摘要:

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摘要:2021年7月19—22日,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,破纪录降水引发了严重的洪涝灾害。目前,“21.7”河南特大暴雨的研究大多针对降水个例,引发极端降水的气候学机制仍不明确。本文基于谱聚类方法,利用中国气象局多年历史站点降水资料和NCEP/NCAR再分析数据研究了1960—2021年华北地区夏季区域性极端降水事件的主控环流天气型,系统揭示了“21.7”河南特大暴雨的发生过程。结果表明,“21.7”河南特大暴雨发生在罕见天气型下,即西太平洋上空增强的远距离台风配合异常偏西北的西太平洋副热带高压与异常偏东北的南亚高压。该天气型虽然仅贡献了华北地区夏季区域性极端降水事件的5.97％,却易导致更强的极端降水事件。台风和副高之间的盛行东南风将水汽从西太平洋输送到河南,对流层高低层强烈的风切变引发的垂直上升运动导致了“21.7”河南暴雨的发生。河南及周边地区对流层低层更加强烈的上升运动与非绝热加热之间的正反馈效应使得“21.7”河南暴雨相对同一天气型下的其他特大暴雨事件的极端性更强。本研究为理解和准确预测类似“21.7”河南暴雨的破纪录区域性极端降水提供了全新的气候学视角。

摘要:评估了5种常用的土壤湿度产品(SMOS、SMAP、ESA CCI、ERA5、SMCI)在长江中下游地区的适用性,并结合气象数据分析了各产品在极端降水、干旱事件期间的时空变化特征。结果表明:5种产品都能较好地反映长江中下游地区土壤湿度空间分布特征,SMOS与其他产品相比存在普遍低估,时空变化特征与其他几种产品有一定差异。在反映土壤湿度对极端降水响应方面,SMAP、SMCI和ERA5都能反映出与异常降水变化相匹配的土壤湿度空间变化特征,而SMOS在空间上没能准确反映对降水的响应过程。在反映土壤湿度对极端干旱响应方面,SMOS和ESA CCI对极端干旱事件的响应与其他几种产品差异较大,ERA5和SMCI土壤湿度对干旱在空间上的响应较为准确。

摘要:利用NCEP/NCAR再分析资料、ERSST v5海表温度资料和大气环流模式,分析了2022年夏季热带印度洋-太平洋海温异常对长江中下游地区高温事件的影响机理及相对贡献。研究表明,此次高温异常事件受La Niña事件和负位相IOD事件的共同影响,长江中下游地区的温度异常为1.52.℃、为近40年来最高,温度正异常的极大值位于河南和湖北两省交界处的西侧。热带印度洋和太平洋海温异常引起了长江中下游约0.39 ℃的增温,对长江中下游地区此次高温异常的贡献为25.66％。La Niña事件和负位相IOD事件可通过增强西太平洋副热带高压,进而有利于维持长江中下游地区的异常下沉运动,为高温事件的发生提供了有利条件。

摘要:利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和云南省124个气象站观测资料,首先分析了2022年4—6月云南异常低温事件的极端性及低频振荡变化特征,然后分析了对流层中层和低层大气环流系统低频振荡配置的演变特征。结果表明:1)2022年云南春末夏初(4—6月)出现了气候变暖背景下罕见的极端异常低温事件。平均气温为1961年以来历史同期第5低,1991年以来最低年,全省有42个气象站平均气温达到或突破历史同期最低纪录。2)云南2022年春末夏初的平均气温存在10～20 d显著性周期,方差贡献为45.7％,与实际强降温过程对应关系较好。3)云南10～20 d低频振荡气温降低最大位相7(升高最大位相3),500 hPa上云南被南压的贝加尔湖低频异常高压(低压)与日本海低频异常低压(高压)环流系统间的偏北(偏南)气流控制;700 hPa上中国东部到南海被低频偏北(南)气流控制,低频气温降温(升温)区与之对应,云南被偏东(西)气流控制,位于降温(升温)区;海平面气压场上西伯利亚冷高压增强南移,将高纬度冷空气带到低纬度地区,从而影响云南气温的变化,造成了云南强冷空气过程的形成和发展。因此,高低空低频环流系统配置和演变导致了2022年4—6月云南异常低温事件。4)2022年4—6月,500 hPa上低频正异常高度扰动从高纬度向南传播到贝加尔湖附近,中低纬度低频正异常高度扰动从地中海附近向东移动到贝加尔湖一带,两支低频波列协同作用有利于我国东部和云南地区异常低温事件的产生、加强和维持。5)2022年春末夏初(4—6月),10～20 d低频振荡中,南支西风槽指数和西伯利亚高压指数分别超前云南低频气温7 d和5 d时达到最好的相关关系;这2个指数对云南异常低温过程预报具有很好的提前预示性。

