2023年12月大气环流和天气分析

2023年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈多极型分布,欧亚中高纬环流经向度大,东亚大槽偏强,西太平洋副热带高压异常强盛。12月,全国平均降水量为12.2 mm,较常年同期(11.9 mm)偏多2.5%;全国平均气温为-2.6℃,比常年同期(-3.0℃)偏高0.4℃。月内共出现6次冷空气过程、1次沙尘天气过程和1次大范围持续性雾-霾天气过程。其中13—16日,我国大部地区遭遇的强寒潮过程具有影响范围广、降温幅度大和低温极端性显著等特点。

2024年1月大气环流和天气分析

2024年1月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,欧亚中高纬环流呈纬向“两槽一脊”型,东亚大槽偏东。1月,全国平均降水量为16.3 mm,较常年同期(14.1 mm)偏多15.6%;全国平均气温-3.8℃,较常年同期(-4.8℃)偏高1.0℃。月内气温起伏较大,出现了1次全国型寒潮过程和2次大范围持续性雾-霾天气过程。其中20—22日的寒潮天气过程具有影响范围广、降温幅度大、大风持续时间长、暴雪极端性强等特点。

用神经网络进行多波段卫星信息的降水估测

本文用BP神经网络对日本GMS 5的VIS(可见光 )、IR1(红外 1)、WV(水汽波段 )、及红外 1与红外 2波段亮温差资料进行降水强度与降水落区的估测。经 1998年夏季 6～ 8月降水期间的 12 0 8个检验样本的检验 ,无雨、小到中雨和大到暴雨的三等级降水的估测准确率分别达到 89.0 4 %、70 .34%、6 0 .1%。

宽板弯曲成形过程中的板厚变化规律

根据宽板弯曲过程中的变形与应力分布特征,提出了一种计算弯曲过程中板料厚度随弯曲程度变化的新的近似求解方法。该方法基于塑性增量理论,应用塑性成形过程的体积不变假设和弯曲过程的平截面假设。作为算例,得到了理想刚塑性、线性强化刚塑性材料的板料厚度、变薄系数以及应变中性层内移系数随板料弯曲内表面半径变化的规律,并与实验数据进行了比较,两者吻合良好。

2022年11月大气环流和天气分析

2022年11月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型,东亚大槽偏弱,南支槽偏弱,副热带高压偏强。11月,全国平均降水为26.9 mm,比常年同期(20.2 mm)偏多33.2%;全国平均气温为4.8℃,较常年同期(3.3℃)偏高1.5℃。月内气温冷暖起伏较大,前中期冷空气活动偏弱,大部地区气温偏高,降水偏少;后期受强冷空气、活跃南支槽影响,气温大幅降低,降水显著增多。月内出现了1次全国型寒潮过程,影响范围广、降温幅度大,以及2次大范围持续性雾-霾天气过程。

2022年12月大气环流和天气分析

2022年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,东亚大槽偏强,环流形势有利于冷空气活动;南支槽偏弱,西太平洋副热带高压偏东,不利于降水天气的发展。12月,全国平均降水量为7.5 mm,较常年同期(11.9 mm)偏少37%;全国平均气温为-4.2℃,较常年同期(-3.0℃)偏低1.2℃。月内出现了4次冷空气过程,1次沙尘天气过程。冷空气活动频繁,全国大部地区大气扩散条件较好;11—13日沙尘天气过程强度强,发生时间偏晚。

GMS-5反演湿度场的一维变分质量控制试验

应用一维变分方法对GMS5资料反演的相对湿度场进行了变分同化质量控制试验。首先具体分析了1998年6月12～29日的MM5模式12h预报湿度场、卫星反演湿度场和同化分析湿度场的误差统计量(误差平均值、误差自协方差矩阵、均方根误差等)。在此基础上,又应用一维变分方法对1998年7月20～30日的资料进行了同化试验,并以1998年7月21日00时(世界时)的结果为例,详细分析比较了3种湿度场。分析结果表明:MM5模式背景湿度场总体上低层偏湿,中上层偏干,各层面上的干湿区域区分明显;但往往湿区过湿,干区又偏干,均方根误差(RMSE)相对较大,各层面多在10以上,最高达到15.6。GMS5卫星反演湿度场总体与探空实测结果更接近,但整体平均看,各个层面基本上略偏湿,特别在中低层,RMSE为6.3～8.9。经过一维变分质量控制的湿度场基本接近卫星反演湿度场,但同化后的湿度场的RMSE在中低层要比卫星反演场的要小,RMSE下降了0.4～0.7,下降比率达到6%～9%;高层与卫星反演结果基本接近。对模式向前12h预报场而言,同化了卫星反演湿度场后,均方根误差值下降了1.4～9.0,下降比率达到17%～59%,同化后的湿度场与实际大气大大接近。

