GRAPES_MESO模式预报降水相态诊断及应用研究

当地面气温在0℃附近时,降水相态通常比较复杂,降水相态预报一直是天气预报的难点之一。本文根据降水粒子在下落过程中的热力结构,利用BTC算法、修订的BTC算法、Ramer算法、Bourgouin算法4种计算方案,通过GRAPES_MESO中尺度模式提供所需参数,对落到地面的降水相态进行诊断,诊断的降水相态包括雨、雪、冻雨和冰粒4种,然后利用集成方法获得大概率且破坏程度大的降水相态预报产品。基于2个冬季降水个例,研究发现4种计算方案都能较合理地得到雨雪分界线,以及降雨、降雪落区范围。其中,修订后的BTC算法可以修正原始BTC算法对降雪的诊断偏差,并且预测的冰粒比原始冰粒更少。Ramer算法会比其他几种算法获得更多的冻雨事件,而Bourgouin算法最接近合成算法的结果。对于不确定性较大的中间态的冻雨和冰粒预报,鉴于其高影响特性,方案倾向于过高估计冻雨和冰粒的预报落区。集成的最终降水相态产品反映其发生的概率大或影响程度大,能为防灾减灾提供有效的警示信息。     

渤海地区晚第四纪环境演化与第四纪滨海相地下卤水的形成

由于气候变化和新构造运动,渤海曾发生多次海陆演化,从而形成了第四纪地下卤水。间冰期的海侵提供了形成地下卤水的水源,气候波动产生了海水浓缩的条件,而冰期海退过程中,陆源物质覆盖于海相沉积上,保存了地下卤水。对环境演化在“潮滩生卤”和“冰冻生卤”过程中重要作用的分析结果表明,在第四纪环境演变的过程中,两种生卤作用在地质时期卤水矿床形成中均具有重要意义,并且只要存在海水物源,就有可能形成地下卤水。     

青藏粉土单向冻结冻胀率变化特性研究

开展了饱和青藏粉土在开放系统不同温度梯度条件下的单向冻结试验,对冻结过程中冻结深度和冻胀速率的发展变化过程进行了研究.结果表明：不同顶板温度下,土样均在25 h左右达到冻结稳定状态,之后冻结深度基本不再发生变化.土样冻结过程中,冻胀速率表现为快速减小、较小值保持稳定、快速增大、较大值保持稳定四个阶段.基于以上试验结果,对土样冻结过程中冻胀率的变化过程进行了研究,发现冻胀率随冻结深度的增加先减小后增加,冻胀率从减小变为增大的时刻就是冻结深度趋于稳定的时刻,而冻胀率快速增大的时刻为冻胀速率进入较大值保持阶段的时刻.冻胀率变化的内在机理为土样冻结过程中由冰透镜体分凝所导致的未冻区固结和已冻区冻胀共同作用的结果.     

内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖季节气候变化趋势分析

利用内蒙古大兴安岭生态功能区8个站点近30a的日气温数据分析了该地区年冻融指数变化趋势。结果表明：该生态功能区融化指数呈显著上升趋势,冻结指数波动变化但不显著;年>0℃天数呈增加趋势,<0℃天数则减少,都未达到显著水平;暖季日平均融化指数显著上升,冷季日平均冻结指数也呈增加趋势,其中2站点达显著水平,表明该地区暖季越暖,冷季亦变冷,气候呈两极化趋势;>0℃生长季初日全部提前,其中62.5%的站点达到显著水平,多数站点生长季推后,但只有1个站点达到显著水平,表明生长季延长初日提前贡献较大。     

正冻土中冰透镜体形成力学判据的分析讨论

冻结缘是正冻土中从未冻区向冻结区过渡、并且非常薄的冰水共存带. 由于冻结缘在正冻土中位置的特殊性和其对冻胀的重要性, 从其概念的提出并在试验中得到证实后, 基于冻结缘的第二冻胀理论得到了快速发展. 通过分析近些年冻结缘的研究现状及冻结缘内冰-水压力关系基本可以发现, 由于受到现有观测和测试技术的限制, 描述冻结缘的很多参数大多来自于经验. 土体在冻结过程中, 在温度梯度小的情况下, 可以形成不连续的多层分凝冰. 只有了解冻结缘的特性才能更深刻了解分凝冻胀. 但关于分凝冰的形成判据却有很多种, 主要分为两类:一类是以热物理方面作为判据; 另一类是以力学方面作为判据. 通过对分凝冰形成的各种判据的综合分析和比较, 发现用冰压力和未冻水膜压力判断分凝冰形成是比较合理的, 而用孔隙压力则因为水压力概念的不清而显得模糊. 这些分析将为冻土冻胀理论的研究提供科学参考.     

基于气象要素的我国南方低温雨雪冰冻综合评估

利用1962-2012年260个常规气象观测站的逐日资料, 使用模糊信息分配方法划分我国南方出现低温雨雪冰冻天气时各气象要素的等级, 计算各等级出现的概率, 选取合理的气象要素条件建立了低温雨雪冰冻综合评估指数, 并给出了我国南方发生低温雨雪冰冻的风险区划. 结果表明:日最高气温≤6 ℃, 日最低气温≤0 ℃, 相对湿度≥80%, 日照时数≤1.3 h这一综合气象阈值条件能够合理地评估出南方地区低温雨雪冰冻事件发生的次数和持续时间. 四川省中南部、云南省东北部和贵州省西部、湖南省东部、江西省北部、安徽省、湖北省大部分地区以及陕西省的部分地区发生低温雨雪冰冻的风险等级最高. 近51 a来我国南方低温雨雪冰冻的风险虽有减小的趋势, 但近年出现重大灾害的可能性将有所增加.     

