2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为“暖湿”的异常特征。异常成因分析表明：2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了“暖湿”的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明：2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Ni〖AKn~D〗o3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Ni〖AKn~D〗o海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。     

两次秸秆焚烧导致辽宁重污染过程的气象条件对比分析

利用环境监测站大气污染物数据、地面自动气象站观测资料、L波段加密探空资料和0.125°×0.125°的EC再分析资料,结合MODIS遥感火点监测和HYSPLIT4后向轨迹模拟结果,对比分析了2015年11月8日和2016年11月5日的两次由于东北地区秸秆焚烧导致辽宁重污染天气过程的大气边界层特征、气象扩散条件和大气污染物输送来源等。结果表明:两次过程地面PM_(2.5)浓度均出现快速上升和下降,其中2015年11月8日重污染过程的污染强度较2016年11月5日强,且持续时间更长。2015年11月8日重污染过程的混合层高度较低,其上层的中性层结转变为逆温层结,抑制混合层高度的发展。同时低层冷平流不断侵入到暖平流下方,使得大气层结稳定性增强,维持时间较2016年11月5日重污染过程更长,低层下沉运动和黑龙江西南部、吉林西部污染物的远距离输送增强使得辽宁地面污染物浓度快速累积。而2016年11月5日重污染天气过程主要受深厚冷空气影响,东北地区西部污染物的区域输送和地面风场辐合是地面污染物浓度快速上升的主要原因。     

2000—2016年中国再分析辐射资料与观测值对比

大气再分析辐射资料克服了传统的地面观测资料缺乏和台站分布不均的缺点,以及卫星遥感反演算法的适用性和传感器精度等问题,采用不同的模型对太阳辐射状况进行动态模拟,并结合实际观测数据对模型进行校正,建立了长时间序列和不同分辨率的数据产品。尽管目前再分析辐射产品评估已经有较多的研究,但是针对我国长时间序列太阳辐射变化的不同再分析辐射资料间的精度对比评估较少,尤其缺乏不同再分析辐射资料空间差异性研究。选取2000—2016年NCEP/DOE、ERA-Interim、GLDASV2.1三种不同空间分辨率的再分析辐射资料,通过对比三种资料与我国辐射观测数据的差异,对三种再分析辐射资料在空间分布和时间序列的适用性进行详细的精确度评估。结果表明,从年资料对比来看,2000—2016年中国区域NCEP辐射资料显著高于其他三种资料,与观测值平均偏差约为1 342.2 MJ/（m2a）,东部地区高估现象严重。ERA辐射资料平均偏差为681.8 MJ/（m2a）,中国西部、华北及华中地区高估严重。GLDAS辐射资料平均偏差最小为130.2 MJ/（m2a）。从月资料对比来看,三种再分析数据在夏秋季月份的精度比冬春季月份要高。冬半年,三种再分析资料在海拔>1 000 m的东北大兴安岭、西北和云南等地相对误差低于海拔 < 1 000 m的华北、华中、华东、西南和华南地区;但夏半年这种分布现象不明显。      

2020年夏季海洋天气评述

2020年夏季（6—8月）,北半球极涡呈现明显的单极型分布,极涡主体位于北极圈内,中心偏向东半球,中高纬环流呈现4波型分布。6—7月,西太平洋副热带高压较常年平均偏强,且位置偏西偏南,不利于热带气旋活动。2020年夏季共有8个热带气旋在西北太平洋和南海生成,其中7月没有热带气旋生成。除西北太平洋和南海之外,其他热带洋面另有20个热带气旋生成,其中北大西洋11个,东太平洋8个,北印度洋1个。受偏南暖湿气流的影响,我国北方海域多海雾天气。同时受入海气旋活动影响,多海上大风过程。夏季近海海域共出现了7次比较明显的海雾过程,其中6月3次,7月1次,8月3次。大风过程出现了10次, 2次由热带气旋影响,7次与入海气旋活动有关。发生2 m以上的大浪过程12次,6—8月分别出现了4次、5次和3次。     

The Euro-Atlantic Circulation Response to the Madden-Julian Oscillation Cycle of Tropical Heating: Coupled GCM Intervention Experiments

