产生青海“22·8”极端强降水的三维环流结构分析

利用探空资料、台站逐时观测资料和ERA5逐时再分析资料,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,系统分析了2022年8月17—18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。结果表明,强降水发生前,中国西北地区上空300 hPa存在明显暖异常,随着时间推移暖异常略向东南方向移动且强度逐渐增强,并在降水峰值时刻达到最强。在静力平衡的调控作用下,对流层高层暖异常上层出现位势高度正异常,下层出现位势高度负异常。与这种配置相对应,对流层高层出现反气旋式环流异常,为高层辐散创造了有利条件。随着暖异常移动增强,高空西风急流异常向东南移动增强。另外,对流层中、低层出现气旋式切变,低层偏东气流转变为气旋前部偏南气流,为降水地区低层暖湿条件增强、大气不稳定度增大创造了有利条件。这种三维环流结构不仅为强降水形成提供了有利的高、低层环流条件与水汽条件,还为不稳定能量的积蓄奠定了基础。同时,在大通县西北高、东南低的喇叭口地形影响下,低层偏南气流携带的丰富水汽在此处聚集,配合较强的不稳定能量,共同促成了此次短时极端强降水过程。

数值预报模式垂直坐标发展与改进综述

大气具有斜压性质和层结特性,对于大气三维运动及静止大气热力状态的刻画离不开垂直坐标的选择。垂直坐标更是构建数值预报模式的基础,经常根据不同的垂直坐标形式来区分不同类型的大气动力框架,如几何高度框架、等压面框架和等熵面框架等。伴随垂直坐标的发展,模式预报性能在不断提升,模式版本也在不断演进。本文简要回顾了垂直坐标的发展历史,重点介绍了目前国内外主要非静力业务模式垂直混合坐标的处理思路与方法,同时指出模式垂直分辨率及预报变量垂直分布形式的选择考量。最后对数值预报模式垂直坐标设计与应用进行总结,并给出未来发展展望。

中国大陆降水日变化研究进展

文章概述了中国大陆降水日变化的最新研究成果,给出了中国大陆降水日变化的整体图像,指出目前数值模式模拟降水日变化的局限性,为及时了解和掌握降水日变化研究进展、开展相关科学研究和进行降水预报服务提供了有价值的科学依据和参考。现有研究表明:(1)中国大陆夏季降水日变化的区域特征明显。在夏季,东南和东北地区的降水日峰值主要集中在下午;西南地区多在午夜达到降水峰值;长江中上游地区的降水多出现在清晨;中东部地区清晨、午后双峰并存;青藏高原大部分地区是下午和午夜峰值并存。(2)降水日变化存在季节差异和季节内演变。冷季降水日峰值时刻的区域差异较暖季明显减小,在冷季南方大部分地区都表现为清晨峰值;中东部地区暖季降水日变化随季风雨带的南北进退表现出清晰的季节内演变,季风活跃(间断)期的日降水峰值多发生在清晨(下午)。(3)持续性降水和局地短时降水的云结构特性以及降水日峰值出现时间存在显著差异。持续性降水以层状云特性为主,地表降水和降水廓线的峰值大多位于午夜后至清晨;短时降水以对流降水为主,峰值时间则多出现在下午至午夜前。(4)降水日变化涉及不同尺度的山-谷风、海-陆风和大气环流的综合影响,涉及复杂的云雨形成和演变过程,对流层低层环流日变化对降水日变化的区域差异亦有重要影响。(5)目前数值模式对中国降水日变化的模拟能力有限,且模拟结果具有很强的模式依赖性,仅仅提高模式水平分辨率并不能总是达到改善模拟结果的目的,关键是要减少存在于降水相关的物理过程参数化方案中的不确定性问题。

