月动力延伸预测模式业务系统DERF2.0对中国气温和降水的预测性能评估

基于国家气候中心第二代月动力延伸预测模式业务系统(DERF2.0)开展的1982～2010年的回报试验结果和国家气象信息中心提供的669个台站气象观测资料,利用距平相关系数ACC、平均方差技巧评分MSSS、距平符号一致率R和短期气候预测业务分级检验Pg等4种方法综合评估了DERF2.0系统对中国的气温和降水的预测性能。结果表明,DERF2.0模式对气温的总体预测效果较好,对气温的预测性能较DERF1.0模式有了较明显的提升。与过去全国的短期气候预测业务评分相比,DERF2.0对气温和降水的预测都有所提高。与气温相比,DERF2.0对降水的预测性能相对较差,对降水的预测水平与DERF1.0相接近。DERF2.0对发生在1998年和2006年的极端旱、涝个例年也有一定的预测能力,且对气温的预测明显好于降水。从空间上来看,DERF2.0在西南地区的确定性预测效果较差,模式仍然有很大的改进空间。

藏北高原季节性冻土区潜在蒸散和干湿状况分析

利用位于藏北高原季节性冻土区的MS3478自动气象站的观测资料,基于FAO推荐的Pen-man-Monteith方法,分析了该地区的潜在蒸散量的变化特征。讨论了动力、热力和水分因子对潜在蒸散的影响,并分析了该地区的干湿状况。结果表明:全年日潜在蒸散量在0.52～6.46mm之间;夏季蒸发力最旺盛,5～9月的月潜在蒸散量均超过了100mm,11月份潜在蒸散锐减至33mm,潜在蒸散年总量为1037.83mm;夏季热力蒸散量明显大于动力蒸散,而冬季动力蒸散明显大于热力蒸散。藏北冻土区仅在5～9月为半湿润气候,持续时间较短,冬半年的干旱和半干旱维持时间长。水分因子和动力因子对潜在蒸散的影响季节变化大。土壤水分不是影响潜在蒸散的主要因素。

藏北高原湿地地表辐射的变化特征

利用位于藏北高原典型湿地的MS3478站1a的实测辐射资料和自动气象站资料,分析了地面辐射平衡各分量的季节平均日变化、季节变化和年变化特征和规律。结果表明:总辐射和反射辐射的春季日变化明显大于其它季节,年变化均呈双峰型,但相位不一致。地面长波辐射的日变化和年变化均呈不对称变化。地面有效辐射的年变化呈双峰型,两个峰值分别对应于冻土消融的3、4月份和冻结的10月份。净辐射量主要集中在5～7月份,占年总量的40.14%,表明该地区春末夏初地表获得的净能量最多,对地面热源的形成及其对大气的加热具有决定性作用。

重庆春季连阴雨的气候特征和气候信号分析

利用1961—2012年3—5月NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的海温、重庆34个站气象资料和74项环流特征指数,分析了重庆春季连阴雨的时空变化特征及其与同期的大气环流、西太平洋副热带高压(西太副高)、前期冬季的海温、OLR、大气环流以及西太副高之间的关系。结果表明:重庆春季连阴雨有发生频率高的特征,3月最容易发生影响范围广,持续时间长的连阴雨,其次是5月。连阴雨明显的时段重庆受影响的范围广,持续时间较长,气温偏低。东北部和西部地区出现频次较低,东南部较高。连阴雨分布主要为全市一致型和东西相反型。春季巴伦支海地区和青藏高原的500 hPa高度场偏低,贝加尔湖以东地区偏高,欧亚中高纬环流形势有利于冷空气南下和西太副高的减弱东退是重庆的连阴雨发生的主要因素。冬季拉尼娜事件的发生、赤道150°E地区的对流加强和鄂霍次克海地区中高层大气高压脊的建立都有利于来年春季重庆连阴雨的发生。

