雅安雨量站站网布设优化试验

雨量监测的准确性对天气预报、气候变化、服务决策、防灾减灾等有着重要的影响和意义,而雨量站网布设直接影响雨量监测的准确性。选取四川省雅安市作为研究对象,在现有站网布设的基础上,采用相关性分析,提出基于抽站的站网布设优化方法,并对抽站后的站网布设合理性进行评价。结果表明：(1)雅安雨量站有265站,各站点的控制面积为2.64～510.78 km²,邻近站间距离为0.3～12.28 km,邻近站间降水相关系数为0.62～0.993;(2)逐次抽站后,雨量站控制面积和邻近站间距离逐渐增大,邻近站点间降水相关系数逐渐减小;(3)抽站后站网面雨量与原站网面雨量较一致,误差较小,泰森多边形法面雨量变化幅度小于算术平均法;(4)从降水过程来看,各次抽站后,降水落区和各量级降水范围基本一致,站网对降水极值的捕捉能力较好,误差较小,但随着站点数的减少,对于降水形态刻画的精细程度有所下降。     

近50年石家庄地-气温差变化特征

利用石家庄17个国家气象站1972—2021年逐日地面气温、0 cm地温资料,分析了石家庄地-气温差的变化特征,结果表明：(1)石家庄地-气温差从1月开始逐渐增加,5月达到最大值5.0℃,然后开始减小,12月达到最小值-0.8℃;地-气温差在11月到次年1月为负值;春、夏、秋季均为正值,夏季最大,春季大于秋季,冬季以负值为主;(2)石家庄多年平均地-气温差在1.6～2.6℃之间,平均为2.1℃;整体上东部大于西部。(3)近50年石家庄年平均地-气温差呈显著的减小趋势,变化速率为-0.14℃/10a;夏、秋、冬三季的减小趋势均非常显著,夏季的减小趋势最强;石家庄市区和近郊站点年和四季地-气温差的减少趋势更显著。本文结论对科学认识石家庄城市生态环境的变化具有参考意义。     

基于新型探测资料对西安一次弱降水预报失误的原因分析

利用微波辐射计、激光测风雷达、多普勒雷达、相控阵雷达等新型探测资料、地面加密观测资料、ERA5再分析及多模式数值预报结果对2022年4月24日西安城区一次弱降水预报出现明显失误的原因进行分析,结果表明：(1)全球数值预报模式和中尺度数值预报模式对本次过程西安城区均报有明显降水,主要原因为模式对低层相对湿度预报明显偏大;(2)多种新型探测数据分析认为近地层湿度条件较差及中层的绝对水汽含量低,中层的干暖空气不利于成云致雨,垂直上升运动不强,且由于低层非常干燥,使水滴在下沉过程中蒸发,从而无法形成雨滴下落,这些原因共同造成西安城区无降水,低层相对湿度预报偏大是造成这次西安城区降水预报失误的主要原因之一;(3)造成西安城区近地层湿度条件差的原因是城市干热岛效应和低层干暖平流输送,且降水云团翻越秦岭后其湿空气绝热下沉至城区后出现增温降湿,使得城区形成较为深厚的干层,即使有雨滴在下落过程中也会造成更强的蒸发,这也是城区没有降水的重要原因之一;(4)预报员主观预报订正出现空报主要是源于对边界层水汽、抬升条件等关键降水要素缺乏订正能力,且对大城市的干热岛效应和秦岭山区地形影响研究不足。     

Comparisons of several evaporation/precipitation datasets for the Bohai Sea based on salinity simulation

Evaporation (E) rate and precipitation (P) rate are two significant meteorological elements required in the ocean baroclinic modeling as external forcings. However, there are some uncertainties in the currently used E/P rates datasets, especially in terms of the data quality. In this study, we collected E/P rates data from ERA-40, NCEP/NCAR Reanalysis, HOAPS for the Bohai Sea and nine routine stations around Laizhou Bay, and made comparisons among them. It was found that the differences in E/P rates between land and sea are remarkable, which was due to the difference in underlying surfaces. Therefore, the traditional way of using E/P rates acquired on land directly at sea is not correct. Since no final conclusion has been reached concerning the net water transport between the Bohai Sea and the Yellow Sea, it is unfeasible to judge the adequacy of the four kinds of data by using the water budget equation. However, the E/P rates at ERA-40 sea points were considered to be the optimal in terms of temporal/spatial coverage and resolution for the hindcast of salinity variation in the Bohai Sea. Besides, using the 3-D hydrodynamic model HAMSOM (HAMburg Shelf Ocean Model), we performed numerical experiments with different E/P datasets and found that the E/P rates at sea points from ERA-40 dataset are better than those from NCEP/NCAR Reanalysis dataset. If NCEP/NCAR Reanalysis E/P rates are to be used, they need to be adjusted and tested prior to simulation so that more close-to-reality salinity values can be reproduced.     

Nonlinear numerical simulation on extreme-wave kinematics

A fully nonlinear numerical model based on a time-domain higher-order boundary element method (HOBEM) is founded to simulate the kinematics of extreme waves. In the model, the fully nonlinear free surface boundary conditions are satisfied and a semi-mixed Euler-Lagrange method is used to track free surface; a fourth-order Runga-Kutta technique is adopted to refresh the wave elevation and velocity potential on the free surface at each time step; an image Green function is used in the numerical wave tank so that the integrations on the lateral surfaces and bottom are excluded. The extreme waves are generated by the method of wave focusing. The physical experiments are carried out in a wave flume. On the horizontal velocity of the measured point, numerical solutions agree well with experimental results. The characteristics of the nonlinear extreme-wave kinematics and the velocity distribution are studied here.     