Abstract

Intervention experiments using the Coupled Forecast System model, version 2 (CFSv2), have been performed in which various Madden-Julian Oscillation (MJO) evolutions were added to the model’s internally generated heating: Slow Repeated Cycles, Slow Single Cycle, Fast Repeated Cycles, and Fast Single Cycle. In each experiment, one of these specified MJO evolutions of tropical diabatic heating was added in multiple ensemble reforecasts of boreal winter (1 November to 31 March for 31 winters: 1980–2010). Since in each experiment, multiple re-forecasts were made with the identical heating evolution added, predictable component analysis is used to identify modes with the highest signal-to-noise ratio. Traditional MJO-phase analysis of total model heating (dominated by internally generated heating) shows that the MJO-related heating structure compares well with heating estimated from observed fast and slow episodes; however, the model heating is larger by a factor of two. The evolution of Euro-Atlantic circulation regimes indicates a clear response due to the added heating, with a robust increase in the frequency of occurrence of the negative phase of the North Atlantic Oscillation (NAO?) after the heating crosses into the Pacific and a somewhat less robust increase in the positive phase of the NAO (NAO+) following Indian Ocean heating. In the Fast Cycle experiments, the model response is somewhat muted compared with the Slow Cycle experiments. The Scandinavian Blocking regime becomes more frequent prior to the NAO? regime. The two leading modes in the predictable component analysis of 300?hPa height (Z300), synoptic scale feedback (DZ300), and planetary wave diabatic heating in all experiments form an oscillatory pair with high statistical significance. The oscillatory pair represents the cyclic response to the particular MJO signal (Fast or Slow, Single, or Repeated Cycles) in each case. The period is about 64 days for the Slow Cycle and 36 days for the Fast Cycle, consistent with the imposed periods. The time series of one of the leading modes of Z300 is highly anti-correlated with the frequency of occurrence of the NAO– in the Repeated Cycle experiments. A clear cycle involving the Z300 and DZ300 leading modes is identified.     

Geostrophic Adjustment Problems in a Polar Basin

The geostrophic adjustment of a homogeneous fluid in a circular basin with idealized topography is addressed using a numerical ocean circulation model and analytical process models. When the basin is rotating uniformly, the adjustment takes place via excitation of boundary propagating waves and when topography is present, via topographic Rossby waves. In the numerically derived solution, the waves are damped because of bottom friction, and a quasi-steady geostrophically balanced state emerges that subsequently spins-down on a long time scale. On the f-plane, numerical quasi-steady state solutions are attained well before the system's mechanical energy is entirely dissipated by friction. It is demonstrated that the adjusted states emerging in a circular basin with a step escarpment or a top hat ridge, centred on a line of symmetry, are equivalent to that in a uniform depth semicircular basin, for a given initial condition. These quasi-steady solutions agree well with linear analytical solutions for the latter case in the inviscid limit.

On the polar plane, the high latitude equivalent to the β-plane, no quasi-steady adjusted state emerges from the adjustment process. At intermediate time scales, after the fast Poincaré and Kelvin waves are damped by friction, the solutions take the form of steady-state adjusted solutions on the f-plane. At longer time scales, planetary waves control the flow evolution. An interesting property of planetary waves on a polar plane is a nearly zero eastward group velocity for the waves with a radial mode higher than two and the resulting formation of eddy-like small-scale barotropic structures that remain trapped near the western side of topographic features.

RÉSUMÉ?Traduit par la rédaction] Nous étudions l'ajustement géostrophique d'un fluide homogène dans un bassin circulaire ayant une topographie idéalisée à l'aide d'un modèle numérique de circulation océanique et de modèles analytiques de processus. Quand le bassin est en rotation uniforme, l'ajustement se fait par l'excitation d'ondes de propagation aux limites, et en présence de topographie, par des ondes de Rossby topographiques. Dans la solution numériquement dérivée, les ondes sont amorties à cause frottement contre le fond, et un état quasi-stable géostrophiquement équilibré s’établit pour ensuite décélérer sur une longue période de temps. Sur le plan f, les solutions numériques d’états quasi-stables sont atteintes bien avant que l’énergie du système mécanique soit entièrement dissipée par le frottement. Nous démontrons que les états ajustés apparaissant dans un bassin circulaire avec un accore en forme de marche ou une crête en forme de merlon, centrés sur une ligne de symétrie, sont équivalents à ceux d'un bassin semi-circulaire de profondeur uniforme pour une condition initiale donnée. Les solutions quasi-stables s'accordent bien avec les solutions analytiques linéaires pour le dernier cas dans la limite de la non-viscosité.