1960～2012年长江三角洲地区雾日与霾日的气候特征及其影响因素

利用1960～2012年长江三角洲地区气象观测资料,对长江三角洲区域雾和霾的时空分布及其影响因素进行了分析.结果表明：长江三角洲地区雾、霾分布不均匀,雾日大值区主要分布在江苏省盐城中部沿海地区、安徽省黄山地区、浙江东部沿海地区,霾日大值区主要分布在以南京、杭州、合肥、衢州为中心的周边城市.时间变化上,城市化水平高的大城市年雾日数在20世纪80年代之前呈增加趋势,之后呈减少趋势;城市化水平低的小城市年雾日数也呈先升后降的趋势,但下降时间滞后于大城市.大城市雾日月平均分布冬季最多,春秋季次之,夏季最少,小城市雾日月平均分布呈双峰型特征,即春季和冬季较多.大城市和小城市年平均霾日数一直呈增加趋势且20世纪90年代之后差距变大.区域气候变化和城市化导致的温度上升,空气污染加剧导致的气溶胶增加,是造成长江三角洲雾日、霾日不同变化特征的原因,但它们之间的相互作用效应复杂,值得深入研究.

宽板弯曲成形过程中的板厚变化规律

根据宽板弯曲过程中的变形与应力分布特征,提出了一种计算弯曲过程中板料厚度随弯曲程度变化的新的近似求解方法。该方法基于塑性增量理论,应用塑性成形过程的体积不变假设和弯曲过程的平截面假设作为算例,得到了理想刚塑性、线性强化刚塑性材料的板料厚度、变薄系数以及应变中性层内移系数随板料弯曲内表面半径变化的规律,并与实验数据进行了比较,两者吻合良好。

2016年冬季北京地区一次重污染天气过程边界层特征

利用中国气象局地面常规观测资料、微脉冲激光雷达(MINI-MPL)、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料,对2016年12月16~21日京津冀多地污染过程的生消特征、与气象条件的关系以及边界层的结构特点进行了分析.结果表明:大气处于静稳状态,低层大气盛行偏南气流,大气湿度持续增加,加之北京三面环山不利于污染物扩散的特殊地形是造成北京此次严重空气污染的重要因素.重污染期间,污染物主要聚集在800m高度以下,严重污染时,污染物高度甚至仅有400m左右.风廓线雷达反演风场显示:2次PM2.5浓度快速上升阶段低层伴随持续偏南风或偏东风.污染过程期间,逆温结构明显,两次污染快速发展阶段恰好出现在两次逆温最强时段.此次污染天气过程,激光雷达退偏振比总体小于0.25,反映污染主要是人类活动产生气溶胶,前期以一次排放颗粒物为主,后期以二次转化颗粒物为主.退偏振比污染过程前期呈明显日变化特征,且白天退偏比比夜间高.

2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27—28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气。28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气。本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征。结果表明:此次沙尘天气期间,北京沙尘气溶胶退偏振比约为0.25—0.40,退偏振比数据显示此次沙尘首先从高空进入北京,比地面提前6 h。此次影响北京的沙尘主要来自于北路,东路沙尘有一定补充;沙尘影响时段,北京Ca、Fe、Na、K、Mn等元素浓度显著升高,与该物质地壳丰度相当,污染物元素Cu、Zn、Pb、Cd、As等浓度有所降低,丰度远大于该物质在地壳中丰度。