基于标准化降水蒸散指数（SPEI）的毛乌素沙地1981—2020年干旱特征研究

大气干旱是影响半干旱沙区植被建设、生态恢复及社会经济可持续发展的重要因素。基于1981—2020年毛乌素沙地10个气象站点的逐月气象资料,计算了月、季和年尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析了该沙区近40年降水和气温的变化趋势、干旱事件及其频率的时空特征。结果表明：（1）毛乌素沙地近40年降水量和气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）;秋季和冬季降水量呈现显著的上升趋势（P<0.05）,四季气温均呈现显著的上升趋势（P<0.05）。（2）毛乌素沙地总体上呈现出不显著的湿润化趋势（P>0.05）,但秋季呈显著的湿润化趋势（P<0.05）;中、西部地区呈现出湿润化趋势,而东部地区则呈现干旱化趋势。（3）近40年毛乌素沙地的月尺度下干旱总频率达32.71%,各等级发生频率为轻旱>中旱>重旱>特旱,季节发生频次为冬季>夏季、秋季>春季;轻旱主要发生在毛乌素沙地的北部、中部、东南和西南部,中旱在东部、北部和西部边缘,重旱在东部、中部以及南部地区,特旱在西北部、南部和东南部区域。     

内蒙古荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)、碱韭(Allium polyrhizum)和骆驼蓬(Peganum harmala)叶形态性状对土壤水氮耦合的响应

研究降水和氮沉降对荒漠草原植物叶形态性状的影响,对于预测未来全球变化下荒漠草原植物的生态适应具有重要意义.对增减雨(±50％)和氮添加(10 g·m-2.a-1)及其交互作用对乌拉特荒漠草原区优势植物叶形态性状的影响研究结果表明:(1)沙生针茅(Stipa glareosa)、碱韭(Allium polyrhizum)...     

2023年秋季我国气候异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和中国2400个站的气候观测数据,对2023年秋季我国气候异常特征及其成因进行分析。2023年秋季全国平均气温为1961年以来历史同期最高;全国平均降水量接近常年同期,但空间分布不均且季节内变化明显。秋季欧亚中高纬环流呈“两槽一脊”型,造成我国气温显著偏高;9月呈“两脊一槽”型,巴尔喀什湖低槽活动导致西北地区降水增多;10月呈“两槽一脊”型,导致北方地区偏暖加强;11月呈“西高东低”型,东路冷空气增强,东北地区气温偏低、降水偏多。西太平洋副热带高压总体较常年偏强、偏西,脊线9月异常偏北、10月偏南、11月接近常年。印缅槽9月显著偏强,10—11月接近常年。9月印缅槽偏强与副热带高压异常偏北共同导致了长江中下游以北至黄河下游地区多雨;10—11月东部地区水汽条件整体偏差。9—10月近海台风频繁活动,造成华南地区降水偏多。2023年秋季我国气候受到大气季节内变化的显著作用,热带海温异常的影响不典型。     

多种模式降水预报的稳定性特征研究

预报的稳定性是指对同一时段在不同时间发布的多时效预报结论的一致性,是模式预报质量的一个重要方面,较大的不稳定性会给使用者造成困扰。为深入了解业务常用模式的稳定性,使用相对标准偏差指标计算不同时效预报的降水量波动大小,并改进了Flip-Flop指数（改进后简称FFnorm）,计算多时效降水量预报变化趋势的翻转程度,衡量预报变化趋势的稳定性,对2种全球模式（ECMWF、NCEP-GFS）、3种区域模式（CMA-MESO、CMA-SH9、HHUPS-ST）,在中国6个气候分区中降水预报的稳定性进行对比分析,分为实况有降水和暴雨及以上降水2种情况进行了讨论。结果表明：实况有降水时,相对区域模式来说,全球模式的多时效降水预报的相对标准偏差较小,即模式降水量预报的波动较小;各模式对西南区的西部、东北区的东部以及华南区的南部预报的波动性相对较小,西北区的西部波动性较大。就多时效降水量预报变化趋势而言,2种情况下均为CMA-MESO、NCEP-GFS和 ECMWF的稳定性较好,其FFnorm指数小于HHUPS-ST和CMA-SH9模式,其中CMA-MESO对西南区、华南部分地区降水量预报变化趋势的稳定性较为突出;CMA-SH9的指数最大,多时效降水量预报变化趋势稳定性较差;各模式对长江中下游地区的FFnorm指数相对较大,多时效预报趋势的稳定性较差。有降水时,CMA-MESO随时效临近的降水量预报变化趋势稳定（单调递增、单调递减或不变）的频次最多,其次是NCEP-GFS,2种降水情况下,该2种模式的降水量预报均为随时效临近单调递增次数大于递减次数,且CMA-MESO单调递增特征尤其显著。以上特征能够为模式调试和预报决策提供参考。     

基于印度洋海温信号的我国西北地区东部夏季降水组合降尺度预测方法研究

利用国家气候中心第二代气候模式预测业务系统(BCC-CPSv2)预测产品,引入印度洋海温信号,采用组合降尺度方法建立了西北地区东部汛期降水预测模型。该预测模型对1991—2017年西北地区东部夏季降水的回报技巧较BCC-CPSv2预测技巧显著提高,空间相关系数由0.42提高到0.75,均方根误差明显减小,最多下降达80%。预测模型对降水空间分布型的预测能力较好,很好地回报了典型年份（1987年和2010年）夏季的降水距平百分率分布。通过抓住气象变量的空间分布特征,组合降尺度方法可以修正动力模式产品的预测误差,为西北地区东部夏季降水预测提供科学依据和技术支持,具有较好的应用前景。