基于RBF网络的新疆特重雪灾区最大积雪深度预测研究

基于建立的雪灾灾损指数,确定新疆特重雪灾区域;进一步聚焦特重雪灾区的8个县(市),包括阿勒泰市、福海县、青河县、塔城市、托里县、沙湾市、尼勒克县和伊宁县,分别建立县域RBF网络模型,预测2021—2050年年最大积雪深度。结果表明:该模型可用于新疆特重雪灾区最大积雪深度预测,但预测精度仍有待提升;塔城市、尼勒克县将于2025—2029年连续出现最大积雪深度偏高事件,2039年青河县将出现最大积雪深度的极大值,因此应关注可能发生雪灾的年份与县(市),积极做好雪灾的防御工作。

棉铃虫发生发展与气候条件的关系研究进展

棉铃虫(Helicoverpa armigera)属鳞翅目夜蛾科,是一种世界性的害虫,在世界各地均有分布。因其具有远距离迁飞,繁殖力强等特点,条件适宜时常大面积暴发成灾,给农业生产带来较大损失。摸清棉铃虫生活习性、种群变化规律是棉铃虫防治的前提条件。由于棉铃虫是变温昆虫,气候条件对其生长发育、成灾机制等产生极大影响。因此,本文系统综述了气候变暖对棉铃虫影响的研究进展,包括棉铃虫生长发育、体色变化、繁殖、滞育、飞行、越冬、与作物的互作关系等方面,并对未来研究重点进行了展望。

天山北坡西部雪岭云杉海拔梯度生态弹性变化

基于天山北坡西部温泉哈夏林区间隔100 m海拔高度采集的雪岭云杉梯度样本的断面积生长量资料,分析树木生态弹性变化。干旱事件是区域生态弹性最主要的干扰因子,高温事件也是干扰因子之一。干扰因子的强度会造成生态弹性梯度特征的变化。在极端干旱年份,哈夏林区梯度生态弹性特征最显著,即中高海拔为强抵抗力和弱恢复力,而低海拔则呈相反态势,并出现生长衰退现象。中旱事件时不同海拔均为强抵抗力和较强的恢复力,高温年份低海拔呈现弱抵抗力和弱恢复力。在发生持续干旱时,不同海拔高度的树木生长均受到遏制,但低海拔衰退强度大于高海拔区域,高海拔区域树木对干旱的适应能力要强于中低海拔。

21世纪新疆区域气候暖湿化趋势预估分析

新疆未来暖湿化的预估分析可为区域气候变化减缓和适应提供重要的科学基础。国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)全球气候模式在3种共享社会经济路径(SSPs)下的结果显示,新疆地区未来2021—2100年总体呈气温升高、降水增加的“暖湿化”趋势,但这种变化的具体数值和空间分布存在一定差异。其中SSP2-4.5情景下,相对于1995—2014年,预估2021—2040年新疆地区年平均气温将升高1.2℃左右,年平均降水将增加6.8%。对极端事件的预估结果表明:新疆地区未来暖事件将增加,冷事件将减少;极端强降水事件将增多,且高排放情景下的增加更为显著。对新疆气候暖湿化趋势的预估分析,有助于对新疆地区灾害风险时空变化格局的认识,对农业方面的风险防范也有重要的指示作用。

青藏高原水循环中高原低涡及多季风交汇的研究进展

青藏高原以其特殊而强大的动力和热力效应,导致东亚季风、印度季风和高原季风在高原及周边地区交汇。受多季风交汇影响,青藏高原低涡的水循环过程极为复杂,而高原低涡水循环异常往往可造成高原及周边乃至我国中东部地区频发灾害性天气,因此一直是国内外学者关注的热点和难点问题。本文回顾了国内外关于高原低涡活动特征、结构特征、生成发展机制等方面研究进展,从高原低涡水汽输送、低涡降水和云—降水物理过程等角度概括了高原低涡参与水循环过程研究成果,在总结东亚季风、印度季风和高原季风相互作用研究的基础上分析了多季风交汇对高原水循环的影响。对多季风作用下高原低涡影响水循环方面存在的问题进行了讨论,并展望了未来研究方向。

基于多源数据融合的农产品气候品质评价模型研究

以新疆麦盖提灰枣为例,在基于气象观测资料开展气候品质评价的基础上,将FY-4A卫星遥感数据、高分辨率多源融合实况格点产品(ART-1km、CLDAS-V2.0、Laps)应用于农产品气候品质评价,研制了点面结合的网格化农产品气候品质评价模型,阐述了基于多源数据融合的农产品气候品质评价方法。结果表明,该方法可明显提高农产品气候品质评价结论的可靠性和精细化程度,同时可解决无观测资料地区农产品气候品质评价问题。