2014—2018年重庆主城区大气污染的特征及其与大气环流之间的关系

采用重庆市生态环境局2014—2018年主城区空气污染物监测数据、沙坪坝气象站观测数据、美国NCEP再分析数据和美国怀俄明大学的探空数据,分析了重庆主城区的空气质量指数(AQI)、主要污染物浓度、不同程度污染日数和首要污染物的月、季、年变化特征。探讨了不同污染程度日500 hPa高度场和850 hPa风场特征,分析了重污染时段垂直速度和探空条件。结果表明,重庆主城区AQI月变化呈“W”型,PM_(2.5)、PM_(10)和CO呈“U”型,O 3呈倒“U”型。除O 3浓度在盛夏最高外,其余各污染物浓度在12月和1月都较高,空气质量也相对最差。O 3浓度呈逐年上升趋势,其他污染物浓度都呈下降趋势,空气质量明显改善。PM_(2.5)为重庆首要污染物,冬季最为明显,PM_(10)污染在春季有所增加,NO 2污染主要出现在初春和深秋,O 3污染则主要出现在盛夏。大气污染主要出现在冬季,当欧亚中高纬地区环流形势呈北低南高,以纬向环流为主,低层大气受较强偏南风影响时,重庆的气象扩散条件较差;当欧亚中高纬地区环流形势呈北高南低,经向环流明显时,冷空气容易气南下,促进大气对流发展,有利于重庆污染物的扩散和清除。污染较重日重庆上空对流层整层存在异常的下沉运动,水汽上升辐合较弱,低层相对湿度较小。近地面逆温层和较薄的湿层长时间维持,使大气层结较长时间处在较稳定状态,是重庆主城区大气污染持续发展和维持的关键。

西南地区降水日变化特征分析

利用1960-2000年西南地区包括(川、渝、黔、滇四省(市))91个气象站的小时降水量自动记录信息化资料,计算和分析了西南地区过去40年间逐月逐日逐时的降水频率和降水比率。结果表明,西南地区各地各季逐时降水最大频率出现的时间较为分散,但四川、重庆和贵州部分地区夜雨频繁,而云南的降水则以白天降水为主;西南地区逐时降水相对集中出现在某个时段的特点较为明显,尤其是夏季,这与西南地区夏季多短时强对流天气有关;重庆的降水在秋、冬、春三季多发生于凌晨到中午以前,但在夏季,除了凌晨到中午降水较为集中和东南部在午后降水也较为集中外,在傍晚到午夜以前降水也较多。

重庆市雷暴气候变化特征分析

利用重庆市34个观测站1951―2009年雷暴日资料,通过数理统计、小波分析、EOF分析等方法,研究重庆市雷暴气候变化特征、周期性规律以及时空分布特征。结果显示:重庆市年平均雷暴日数为37.48 d,一年中任何月份都可出现雷暴,以7、8月份为最多,雷暴主要发生在夏季。过去59年,雷暴日数年代际差异较大,并呈波动减少趋势,平均每10年减少3.403 d。从morlet小波分析结果看,重庆雷暴具有5 a短周期、8～9 a中周期和18 a长周期振荡变化。从空间分布来看,渝东南年平均雷暴日数最多,渝中和渝东北次之,渝西最少,雷暴分布呈现出从东部高山向中部、西部丘陵低山逐渐递减的特征。根据EOF分析,重庆雷暴异常空间分布可划分为全市一致型、局部型、经向型、纬向型等类型。

季风爆发前后青藏高原西部改则地区大气结构的初步分析

通过2008年青藏高原西部改则地区季风前(FM)和季风爆发阶段(MJ)两个加强观测期的无线电探空资料发现:青藏高原西部改则地区对流层顶以第二对流层顶为主。冬季多表现为双对流层顶或复对流层顶。到了夏季,第一对流层顶(极地对流层顶)较少见,基本只有第二对流层顶。季风前第一对流层顶高度为10752m,温度为219K,气压为245.2hPa,第二对流层顶高度16826m,温度为202K,气压93hPa。季风爆发阶段,第一对流层高度为10695m,温度229K,气压256.7hPa;第二对流层顶高度为17360m,温度198K,气压89.4hPa。由两个观测期的月平均温度的升温情况可以判断出第二对流层顶温度夏低冬高,第一对流层顶温度为夏高冬低。从小时的时间尺度上发现,第二对流层顶的高度变化和对流层顶温度、气压、风速的变化均为反位相变化;对流层顶升高时,对流层顶气压、温度、风速、湿度随之降低,反之也成立。第一对流层顶对地表向上的热量输送及云顶有很好的阻挡作用,进而对大气加热有显著影响。从靠近地面的月平均风速均匀混合特征,判断出季风爆发阶段改则地区边界层高度能达到3500m左右。西风急流在高原改则地区有明显季节变化。冬季西风急流最强,几乎没有东风带出现。季风爆发阶段西风急流逐渐离开改则地区并向高原北部移动,在该地区表现为减弱。同时东风带逐渐北移到改则地区,在该地区上空表现为逐渐增强,并位于西风带之上。