摘要:在全球变暖背景下,极端降水正日益频繁、剧烈并影响更广泛的区域。特别是在气候变化的敏感区域——青藏高原(以下简称高原),这些现象的发生频率和强度均有显著增加,对当地乃至下游地区的生态环境和生产生活造成了重大影响。因此,对高原极端降水进行深入研究具有深远的科学意义和社会价值。本文从极端降水定义与指数、高原夏季极端降水特征、影响高原夏季极端降水的因素、高原夏季极端降水的灾害风险与未来预估四个方面,对近几十年来高原夏季极端降水的相关研究成果进行了回顾。通过梳理和分析相关领域的研究成果,以期为研究者提供清晰的研究脉络和前沿动态,促进学术交流与合作,共同推动高原极端降水领域的科学研究持续深入,为全球气候变化及极端天气气候事件研究和应对提供更加坚实和有力的科学支撑。

摘要:利用ERA5再分析资料,对2000—2020年受Rossby波3波—4波反射影响的8个中国东部寒潮个例进行合成分析,探讨了3波—4波异常的物理过程及其在该类寒潮降温事件中的作用。结果表明,乌拉尔高压多与纬向3波—4波异常活跃有关。寒潮发生前,平流层极涡呈3波结构,中高平流层(500～600 K)极涡向亚欧大陆偏移,其北边界达到欧洲北部,在亚欧大陆的高纬度出现异常东风,有利于Rossby波作用通量的异常下传;低平流层(450 K)极涡向亚洲东部延伸。3波—4波作用通量在西欧地区异常上传,在东欧地区异常下传,在对流层顶附近形成波反射。该反射能够加强乌拉尔高压,有利于中国寒潮的发生。以200 hPa涡动热量通量在西欧和东欧上空的差异,建立区域波反射指数。该指数与中国东部3波—4波反射型寒潮降温相关性较好,在最低气温出现前一周左右,指数达到峰值,可以为中国寒潮预报预警提供参考。

摘要:台风具有较强的致灾性,我国常受其影响,因此准确预报台风路径十分重要。本文在WRF模式数值模拟的基础上,结合高空环流和基本气流的演变,对2021年第6号台风“烟花”路径突然发生近乎90°北折的原因进行深入探究。结果表明:台风“烟花”出现突然北折的原因,一是台风接近台湾岛后,在增强的西太平洋副热带高压的控制下逐渐向西移动,但受到我国中高纬地区高空长波槽的加深发展和日本附近低涡影响,台风西行受阻;二是越赤道气流的北涌,使基本气流从东北气流转为西南气流,导致台风向北偏东的移动趋势加大;三是台风中心附近环境风垂直切变出现不利于台风西行,而利于北行的条件分布(台风中心北侧出现低值区);四是最大风速水平结构出现改变,移动到更利于北移的台风中心东侧;五是不稳定能量场中低能舌出现在台风西侧,这使台风更容易向大气层结不稳定区域移动。可见,此次“烟花”台风的突然北折是多种热动力因子共同造成的。

摘要:由于西北太平洋副热带高压、2023年第5号台风“杜苏芮”、第6号台风“卡努”等共同作用,2023年7月29日08时—8月2日08时(北京时)华北地区发生极端特大暴雨,造成了重大社会影响。利用中国气象局国家气象信息中心提供的国家级气象站逐小时降水资料,分析了此次特大暴雨过程中的小时强降水(Hourly Heavy Rainfall,HHR)时空分布特征,并对不同历时类型强降水事件(Heavy Rainfall Event,HRE)的统计特征进行了对比。结果表明:1)此次特大暴雨HHR强度高、局地性明显,其对总降水量的贡献超过20％,北京西部、河北中部和西南部等太行山东麓为HHR降水量大值区和降水频次活跃区,双台风将水汽源源不断地输送到华北平原,受到太行山等山脉阻挡抬升,利于HHR增幅和持续。2)HHR降水量、降水频次经历6次峰值后减弱,其中第3次峰值时段的HHR降水量最大、降水频次最多、持续时间最长;而在“杜苏芮”残涡螺旋影响、暖式切变线和偏东风影响以及偏南或西南急流影响的3个主要降水阶段中,“杜苏芮”残涡螺旋影响阶段HHR最为活跃,共发生257次HHR,HHR最大降水量达73.5 mm。3)在3种类型HRE中,长历时(>12.h)最多,占比54.5％,短历时(1～6 h)次之,占比32.9％,中历时(7～12.h)最少,占比12.6％;长历时HRE降水量多>180 mm,短历时、中历时HRE的降水量多为［20,60)mm;HRE的最大降水量表现为短历时<中历时<长历时,而最大降水强度表现正相反,3种历时HRE的最大小时降水量多为［20,30)mm。4)不同类型HRE降水量、频次和平均降水强度的空间分布显示,长历时HRE因频次高于短历时和中历时,加之历时长,其降水量也高于后两种类型,北京、河北等地是长历时HRE降水量和频次大值区。

