大气水汽变化及其反馈效应研究进展

大气水汽变化的反馈作用是影响平衡气候系统敏感性的最大反馈作用之一,能够放大其他温室气体增暖的效应,并可能导致极端天气气候事件的发生趋多趋强。因此,全面分析大气水汽的时空分布特征及其长期变化趋势,评估大气水汽反馈的区域气候效应,对于我们深入认识和理解全球变暖背景下区域气候响应的机理具有重要意义。综合国内外最新研究,已基本能够确定水汽反馈效应为一种使得全球增暖加快近一倍的强烈正反馈,并已能够估计其大致变化范围,但是此估计仍存在较大不确定性。随着卫星和探空技术的发展,目前已有的长期水汽资料日趋丰富,但资料之间也存在一些不确定性问题,同时单个资料本身也存在非均一性问题。最新的气候系统模式已能够大致模拟大气水汽的反馈效应,但近年的进展速度却并不令人乐观。我国的水汽观测和水汽反馈效应的研究也已取得长足进步,可以基本确定为水汽变化与地面温度存在正反馈关系,而与降水的关系虽然也较为密切,但因区域气候变化仍存在较大的不一致性。     

黑河流域大气资料尺度转换的对比分析

尺度转换是解决尺度差异问题的有效方法之一。尺度转换统计模式的可靠性和正确性如何,在很大程度上取决于建立统计模式时所用的实际气象资料的处理,尤其在下垫面分布极不均匀地区。本文研究了黑河流域这一复杂下垫面条件下的大气资料的尺度转换问题,对比分析了由NCEP再分析资料直接内插到较小尺度而得到的局地气候变化与由尺度转换统计模式,经过客观分析所得到的局地气候变化。结果表明,直接插值所得的细网格值只能用于对平坦地区的温、湿状况的描述,而对较高山区的区域特征描述不够;进行观测资料的客观分析可以更准确地反映黑河流域复杂下垫面背景下近地层大气要素场的变化。研究表明,客观分析过程是尺度转换过程的重要环节。     

日光诱导叶绿素荧光辐射传输模型研究进展

日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的实际光合作用及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中,仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理,从机理出发理解SIF与植被结构的相互作用,并分析影响SIF激发的主要因素将有助于更好地理解SIF与光合作用以及生物量的内在联系。因此,植被SIF辐射传输模型在解释和利用SIF遥感信号方面具有重要的作用。植被SIF信号相对较弱,且受环境、植被和生理等多种因子的影响,需要定量化描述,这为SIF辐射传输模型的构建带来挑战。近年来,大量学者已经发展一系列SIF辐射传输模型,为SIF遥感的发展提供了坚实的理论基础。本文回顾了叶片、冠层和生态系统尺度的SIF模型,从建模机理出发,对比模型优劣势,并对未来SIF模型的发展前景进行了展望。     

2011年秋季广东暴雨过程及其水汽特征分析

利用实况观测资料和NCEP再分析格点资料,对2011年10月12—14日广东一场全省范围的暴雨过程及水汽特征进行了分析。结果表明：（1）此次暴雨过程分为2个阶段,分别是12日夜间的暖区暴雨和13日夜间的锋面暴雨。（2）第1阶段降水主要由500 hPa西风短波槽配合850 hPa东南风辐合导致的,第2阶段降水是高层西风槽过境,配合地面冷空气前锋南下和低层的切变线共同作用所致。（3）降水发生前广东水汽充沛,湿层从低层往上伸展的厚度大,估计约有50%的降水量可由雨区本地的水汽所提供。（4）低层850 hPa或者925 hPa的东南风是暴雨发生的重要水汽输送通道,暴雨发生前南海热带系统的活跃是维持850 hPa和925 hPa东南风输送的重要原因。     

东亚地区水汽输送与重庆夏季旱涝的联系

利用NCEP/NCAR(1960—2006年)的全球再分析格点资料,研究了东亚地区水汽输送异常与重庆夏季旱涝的关系。结果表明:当重庆夏季(7~8月)降水偏多(涝)时,欧亚地区中高纬维持"两脊一槽"的"双阻"型:乌拉尔山和鄂霍茨克海地区分别存在阻高,贝加尔湖地区为一槽区。冷空气沿着贝加尔湖槽后偏北风和乌拉尔山阻塞高压的南支西风南下进入中国。热带太平洋地区为显著的高度距平正异常区。副热带地区是高度距平负异常区,西太平洋副热带高压脊线位置偏南、强度偏强。来自热带海洋地区的暖湿气流分别沿西太平洋副热带高压西南侧和经印度、孟加拉湾两条主要路径进入中国。当来自高、低纬地区的冷、暖空气在长江流域中上游相遇,就会造成重庆等长江中上游地区降水异常偏多,发生洪涝。反之,降水偏少(旱)年,在欧亚中高纬地区存在"一槽一脊"的环流形势:乌拉尔山附近为一深厚的槽区;鄂霍茨克海阻塞高压异常发展,一直延伸到贝加尔湖附近;西欧地区维持着深厚的高压脊。西太平洋副热带高压位置偏北、偏东,主体基本退出中国大陆地区。整个热带为高度距平负异常区。这样环流形势致使东亚地区中高纬地区受乌拉尔山大槽影响盛行偏南风,不利于冷空气南下。低纬地区的暖湿气流沿着西太平洋副热带高压南面的东南气流从华南进入中国。这样的环流配置易造成南下的冷空气偏弱,同时使来自热带地区的暖空气向北推进到中国华北和东北地区,致使冷、暖空气无法在长江中上游地区交汇,该区域降水显著减少,形成干旱。     

