摘要:

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摘要:2023年3—4月,我国共出现10次沙尘天气过程,其中3月19—24日和4月9—13日的沙尘过程分别达到强沙尘暴和沙尘暴等级,给人群健康、生态环境和交通运输带来了严重不利影响。后冬至前春的欧亚大气环流异常呈纬向带状分布,导致沙源地的地表气温以及土壤温度持续偏暖、降水整体偏少、蒸散发效应显著。疏松的沙源为春季沙尘天气提供了丰富的物质基础。触发3月19—24日和4月9—13日沙尘暴过程的天气扰动系统都是蒙古气旋,但两次蒙古气旋及其与后部冷高压的配置存在差异,这也直接造成两次沙尘暴过程在强度、路径和持续时间上的差别。此外,本文也从气候累积效应和天气扰动机制两个方面分析了沙尘事件的研究重点,并侧重讨论了开展沙尘次季节-季节以及年代际预测的必要性和关键点。

摘要:针对中国南方极端气候事件成因,本研究综合考虑高温、少雨和干燥三种极端事件,将其异常同时超出1959—2022年间1倍年际标准差定义为干热少雨复合事件,通过合成分析和相似环流-动力调整方法,研究了春季土壤湿度对夏季干热少雨复合事件的影响及物理机制,进一步对2022年夏季南方极端干热少雨复合事件开展深入分析。结果表明:1)中国南方地区春季土壤湿度与夏季气候局地耦合的热点与2022年夏季气温、降水和相对湿度的变率高值区基本吻合;2)春季长江流域及黄淮地区土壤偏干,且东南地区偏湿时,夏季出现干热少雨复合极端事件概率加大;3)春季土壤湿度通过调节局地蒸散和净辐射能量的分配影响夏季气候变率。本研究对改善干热少雨复合事件的预测具有重要参考价值。

摘要:利用欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析资料,分析中高纬度大尺度环流异常对2022年盛夏长江中下游地区大范围极端高温事件的影响。结果表明,此次极端高温异常主要受到东亚副热带异常反气旋和北部异常气旋的影响。该经向偶极型环流异常与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)和英国-鄂霍次克海走廊型遥相关型(British-Okhotsk Corridor,BOC)密切相关。NAO正位相关联的副热带急流波列有利于副热带反气旋的形成。同时,正位相的BOC与丝绸之路遥相关耦合,有利于经向偶极型环流模态的形成。在该环流模态的影响下,对流层高层的南亚高压和西风急流明显增强且东伸,中低层西太平洋副热带高压增强西伸。异常高压控制下的下沉气流以及西风急流出口区右侧的下沉气流通过绝热下沉增温与晴空短波辐射增温,促进地表气温升高,进而引发极端高温异常。

摘要:依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第六次评估报告 (AR6) 第一工作组 (WGI) 报告第七章的内容,详细介绍了AR6最新定义的有效辐射强迫 (ERF)及其计算方法,并给出了自工业革命以来 (1750—2019年) 各气候辐射强迫因子ERF的最佳估值。根据AR6的最新评估,工业革命以来总人为ERF的估值为2.72 (1.96～3.48) W·m^-2,相较于AR5 估计结果 (1750—2011年) 增长了0.43 W·m^-2。2011年后温室气体浓度的增加及其辐射效率的修正是造成总人为ERF增加的主要原因。自工业革命以来温室气体浓度变化造成的ERF为3.84 (3.46～4.22) W·m^-2,二氧化碳仍然是其中的最大贡献因素 (56％±16％)。而气溶胶的总ERF (气溶胶-辐射相互作用 (ERFari) 与气溶胶-云相互作用 (ERFaci) 的总和) 为-1.1(-1.7～-0.4) W·m^-2,其中ERFari贡献20％～25％,ERFaci贡献接近75％～80％。AR6中气溶胶的总ERF的估算相较于AR5在数值上有所增加,而不确定性有所减少。但由于没有考虑部分重要的调整过程,ERFaci仍然存在较大的不确定性。

摘要:在全球持续增温的背景下,极端降水事件频发,给人民的生产生活和社会的经济发展造成了严重威胁。本文利用华东315个气象台站2011—2018年的小时观测数据,按照降水日峰值特征将华东地区极端小时降水分为单峰型和多峰型,基于多尺度地理加权回归模型,探讨了两种峰型极端小时降水空间分布与地形因子的关系。研究表明两种峰型极端降水分别对应常规年份和厄尔尼诺年,地形起伏度在两类峰型的降水中都为最重要的地形因子,主导区域主要为浙江北部及浙闽山脉北部;其他地形因子在两类峰型的降水中作用存在显著差异。单峰型降水中,第二重要的地形因子为地形坡度,主导区域位于浙闽山脉东南侧;而在多峰型降水中,第二重要的地形因子为离海岸线距离,且主导区域位于沿海地区。对二者差异的机理分析发现,单峰型降水以午后对流为主,浙闽山脉东南侧地形坡度较大处的对流有效位能值较大,容易促发对流;而在多峰型降水中清晨降水以平流为主,水汽输送明显较单峰型降水大,因此,离海岸线距离对该类型降水有重要影响。

