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摘要:2025年7月下旬,北京遭遇致灾性极端持续性暴雨过程(简称“25.7”暴雨),造成了严重的经济损失与人员伤亡。本文基于1961—2025年北京地区国家站与区域气象站的高分辨率降水资料,系统分析了“25.7”暴雨过程的极端性特征,并探讨了其形成的大尺度环流背景与水汽输送机制。研究表明,此次事件发生于北京夏季降水异常偏多、雨季提前的气候背景下,且2010年后区域强降水事件呈增强趋势。过程期间,北京全市平均降水量达211.1 mm,密云区出现1961年以来最强单站降雨(366.6 mm),局地最大累计雨量高达574.3 mm(密云郎房峪站)。尤为突出的是,全市降水持续时间长达147 h,超过历史极端事件“63.8”暴雨,创下观测纪录;密云站强降水持续时间约106 h,其中42 h雨强超过20 mm/h。与历史典型事件相比,“25.7”暴雨在平均雨量、持续时间和局地极值等方面均位居前列。大气环流分析表明,2025年夏季欧亚中高纬500 hPa位势高度距平场呈现“负-正-负”的遥相关波列,其能量频散与持续加强为极端降水提供了大尺度背景。同期,西北太平洋副热带高压异常偏强、偏北,其西段脊线在7月下旬稳定维持在35°N以北,与东亚夏季风的显著增强相配合,建立了向华北地区的水汽输送通道。在“25.7”暴雨发生期间,500 hPa环流场上贝加尔湖低槽深厚,京津冀处于槽前;副高北界异常北推至40°N附近,其与北侧低压系统之间形成强盛的偏东南风急流。同时,西北太平洋上台风“范斯高”与“竹节草”的活动,进一步强化并维持了沿东南路径向北京地区长时间、高强度输送水汽的机制,最终导致了此次破纪录的极端持续性暴雨事件。

摘要:基于多源观测资料与再分析资料,结合华北地区近60年极端持续性暴雨历史数据集,综合运用温湿特征诊断、统计分析及动力学等方法,对北京“23.7”持续性暴雨事件的极端性以及太行山中段、北段两个极端强降水阶段的非平衡流场开展系统诊断分析。与历史极端事件的天气尺度环流对比表明:此次过程持续83 h,多站降水量超过800 mm,为历史罕见特大暴雨;其850 hPa水汽通量距平、低层异常暖湿中心强度、垂直上升速度、东南风与地形辐合中心强度,分别达到历史极端事件均值的3~4倍、4~5倍、1.5倍和3倍。与2010年以来的两次极端事件进行能量与水汽收支定量对比发现:“23.7”过程的水汽输送以东南风为主,且水汽辐合长时间维持。进一步基于准地转近似和非线性平衡近似提取非平衡流场,对比分析显示:采用非线性平衡近似所得非平衡风场,其在中层和低层的辐合大值区与太行山中段、北段两个极端强降水阶段的降水落区及强度对应关系更为一致。

摘要:亚马逊雨林是世界上最大的热带雨林,在过去的二十年里,森林砍伐活动和野火事件频发,导致野火气溶胶排放增加。本文基于CESM模式(Community Earth System Model)进行100 a的模拟,研究了亚马逊野火气溶胶对热带太平洋气候,尤其是厄尔尼诺-南方涛动(El Nio and Southern Oscillation,ENSO)特征的影响。亚马逊野火气溶胶的增加导致赤道东太平洋和亚热带南大西洋显著降温,局地的辐射冷却迅速传播,导致整个热带地区变冷,同时赤道太平洋中西部的东风增强。赤道降水减少,同时热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,ITCZ)北移。亚马逊野火气溶胶增加导致多年ENSO事件频率增加,ENSO周期延长,极端El Nio事件振幅增强。此外,ENSO年份热带太平洋和大西洋的降水异常减弱,环流异常特别是太平洋-北美遥相关型(Pacific-North America,PNA)减弱。研究结果强调了亚马逊野火气溶胶在调节热带气候中的关键作用,野火气溶胶可能是影响ENSO性质及其预测性的潜在因子。

摘要:夏季西北太平洋上的气旋性或反气旋性异常环流(简称西北太平洋异常环流,western North Pacific anomalous circulation,WNPAC)与前冬厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)之间存在显著的跨季节联系,对东亚夏季气候的季节预测至关重要。冬季ENSO与夏季WNPAC(简称ENSO-WNPAC)的相关性具有不稳定性,但导致这一现象的气候系统内部变率关键因子及相应的机理尚不明确。本研究利用两套独立的、大样本集合模拟的试验数据(FGOALS-LE和CESM-LE),通过对比成员间差异,揭示了影响ENSO-WNPAC相关性变化的关键因子和物理机制。研究结果表明,ENSO不同衰退类型事件发生比例的变化是导致ENSO-WNPAC相关性强弱变化的关键因子:ENSO-WNPAC相关性强(弱)时,对应较多(少)的慢速衰退型ENSO事件和较少(多)的持续性ENSO事件,而快速衰退型ENSO事件的比例则没有明显差异。进一步研究发现,ENSO事件衰退速度的变化可能与ENSO海温异常经向尺度的宽窄有关。