四川新津机场地面风场的特征分析

利用2005年1月—2010年2月自动气象站的地面风观测资料,分析了四川新津机场地面风的平均日变化、月变化、季变化及年际变化等,讨论了地面瞬时风与机场跑道的关系,并对≥5 m.s-1地面瞬时风的预报进行了探索。结果表明:机场主要受偏北风、偏西南风和偏东南风影响,且偏北风和偏东南方向风速较大。全年较大风主要出现在春季。各季节均盛行偏北风,秋、冬季偏北风出现的频率远大于春、夏季。下午风速大,早晨和夜间风速小。全年平均风速小,年际差异小,微风和静风频率高。持续时间较长的≥5 m.s-1地面瞬时风的预报重点在于天气系统的预报上。

黑河中上游不同下垫面动量总体输送系数和地表粗糙度对比分析

利用廓线法计算了黑河中上游地区盈科农田站、冰沟稀疏草地站、阿柔牧场站和大冬树山垭口积雪观测站的总体输送系数和地表粗糙度。结果表明,地表粗糙度与植被覆盖度和高度以及下垫面的性质有关,夏季地表粗糙度大小是农田站最大,其次是牧场站和稀疏草地站,高寒草甸站最小。下垫面状况还影响动量总体输送系数对稳定度的依赖程度,地表粗糙度大的地区强于地表粗糙度小的地区。

两种干旱指数在重庆极端干旱事件中的应用

利用重庆34个国家站1981-2015年地表湿润度和MCI_GB干旱过程指数序列对比分析重庆极端干旱事件的气候特征,并采用五类格点日数据诊断了重庆近年来极端干旱年旱情集中发生时段的环流特征.结果表明:上世纪60年代以来,地表湿润度所表征的旱情在除重庆西部和主城部分地区变湿外,其余大部地区都为变干趋势,其时间序列存在2~8年的显著周期.而上世纪80年代以来,两种不同干旱指数表征的重庆持续和极端干旱事件分别都存在显著的2~4年和2~8年周期.1981-2015年期间,MCI_GB极端累计旱情呈“东北部偏重”分布型,地表湿润度则为“长江沿线偏重”分布型,两种干旱标准化指数在重庆东北、西南和东南部地区的累计强度有一些差异;对照重庆干旱地方标准,地表湿润度与其分型更类似,强度也更为接近.2001年、2006年和2011年极端干旱特定时段大气环流所表现的前兆信号为:7月开始至结束期间,500 hPa欧亚中高纬由“负—正—负”转为“负—正”型变压场分布,在中亚中纬度地区均为“南高北低”型气压场分布,均不利于西北路径冷空气南下影响我国西南地区;综合整月OLR场、Walker环流和水汽场来看,重庆地区对流活动偏弱,仅为-15~0 w/m^2,垂直高低层以700 hPa为界,水平南北方向上以长江为界,气流升降运动呈反向分布,加之水汽输送不充分、整层水汽辐合较弱,这都不利于降水的持续发生,易造成干旱事件的集中发生和后续维持.

北京气候中心次季节-季节预测系统对西南地区夏季降水次季节预报技巧评估及误差订正

利用北京气候中心(BCC)次季节-季节(Sub-seasonal to Seasonal,S2S)预测系统20年(1994-2013年)回报试验数据,在评估BCC S2S预测系统对中国西南地区夏季降水次季节预报性能基础上,进而采用基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的误差订正方案对预测结果进行订正。结果表明:BCC S2S预测系统对西南地区夏季降水的次季节预报技巧随起报时间的提前不断下降,在起报时间提前10天以内具有一定预报技巧,而在起报时间提前10天以上基本无技巧,同时存在明显的区域性和年际差异。采用SVD误差订正方案能够较好改善BCC S2S系统对西南地区夏季降水的次季节预测水平,起报时间提前0~10、11~20、21~30天原始预测结果与观测间的异常相关系数分别为0.50,0.31和0.25,订正后分别提高至0.70,0.75和0.70,同时订正后的预测结果与观测间的空间相关系数在起报时间提前0~10天提高了0.3左右,尤其对起报时间提前11~30天的预测结果改进更加明显,空间相关系数提高了0.6左右。