摘要:利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)模式模拟结果,研究了21世纪末全球稳定增温1.5 ℃下北非夏季风降水的变化及机理。结果表明,全球稳定增温1.5 ℃较1985—2014年北非夏季风降水将增加0.26 mm/d,区域降水敏感度为4.8 ％/℃,且季风区北部降水增幅大于南部。基于水汽收支诊断发现热力项对季风区总降水增加作用明显,动力项对降水空间变化起重要作用。进一步分析当地水汽条件及相应环流场发现:在热力上,相对于1985—2014年,稳定增温1.5 ℃加强了北非地区表面温度及低层水汽输送,有利于当地维持更高的大气可降水量。在动力上,稳定增温1.5 ℃下显著的撒哈拉沙漠增温加大了海陆温度梯度,增强了对流层低层季风环流,同时非洲东风急流北移,使得季风区北部低层气流辐合加强,而高层热带东风急流减弱会导致季风区高层辐散运动减弱。总的来说,热力项增加了整个季风区降水,而动力项增强了季风区北部降水,减弱南部降水,主导了降水变化的空间格局。

摘要:本文利用1979—2018年中国地面气象台站1 767个站点降水资料、HadISST海温数据及NCEP/NCAR再分析资料,滤除同期ENSO影响后,分析了2018年华南前汛期降水负异常与热带北太平洋海温异常之间的联系。研究结果显示,2018年华南前汛期降水负异常事件和热带北太平洋(Tropical Northern Pacific,TNP)海温偏暖有关。热带北太平洋海温正异常,通过Mastuno-Gill响应引起西北太平洋气旋式环流异常,中国南海东风异常,减弱了南海夏季风,华南至中国南海地区对流层低层存在异常反气旋环流。水汽存在由中纬度北太平洋经黑潮海区-华南地区-中国南海-菲律宾群岛向热带太平洋的异常输送,且华南地区为水汽的异常辐散区域。另一方面,TNP区域暖海温异常引起了该区域低层异常辐合、高层异常辐散、异常上升运动,使得华南地区高层异常辐合、低层异常辐散、异常下沉运动。这样的环流配置对华南地区降水的产生有不利影响,引起了2018年华南前汛期降水异常偏少。2018年TNP区域暖海温异常引起华南前汛期降水负异常的物理机制还在ECHAM5模式30个成员集合平均的试验结果中得以验证。

摘要:实现我国2060年“碳中和”目标,需要大力发展包括风能在内的清洁能源,然而气候变化给未来风资源利用带来较大的不确定性。本文利用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)算法对16个CMIP6气候模式风速数据进行逐一订正,在此基础上预估21世纪30、60年代以及21世纪末这3个不同年代在低(SSP1-2.6)和高(SSP5-8.5)排放情景下中国风功率较当代的变化。结果表明,ANN算法使CMIP6气候模式均方根误差平均降低(39.93％±9.57％),并使多模式集合平均与观测的相关系数从0.56增加到0.83,更好地再现了中国当代风速的空间分布和季节变化。在此基础上,预估的21世纪60年代(2050—2064年)风功率密度在两种情景下分别减少了(1.01±0.94) W·m^-2(2.62％±2.27％)和(1.11±1.45) W·m^-2(1.90％±2.51％)。时间上,春季作为风能密度最大的季节,两种排放情景下风功率分别减少了(1.16±1.14) W·m^-2和(1.43±1.58) W·m^-2。空间上,中国东南部风功率密度在SSP1-2.6情景下降(0.56±0.53) W·m^-2,而SSP5-8.5情景下上升(0.40±0.29) W·m^-2。近期(2025—2039年)全国平均风功率密度在两种情景下分别减少了(0.52±0.83) W·m^-2和(0.54±1.02) W·m^-2,而长期(2085—2099年)风功率密度分别减小了(0.98±1.17) W·m^-2和(1.83±1.17) W·m^-2。利用极度梯度提升(XGB)算法订正CMIP6数据的预估变化量级偏小但趋势一致,表明随着全球变暖幅度的增加,我国风功率降低的趋势将更加显著。