摘要:2024年5—6月印度发生了大范围、持续性极端高温热浪事件,部分地区高达50 d以上,仅5月就有46人死亡,是印度有气温记录以来持续时间最长的热浪事件。因此,深入了解此次热浪事件的特征和因果机制,能为类似极端事件的积极预警提供有用的方法。本文基于超热因子指数定义热浪事件,选择热浪次数、最长持续时间、频次和强度4个指数来分析2024年5—6月印度热浪事件的时空特征,通过分析500 hPa位势高度场、850 hPa风场、经向/纬向-高度平均风场、辐射、通量、2 m地表气温与相对湿度等气象要素来揭示热浪期间各影响因素与热浪的关系。结果表明,造成本次高温热浪现象的原因有:1)5月上旬副热带高压脊线(588 dagpm等值线)到达印度南部,5月下旬及6月底该副热带高压脊线缓慢地向北移动,受其控制的范围扩大,由于副高内部盛行下沉气流,其所到之处往往以晴朗少云的高温天气为主,故印度地区5—6月受副热带高压的影响而出现了高温天气;且588 dagpm等值线较往年位置偏北,说明它较往年提前到达了印度次大陆,使得热浪的持续时间增加。2)5月初印度北部受中亚干燥气流影响,增加了热浪风险;5月中旬孟加拉湾与阿拉伯海的暖湿气流交汇影响印度,形成西部湿热环境;6月西南季风受地形引导,沿青藏高原南侧发展影响印度。3)在印度北部高温的情况下,其低湿度加剧了热浪程度,而南部地区地表温度稍低,但高湿度也会增加体感温度。北部地区的向下短波辐射增强和向上短波辐射减少共同引发了地表能量积累效应,潜热通量下降和感热通量增加表明地表水分蒸发不足,导致热量无法通过蒸发散失,这进一步推动了气温上升,进而加剧了热浪的影响程度和持续时间。由此可见,2024年5—6月期间,印度北部和中部地区高温热浪事件的成因是:增强的副热带高压系统和异常风场导致下沉气流和晴朗天气,为高温奠定了基础;中亚干燥气流和季风前的气流路径变化进一步加剧了高温;高压系统的持续存在抑制了季风降水的形成,各大气层的风场异常(低层东风、中层西风、高层东风)共同维持热浪;地表能量积累由于短波辐射变化而增加,推动了气温上升,造成显著的区域影响。这些因素综合作用,导致本次热浪事件强度高、持续时间长,对农业、水资源和公共健康产生了严重不利影响。本研究结果可更好地预测热浪的发生、评估其潜在影响,为类似地区的极端高温研究工作提供了科学依据。

摘要:利用中国国家级地面气象站逐日降水资料、美国国家环境预报中心-能源部(National Centers for Environmental Prediction-Department of Energy,NCEP-DOE)逐日再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)逐日最优插值海表温度资料,阐述了准双周尺度上热带地区对流活动对华南前汛期持续性强降水的影响及其物理机制。结果表明,南海对流的准双周振荡可通过影响华南的水汽及垂直运动的低频变化进而影响前汛期强降水异常。在准双周尺度上,南海地区的对流与海温形成了一个负反馈过程,且与华南前汛期持续性强降水紧密相关。通过抑制南海地区低频对流的发展,南海地区的低频冷海温异常促进局地低频反气旋的生成,并引起局地下沉运动;进一步由于南海洋面太阳辐射的增多以及向上感热通量的减少,加之偏南风通过暖海水输送造成的暖海温堆积,导致南海地区低频海温逐渐变为暖异常;此时,由南海至华南的经向温度梯度所驱动的直接环流圈中,华南为上升运动,且其上空为气旋性环流控制,水汽输送也加强。在南海地区对流抑制的低频变化过程中,热力直接环流圈及水汽也不断加强,使得华南降水的强度大且持续时间长,最终导致持续性强降水的发生。南海地区的低频暖海温将进一步在该地区激发对流,并促进局地气旋的生成,此时低频垂直环流圈变为上述的反位相,环流条件不利于华南降水。

