摘要:

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摘要:基于1961—2022年中国高分辨率降水格点资料、合成分析和经验正交函数分解方法,揭示了时空综合分型得到的生命史较长-异常中心位置偏东的低频-东部(LF-EP)型和生命史较短-异常中心位置偏西的准两年-中部(QB-CP)型El Niño事件对中国东部降水的不同影响。结果表明,LF-EP型事件对降水的影响显著且稳定:自发展年秋季到衰减年夏季长达近4个季节,长江以南区域降水持续地显著偏多,且异常雨带中心自衰减年春季起逐步北抬。QB-CP型事件发生时降水异常特征变化更加复杂多变:发展年夏秋季其空间分布与LF-EP型事件中的特征大致相反,长江以南区域降水整体偏少,冬季开始长江以南逐渐有正异常降水出现,且春季以后异常雨带表现出逐渐南退特征,至衰减年夏季发展为华北-长江中下游-华南地区降水异常“正-负-正”分布。进一步通过比较不同类型事件中大尺度水汽输送的差异探讨了其影响不同的可能机制,发现由海温异常纬向位置差异导致的西太平洋区域大气环流直接响应以及衍生模态响应差异是造成中国东部降水异常空间分布特征差异的重要原因。同时,两类时空事件持续性和转相时间的差异也会使得对降水影响的时间尺度出现差别。

摘要:基于ERA5和ERA5-LAND再分析资料,利用水量平衡分解法,将净降水量(降水量减蒸发量,P-E)的变化分解为热动力贡献、热力学贡献和涡动贡献,分析了2022年发生在长江中下游平原的极端干旱事件的机理和演变过程,并将其与2013年同样发生在长江中下游的高温干旱事件进行对比分析。净降水量分析表明,2022年长江中下游平原汛期前期(5—6月)干旱主要由降水量减小导致,水量平衡分解分析显示,湍流涡动与平均环流变化的贡献是早期干旱的主要因子;中期(7—8月)的高温增强了地表蒸散发,尤其是裸土蒸发的增强,加剧了干旱程度,水量平衡分解显示,表征温度升高引起的水汽含量变化的热力贡献对干旱加剧的贡献最大;后期(9—10月)高温进一步引发平均环流变化导致的热动力贡献延长了干旱持续时间。而2013年的高温干旱为高温引发的热力学贡献主导,持续事件短,干旱程度弱。本文对2022年发生在长江中下游平原的高温干旱复合型极端事件的发展和演变过程的剖析,可为湿润区极端高温干旱事件的预测预警提供参考。

摘要:2021年7—8月中国东部雨带演变特征与气候平均季风北推进程存在显著差异。其中,7月降水正异常中心位于江淮-华北地区,8月则南移至华中地区。2021年中国东部降水异常偏多且存在月际差异主要与7(8)月西北太平洋副热带高压(西太副高)偏北偏东(偏南偏西)、东亚副热带西风急流偏北(偏南)以及南亚高压持续东伸相关联。进一步研究表明,热带对流的活跃位置和北大西洋的增暖加强是影响其降水中心南移的主要原因。2021年7月热带大气低频振荡(MJO)在海洋性大陆地区活跃对应其热带海洋性大陆对流异常偏强,激发北传的类太平洋-日本(PJ)型遥相关波列,使得西太副高偏北偏东,有利于西北太平洋水汽在江淮-华北地区辐合,导致其降水偏多。8月,新发展MJO在热带印度洋上空对流异常持续偏强,加强局地经向环流,使得中国35°N以南至西北太平洋地区出现异常下沉运动,有利于西太副高南移西伸。此外,2021年8月北大西洋海温(SST)异常偏暖激发对流层高层向东南传播的Rossby波,有利于南亚高压加强和东亚副热带西风急流加强南移。因此,8月降水中心南移至华中地区。CFSv2预测系统(6月起报)结果能预测7月江淮-华北大部分地区降水偏多,但预测的8月华中南部地区降水偏少与实况相反。这可能是由于模式能够较好再现7月海洋性大陆热带对流活动影响江淮-华北地区降水的过程,但不能预测2021年8月热带印度洋对流活动和北大西洋海温异常偏暖对华中地区降水的影响。

摘要:近几十年来长江下游地区夏季(6—8月)降水量呈现出显著上升的变化趋势,利用1961—2020年夏季台站降水资料,通过降水项分解法,定量分析了该降水趋势的可能影响因素。结果表明:1)长江下游地区夏季降水的上升趋势主要是由日降水量显著增加造成,而日降水量显著增加主要与整层水汽垂直梯度增大和垂直上升速度增强所导致的降水增加有关;2)长江下游地区对流层低层大气温度因地面升温的加热作用而显著上升,高层大气温度受亚太振荡相位正转负的影响而下降,使得高、低层大气的温差变大,低层大气比湿升高、高层大气比湿降低,导致整层水汽垂直梯度增加,为局地降水的增强提供了充沛的水汽条件;低层大气异常辐合加之显著增长的不稳定能量为垂直上升运动的增强和对流性降水的增加提供了有利的动力和热力条件,从而造成了长江下游地区夏季降水的显著上升趋势。