中国东部气候年代际变化三维特征的研究进展

围绕发生在20世纪70年代末的中国东部气候年代际变化,近年来,作者围绕着其气候要素变化的区域特点、在不同季节的表现特征和对应的大气环流变化等,进行了系统分析和讨论,较为全面地给出了其变化的三维空间结构图像,本文对这方面的研究进展进行了总结。研究表明,我国东部气候的年代际变化具有显著的三维结构特征,它与东亚对流层中上层温度的变化存在直接联系,具体表现特征随季节而变化。对流层中上层出现的年代际尺度变冷,一方面通过其上层的气旋式环流异常,使得东亚急流轴以南的西风增强,一方面通过其下层的反气旋式环流异常,导致东亚夏季风减弱。西风急流增强通过改变对流层中上层的辐散强度,触发独特的云-辐射反馈过程,对青藏高原下游地面气温变冷发挥重要作用;西风急流偏南和夏季风减弱,最终导致中国东部"南涝北旱"型降水异常。东亚对流层上层变冷和青藏高原下游地面气温变冷开始于3月,与近几十年来冬季北大西洋涛动(NAO)的增强趋势存在显著联系。从3月到9月,对流层上层冷中心的位置和强度随季节而变化:从3月到5月,冷中心逐渐南移并加强,5月移至35°N以南,导致中国东南部地区出现干旱化趋势;冷中心在7～8月的盛夏季节位于(40°N,110°E)附近,造成中国东部的"南涝北旱"型降水异常。该研究为评估大气环流模式和海气耦合模式的模拟性能、检验不同强迫因子在东亚气候年代际变化中的作用,提供了直接的观测依据。对参加WCRP组织的IPCCAR4"二十世纪气候耦合模式模拟"计划的19个耦合模式模拟结果的分析表明,在包括气溶胶和温室气体在内的实际外强迫作用下,目前的耦合模式难以模拟出发生在20世纪70年代末的东亚气候年代际变化。无论对东亚气候变化归因研究,还是对适合东亚气候的数值模式研发,本文都提出了新的问题。

AREM及其对2003年汛期降水的模拟

文中回顾了一个能考虑陡峭复杂地形的有限区域 η坐标数值预报模式 (RegionalEta coordinateModel,简称REM )十几年来的发展和应用过程 ,列举了该模式系统在气象、水文、环境和军事保障等科研和业务单位的主要应用。同时介绍了在此基础上发展升级的暴雨数值预报模式 (AdvancedREM ,简称AREM )。由于 (A)REM抓住了中国区域的地形和天气特点 ,已成为模拟和预报中国天气和环境灾害的重要工具 ,在环境治理、抗洪抢险、防灾减灾以及军事气象保障中发挥了重要作用。通过分析新版本AREM对 2 0 0 3年夏季中国东部区域降水过程的模拟和预报结果 ,反映了AREM对中国东部区域降水的模拟和预报能力 ,再现了 2 0 0 3年夏季中国东部主要降水过程的雨量分布和演变特征。ARM对主要降水区域平均降水量的逐日预报与观测基本一致。它不仅对发生在淮河流域的较大范围的降水预报如此 ,而且对有些受地形强迫影响的局部强降水中心 ,预报结果也与观测基本一致。

“雅安天漏”研究II．数值预报试验

本文建立了一个用于研究“雅安天漏”的有限区域数值预报模式，并用该模式对１０个“雅安天漏”个例进行了数值预报试验，取得了较满意的结果。该模式动力框架的主要特点是：（１）模式的基本方程组便于构造出完全能量守恒的差分格式；（２）采用了静力扣除；（３）模式的垂直坐标选用了η坐标；（４）选用Ｅ网格作为变量的水平分布形式；（５）位势高度与其他预报量在垂直方向交错分布；（６）对Ｅ网格的波解分离问题采取了特殊的处理技巧；（７）首次采用“半格距”差分解决了矩形Ｅ网格及球坐标Ｅ网格沿对角线的差分计算；（８）采用显示分解的时间积分方案；（９）尽量保留初始场信息。模式的物理过程主要包括：（１）大尺度凝结降水；（２）对流调整及对流降水；（３）水平扩散和垂直通量输送；（４）地面辐射收支和边界层参数化。试报降水的主要降水中心及降水范围与观测分析比较相似。大于１０ｍｍ和２５ｍｎ降水的ＴＳ平均评分分别为０．４１和０．３２。

中国大陆日降水峰值时间位相的区域特征分析

利用高密度的中国国家级地面气象站逐时降水数据,系统分析和比较了中国大陆地区暖季降水量、降水频次和降水强度的日变化峰值位相的整体特征、空间分布差异及典型区域平均的日变化演变特征。研究指出,中国大陆暖季降水日变化峰值时间主要表现为下午、清晨、夜间3类典型位相,且整体而言降水频次的清晨峰值更凸出,降水强度以下午峰值为主。综合考虑降水量和降水频次的日变化峰值位相,发现中国大陆地区降水日变化峰值位相在空间分布上存在7个典型区域:下午峰值区(东北至华北山区、东南内陆地区)、夜间峰值区(四川盆地西部至云贵高原东部、华北平原西部贴近山地的区域)和清晨峰值区(华北平原东部、秦巴山区至华中西南部)各两个,以及傍晚至夜间峰值位相的青藏高原区。各典型区域内部具有较一致的降水量和频次的日峰值时间位相,而区域边缘或交界处降水量和频次的峰值位相则相反,主要是降水量的下午主峰值时段与降水频次的清晨主峰值时段的错位。从降水量、降水频次和降水强度的日变化的演变特征来看,午后峰值区、夜间峰值区和青藏高原的傍晚至夜间峰值区的多数台站,都存在降水量位相滞后于降水强度而超前于降水频次的特征,这应是降水演变过程中时间演变不对称性和对流云系发展演变的具体表现。

