梅雨锋云系的模态研究Ⅱ：出现频率及转换特点

基于经验正交函数（EOF）分解方法提取的1998～2008年梅雨活跃期共16次过程的梅雨锋云系主导模态,讨论了这些主导模态的发生频率、维持时间及相互转换特征。结果表明,在16个梅雨活跃期内,云系的第1主导模态正相位出现的频率最高,并且在4个活跃期内作为首次出现模态率先出现;第5模态正位相的出现频率最低,且该模态多数伴随其他模态一同出现,为过渡模态。统计发现,各主导模态的维持时间并不相同,其中第2模态负位相持续时间最长,为81 h;第5模态正位相的最大持续时间最短,仅为18 h;第6模态负位相的平均持续时间最长。对不同主导模态转换方向和频次的计算表明,各个位相的模态最多（最少）向9种（3种）（含正负位相）其他模态进行转换。除第6模态负位相和第5模态负位相向其他模态的转化具有较好的方向性外,其他模态间的相互转换多表现出随机性特征。其中,第6模态负位相在超过半数的情况下向第5模态负位相转换,而第5模态负位相则多向第3模态正位相和第1模态负位相进行转换。     

南海温度锋的分布特征及季节变化

利用50a(1950—2007年)的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)数据分析了南海上层温度锋分布特征以及季节变化规律。结果表明:受季风、太阳辐照以及诸多因素影响,温度锋季节变化明显,锋面结构复杂。冬季,温度锋基本沿陆架分布,存在于南海北部海区,从台湾海峡一直延伸到北部湾,发育比较显著;春季,主要出现在南海北部海区、北部湾、越南东部海岸,分布比较广泛;夏季温度锋出现概率增加,出现区域扩大,越南东部出现大面积温度锋;秋季南海中西部海域存在大面积的温度锋。     

滇黔静止锋减弱北抬期间环流特征分析

采用2010—2021年深秋初冬时节（11—12月）ECMWF细网格2 m温度预报资料,以及实况地面气压场、综合观测资料、卫星资料与NCEP/NCAR提供的FNL再分析资料,对滇黔静止锋减弱北抬期间贵州境内84个国家观测站72 h内逐日最高温、最低温进行检验评估。结果发现,滇黔静止锋活动期间相对于平均状态,其预报准确率均显著降低而平均均方根误差明显增加,其中2014年ECMWF预报准确率不足20%,几乎丧失预报能力。为此,以2014年发生的19次滇黔静止锋减弱北抬个例进行合成分析,发现各层环流和要素场特征较平均状态均发生了明显变化。主要表现为：200 hPa上,静止锋摆动期间较平均状态急流入口有所东移,其南北界区域总体变窄,急流中心平均强度由65.0 m/s下降到60.0 m/s;500 hPa上,中高纬两槽一脊形势变得更加不明显,冷空气势力减弱,环流纬向度增大;要素场上,相对平均状态,0℃线均位于600 hPa附近,中低层气温呈现明显增温状态,700~850 hPa逆温状态变弱甚至消散,在低层风场上表现为南风增强、涡度增大。因此,当滇黔静止锋发生减弱北抬时,其环流和要素场特征相对平均状态均发生强度和位置上的变化,在预报工作中,可以此特征判断静止锋是否减弱北抬,更好地进行地方预报与服务。     

新疆南疆全新世湿润期与罗布泊地区小河文明的关系探讨

全新世气候变化一直是科学界关注的热点问题,尤其是罗布泊地区多次大规模的环境变化导致小河文明和楼兰文明等古文明的消失。笔者等通过对叶尔羌河流域的阿克奇河左岸黄土剖面系统采样和粒度、磁化率及年代学测试,重建了该地区5 ka BP以来的古气候环境,并在此基础上分析了昆仑山北区黄土沉积记录的古气候环境与塔里木河下游罗布泊地区小河文明之间的关系。研究结果显示4. 5~3.58 ka BP,昆仑山区次生黄土快速堆积,气候较湿润,降水量较多,塔里木河上游水源充足,为下游罗布泊地区提供了大量水资源,也为小河文明的孕育和初期发展奠定了坚实基础;3.58 ka BP以后,昆仑山区的剖面沉积物由次生黄土转为风成黄土,显示气候开始转向干冷,因降水量减少导致流入到罗布泊地区的有效水资源逐步减少,罗布泊生态环境开始恶化,小河文明开始衰退,直至消失。因此小河文明的孕育与昆仑山区全新世湿润期气候有着非常密切的联系。     