摘要:南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation,IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

摘要:在气候变暖和快速城市化背景下,北京一直面临着城市热岛效应带来的环境问题。基于北京市1981—2020年逐日气温观测资料,采用线性回归、克里金插值和相关性分析等方法,研究了北京市城郊气温变化趋势以及北京市城市热岛强度(Urban Heat Island,UHI)的时空变化特征,并评估了气象因素、人口密度和土地利用/覆盖类型对城市热岛效应的影响。结果表明:近40 a来北京市城郊区的平均气温均呈上升的变化趋势,且城区气温增幅大于郊区,表明北京市UHI上升趋势显著。就季节而言,北京市冬季UHI最强(1.22 ℃),秋季次之,春、夏最弱,其中秋季UHI增幅最大。同时,北京市城市热岛效应范围也在逐渐扩大,其中城六区为高值区,热岛区由西北向东南方向延伸至城市副中心通州区,朝阳区和通州区增温趋势明显。2000年以来,北京市冬季UHI出现了显著的增加趋势,高值区UHI增加至1.6 ℃。此外,主成分分析表明人口、建设用地和气压对城市热岛效应的形成起促进作用,而风速和耕地是缓解城市热岛效应的重要影响因素。

摘要:气溶胶吸湿性与其光学性质、活化能力和生命周期等密切相关。本研究基于华北和长三角地区6个典型站点的吸湿性-串联差分电迁移率分析仪观测数据,开展气溶胶吸湿性的对比分析。研究发现华北地区气溶胶吸湿性整体强于长三角地区,不同污染环境下粒子混合状态存在明显差别。人为一次排放产生的大量疏水性物质能够削弱气溶胶吸湿性,增强粒子外混程度;而二次生成过程(如光化学反应)产生的强吸湿性物质能够增强气溶胶吸湿性,同时增强粒子内混程度,造成两个地区不同站点间同一模态气溶胶吸湿性参数存在显著差异。一般情况下,积聚模态粒子吸湿性强于核模态粒子。特别地,受频繁的新粒子生成事件影响,邢台站点的核模态气溶胶也具有较强的吸湿性。以上结果表明,不同污染环境中气溶胶吸湿性存在明显差异,在进行气溶胶吸湿性的模拟实验及研究其对雾霾形成的影响时应注意区分。

摘要:对汾河谷地及太原市在2015年1月的一次重污染过程运用WRF-Chem模式进行污染过程的数值模拟、观测验证和地形敏感性实验,分析了河谷地形对区域污染过程和大气环境容量的影响机制。结果表明:太原市及周边汾河谷地大气边界层环流和大气污染传输受天气系统、地形和城市化共同影响;地形环流强度明显强于太原城市热岛环流,且对其发展存在明显抑制作用,从而限制了城市大气环境容量,加剧城市近地面大气污染物的堆积和空气质量恶化;研究区域大气环境容量受气象主导风向影响:当天气主导风向偏南北向,也即与狭长的汾河谷地走向一致时,有利于该区域大气污染物的扩散清除,而当天气主导风向偏东西向时,则该区域大气环境容量明显减小,且近地面大气污染物浓度与大气环境容量之间呈强相关性,相关系数达到0.74;当地形敏感组实验中取消太原市周边河谷地形特征时,上述相关系数降低到0.21。

摘要:雾给现代交通和人类身体健康造成严重影响,人工消雾对于防灾减灾具有重要价值。但目前关于消雾机理仍存在一定争议,关于催化剂粒径的选择也具有较大不确定性。本研究基于15 000 m³大型雾室,开展了不同粒径催化剂颗粒对暖雾清除效果的研究。结果表明:A催化剂(粒径为75 μm)具有良好的消雾能力,消雾时间约为自然沉降的20％;B催化剂(粒径为100 μm)消雾时间约为自然沉降的40％,消雾效果相比A催化剂偏差。为验证和计算最优催化剂粒径,本研究利用重力连续碰并增长模型,从理论上分析了消雾催化剂的最优粒径。结果表明:催化剂颗粒过小,捕获的雾滴少,碰并耗水少,消雾时间长;催化剂颗粒过大,下降速度快,消雾时间短,但捕获的雾滴少,碰并耗水少。综合来看,最优的催化剂颗粒直径为40～80 μm。本研究结果可为外场消雾试验提供科学参考。