摘要:基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS,针对2020年6—7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程,开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明,西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动力和水汽条件。CMA-GEPS对西太副高各指数的快速调整趋势预报,可提前7～10 d在预报中呈现;对西太副高强度和面积预报技巧与NCEP集合预报相当,表现为偏弱的估计,脊线和西伸脊点预报技巧与ECMWF集合预报相当,表现为脊线位置偏南、西伸脊点偏东的偏差。CMA-GEPS对东亚夏季风指数预报技巧在9 d以上,较控制预报提前2 d。CMA-GEPS的控制预报存在强度偏弱、雨带位置偏南的系统性偏差和漏报现象;基于空间和时间权重修正的邻域方案TSWNP,明显提高了大雨预报的技巧,减少了漏报的发生,优于控制预报和传统的单点概率预报,从而表明,TSWNP方案对梅汛期大雨过程的预报是有效且合理的。

摘要:模式的不同参数化方案会对模拟的天气和气候产生影响,但如何影响陆气耦合还不是很清楚。利用WRF 4.0模式设计了一组16种不同参数化方案组合的集合试验,对华北地区2013年夏季气候进行模拟。结果表明,不同积云对流参数化方案对模拟的降水平均态影响较大,其次是短波辐射方案,而微物理方案影响较小。进一步利用潜热通量(LH,Latent Heat flux)和土壤湿度(SM,Soil Moisture)、抬升凝结高度(LCL,Lifting Condensation Level)的相关系数R_(SM,LH)和R_(LH,LCL)表征陆气耦合过程,评估了陆气耦合对不同参数化方案的敏感性。模式模拟的R_(SM,LH)在不同区域随着平均降水、相对湿度的增加以及平均短波辐射的减少而减小,而R_(LH,LCL)的变化正好相反。它们内在的物理机制类似,与气候态的干湿变化密切相关,即随着土壤湿度趋于饱和,蒸散发过程逐渐受太阳辐射的限制,陆面对大气的影响减弱。另外,陆气耦合强度受积云对流方案、微物理方案和短波辐射方案的影响而产生差别,这与不同参数化方案模拟的气候态的不同密切相关,因此本研究对于WRF 4.0模式中参数化方案特别是积云对流方案的选择同样有着重要的指导意义。

摘要:气溶胶对环境、气象和人体健康都有较大影响,这些影响与气溶胶理化特性(粒子尺度谱、化学组分、混合状态等)密切相关。为了深入研究气溶胶的环境和气候效应,发展了一套气溶胶在线综合观测系统。本文介绍了利用该系统在北京、上海、广州三个超大城市开展的综合观测实验结果。通过对比分析发现,广州气溶胶数浓度最高,其粒子尺度谱分布特征与北京特征相似,均以核模态为主,上海气溶胶数浓度则整体较低。对比三个超大城市的新粒子生成(New Particle Formation,NPF)特征发现,北京NPF的发生频率低于广州,主要由于北京地区大气中大粒径气溶胶更多,较高的碰并汇抑制了NPF的发生和发展。研究发现,观测期间北京和上海站点气溶胶的吸湿性强于广州,人为一次性排放气溶胶吸湿性较弱。气溶胶吸湿性日变化特征与人为活动、气溶胶老化程度密切相关。此外,三个超大城市中气溶胶光吸收系数的日变化特征存在明显差别,北京站点的气溶胶吸收系数呈现白天高、夜间低的特点,而广州站点气溶胶的吸收系数呈现相反的日变化趋势,这可能是由观测站周边的环境差异及大气边界层的变化特征差异造成的。

摘要:利用FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、探空资料对2019年6—9月位于中国华北地区20个站点共5种型号(CFL-06、GLC-24、TWP8-L、CFL-03、CLC-11-D)的边界层风廓线雷达资料进行了质量评估。结果表明:各型号雷达均具有较强的探测能力,但不同雷达在水平风资料数据获取率以及有效探测高度上差异极大。不区分天气状况时,所有型号雷达均为V风质量优于U风质量。TWP8-L雷达U风测风质量相对最佳,CFL-03雷达紧随其后,GLC-24雷达U风测风质量最差,V风质量则差异不大,U风数据使用前需进行偏差订正以及质量控制。风廓线雷达观测对于降水较为敏感,降水使各型号雷达数据获取率在底层减小,中高层增加,增幅最大达到53％,但探测能力加强并不代表测风质量增加,统计结果表明降水是造成U风平均误差以及均方根误差较高的重要原因,其中,GLC-24、CLC-11-D雷达对降水最为敏感,降水状态相较于非降水状态均方根误差增幅均达到了5.5 m/s以上,降水情况下的U风及V风资料需进行进一步质量控制才可使用。

摘要:基于宝山国家基本气象站部署的毫米波云雷达2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多元观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明:毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95％,探测稳定性较好;毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40～-20 dBZ,并随高度呈现出与理论相符的指数递减;9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4～5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。