011年2月的观测资料进行了9个月的单点数值模拟试验。通过比较辐射通量、能量通量、土壤温度及土壤含水量的模拟值和观测值,结果表明,CLM3.5模式能较成功地模拟玛曲地区的陆面能量与水分特征。该模式对夏季向上短波辐射的模拟较好,冬季整体偏小。向上长波辐射的模拟整体较好,但模拟值稍偏大。净辐射的模拟整体较好,模拟值与观测值的相关系数为0.99,偏差为-1.28 W.m-2。感热通量的模拟较差,整体显著偏高。潜热通量的模拟较好,随季节变化特征明显。土壤热通量的模拟夏季较好,冬季土壤冻结及消融期的偏差较大,主要原因与冬季模拟的积雪偏少有关。土壤温度的模拟夏季较好、冬季较差,6层土壤温度模拟值与观测值的相关系数均在0.98以上,平均偏差为-1.80℃。模式较好地模拟出了冬季土壤冻结后存留的未冻水,冻结后土壤含水量的模拟较该模式以前的版本有了很大的改善,6层土壤含水量模拟值与观测值的平均相关系数为0.94,平均偏差为-0.015m3.m-3。     

双参数微物理方案的冰相过程模拟及冰核数浓度的影响试验

利用耦合Morrison 2-mon(MOR)双参数微物理方案的中尺度天气研究与预报模式(WRF)中的单气柱模式,对热带暖池国际云试验(TWP-ICE)期间的个例进行数值模拟。通过与观测资料和云分辨率模式的模拟结果进行对比,检验MOR方案对热带对流云系的微物理特征的模拟能力。模拟结果显示:MOR方案能够较好地模拟出热带云系中液相和冰相水凝物的垂直分布以及随时间的演变特征。地表向下长波辐射和大气顶向外长波辐射的量级和时间演变趋势同观测也非常接近。对与冰晶和雪有关的云微物理特征分析之后发现:季风活跃期,冰晶主要的源汇项有凝华增长过程、沉降过程、冰晶向雪的自动转化以及冰晶被雪碰并的过程。由于冰晶主体位于温度低于―20℃的高空,因而它对雨水的形成主要是间接贡献。同时期雪的主要源汇项中,凝华增长和沉降过程占据着主导地位。雪的凝华过程消耗了大量的水汽,可能抑制了冰晶的增长。另外雪的融化过程非常强盛,是产生降水的重要因子。季风抑制期,冰相的微物理过程变得相对简单且整体削弱,以凝华升华和沉降过程为主。凝华凝冻核的数浓度(N_dep)的气溶胶敏感性试验表明:季风抑制期,高空的冰晶云的宏观和微观性质对凝华凝冻核数浓度的响应情况呈现显著的线性特征。冰晶的含量随着N_dep的增加而增加,反之降低。该时期微物理过程主要同冰晶有关,水分的分配较为简单,N_dep增加时,高空冰云中小冰晶粒子数目增多且云顶升高,使得大气顶部向外长波辐射(OLR)值减小,反之冰云主体中冰晶有效半径增加,高空的冰云更加透明,云顶更低,对 OLR值增加起促进作用。而季风活跃期,微物理过程复杂,冰晶云的宏微观特征对N_dep的响应表现出一定的不规律特征。     

基于CloudSat卫星观测的贵州冻雨形成机制分析

利用CloudSat卫星观测资料,从云物理观测和温度垂直结构角度对贵州地区冻雨形成机制进行分析。结果表明,对冰相机制的冻雨,CloudSat卫星的CPR雷达反射率、云冰含量和温度廓线产品能够描述冰相降水粒子在融化层中相变为液态水的"融冰"过程,雷达反射率回波0℃层亮带是该过程的直接反映,云冰含量产品也能够反映融化层对冰相降水粒子的融化作用。对"过冷暖雨"机制的冻雨,CloudSat卫星能够描述降水粒子在整层气温低于0℃的环境中保持过冷水状态下落的过程。研究基于云物理观测证实贵州冻雨存在一种具有融化层的暖雨机制,其大气存在着具有融化层的逆温结构,降水粒子在融化层中为普通液态水,在温度略低于0℃的环境中为过冷水,过冷水下落经过融化层时升温变为普通液态水,再继续下落进入次冻层冷却,最后与低于0℃的地面物体碰并冻结形成冻雨。冻雨形成机制不能通过融化层区分。     

定量诊断2008年初南方罕见冰冻雨雪天气

根据NCEP/NCAR逐日再分析资料和每三小时一次的TRMM 3B42降水资料,利用改进后的局地经向环流线性诊断模式(不用地转风近似而用旋转风估算水平环流经向分量),定量分析了2008年初我国南方地区局地经向环流的垂直分量(-ωMC)的演变情况.结果表明:当我国南方地区发生强降水时,局地经向环流的强上升支气流((-ωM...     