中国南方湿润区“荒漠化”问题讨论

荒漠化是当今世界所面临的严重的环境与社会经济问题,推进荒漠化研究工作对于保护生态环境,促进区域可持续发展具有重要意义。本文在对荒漠化内涵进行系统回顾的基础上,认为除了人为干扰叠加气候性干旱作用导致的荒漠化之外,南方湿润区因水土流失叠加物理性干旱作用导致的极端土地退化也是一种荒漠化,并从物质基础、气候条件、影响因子、形成营力、核心作用和地表过程方面进行比较,最后以南方红层区特殊的"红层荒漠化"为案例,利用实地调查和TM影像的植被覆盖度指标VFC对1992-2013年红层土地退化进行分析。结果显示,在人为反复干扰和其他自然因素作用下地表植被持续退化、群落干旱趋势明显,表土层流失,岩石风化加剧,以致形成类似"荒漠"景观的现象。红层区的退化过程可类比于喀斯特石漠化、红壤山地丘陵退化,但这类极端土地退化现象可否视为"荒漠化",有待于进一步的深入研究。     

北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析

为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征,使用2006—2015年暖季（5—9月）北京多普勒雷达探测资料及北京、河北、天津自动气象站观测资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明,346次阵风锋过程有232次触发了对流,占总数的67%,表明阵风锋对雷暴具有较强的抬升触发能力。阵风锋在6—8月出现的日数占5—9月阵风锋总日数的85%;出现的时段主要是午后至傍晚（12—21时,北京时）,维持时间0.5—3 h;阵风锋在北京东南方向生成的数量最多,且触发对流的次数也最多;其次为偏东和东北方向;偏南和西南方向生成阵风锋数量居中,而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对较少,触发对流的比例也相对较低。产生阵风锋的母风暴中48%为孤立雷暴（包括孤立多单体和超级单体风暴）,31%为雷暴群,21%为飑线;97%的母风暴最强回波在50 dBz以上,阵风锋的回波强度为10—25 dBz。91%的阵风锋移动速度集中在10—60 km/h,84%的阵风锋与母风暴的最大距离为1—60 km;在母风暴回波强度减弱到30 dBz以下时,80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2 h。阵风锋母风暴向东南方向移动的个例最多,从阵风锋和母风暴移动方向的关系来看,阵风锋与母风暴移向一致的情况占比最高,为32%,其次为母风暴无移动及阵风锋弧形扩散情况,各占17%;阵风锋与母风暴移向相反情况所占比例最低,只有3%。最后统计了阵风锋经过地面自动气象站时,自动观测量的变化情况。结果显示,阵风锋在经过地面自动气象站时会造成风速增大、温度降低、相对湿度增大、气压升高。      

2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件（水汽、不稳定、抬升作用）差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量（CMF）指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θ_se线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θ_se线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱（梅汛）期,CMF指数低（高）,变化平缓（剧烈）,CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。      

近30a台湾非台风暴雨研究回顾

从1987年开始,台湾暴雨研究进入一个新纪元,由早期定性描述分析进入定量计算与模拟,其中包括新观测设施的建设与数值天气预报系统的建立。近年来,随着全球气候变暖,台湾极端降雨事件有所增加,其中不少极端降雨事件是由非台风暴雨所致,往往给当地社会经济和人民生命财产造成严重影响,这就迫切需要不断提高强降雨定量预报业务水平。本文通过对近30 a台湾在非台风暴雨研究发展方面取得的主要进展的回顾,重点介绍了台湾气象部门为了提高强降雨定量预报业务水平所做出的努力,同时对未来台湾非台风暴雨研究规划与方向作了简要介绍。     

基于深度卷积神经网络的阵风锋识别算法

阵风锋作为强对流的冷性出流特征,是重要的边界层辐合系统,对其自动监测识别一直是日常气象业务中的难点,该文基于深度卷积神经网络设计了阵风锋的自动识别算法。通过对输入和输出端的重新设计,在Faster RCNN算法和Inception V2网络模型的基础上实现了通过雷达回波数据对阵风锋窄带回波实现端到端自动识别。利用雷达数据绕雷达中心旋转不变性特点,增加了数据样本,降低了需提取特征的复杂度。利用2007—2011年南京雷达数据,对该模型进行了20万步的训练,总损失函数值收敛到0.003。对识别效果的分析表明,在训练样本中识别率100%,漏识率0%,准确率87%。通过对合肥雷达2009年6月5日阵风锋天气过程的32个体扫进行模型泛化能力评估,得到识别率91.7%,漏识率8.3%,正确率73.3%。     

一次华南静止锋影响下的中南地区大雾特征分析

利用机场人工观测和跑道上自动站实时探测资料以及常规地面和高空探测资料,对2012年2月21-24日中南地区七个主要机场出现的大范围大雾天气过程进行定性分析,发现此次大雾天气在华南静止锋、较强逆温层以及弱冷空气入侵等条件下形成,其中武汉、湖南机场为锋后雾型,桂林机场属于锋面雾型或低压倒槽雾型,广州、深圳、海口机场属于锋前雾型,湛江机场属于平流雾型.采取二元相关系数、聚类分析法对能见度与气象要素做定量分析,结果表明:温度露点差对六大机场(除深圳外)能见度的变化贡献显著.