摘要:基于POST观测计划中获得的海洋性层积云顶边界层内高频气象资料和云微物理资料,在选取解耦个例基础上研究解耦边界层湍流和云微物理特征及成因。结果表明,过渡层的大气静力稳定度较强,抑制向上浮力做功,使得湍流动能迅速消耗殆尽,实现边界层解耦。湍流动能最大值出现在云内,主要与云顶降温、大云滴下落沉降拖曳带来的下沉气流增强及云底之上附近凝结增长潜热释放产生向上浮力作用有关。近地面层的浮力项和切变项对湍流动能都起到增强作用,并以切变项的贡献更为显著,云内的湍流动能是以浮力项贡献为主。过渡层附近存在向下的热通量,抑制了热量向上输送和向上浮力项的增强,促进解耦发生。云内存在向上感热通量,其最大值及其出现高度主要与云顶冷却和云中下部的凝结潜热加热有关。云顶之上湿层促进了潜热通量的向下输送,增强了云内水汽含量,为解耦边界层云的发展起到正反馈作用。云顶浮力倒转引起的云中湍流混合呈现非均匀性,并进一步导致绝热或超绝热液滴出现,促进凝结和碰并增长的增强,同时云顶之上湿层进一步对云中的微物理增长起到了重要的推动作用。云底因夹卷混合表现为均匀混合特征。

摘要:在2022年生长季内,基于轨道植被观测仪(型号NZD-G1)对呼伦贝尔草原开展了日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induce chlorophyll Fluorescence,SIF)的原位观测。相较于归一化植被指数,SIF的低频变化分量同样可以表征植物在生长季内的长势变化,而高频变化可以更清楚地监测植物内光合作用的生理过程,且其高频变化与气象条件密切相关。土壤水含量和SIF的关系是非线性的,当降水持续偏多导致土壤偏涝时,牧草的生理代谢减弱,光合作用减缓(SIF值偏低);当前期降水适量导致土壤湿润,且太阳辐射较强时,SIF值可以持续稳定在较高水平,植物光合作用旺盛,长势良好。而在生长季后期,偏凉的秋雨会显著降低植物的光合作用,且后期难以恢复。

摘要:面雨量是流域防汛抗洪调度的重要依据,单模式的确定性预报无法反映面雨量的多种可能性,为了解决面雨量预报存在不确定性的问题,本文基于中国气象局区域集合预报系统(China Meteorological Administration-Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)降水结果对海河流域集合预报面雨量开展了适用性评估和分析,结合高分辨率格点实况资料对其2020—2022年5—8月面雨量进行检验,并依检验结果开展了集合预报面雨量产品及跨度预报产品研发。检验表明CMA-REPS集合预报对海河流域面雨量预报有改进:1)海河流域集合平均面雨量预报的绝对误差明显优于控制预报,在空间分布上表现为南部河系预报误差较大,中部次之,北部最小。2)模糊评分表明小雨和中雨量级集合平均预报更贴近实况,而暴雨量级则需进一步参考集合成员的极端性。3) TS及Bias评分表明集合平均在小雨量级预报效果较好,中雨及以上量级在预报后期改进更加明显。4)概率预报评分发现CMA-REPS对海河流域中部河系中雨以下面雨量有较好的表现,而南部河系的评分则低于中部河系。开发集合预报面雨量产品并对海河流域两次致洪暴雨过程检验发现:1)集合成员对24 h大暴雨等级面雨量的预报有较高的概率,与实况量级相当,对极端降水有较好的提示。2)24 h内集合平均具有较好的评分,而24～48 h,75％分位数产品对于强降水过程预报效果更好;本文依据检验结果开发的集合预报混合百分位产品及跨度预报产品对于强降水有较好的参考性。3)依据概率预报随时间的变化曲线对面雨量进行平滑拟合,可以得到更贴近于实况的逐小时面雨量预报产品。

摘要:以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder,MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器在轨期间数据异常跳变、寿命期内遥感仪器辐射响应衰变、不同卫星间的辐射定标差异等因素影响,大幅提升了MWTS历史数据集的准确性和均匀性,使得再定标后的对流层和平流层通道数据与国外同类型仪器数据偏差在±0.1 K范围内。本文还重点分析比较了对流层中高层和平流层低层两个探测通道,结果表明FY-3D MWTS再定标数据和美国NOAA卫星应用研究中心STAR长序列数据集针对中高层大气的表现类似,平均亮温在时间变化和空间分布具有相似的特征,月均全球高空亮温年变化趋势差异最大为0.002 4。因此,2020年之后的FY-3D再定标数据,可以接续STAR长序列数据集,用于中高层大气的温度变化检测与分析。