前期环流相似法在重庆延伸期天气过程预报中的应用

利用1960年以来NCEP/NCAR北半球500hPa逐日环流场资料,应用动态相似集成预报方法,对离预报月最近若干时段内的东亚500hPa逐日高度场环流场进行EOF展开,提取前期环流场的主要特征量及恢复场,运用相似算法分别与1961年以来各年同期EOF主要特征恢复场进行比较,寻找最佳相似年份。调整前期资料长度,再用相同的方法找出5个相似年,累计预报区域5个相似年预报时段内逐日降水频率,并将其结果绘制成曲线,根据曲线峰谷变化,即可对延伸期预报时段内可能性较大的区域性主要降水过程出现日期进行预报。预报试验结果表明,该方法对重庆延伸期内降水、降温等天气过程预报有一定参考价值。

重庆夏季高温干旱特征及其对拉尼娜事件的响应

拉尼娜事件与我国气候密切相关,近年来重庆地区频繁出现的高温干旱与拉尼娜事件的关联值得深入研究。研究重庆高温干旱的特征及其对拉尼娜事件的响应,以期对该地区的高温干旱预测和预警提供科学依据。基于1981—2022年气象干旱综合指数MCI(Meteorological Drought Composite Index)、高温日数、NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmo⁃spheric Research)再分析环流场和Hadley海温数据,分析重庆夏季高温和气象干旱的时空分布特征,探寻拉尼娜事件对高温干旱的影响及其环流异常特征。结果表明:夏季是重庆干旱发生频率最高且持续时间最长的季节,高温干旱主要集中在东北部及长江沿线地区。高温与干旱之间存在相互促进的关系,持续高温促进重度干旱的形成,而长期干旱也可能导致极端高温的发生。赤道中东太平洋海温在冬、春季处于拉尼娜状态,对重庆夏季的高温和干旱有显著影响。弱拉尼娜事件倾向于引发高温,而中等强度拉尼娜事件更易导致干旱。中部型和东部型拉尼娜事件均对重庆夏季高温和干旱产生显著影响。拉尼娜事件影响下的南亚高压偏大、偏强、偏北,西太平洋副热带高压随之产生的偏大、偏强、偏北,以及高空急流位置偏北,是导致重庆夏季高温和干旱发展的重要环流因素。夏季重庆地区对流层中下层主要受偏弱的西南风控制,结合欧亚中高纬环流呈“两脊一槽”格局,形成不利于冷空气南下的气候环境,从而导致包括重庆地区在内的四川盆地长期受下沉气流控制,是重庆地区高温和干旱频发的主要原因。

兰州市大气环境质量影响因素多元统计模型研究

有别于其他文献从单方面讨论城市大气环境的成因和影响因素,在统计分析软件SPSS12.0的技术支持下,选择兰州市作为代表,对经济发展、能源消耗等与城市大气环境质量相关的诸多影响因子进行了综合数理统计分析并建立模型.结果表明:影响兰州市大气环境质量的因素可归纳为两类,第一类主要包含社会经济发展、能源消耗以及空气污染因素;第二类主要包括气象因素.兰州市大气环境质量主要受机动车数量、国内生产总值GDP、GDP增长率、工业总产值和万元工业废气量等因素影响;并给出了概率水平为0.05的情况下的兰州市空气污染综合指数的回归方程.

重庆地区短历时强降水气候特征

利用重庆地区34个气象站1981—2016年逐分钟降水资料,对10、60、360和1440 min短历时强降水量空间分布规律和分区进行了分析。结果表明:重庆地区短历时强降水量空间分布差异较大,全市有3个高值区,中心分别位于西部沙坪坝站、东北部开州站、东南部秀山站。短历时强降水趋势变化空间差异较大,东南部、东北偏北地区以增多趋势为主,其余地区以减少为主。360 min最大降水量最不稳定,随着降水历时的缩短,最大降水量的稳定性逐步增大;各历时最大降水量均为正偏态分布。根据重庆地区短历时强降水的空间分布及其EOF分析结果,并考虑到重庆地区复杂地形、城市雨水排除规划和应用上的方便,将重庆地区短历时强降水分为3个区,分别是西部区、东南部区和东北部区。