2007年淮河流域暴雨期间大气环流特征分析

利用NCAR/NCEP再分析资料及国家气象信息中心30年气候平均降水资料,通过动力诊断与分析手段研究了2007年6—7月发生在我国淮河流域的暴雨。结果表明,淮河流域的环流垂直结构和降水有着非常好的对应关系。暴雨期间,鄂霍茨克海阻高与乌拉尔山阻高这种双阻高形势对于淮河流域的持续降水提供了很好的条件;南亚高压高层(200 hPa)基本为正散度区,低层(850 hPa)为负散度区,上下层强烈的抽吸结构对暴雨的发生也是非常有利的条件,同时,在淮河暴雨期问,南亚高压(200 hPa)与500 hPa西太平洋副热带高压有着相向而行的移动路径;位涡对于分析冷空气的活动,有着比较清晰的意义,暴雨发生前,有明显的正位涡异常从高纬度向低纬度伸展。大气非绝热加热分析结果显示,视热源和视水汽汇两者的高值中心与相应时段暴雨中心位置一致。

2015年北京“阅兵蓝”特征及成因探讨

利用大气成分和气象要素观测数据,对2015年8~9月北京田径世锦赛和抗战胜利70周年纪念活动期间的北京PM_(2.5)浓度变化特征及其相关的大气污染气象条件进行了研究,并采用大气化学数值模式模拟了气象条件、减排措施和区域减排联合行动对北京PM_(2.5)浓度下降的作用和贡献.结果表明:纪念活动期间北京地区空气质量显著改善,PM_(2.5)平均浓度仅为18.7μg/m^3,比前期8月1~19日下降70%,比2014年同期降低74.0%;东北冷涡长时间稳定少动为空气质量改善提供了良好的大气环流条件,北京地区混合层高度相比前期升高20%,相对湿度降低17%,风速增大7%,气象要素变化为庆祝活动期间PM_(2.5)浓度下降提供了良好的气象条件,尤其是地面主导风向转为偏北风后,阻止了北京城南及华北中南部地区的污染物输入北京城区;CAMx模式的模拟结果表明,与2014年同期相比,气象条件变化在北京PM_(2.5)浓度降幅中的贡献率达73%;纪念活动期间有无减排的模拟分析显示,在相同的气象条件下,减排措施使北京PM_(2.5)浓度下降约33%;期间北京PM_(2.5)来源以本地排放为主,本地的减排措施对改善空气质量的贡献率约为72%,周边地区减排的贡献率约为28%.

基于Himawari-8卫星的云参数和降水关系研究

基于日本Himawari-8卫星的云产品,对中国中东部地区2017年夏季(6—8月)每日08—17时的降水资料进行了分析,重点讨论了云光学厚度(COD)、云顶粒子平均尺度(CPS)、云顶温度(CTT)三个云参数与降水的关系。试验表明,降水概率与云参数相关性较高,存在随着COD增加、CPS增加、CTT减小而增加的明显趋势。但是,单个云参数与降水强度相关性则较低;COD、CPS、CTT与小时降雨率的相关系数分别为0.2315、0.1823、-0.2235,均为弱相关。如果综合考虑联合两个或三个云参数形成小时降雨率分布矩阵,则降水过程能得到更为清晰的体现。2017年8月28日的个例表明,相比纯粹基于红外的算法,三参数方法可以明显提高小时降雨率的估计精度。

2006年12月至2007年2月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

针对2006年12月至2007年1月T213模式96小时中期数值预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式96小时预报性能做了对比分析。结果表明,T213、ECMWF、日本模式对亚洲中高纬度地区大尺度环流形势演变和重大调整过程均有较好的预报能力,因此对重大灾害性天气的预报有较好的指示意义。三种模式相比,ECMWF模式对西风指数、850hPa温度、南支槽东移的预报较为准确。