冻融循环对土结构性影响的试验研究及影响机制分析

基于室内试验,研究了土颗粒与土孔隙在冻融循环过程中的变化情况,发现在反复冻融过程中,土样产生了颗粒破碎,从而导致土的液塑限、塑性指数、比表面积均有所增大。通过压汞试验,发现冻融循环还会使土样中的大、中孔隙含量总体增加,小孔隙的含量减少,而微孔隙的含量基本保持不变。在经历了15次冻融循环后,颗粒组成、孔隙分布及比表面积等均趋于稳定。通过分析土的三相组成在水分相变和迁移过程中的相互影响和作用,认为土的三相组成是冻融过程中水分相变和迁移的基础,冻融过程中水分相变、冰晶生长和水分迁移对土颗粒和孔隙的反作用力,是冻融循环对土结构性影响的根本原因。     

北极中央区经向水汽输送的主要通道

Atmospheric moisture transport plays an important role in latent heat release and hydrologic interactions in the Arctic. In recent years, with the rapid decline in sea ice, this transport has changed. Here, we calculated the vertically integrated atmospheric moisture meridional transport(AMTv) from two global reanalysis datasets, from1979–2015, and found moisture pathways into the central Arctic. Four stable pathways showed an occurrence frequency greater than 70%, and these pathways exhibited a perennial seasonal pattern in the atmosphere above the Laptev Sea Pathway(LSP), Canadian Arctic Archipelago Pathway(CAAP), both sides of the Greenland plateau. Another seasonal pathway appeared above the east of the Chukchi Sea(CSP) during the melting/freezing months(March to September). Through these pathways, AMTv contributed a total moisture exchange of60%–80%—averaged over a 75°N circle—and focused on the low troposphere. Transports across the LSP, CSP and CAAP pathways likely create an enclosed moisture route. Meridional moisture fluxes are intensified in the Pacific sector of Arctic(PSA), especially during melting/freezing months. AMTv interannual variabilities are illustrated mainly in the Laptev Sea and the east Greenland pathway. Results indicate that accompanying a tendency for a stronger Beaufort Sea High in this sea level pressure field, AMTv through PSA pathways, switched from output to input, and approximately 960 km~3 of equivalent liquid water was transferred into the central Arctic during each decade. The detrended AMTv increment is highly correlated with the rapid decline of old ice areas(correlation coefficient is –0.78) for their synchronous fluctuations in the 1980 s and the last decade.     

2012年冬季北京三种高影响天气的关联与成因分析

2012年冬季,北京地区经历了12月持续低温寒冷、2013年1月持续雾霾和1月31日突发冻雨三种高影响天气。这三种高影响天气给北京这座特大型城市带来了许多不利影响,一度成为全社会关注的焦点。文章利用常规气象观测资料和大气成分观测资料,分析了这三种高影响天气的成因以及它们之间的内在联系,结果表明：(1)冷空气活动频繁并且强度偏强是持续低温的主要原因,并且此次持续低温寒冷是导致后期雾霾频发和冻雨的重要原因。(2)从大气稳定度角度对雾霾的发生所作的气象学分析,发现：水平稳定度上,冷暖平流表现出的水平稳定度对应了污染物浓度的高低,暖平流对应了污染物浓度增加,并在暖平流转为冷平流时堆积到最大值,而冷平流对应了污染物浓度的降低,冷平流转为暖平流时浓度最低;垂直稳定度上,前期低温寒冷导致的边界层气温偏冷和空中干暖平流共同造成的边界层顶强逆温极强地抑制了污染物垂直方向的扩散,对于雾霾堆积起了很大作用。(3)从大气温湿层结角度对冻雨的发生做了分析,发现：低空偏冷和空中回暖造成了1月31日08时空中逆温的层结结构,而温湿层结正好使饱和层的温度在-10~0℃之间,并且有足够厚的-4~0℃的饱和层使得过冷水含量很高,是冻雨发生的充分条件。上述三种天气虽然是极端天气,但关注前期低温寒冷导致的低空偏冷和空中快速回暖都能使雾霾和冻雨具有一定的预报性。而一个极端天气的出现,其可能引发的其他极端天气事件也要引起关注。     

2013年冬季广东罕见持续暴雨过程特点及成因

利用常规气象观测站、区域自动站资料和NCEP/NCAR客观分析资料等,对2013年12月13—17日广东出现的持续时间长、影响范围广和累计雨量大的罕见暴雨过程特征及成因进行了分析;对比分析了此过程与2008年年初持续低温雨雪冰冻过程形成的异同条件。结果表明:500hPa上在青藏高原附近建立"北脊南槽"的环流形势,促使北方冷空气沿脊前东移南下和来自南海、孟加拉湾沿南支槽前向东向北推进的暖湿气流在广东持续交绥,并在局地形成异常经向垂直环流,为持续性暴雨提供有利的环流背景条件;广东位于200hPa高空槽前部,处于高空急流入口区南侧的辐散、中低层辐合的区域中,也十分利于中低层水汽辐合抬升、凝结而产生暴雨。同2008年初持续低温雨雪冰冻过程相比较,这两次过程均发生在相似的"北脊南槽"形势下,但本次过程槽脊经向度大、南支槽位置偏南、降雨强度大;而2008年初过程则雨雪冰冻影响范围广和持续时间长;两过程虽同是在冬季低温背景下发生,而本次过程没有像2008年初过程那样在中层建立一强逆温层和低层形成一过冷却层,因而降水相态以雨为主,2008年初过程则以降雪冰冻(冻雨)天气为主。