陕西省环境气象条件评估指数时空变化特征研究

基于陕西省10地市2015—2020年PM_(2.5)浓度实况监测数据和气象条件评估指数EMI,统计分析EMI和PM_(2.5)相关性及近年EMI的时空分布特征,定量评估气象条件变化及综合治理措施对陕西环境空气质量的影响。结果表明:陕西省2015—2020年EMI可较好地表征和评估气象条件变化导致的PM_(2.5)浓度变化。2015—2020年EMI呈线性降低趋势,气象条件持续向好。月EMI均呈明显的单谷分布特征,EMI冬半年大,夏半年小。各区域EMI总体上呈关中高、陕南次之、陕北最低的分布特点,关中中部、东部EMI最大。EMI正距平百分比高值区主要分布在关中地区,各年关中均有60%以上面积正距平,其中2016年冬季关中83.0%面积正距平,37.5%面积正距平超过100%。2020年陕西省各区域环境空气质量较2015—2019年均有明显改善,全省PM_(2.5)浓度较前5 a平均降低24.8%,全省气象条件改善使PM2.5浓度较近5 a降低16.4%,排放变化使得PM_(2.5)浓度较前5 a平均下降9.4%,可见,近年陕西省大气污染综合治理措施成果显著,环境质量明显改善。

新疆南部暴雨研究:科学认知与主要进展

新疆南部(简称“南疆”)是典型的干旱区,地形和下垫面复杂,生态环境脆弱,对气候变化异常敏感。在全球变暖背景下,近年来南疆暴雨发生频率和强度明显增加,引起社会广泛关注。通过综述南疆干旱区暴雨的科学认知、研究进程和最新研究进展,得出南疆暴雨具有降水集中度高、相对强度大、极端性强、空间分布不均匀等特点。南疆暴雨研究经过了从大降水个例到多尺度相互作用机理和数值模拟发展应用的阶段,目前在南疆暴雨的重要影响天气系统和水汽输送等方面取得新的科学认识。

辽宁省作物生长季参考作物腾发量变化分析

利用1961—2020年辽宁省56个国家级气象观测站生长季的逐日气象观测数据,采用Penman-Monteith公式计算辽宁省参考作物腾发量(ET_(0)),利用ArcGIS的克里格插值法、M-K检验分析辽宁省生长季ET_(0)的时空分布特征,对影响ET_(0)变化的气象因子进行了分析。结果表明:近60年辽宁省生长季参考作物腾发量呈现由西北向东南递减的变化趋势;ET_(0)在1961—2010年呈下降趋势,2011—2020年呈升高趋势,生长季多年平均ET_(0)变化趋势表现为波动下降;生长季内ET_(0)对相对湿度的响应最为敏感,为负效应;ET_(0)对风速和温度变化敏感性相对较小,为正效应。湿度的敏感系数绝对值明显高于风速和温度,7月达到峰值;多年相对变化率绝对值最大的是风速,其次是温度和相对湿度;对ET_(0)贡献最大的是风速,温度和湿度对ET_(0)的正贡献不及风速的负贡献,综合敏感性和贡献两方面因素分析,风速的变化趋势为ET_(0)呈下降趋势的主导因子。

2012—2019年昌吉冬季降雪日变化特征分析

利用2012-2019年冬季昌吉回族自治州(简称“昌吉州”)11个国家级台站逐时降水资料,运用常规统计方法,对昌吉州冬季降雪日变化特征进行分析。结果表明:昌吉州冬季降雪量空间分布与海拔高度呈正相关,与纬度呈显著的负相关,降雪强度与纬度关系密切。昌吉州逐时累积降雪量呈双峰型分布,主峰出现在17时,次峰出现在08时;西部呈三峰型特征,主次峰值分别出现在17、14、08时;东部呈准单峰单谷型,峰值发生在19时,谷值出现在13时。昌吉州冬季降水以短时降水事件为主,对冬季降水量贡献为64%,12 h以上长持续性降水事件发生概率很小,仅在部分台站偶有发生。西部和东部冬季降水日循环与降水持续性关系较密切,其中持续3~4 h降水事件对西部和东部冬季降水量贡献最大,随着持续时间的延长对降水量的贡献变小。