中国典型地区夏季气溶胶时空分布及其对云和降水的影响

利用2006-2016年夏季中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)气溶胶和云资料以及热带降水测量计划(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)降水数据,分析了中国8个典型地区气溶胶、云和降水的时空分布特征,探讨了气溶胶与云和降水的相互关系。结果表明:中国8个典型地区夏季平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、云光学厚度(Cloud Optical Depth,COD)、云水路径(Cloud Water Path,CWP)、水云云滴有效粒子半径(Cloud Effective Radius Water,CERW)、冰云云滴有效粒子半径(Cloud Effective Radius Ice,CERI)和降水强度变化范围分别为0.21-1.05、15.01-24.02、151.98-219.20 g·m^-2、12.93-15.37μm、28.85-39.14μm和0.44-8.54 mm·d^-1;黄土高原和四川盆地AOD有显著降低趋势,年倾向分别为-2.30%和-3.20%,长江三角洲COD年增幅为29.11%,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲CERI及塔克拉玛干沙漠CERW变化趋势分别为-21.60%、-15.77%、-18.94%和-10.31%;AOD与COD和CWP呈正相关,与云滴有效粒子半径(Cloud Effective Radius,CER)关系较为复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,CERI(CERW)与AOD呈负(正)相关,而在云层含水量较高的情况下,二者呈正(负)相关;气溶胶和降水关系复杂,整体来看,气溶胶促进了中国地区的夏季降水。

基于卫星遥感和地面观测资料的汾渭平原空气污染分析

选取中国汾渭平原地区作为研究对象,利用MODIS、OMI和CALIPSO多源卫星遥感资料,同时结合环境监测国控站点污染6要素等逐小时地面环境监测数据以及能见度、霾天气现象记录等地面气象要素资料,综合分析了2013—2018年秋冬季汾渭平原空气质量状况、气溶胶的组分,探讨了卫星遥感气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)与地面污染物浓度的关系,并结合中国气象局化学天气预报系统-EMI评估模式(CUACE-EMI)资料对气象条件和污染减排影响进行评估。结果表明:11个代表城市中有6个城市秋冬季有接近或超过一半的时刻处于污染状态,且污染发生时,各代表城市大多数时刻处于中度及其以上污染级别;三门峡、临汾、运城和西安是霾和重度霾高发的城市,其重度霾爆发频率高达11.63%—14.78%;汾渭平原秋冬季首要污染物为PM 2.5和PM 10,以污染沙尘、沙漠沙尘和烟尘为主,出现频率分别为36.24%、25.14%和22.96%;MODIS AOD与空气质量指数(Air Quality Index,AQI)、PM 2.5、PM 10质量浓度之间的相关系数分别为0.72、0.70和0.64;汾渭平原2018年气象条件的变化使PM 2.5浓度较2013年、2014年、2015年、2016年和2017年同期上升了17.06%、1.58%、4.34%、11.25%和5.75%,减排措施使PM 2.5浓度较2013年、2014年、2015年、2016年和2017年同期分别下降了8.74%、28.01%、4.93%、3.16%和42.62%。

利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM_(2.5)浓度的估算和检验分析

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度(AOD)产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_(2.5)质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网(AERONET)观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54-0.87。将细粒子比(FMF)以0.4为界进行划分,FMF>0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF>0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF>0.4时对细粒子柱状体积消光比(VEf)的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_(2.5)浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_(2.5)浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。

汾渭平原一次沙尘和人为混合空气污染过程分析

利用MODIS、OMI和CALIPSO卫星资料,结合地面环境监测数据、气象观测数据和后向轨迹模式(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model,HYSPLIT),对汾渭平原2018年11月23日至12月6日沙尘和人为混合空气污染过程进行分析。结果表明:11月26日至12月3日为污染最重时段,其中12月1日为霾最重时段,11月26日夜间和12月2日夜间为沙尘影响最重时段;西安、临汾和洛阳重污染持续时长分别为66 h、42 h和37 h;污染过程累计持续336 h,其中199 h的相对湿度超过50%,沙尘期间,相对湿度较小;霾过程中,西安以本地积累和西南、东北方向的外来传输作用为主,临汾以本地积累为主,洛阳以东北方向的外来传输作用为主;西安、洛阳沙尘传输方向分别为西南和西北方向,临汾受沙尘传输影响较小。霾天气时,气溶胶光学厚度(AOD)高值空间分布受地形影响较大,吸收性气溶胶指数(AAI)较低,集中在距地面1.5 km高度内污染物最多,低层以污染沙尘为主;沙尘天气时,AOD和AAI值很高,分别可达2.0和4.5以上,集中在边界层内污染物最少,低层以沙漠沙尘为主;霾沙混合天气时集中在边界层内污染物居中,低层以沙漠沙尘和污染沙尘为主。HYSPLIT显示,前一次沙尘来源于新疆,传输距离更远,高度更高,速度更快,后一次沙尘来源于内蒙古西部,在汾渭平原造成污染更重。