一个η坐标有限区域数值预报模式对1993年中国汛期降水的实时预报试验

本文通过展示一个有限区域数值预报模式对1993年中国汛期降水的实时预报试验结果，介绍一个能考虑我国复杂地形的，适合于我国计算机条件的，对我国夏季降水有相当预报能力的η坐标的有限区域数值预报模式。从6月中旬到8月下旬，连续50多天实时降水预报试验的TS（ThreatScore）技术评分（模式范围）平均为：雨区范围（24／h时降水大于1mm）预报的TS值为50．2％；24小时降水大于10mm和25mm的TS值分别为28．1%和17．3%．优于国内有些已用于业务预报的有限区域数值预报模式的预报结果。模式对1993年梅雨、川西暴雨和华北暴雨都有很好的预报。

云贵高原锋线的动态特征

面向精细化的气象服务需求,为做到对云贵高原锋面系统变化的精准把控,深入认知其动态演变规律,基于50 a(1971—2020年)逐日台站观测资料,提出了一种利用线性拟合近似判定云贵高原地面锋线的方法,并通过综合分析锋线位置和锋线周边气象要素的空间分布和时间变化特征以及长持续锋线事件的锋线位置、走向变化,系统揭示了云贵高原锋线的移动特征,展现了云贵高原准“静”止锋的“动”态特征。结果表明,冷性锋线集中在102.5°—105°E,最大降温区在锋线东侧,暖性锋线集中在104.5°-105.75°E,最大升温区位于锋线西侧;锋线附近气象要素的变化与锋线的移动紧密相关,西进的锋线一般会伴随锋线附近的降温、升压和日照减少,东退的锋线则相反;根据长持续锋线事件的连续演变过程,可将锋线事件区分为静止、西移和东移3类,静止型出现次数最多,西移型可连续快速推进并伴随锋线南部的顺时针摆动,东移型出现频次较低且移速相对较慢。上述结果通过对云贵高原锋线,特别是其动态特征的客观定量描述,为该地区在锋线影响下各气象要素的精细化预报提供了重要参考。

LASG—REM对1994年中国汛期降水的实时预报试验

ＬＡＳＧ－ＲＥＭ对１９９４年我国汛期降水连续实时的预报试验结果再次表明了该模式对２４小时短期降水有很强的预报能力。本文给出了该模式从６月上旬到７月下旬连续５０天的降水实时数值预报试验的ＴＳ（ＴｈｒｅａｔＳｃｏｒｅ）技术评分以及发生在６、７、８月份主要降水过程的预报和根据大部分气象站观测降水量分析的２４小时降水量等值线的比较。从６月上旬到７月下旬，ＬＡＳＧ－ＲＥＭ连续５０天的实时降水数值预报试验的ＴＳ技术评分（模式范围）平均为：雨区范围（２４小时降水大于１ｍｍ）预报的ＴＳ值为５６％；２４小时降水大于１０ｍｍ、２５ｍｍ和５０ｍｍ的ＴＳ值分别为３６％、２３％和１５％，较１９９３年的ＴＳ评分有明显的提高。模式对１９９４年造成华南、华北严重洪涝灾害的暴雨都有很好的预报。由于模式中采用了保形水汽平流方案，在整个试验期间的水汽平流计算都未出现负水汽现象。初步的比较试验结果表明，模式中对地形的有效处理和给出较合适的水汽凝结参数对模式成功预报是重要的。

E网格变量分布下差分格式的性质

本文用线性化的浅水波方程系统地分析、讨论了E网格变量分布下差分计算的性质；指出了目前有关讨论E网格差分性质在方法上存在的问题；给出了一种解决E网格中两个C网格分离的方法；提出了一种E网格用于海洋计算时，海洋侧边界条件的处理方法。初步的数值试验证明了这些方法对抑制E网格中的计算躁声是有效的。

“雅安天漏”数值模拟的初步试验(摘要)

雅安位于四川盆地西部,西接青藏高原,地处高原东南麓陡峭坡地边缘,兼有“迎风坡”和“喇叭口”的地形特点。无论是年雨量、年雨日或大到暴雨频数,雅安都是高原东侧的一个最大值区,历来素有“天漏”之称。1984年,彭贵康等人的工作,从气候角度研究了雅安地形与降水的关系,基本弄清了雅安“雨多”和“雨大”的原因,但在数值及动力研究方面,迄今仍为空白。