吕梁山两次夜间暴雨的边界层特征及能量来源与转换

利用常规观测、NCEP/NCAR 1°×1°再分析、FY-2E卫星数据等资料,对分别由β-中尺度持续拉长状对流系统(MβECS)和中尺度对流复合体(MCC)造成的两次吕梁山夜间暴雨过程进行数值模拟和粒子后向轨迹追踪,结果表明:过程1受边界层南风急流和西南气流影响,山西西部低空急流偏西分量和晋中盆地边界层西南气流的增强是对流不稳定能量重建的重要因子。过程2则受边界层南风和东风急流作用,南风急流被显著抬升到对流层中高层,形成含有冰晶层的中高层云系,东风急流则供应低空水汽。两次过程边界层(0.8-1.2 km)粒子携带的水汽均明显超过低层(1.5-3 km),是夜间短时强降水所需水汽的最大贡献者。700 hPa及以上非绝热作用产生扰动有效位能,之后向扰动动能的转化是两次过程中短时强降水发生所需能量的主要来源。

东北冷涡分类及其对内蒙古东部降水的影响

利用1981—2022年6—8月内蒙古119个国家气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析东北冷涡年际、年代际变化特征及东北冷涡分类对内蒙古东部降水的影响。结果表明:东北冷涡发生频次在1992年之前,较常年值显著偏多,之后显著偏少,2003年以后有增多的趋势,近十年发生频次偏多。将东北冷涡分为10类,中涡东北移是致使东部降水偏多最异常的冷涡类型,中涡东移是次异常的冷涡类型。东亚地区呈现“北高南低”环流型,内蒙古东部位于负位势高度距平区,中心位于东部偏南地区,乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压偏强,副热带高压偏强,内蒙古东部地区受气旋性环流控制,低层水汽通量辐合,配合越赤道气流共同作用引导的西太平洋水汽输送到东部地区,是东部降水异常偏多的主要环流配置型。

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季(6-8月)NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域38个气象站降水资料,使用5 a滑动平均分离出该流域夏季降水年代际和年际变化,选出年际变化典型的干年和湿年与年代际变化的干期(1963-1986年)和湿期(1989-2018年),分析与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明:影响年代际变化的大气环流异常主要是大西洋和欧亚大陆的对流层位势高度场从西北至东南交替出现反气旋和气旋距平环流。在湿期,分别在蒙古国和中亚的反气旋和气旋距平环流加强,塔里木河流域东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,来自西北太平洋和印度洋的水汽增多;在干期则相反。影响年际变化的大气环流异常主要是:在湿年,塔里木河流域之外的西北部和东北部的对流层都为显著的反气旋距平环流,塔里木河流域西部对流层为气旋距平环流,流域东部对流层为反气旋和气旋距平环流影响区;从南北方向向塔里木河流域输送的水汽增多,北风的水汽输送增加较多,南风的水汽输送增加较少,来自北冰洋和印度洋水汽增多;在干年则相反。

秋季喀拉海海冰对2020和2021年12月京津冀冷暖反相的影响

京津冀2020年12月气温异常偏低,而2021年12月异常偏高。这两年冬季均处在拉尼娜背景下,但秋季喀拉海海冰异常有明显差异,可能是京津冀这两年12月气温异常潜在的外强迫信号。这2年秋季喀拉海海冰通过中高纬温度经向梯度差异引起大气环流异常,进而导致京津冀12月气温异常。2020年秋季喀拉海海冰异常偏少,导致12月西伯利亚高压偏强,乌拉尔山阻塞高压亦偏强,欧亚地区为典型的经向环流,造成京津冀12月气温异常偏低,而2021年的秋季海冰和12月环流形势均与2020年相反。

廊坊市雷暴大风多普勒雷达特征指标预警应用分析

利用北京、天津和沧州多普勒天气雷达对2010—2019年廊坊市发生的29次雷暴大风天气过程中的阵风锋、径向速度大值区、垂直累积液态水含量(VIL)≥40 kg·m^(-2)等预警指标进行验证分析,结果表明:51.9%的站次出现了阵风锋,其中61.0%的雷暴大风出现在主体回波移动前方中部到右侧;17 m·s^(-1)以上大风速区作为预警指标,预警的平均提前量达47.2 min。100%的弓形回波雷暴大风出现前上游及可能影响区域存在≥17 m·s^(-1)的大风速区,以此发布预警可提前37.1 min;71.4%的雷暴大风站点上空或10 km范围内VIL≥40 kg·m^(-2),平均预警提前量最高,达到52.7 min;依据带状回波前侧或右前侧出现阵风锋发布预警的平均提前量为60.6 min。73.7%的块状回波雷暴大风天气上游及可能影响区域有≥17 m·s^(-1)的大风速区。结合上游及可能影响区域≥17 m·s^(-1)和≥20 m·s^(-1)大风速区、阵风锋、VIL≥40 kg·m^(-2)出现位置可以提前30~60 min发布雷暴大风预警信号,且可更加精准地预测灾害性大风的落区、出现时间和强度。