摘要:飞机颠簸是影响飞机安全的主要天气事件之一。本文利用6 498份PIREPs(Pilot Reports,航空器空中报告)资料,采用数据质量控制以及核密度分析等统计分析方法,研究了中国主要航路上飞机颠簸的时空分布特征以及造成飞机颠簸的可能原因。结果表明,6年来,发生在中国上空的飞机颠簸具有多时间尺度分布特征。2011—2016年飞机颠簸次数存在上升趋势,2013年之后飞机颠簸次数表现为增加后的相对平稳状态;从季节变化来看,无论是飞机颠簸次数还是飞机颠簸强度,均呈现冬春季飞机颠簸多且强、夏秋季飞机颠簸少且弱的特点;从飞机颠簸次数的逐月变化来看,其随月份的变化近似为“漏斗”状分布;从日变化来看,飞机颠簸次数具有明显的“三峰”特征。飞机颠簸次数具有明显的地域特征,在中国区域上空呈现出“东边多、西边少”的特点。此外,发生在中国上空的南北向主要航路上的飞机颠簸,在其空间分布上,若用线条将飞机颠簸最大次数连接起来,则其由华北上空出发经南昌再到成都,连线呈现为一个大的“逗号”状;飞机颠簸出现的高度具有明显的地域性,其中华北是飞机发生高高空颠簸和高空颠簸次数最多的地区,而华东和西南则是发生中空颠簸的主要地区,新疆地区低空颠簸最多。除对流外,中国飞行颠簸时空分布受高空急流主导,而新疆地区受风切变影响,其低空易发生颠簸。

摘要:利用2019—2020年夏季的江苏省自动站和雨滴谱站网观测资料,从不同天气类型(梅雨和台风)和级别(20～50和>50 mm·h^-1)将短时强降水区分为梅雨20、梅雨50、台风20以及台风50四种类型,对比分析了其雨滴谱(DSD,raindrop size distribution)特征之间的差异。统计结果表明:梅雨型强降水的雨滴平均粒径(数浓度)明显高于(低于)台风型强降水。台风型强降水的小雨滴(粒径≤2.mm)对降水的贡献率明显高于梅雨型。此外,随着降水强度的增加,梅雨50相对梅雨20的大雨滴数浓度有明显增长,雨滴平均粒径明显增大;台风50相对台风20的雨滴数浓度明显增加,粒径增长不明显。因此,台风不同级别强降水均主要由高浓度的小粒径雨滴贡献,而梅雨极端强降水则由更多大雨滴贡献,DSD特征更为复杂。选取的典型个例也观测到类似的结果,表明梅雨型强降水的雨滴谱变化相对台风型更为明显。

摘要:随着川南地区的经济发展,地面臭氧(O₃)、细颗粒物(PM_2.5)成为危害人体健康的主要污染物。本文分析了2015—2020年间川南地区(自贡、内江、泸州、宜宾)PM_2.5和O₃质量浓度的时间变化特征。以污染严重的自贡市为例,研究当地PM_2.5和O₃浓度与常见影响因素的相关性,并通过潜在源分析方法,探究污染物区域输送对自贡市的影响。结果表明:1)2015—2020年,川南地区年均PM_2.5质量浓度呈下降趋势,年均O₃质量浓度呈略上升趋势。月均PM_2.5质量浓度呈“U”型分布,7—8月质量浓度低,12—2月质量浓度高;月均O₃质量浓度呈“M”型分布,7、8月出现峰值,4、5月出现次峰值。2)自贡市PM_2.5质量浓度与CO、NO₂、SO₂质量浓度呈显著正相关,O₃质量浓度与气温、相对湿度分别呈显著正相关和负相关。3)自贡市PM_2.5和O₃的区域输送主要以局地气团为主,辐射和人为源排放强度影响气流轨迹中的PM_2.5和O₃质量浓度。PM_2.5和O₃的主要潜在源区位于四川盆地和贵州部分地区。

摘要:为了提高简便、快捷、自动识别冰雹云的能力,利用雷达拼图组合反射率因子(Combined Reflectivity,CR)数据,在冰雹回波超级单体四要素特征分析的基础上,提出了简约快捷的自动识别冰雹云的方法。结果表明:聚类算法(Clustering Algorithm)、散点轮廓算法(Scatter Contour Algorithm)能够较好地识别出冰雹云回波中心强度和强回波面积;强回波梯度算法(Strong Echo Gradient Algorithm)、云砧回波算法(Cloud Anvil Echo Algorithm)计算快捷。雷达拼图CR、强回波面积(Strong Echo Area,SEA)、强回波梯度(Strong Echo Gradient,SEG)和云砧回波(Cloud Anvil Echo,CAE)四要素被用来确定回波与冰雹云的关系。江西冰雹大多数发生在超级单体(Supercell)中,当CR≥60 dBZ、SEA≥100 km²、SEG≤8 km、CAE比值在1∶2～1∶3时,就可能发生冰雹;有些微型超级单体(Micro Supercell)在合适的天气背景和环境条件下,即使SEA=18 km²也会发生冰雹。自动识别冰雹云的方法在2022、2023年各3次冰雹过程中得到实践验证,其识别出的冰雹云区域与冰雹实况区域吻合,但也存在10％～20％的空报率。本研究结果为简便、快捷、自动识别冰雹天气提供了有效依据。