冬季中东急流对中国西南地区覆冰形成的影响

采用西南地区 (25°N～35°N, 95°E～110°E) 96个常规气象观测站1961年1月1日～2009年12月31日逐日气象要素资料, 利用同时满足地面日最低气温在-10～1 ℃、 相对湿度大于80%、 日照时数小于等于2个小时这三个条件, 计算1月中国西南地区覆冰日数。利用NCEP/NCAR再分析格点资料, 分析大气环流特征。结果表明: 强覆冰年时欧亚地区500 hPa高度距平场为 “北高南低”、 中高纬地区 “西高东低”、 中低纬地区“西低东高” 的形势, 乌拉尔山高压脊、 里海东部低压槽、 副热带高压均偏强, 有利于冷暖空气在西南地区强烈交汇, 是西南地区形成覆冰的基本条件; 冬季中东急流强, 则有利于西南地区覆冰的形成, 相关最好的区域位于四川—云南—贵州三省交界处、 贵州省大部分地区、 云南省北部与西藏东南部交界处、 陕西省西南部以及川西二郎山附近, 这些均是最易发生严重覆冰的区域; 500 hPa中亚低槽活动, 将中东急流变化与西南地区覆冰强弱紧密的联系了起来; 前期12月北大西洋百慕大群岛附近海表温度的异常偏低是1月中东急流异常偏强的重要影响因素。     

2008年初我国低温雨雪冰冻灾害的气候特征

利用中国606个时间序列超过40 a的气象台站逐日气温、降水和天气现象等资料,确定了定义低温、降雪、冰冻和多年一遇等指标的方法,对2008年初我国低温雨雪冰冻灾害的空间分布、持续时间、历史强度和灾害影响等进行了综合分析。结果表明：2008年1月中旬到2月上旬,我国长江中下游至江南地区发生了历史罕见的低温雨雪冰冻灾害,灾害发生区域的最大连续低温日数、最大连续降雪量和最大连续冰冻日数均为1951年以来历年冬季的最大值,综合各种指标统计其强度为百年一遇。此次灾害具有影响范围广、持续时间长、发生强度大等特点,对我国电力、交通、农业、林业、人民生活等方面产生了重大影响。     

2008年初贵州冰冻天气锋生场诊断分析

利用常规气象观测资料、ECMWF模式和NCEP/NCAR资料,对2008年1—2月贵州省发生的持续时间长、强度强、范围广的冰冻天气进行大气环流形势和锋生函数诊断分析。结果表明:持续冰冻灾害天气过程是冷锋从东北、正北、西北方向移到贵州时产生的一种强烈锋生过程,且长时间稳定地维持在贵州;北半球中高纬度出现双阻型高压,使大气环流长时间稳定,北支、南支锋区偏南,极地冷空气不断补充南下影响到江南,滇黔静止锋不断锋生并长时间维持在贵州西部,南支槽前的西南气流对这次雨雪天气的产生和发展起着重要的作用;地形在冷空气移动过程中具有阻碍作用。因此,低层锋生的长期维持使南来的水汽受阻是产生此次冰冻灾害的重要物理机制。     

极端气候造成庐山“冰川”在短时间内形成

庐山冰期是否存在一直是国内外学术界争论的话题,至今也无法定夺。大量争论文献,特别是“冰斗”“U形谷”形态、“冰碛”的粒径、网纹红土的分布、孢粉的分析及古气候等研究较为支持施雅风、李吉均等前辈的观点,庐山不存在第四纪冰川。本文根据2008年冻雨灾害现象,进行大胆推测,是否是极端气候造成了庐山冰期？超级丰富的过冷却水加上极其苛刻的暖锋逆温层条件形成了极强极长时期的冻雨,冻雨是滴雨成冰减少了从雪到冰的这一漫长过程,庐山“冰川”是否是在短时间内形成？