Sur le plan polaire, la haute latitude équivalente au plan β, le processus d'ajustement n'aboutit à aucun état ajusté quasi-stable. Aux échelles de temps intermédiaires, après l'amortissement des ondes rapides de Poincaré et Kelvin par le frottement, les solutions prennent la forme de solutions ajustées d’états stables sur le plan f. Aux échelles de temps plus longues, les ondes planétaires déterminent l’évolution de l’écoulement. Une propriété intéressante des ondes planétaires sur un plan polaire est une vitesse de groupe presque nulle vers l'est pour les ondes ayant un mode radial plus grand que deux et la formation résultante de structures barotropiques de petite échelle de type remous qui demeurent emprisonnées près du bord ouest des caractéristiques topographiques.     

不同环境风场条件下两次华南西部低涡暴雨个例对比分析

利用常规观测资料、FY 2C卫星TBB资料、自动站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2009年7月3-4日(简称“09.7”)和2008年6月1 6 1 7日(简称“08.6”)两次发生在华南西部的低涡暴雨过程进行对比分析,结果表明:(1)低涡是两次暴雨过程的直接影响系统,“09.7”过程伴随西南低空急流,“08.6”过程无低空急流配合,中尺度辐合可能在两次强降水过程中有着直接的触发作用.(2)“09.7”过程的低层辐合强度及上升运动强度明显强于“08.6”过程.“09.7”过程较“08.6”过程,暖平流强度明显偏强,等温度平流线也较密集.(3)相比“08.6”过程,“09.7”过程水汽净流量更大,这是西南低空急流将充足水汽往暴雨区输送的结果.(4)“09.7”和“08.6”两次暴雨过程均与高空西风急流南侧的垂直环流圈密切相关,“09.7”过程由于低空有急流存在,上升运动维持时间长,降水强度大,历时长,“08.6”过程广西境内低空无急流,上升运动维持时间短,降水强度偏弱,历时短.     

大气变量物理分解原理及其在区域暴雨分析中的应用

观测的全球大气变量可以物理分解为4个部分:纬圈平均的对称气候、非对称气候、纬圈平均的瞬变对称扰动和非对称扰动。文章用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA Interim全球再分析资料(0.75°×0.75°)介绍大气瞬变扰动量中的扰动风提取方法及其在区域暴雨分析中的应用。结果表明:用欧洲高分辨率再分析资料物理分解得到的扰动气流能够较好地反映暴雨的落区和风与雨之间的关系,如暴雨带位于低层大气扰动气流的辐合线上和稳定的暴雨带两侧扰动气流多呈对峙的辐合状态。     

因子的持续和转折对我国盛夏降水预测效果的影响

由于影响我国盛夏（7—8月）降水异常的主要因子前期（或从冬季到夏季）不同的月际演变特征对其后降水异常的影响不同,所以针对影响因子的月际“持续异常”和“转折变化”对盛夏降水异常的预测方法也应该是不同的。本文以国家气候中心整理的78项月环流特征量指数和CPC/NOAA的30项指数为因子,设计了能够反映影响因子的月指数特征量“持续异常”和“转折变化”的两套影响因子库,用“滑动相关—逐步回归—集合分析”方法分别建立预测模型,改进预测方案,这样建立的统计预测模型重点考虑了前期影响因子不同的变化特征。用距平符号一致率（PSS）与空间距平相关系数（ACC）为指标,对比分析不同因子处理方案对我国160站盛夏（7—8月）降水预测效果的影响,结果显示：两种因子选择方案均具有一定的预测能力;相比之下,“转折变化”因子选取方案的预测效果更好;用单站交叉建模序列与实测序列的相关系数为指标,挑选其中相关系数更高的因子选取方案结果作为集合方案预测结果,集合方案的预测效果有进一步提高的潜力。     

登陆华南热带气旋强度变化与大尺度环流的关系

应用UK再分析资料,采用合成分析方法,对比分析了登陆华南的登陆前迅速增强的TC（Rapid Intensifying TC,简称RITC）和迅速减弱的TC（Rapid FillingTC,简称RFTC）登陆前24h的大尺度环流背景特征。结果表明：从外流、入流强度和范围上看,RITC的低空入流和高空外流均明显强于RFTC,两类TC高空外流强度的差异比低空入流明显,RITC的次级环流径向范围大;从外流垂直伸展高度上看,RITC的平均外流主要集中在500hPa以上,而RFFC的平均外流比较分散,向下伸展到850hPa;从高空流场配置看,RITC上空除西北象限外均有较强外流,而RVrC仅在东北象限有较强外流,相应的RITC和RVrC的高空辐散在范围和强度上均有明显的差异,其中RITC的高空辐散明显强于RFTC;强烈的西南季风水汽输送是登陆华南的TC登陆前突然加强的先兆条件,RITC的对流活动明显比RFTc活跃;RITC的纬向风垂直切变比RFTC小,有利于RITC的强度增强。