Noah-MP陆面模式对干旱区不同下垫面水热通量模拟评估

基于干旱区张掖国家气候观象台2021年1月-2022年6月和大满灌区绿洲农田站2020年1-12月的观测数据,评估Noah-MP模式对干旱区荒漠和农田两种下垫面的水热通量的模拟性能。结果表明:Noah-MP模式模拟的干旱区荒漠下垫面辐射与观测值的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.93。感热的泰勒评分(0.809)>潜热的泰勒评分(0.504),对辐射及湍流通量的变化特征、峰谷值与观测值总体一致,模拟效果较好。模拟的5 cm土壤湿度对降水过程有明显的响应,表现出明显的冷暖季差异,但其模拟性能仍有待改进。Noah-MP模式模拟的干旱区农田下垫面辐射通量及各层土壤温度的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.58,模拟效果较理想。但模拟的潜热通量及各层土壤湿度较观测值偏低,尤其在生长季模拟性能不理想。Noah-MP模式对干旱区荒漠下垫面水热通量的模拟性能优于农田下垫面,优化和发展模式水文过程的参数化方案,在模式中考虑人为作用,是提高干旱区陆面过程模式模拟能力的重要方向。

北疆绿洲农业区气象干旱指数的确定及干旱特征分析

气象干旱指数是衡量农业干旱程度的指标之一。选取降水距平百分率PA、标准化降水指数SPI、标准化降水蒸散指数SPEI,通过SPI和SPEI构建的新标准化降水蒸散指数nSPEI 4种气象干旱指数,利用北疆绿洲农业区1961—2020年的气象数据,进行相关性、回归拟合、不同等级干旱频率分布分析,选出符合实际的干旱指数,进而分析研究区的气象干旱变化特征。结果表明:(1)PA的干旱标准低估了干旱程度,SPI对温度上升引起的干旱加剧不敏感,SPEI计算蒸散发选用的Thornthwaite方法会高估温度对干旱的影响,nSPEI克服了SPI和SPEI的不足,对研究区的适用性最优。(2)近60年,研究区气象干旱随时间呈波动性变化特征。进入21世纪以来,春、夏季表现为湿—干变化,秋季表现为弱的干—湿变化;春、夏季干旱由弱增强、秋季略减弱;以全局性干旱为主,春季局域性干旱增多,夏、秋季局域性干旱减少;春季特旱多,夏季重旱多。

塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析

根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明:晴天和沙尘暴天气大气边界层结构特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。

黄土高原一次疑似龙卷天气的中尺度特征

利用高空、地面常规观测资料、分钟级加密自动气象站资料和榆林多普勒雷达资料,对2013年8月4日傍晚发生在榆林市的一次超级单体风暴天气进行中尺度分析。结果表明:(1)此次过程疑似一次超级单体龙卷天气过程;(2)从环流背景来看,榆林市上空中层强干冷平流配合低层切变线、西南急流,高层干冷、低层暖湿特征明显;从环境条件来看,强风暴发生前和发生期间,能量、抬升凝结高度、风切变满足龙卷发生所需的热力不稳定、垂直风切变条件;(3)雷达钩状回波结构清晰,并伴有强中气旋,>60 dBZ的回波和正负速度对已接地,呈现龙卷发生时的回波特征;(4)强风暴发生前后,由北向南经过榆林地区有多个龙卷涡旋TVS产品被识别;(5)气象要素场变化剧烈,地面气压明显降低,风速出现极值增强,风向发生突变,与龙卷发生期间风场观测特征基本一致,表明该区域出现龙卷的可能性较大。

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°×再分析以及GDAS等资料,对2021年10月2—7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明:稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利的动力和水汽条件。强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2个阶段水汽输送通道的源地、路径、高度存在明显差异,但水汽输送贡献率均为对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用对局地极端强降水有增幅作用。