摘要:基于1961—2024年黄淮地区177个国家气象观测站点逐日降水资料,系统分析了该区域夏、秋两季12个节气降水量、降水集中度(precipitation concentration degree,PCD)和集中期(precipitation concentration period,PCP)的时空演变及其相互关系。结果表明:1)1961—2024年,区域年平均降水量为620.9 mm,呈弱增加趋势(1.43 mm·(10 a)^-1);PCD均值为0.41,降水在时间上趋于集中(0.004·(10 a)^-1);PCP多出现在小暑节气,PCP呈提前趋势(-0.84°·(10 a)^-1)。1961—1992年,降水减少、PCD下降、PCP提前,而1993—2024年则降水增加、PCD上升、PCP延后,这种年代际转折可能与东亚夏季风年代际转型及副高位置变化有关。2)区域降水年内呈单峰分布,65.47%的降水集中于夏至至处暑期间,峰值位于小暑(105.3 mm);节气降水趋势差异显著,夏至增量最大(4.24 mm·(10 a)^-1),大暑和立秋减幅最剧,分别为-1.98和-1.29 mm·(10 a)^-1。3)PCD自西南向东北递增,豫西山地或因地形抬升降水相对均匀;胶东半岛则可能受副高边缘及海陆作用影响,降水更为集中。少雨年PCD较高(均值为0.45),反映降水分布更为集中;多雨年PCD较低(均值为0.39),分布则较为均匀。多雨年PCP呈自南向北推进的特征,表现为夏至-小暑-大暑的递进格局,与副高北跳的演变过程一致。4)年际尺度上,PCD与区域年均降水量呈弱负相关,但95.48%的站点其PCD与年降水量表现为正相关,揭示了极端降水局地性与区域平均效应的差异。PCP与区域年均降水量呈微弱正相关。节气尺度上,PCD随主汛期(小暑-立秋)降水量的增加显著增大;PCP推迟通常与秋季节气(处暑、白露、秋分、寒露)降水增多显著相关,在1993—2024年尤为明显。

摘要:将中国大陆划分为8个子区域:西北、北部、东北、华东、华中、华南、西南、西部,基于国家气候中心格点化观测资料(CN05.1),对中国第一代全球大气和陆面再分析(CRA-40)、日本气象厅第三次全球大气再分析(JRA-3Q)和欧洲中期数值预报中心第五代再分析(ERA5)3种最新的高时空分辨率再分析产品开展了在中国大陆风资源评估中的适用性研究。结果表明:1)在风功率密度空间分布特征方面,CRA-40在北部、东北、华东、华南和西南地区的重现最好,空间相关系数均达到了0.7以上;ERA5在华中地区的重现较好;JRA-3Q在西北和西部地区的重现较好。此外,CRA-40更好地再现了变化趋势的空间分布。2)在风功率密度时间变化特征方面,CRA-40在北部、东北、华东、华中、华南地区重现能力最好;ERA5在西南地区的重现较好;JRA-3Q在西北和西部地区的重现较好。除西北地区外,CRA-40对年变化趋势的重现能力最优。3)从相关性和偏差来看,CRA-40与观测的相关性最高,其次是JRA-3Q,在东北、华东、华中地区二者的相关系数普遍高达0.8;在西北和西部地区CRA-40比其他再分析高出了0.1~0.2。此外,CRA-40的均方根误差与偏差也较小。整体而言,CRA-40在风电项目集中分布的区域(如北部、东北、华东、华中、华南和西南地区)有明显优势,但在西北和西部地区JRA-3Q表现较优。因此,应根据需要及数据条件,针对不同区域采用不同的再分析数据开展风资源评估研究。

摘要:利用2023—2024年四川省7个站点地基毫米波云雷达产品数据、探空数据及地面降水资料,以探空反演的云层信息为标准参照,从观测一致性、云层数一致性和云高一致性3个方面对云雷达数据质量进行评估分析。结果表明:四川省云雷达整体数据质量较好,观测到云的存在及其云层数分布与探空资料具有较高的一致性,并且云雷达在高海拔地区能够有效捕捉多云层结构。云雷达观测的云底高度(cloud base height,CBH)普遍高于探空资料反演结果,而观测的云顶高度(cloud top height,CTH)则普遍低于探空反演结果。与CTH产品数据相比,云雷达CBH数据准确性更高,CBH平均误差最小值为0.02 km。在特定云高条件下,即云雷达观测CBH为1~3 km或CTH为8~9 km时,云雷达产品数据的准确度较高;观测CBH高于6 km或CTH低于2 km时,数据准确度较低。温度和湿度均会对云雷达产品数据准确性产生影响,温度越高,CBH和CTH误差负向发展趋势越明显,湿度则主要影响CTH数据的准确性。研究结果表明了云雷达在盆地及高原地区的数据适用性,揭示了不同环境条件和观测云层高度对云雷达产品数据准确度的影响。