中国气象局地面观测代表团访美考察报告

1概况 2011年5月2～12日，中国气象局副局长宇如聪率中国气象局地面观测代表团（以下简称代表团）对美国地面气象观测业务和科研单位：世行了访问。

陡峭地形有限区域数值预报模式设计

本文设计了一个考虑陡峭地形的E-网格有限区域数值预报模式。对如何减小由地形坡度带来的计算误差,我们从地形表示方式和差分格式构造两个方面给出了有效的处理方法。并用青藏高原的两个背风气旋实例对模式作了预报检验,同时比较了有、无地形的模拟结果。

首届CMA—NOAA卫星事务高层工作组会议总结

1概况 首届中国气象局一美国大气海洋管理局（CMA—NOAA）卫星事务高层工作组（HLWG：High Level Working Group）会议和中美双边会议于2011年12月15日在美国马里兰州银泉市召开。中国气象局副局长宇如聪博士为访美代表团团长，国家卫星气象中心杨军主任为副团长，

热带测雨卫星对淮河一次暴雨降水结构与闪电活动的研究

文中利用热带测雨卫星 (TRMM )搭载的测雨雷达 (PR)、闪电成像仪 (LIS)、GOES卫星红外通道辐射亮温(TBB)对 2 0 0 3年淮河汛期一锋面气旋系统的两个时次的探测结果 ,分析研究了降水结构及闪电活动 ,并与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水的结构和闪电活动进行了比较。GOES的TBB、降水系统中的对流降水与层云降水比例、闪电活动频数随时间的变化均能表征锋面气旋系统的发展。TRMMPR探测结果表明 :冷锋降水狭窄细长 ,且均为强对流降水 (特别在冷锋加强时 ) ;暖锋宽广 ,且为大片层云降水 ,但其中存在面积不等的强对流降水云团 ;与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水垂直结构的比较表明 ,锋面气旋降水的最大降水率出现在近地面 ,而中尺度强降水的最大降水率出现在低空 (3.0～ 3.5km) ,表明两者之间的降水微物理过程存在差别。TRMMLIS探测结果表明 :闪电活动均发生在冷锋的强对流降水云团中 ,暖锋中虽有强对流降水 ,但无闪电活动 ;闪电活动频数高所对应的降水廓线中、上部存在大量的冰相粒子。

基于LASG/IAP大气环流谱模式的气候系统模式

文章扼要介绍了基于LASG/IAP大气环流谱模式(SAMIL)的气候系统模式的新版本FGOALS-s的发展和结构。出于发展一个在东亚季风模拟方面有一定优势的气候系统模式之目的,FGOALS-s的大气模式分量SAMIL采用了较高的水平分辨率R42,这相当于2.8125°(经度)×1.66°(纬度),高于三角截断T42的分辨率。对FGOALS-s在模拟大气、陆面、海洋和海冰的气候平均态,以及主要的年际变率信号方面的能力进行了检验。分析表明,FGOALS-s成功地控制了气候漂移趋势,能够较为真实地模拟大气、海洋和陆面的气候平均态,特别是受益于大气模式的较高分辨率,由中国西南向东北延伸的夏季风雨带的分布,在模式中得到较为真实的再现,表明该模式在东亚夏季风的模拟上具有较强能力。耦合模式能够成功再现El Ni^no事件的非规则周期变化,但是其年际变化的振幅较之观测要弱。赤道中西太平洋年际变率的强度较之赤道中东太平洋要强。在中高纬度,模式模拟的北大西洋涛动模态,在空间分布上与观测接近。FGOALS-s模式存在的主要问题,是模拟的热带海温偏冷、而中纬度海温则偏暖,原因是模式模拟的云量分布存在偏差,它直接影响到海表的净热通量收支。模式模拟的北大西洋高纬度地区的海温明显偏冷,令该地区的年平均海冰分布的范围明显偏大;然而受南极周边海温偏高影响,南极洲周围的海冰范围则偏少。FGOALS-s的未来工作重点,宜放在大气模式的云过程、海洋模式的经向能量输送过程、以及海洋与大气的淡水通量耦合方案的改进方面。

中国中东部上空地面风的日变化

452个气象观测站的每时风观测数据用于研究中国中东部（东经100-122°北纬20-42．5°）上空地面风日循环。研究结果表明，表面风速和风向显示出巨大的日变化并具有显著的地表效应。在大多数气象站．地表风速早晨最小，中午达至0最大值。日变化相位季节变化很小，而日变化振幅却表现出显著的季节差异性。

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。

热带测雨卫星综合探测结果之“云娜”台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。