3个登陆台风引发阳江特大暴雨的水汽输送对比分析

利用区域自动站资料及NCEP再分析资料,对0915号"巨爵"、1006号"狮子山"和1011号"凡亚比"登陆后引发阳江特大暴雨的水汽输送特征进行了对比分析,并应用HYSPLIT-4轨迹模式验证了水汽来源。结果表明:1)它们引发阳江特大暴雨期间,低纬西南季风活跃。"巨爵"影响时由来自印度洋与副高西侧偏南气流汇合产生强降雨,水汽来源于中南半岛和孟加拉湾;"狮子山"影响时西南水汽输入明显减弱,主要由偏东气流携南海近海水汽的注入引发了局地短而强的降雨,水汽来源于南海近海;"凡亚比"登陆后,北部湾超低空急流的暴发,有利于强西南气流携带水汽经粤西往"凡亚比"输送,引发粤西地区特大暴雨,水汽主要来源于北部湾。2)强降雨都是始于阳江特大暴雨区纬向风转东风或经向风转南风阶段。"巨爵"、"凡亚比"引发阳江强降雨前后,850 h Pa南海、北部湾经向风南风明显增大,加强了海上水汽的向北输送。"狮子山"影响时则是由于近海短时间转东风,水汽由东输入并加强了辐合。3)水汽输送以"巨爵"最强、"狮子山"最弱,水汽辐合层次"巨爵"和"狮子山"较"凡亚比"要浅薄。它们的低层水汽辐合中心与特大暴雨区有很好的对应关系。     

江西一次大雾天气诊断分析和ECMWF集合预报产品释用

利用常规气象资料,对2013年11月15日出现在江西省北部地区的一次大雾天气过程进行了诊断分析,并利用ECMWF集合预报产品对该大雾天气过程的预报进行了解释应用。诊断结果表明,该次大雾天气过程是一次典型的辐射雾。14日傍晚到夜间,江西省北部地区转处冷高压控制,阴转晴,冷空气和地面辐射共同造成的冷却作用明显;大雾发生时的逆温层高度大约在981 hPa;1—3 m/s的风速有利于形成较厚的冷却层;地面相对湿度大,水汽充足。通过对ECMWF集合预报的气温、地面湿度、地面风速和天空总云量预报产品的释用,可以在大雾出现的前日判断出江西省西北部地区同时满足辐射雾出现4个条件(水汽、晴空辐射冷却、微风、近地层的稳定层结)的概率最大,因此出现大雾的可能性最大;江西其他地区不能同时满足4个条件,出现大雾天气的可能性很小。随着对集合预报产品的不断深入挖掘,可以进一步提高集合预报对大雾等灾害性天气的预报能力。     

南疆暴雨研究进展

南疆地区位于欧亚腹地,属于典型的温带大陆性干旱气候,受复杂地形地貌、天气系统路径以及特殊的大气环流与水汽条件等影响,暴雨突发性强且地域性特征显著。目前,全球数值预报模式及中尺度数值模式对南疆暴雨的预报能力十分有限,近年来,许多研究团队在塔里木盆地进行了大型外场观测试验,对揭示南疆暴雨的机制机理有了更多启示,对造成南疆暴雨的对流触发机制、高低空系统配置及演变特征、降雨云物理过程等都有了更为深入的认识。本文对南疆暴雨的气候特征、大尺度环流背景、中尺度系统发生发展、水汽输送、降水动力机制等方面进行了总结回顾,并提出了需要进一步研究的科学问题,以期为进一步开展南疆暴雨研究、提高暴雨预报准确率及防灾减灾能力提供参考。     

水汽瞬态相变的激波管实验研究进展

从激波管内水汽瞬态相变实验研究的角度出发，探讨利用激波管理论及实验技术应用于人工影响降雨、消雹所涉及的云雾瞬态相变问题。首先介绍利用激波管研究水汽瞬态相变的概况，并介绍一些特殊激波管及实验状态的控制。然后介绍激波管内水汽相变过程研究的测试原理及方法。最后讨论在研究爆炸方法进行人工降雨、消雹和自然闪电、雷击等问题时，应用激波管理论及实验技术进行实验研究爆炸作用于云雾等微物理过程的方法和内容     

基于BJ-RUCv2.0预报系统对大雾形成和发展关键条件的数值分析

为了弄清北京地区持续性雾-霾天气过程的演变规律、揭示大雾形成和发展的关键条件,利用常规气象观测资料、高速路自动气象站观测资料和大气成分观测资料分析了2013年1月26~31日雾-霾天气过程的演变特征和有利于大雾形成和发展的天气形势。在此基础上,采用先进的北京快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC v2.0）开展数值模拟,分析大雾形成的水汽、动力和热力条件,得出:模式对1月30日夜间至31日前半夜的雾区模拟较好,但对28日夜间至29日白天（大雾天气伴严重大气污染）雾区的模拟偏差较大。发现近地层的持续性东南风使950 hPa以下湿度增大是大雾形成的关键条件。上层（975~800 hPa）的明显暖平流导致逆温层的加强和维持,使大气层结稳定度增强,是大雾天气发展和维持的重要条件。另外,近地层950 hPa以下为风场辐合、其上层为风场辐散的结构有利于雾的进一步发展。