摘要:以实现业务应用为目标,基于CMA-BJ 3.0版区域快速更新循环同化和预报系统,开展了全国CINRAD/SA天气雷达径向风观测资料的三维变分直接同化应用研究。对全国CINRAD/SA天气雷达径向风观测资料进行面向资料同化的质量控制,质量控制后雷达径向风同化体现出显著正效果。开展全国CINRAD/SA天气雷达径向风观测资料和反射率拼图协同同化预报的批量试验并对应用效果进行了评估。试验结果表明,雷达径向风同化对高空全风速预报有显著正效果,对降水预报评分有显著提升,雷达径向风同化从降水强度、落区和范围等方面均明显提升了系统对对流尺度降水的短时预报性能。

摘要:针对全球数值模式在复杂地形区域强降水落区和强度预报上存在的短板,本研究选取了区域模式降水预报地形订正法,通过消空和海拔高度重置等试验,应用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF,简称EC)模式的地形数据及每日08:00(北京时)起报的逐3 h风、降水量及相对湿度等气象要素,定量估算地形作用所导致的降水增减量,形成改善后的全球模式降水预报地形订正法。为验证该方法的有效性,对2021—2022年汛期(6—8月)川西高原东坡过渡带的降水预报进行了订正,并开展了逐日降水检验评估和31次强降水检验评估。结果表明,经过地形订正后的各量级降水TS(threat score)评分较EC模式预报均有显著提升。31次强降水检验评估中,大雨、暴雨和大暴雨量级的评分分别提高了11％、126％和267％。同时,预报的命中率也得到显著提高,大雨、暴雨和大暴雨的命中率分别达到了45.5％、20％和8％,而漏报率分别减少至54.5％、80％和92％。此外,大雨、大暴雨的空报率也分别降低至50.5％和84.5％。偏差评分值更接近于1,进一步证明了该地形订正方法的有效性。

摘要:利用ERA5再分析资料、中国地面气象台站的逐日降水观测资料和中国区域逐小时降水量融合产品,分析了2020年6月27日—7月1日一次持续性强降水过程中梅雨锋结构的扰动特征及与降水的联系。结果表明:此次强降水事件中,雨带经历了复杂的南北扰动过程,梅雨锋的切变类型随之变化,从暖式切变引起的北抬到冷式切变锋生导致的迅速南落,最终演变为静止锋式切变。降水主要发生于850 hPa锋区南侧的暖区,具有深对流性质,降水强度与范围受梅雨锋切变类型的影响,暖式切变型对应更强和更大范围的降水。低层锋生区对未来1 h降水具有指示作用。不同类型的锋生在非绝热加热和形变项等作用下,呈现出不同的垂直结构特征。此次过程形变项和非绝热加热项对锋生贡献最大,暖式切变型锋生在非绝热加热作用下,随高度略呈南倾;冷式切变型锋生在形变项和非绝热加热作用下,随高度向北倾斜;准静止锋式锋生在非绝热加热和形变项作用下,呈现出高低空一致的结构。形变项取决于伸缩变形分量,非绝热加热则与降水区对应,主要位于锋区偏暖空气一侧,与雨区北侧产生强烈的热力差异,进一步加强了锋生,这可能是强降水过程得以维持的重要机制。

摘要:气象专用卫星是气象综合探测卫星之外的气象卫星体系的重要组成部分,可满足对特定要素、特定区域、特定时效的探测需求。国际上根据实际业务需求,针对特定要素发展了测风、测云、测雨气象卫星;针对特殊时段、特殊区域发展了晨昏轨道气象卫星、大椭圆轨道气象卫星;针对探测要素的高时效性,发展了气象专用小卫星。本文主要概述了国内外专用气象卫星的发展情况,并分析了发展趋势以及启示,为我国气象卫星发展提供参考。

摘要:氮氧化物是与气候变化和空气质量密切相关的重要大气污染物,其排放受到光照的显著影响。本研究基于28篇文献和170组实验数据,利用Meta分析探讨了光照对土壤氮氧化物排放的影响及机制。结果表明,白天和高光强处理对土壤氧化亚氮(N₂O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)排放通量均呈正效应,分别提升了57.28％、116.19％和21.25％。不同光照处理对N₂O累积排放具有显著影响,其中增加中波紫外辐射(UV-B)降低N₂O排放6.85％,而遮阴处理则增加了77.23％。在作物种类间,光照对N₂O排放效应差异明显;UV-B辐射对大豆具有负效应,对水稻和小麦则为正效应;遮阴处理对水稻和小麦均呈正效应。此外,光照处理提高了土壤温度,而UV-B辐射和遮阴处理则降低了土壤温度。UV-B辐射减少土壤呼吸速率和铵态氮含量,同时增加硝态氮含量,并显著提高了氨化细菌和氨氧化细菌的基因拷贝数。总之,光照对土壤氮氧化物排放的影响,受到光照处理、作物种类、土壤理化性质及氮循环功能微生物群落变化的共同作用。