2020年夏季重庆降水异常偏多成因分析

2020年夏季,重庆降水量为1961年以来同期第三多,6—7月为同期最多,极为异常。利用1961—2020年夏季重庆34个气象台站逐日降水和NCEP/NCAR逐日高度场、风场、相对湿度场等再分析资料及NOAA逐月海温场资料,采用相关、合成等现代统计诊断方法,分析了2020年重庆地区夏季降水出现异常偏多的主要原因。结果表明:2020年夏季,尤其是夏季6—7月,欧亚地区大气环流高低纬度呈“+-+”环流型分布,环流的经向度明显,出现重庆夏季典型多雨的第一型环流配置,从而造成夏季降水的异常偏多。外强迫信号分析表明:2019年秋冬季至2020春季ENSO暖事件使重庆夏季降水偏多的确定性概率增加,同时2019年秋季赤道印度洋偶极子正异常助推了2020年重庆夏季降水的异常偏多,两事件同时发生时其作用相互叠加,造成了重庆夏季降水的极端异常偏多。影响重庆夏季降水异常的主要外强迫信号包括ENSO和印度洋偶极子,提前监测和关注它们对重庆夏季降水预测意义重大。

年径流总量控制率优化研究

年径流总量控制率是海绵城市建设中的重要指标,在实际应用中受到业界高度关注。为了提高年径流总量控制率指标的针对性与规范性,有必要根据城市降水气候特征,并结合地形条件对该指标进行优化。为此,利用重庆市主城区4个国家气象站(北碚、渝北、巴南和沙坪坝站)1981-2018年日降水数据和225个区域自动气象站2013-2018年日降水资料,采用《海绵城市建设技术指南(试行)》(下称《指南》)推荐方法,分别计算4个国家气象站的年径流总量控制率及其对应的设计降雨量;根据主城区降水空间分布和各月变化特征,优化年径流总量控制率指标。结果表明:沙坪坝、北碚、渝北站采用19812018年资料计算的60%-85%年径流总量控制率对应的设计降雨量较《指南》中的偏大,而巴南站的则相反。重庆市主城区年降水量主要集中在4-10月,占全年总量的85.5%,采用每年410月日降水资料对年径流总量控制率对应的设计降雨量推算优化,推算结果较优化前的偏大,如在85%的年径流总量控制率条件,北碚、渝北、巴南、沙坪坝站优化后设计降雨量分别偏大3.2、3.2、2.9和2.8 mm。根据主城区降水空间分布特征,划定了年径流总量控制率指标在重庆主城区的适用范围。

基于组合统计降尺度的华西南部地区冬季气温预测技术研究

利用1982—2017年华西南部地区冬季气温和NCEP再分析资料以及CFS模式实时预测资料,通过SVD诊断分析,选取影响华西南部地区冬季气温的同期关键区大气环流和前期海温及OLR因子场,建立预测与观测场相结合的组合统计降尺度预测模型。该统计降尺度预测模型对1982—2017年的回报结果显示:与观测场的空间相关系数较CFS模式原始预测结果有显著提高,多年均值从-0.06提升到0.38,最高可达0.85。同时,此降尺度预测模型可较好地回报出华西南区冬季气温的空间分布型。

1980-2012年5-9月川渝盆地小时强降水特征研究

利用四川和重庆123个气象观测站1980—2012年小时降水资料,分析川渝地区主汛期5—9月小时强降水频次、强度和持续性等时间演变和空间分布特征。结果表明,≥20、≥30和≥50 mm·h^(-1)三种强度阈值强降水时间演变上,1980—2012年年际和日变化具有较好的一致性,三种强降水年平均频次分别为504、184和28次。≥20 mm·h^(-1)强降水空间分布上,在山地地形动力辐合抬升,以及盆地西部较大的地形梯度作用下,≥20 mm·h^(-1)强降水高频次区主要分布于盆地西北部的龙山山脉、西南部雅安及乐山周围与盆地过渡区。≥20 mm·h^(-1)强降水频次的日峰值空间分布上,盆地南部主要出现在20:00—01:00(北京时,下同),而盆地中部、北部和东部主要在02:00—07:00。持续不同小时时间尺度的强降水事件日变化上,具有双峰型结构,午后为第一个降水峰值,20:00至第二天07:00为第二个峰值,白天多为短时间(2~6 h)强降水事件,而傍晚开始至第二天清晨,持续2~18 h强降水事件均有发生。不同开始时间强降水事件的强度与频次和降水量具有一致性的日变化特征,呈现单峰型结构,峰值主要发生在18:00—06:00,且不同开始时间事件频次和降水量空间分布上,白天(09:00—20:00)相对于夜间(21:00—08:00)偏小,即夜间强降水事件特征表现明显。