2021年南海夏季风爆发偏迟原因分析

通常La Nina年南海夏季风爆发偏早,但是2021年La Nina背景下南海夏季风于5月第6候爆发,较常年偏迟。利用NCEP/NCAR再分析资料,从热带海温异常(SSTA)和季节内振荡(ISO)北传的角度来分析2021年南海夏季风爆发偏迟的原因。结果表明La Nina确实使春季的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)减弱,特别是4月之前;但是由于热带印度洋海温在冬春季持续偏暖的背景下抵消了La Nina的影响,特别是在5月,La Nina的影响小于热带印度洋的作用,导致5月西太副高偏强,南海夏季风爆发偏迟。此外,受La Nina影响,4月西太副高偏弱,南海地区背景正压南风偏弱,不利于南海地区赤道ISO的北传,这与气候态正好相反;随着热带印度洋SSTA的影响越来越显著,西太副高逐渐加强,直到5月下旬,背景正压经向南风才扩展到10°N以南地区,导致2021年南海地区赤道ISO北传偏迟,这也是2021年南海夏季风爆发偏迟的一个重要原因。热带印度洋和太平洋SSTA通过“竞争”共同对南海夏季风爆发产生影响,因此关注二者在冬春季的发展非常重要。

热带海温对珠江三角洲春季灰霾日数年际变化的影响

利用1979—2018年广东省86站气象观测数据、NCEP再分析资料和ERSST海温资料,采用统计方法分析了年际尺度上热带海温对广东省珠江三角洲(简称珠三角)区域春季灰霾(SHDPRD)的影响。结果表明,东南太平洋海温(ISSTSEP)对SHDPRD起主导作用。低层,当东南太平洋海温异常偏冷时,协同变化效应促使南印度洋海温也异常偏冷,激发冷Kelvin波东传,引起西太平洋Ekman辐合,导致异常气旋环流出现。异常气旋环流东北风通过等熵滑动机制诱发异常下沉运动,减少华南降水。高层,与ISSTSEP有密切相关的是500 hPa正EU遥相关,使得广东温度降低,降水偏少。EU遥相关调控局地气象要素,形成有利于灰霾形成的气象要素条件。反之亦然。受异常环流影响,与珠三角春季灰霾日数紧密联系的是降水、垂直速度和对流稳定度,其次是边界层厚度和低层东北风,最后是水汽。ENSO对SHDPRD有一定的调制作用。在El Ni?o(La Ni?a)年春季,珠三角水汽增加(减少),垂直上升(下沉)运动增强,降水增多(减少),广东灰霾偏少(多)。

不同时间尺度上南海夏季风强度与海洋热力条件的关系

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。

墨西哥帽小波变换的影响域和计算方案新探讨

该文分析了Torrence等人研究的墨西哥帽(Mexican Hat)小波变换的影响域和高频失真问题并探讨了解决方案。平移点b处、小波尺度为a的墨西哥帽小波函数的有效定义域为[b-2.12a,b+2.12a],以墨西哥帽为母函数的小波变换的真正影响域是2.12a,小波尺度a的最大值应为N/4.24(N为时间序列长度)。提出了充分利用小波函数速降性质和立方样条插值小波系数的新计算方案,消除了该计算方案产生虚假的显著高频周期振荡问题。利用正弦函数型时间序列小波变换的解析式检验了文中提出的新计算方案的合理性。利用新计算方案对冬季Nio3.4指数进行分析,冬季Nio3.4指数的平均整体小波功率谱表明,存在约12年的年代际变化和准4年的年际变化,不存在显著的准两年周期振荡。

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951-2004年NCEP／NCAR再分析资料及ERSST海温资料，研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明，夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化，年际变化以准2～3年变化为主，年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深，阿留申低压偏强，冷空气活动偏强。冬季，鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明，冬季鄂霍次克海附近SST正异常时，5月100hPa青藏高压偏东偏北偏弱，异常偏西风控制华南；850hPa环流在华南表现为东北风，华南受冷空气影响为主，华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时，若冬季鄂霍次克海附近SST负异常，5月100hPa青藏高压偏西偏南偏强，异常偏东风控制华南；850hPa环流在华南表现为偏南风，华南受热带系统影响为主，华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——"南海北部风场指数",再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。

广州逐日降水振荡及其延伸期预报的简谐波模型

利用1951--2010年广州逐日降水资料，采用功率谱、小波变换、Lanczos滤波器和简谐波拟合等方法，研究了广州逐日降水的振荡特征及其延伸期预报方法。结果表明，广州逐日降水振荡主要表现为2～4．1d、8d、13-3d、40～60d和120d变化等5种时间尺度的准周期振荡，其中准单周变化、11～21d、21～80d的季节内振荡具有振幅和周期接近的1～2个振荡周期性循环出现的特征。利用小波变换揭示出近期逐日降水距平5d滤波序列变化的主要周期，采用简谐波拟合的方法建立了广州逐日降水5d滤波序列的延伸期预报模型。对1990-2009年近20年的后报结果分析表明，所建立的延伸期预报简谐波模型除第24d和29d外，前33d的预报值与低通滤波值之间的相关达到0．05的显著性水平。对未来34d降水低频分量极大值的预报与实况低通滤波极大值相差在0～2d的概率最高，可为中期与延伸期降水过程出现时段的预报提供重要参考。

黑潮输送的异常及其与大尺度海气相互作用的关系

以128.5°E为界,沿27°N,北太平洋西边界流输送可以分成呈明显负相关的东、西2段。西段(即黑潮)主要参与副热带环流(STG)和经向环流(STC);东段主要参与日本东南的反气旋式涡旋再回流。从气候态来看,西段输送在7、8月份最大,3月份次大;东段输送在6—8月份最小,其它月份比较接近;整体结果表现为全年有2个接近的极大值,分别是3、4月份和7、8月份。从年序列来看,西段输送在20世纪70年代后期有一次明显的突变;而东段在1955年突然减小,在1963年突然增大。小波分析表明,东、西两段的振荡周期都随时间变化。西段输送时间序列的20a左右周期振荡在1976年以前非常明显,9a左右周期振荡在1985年以后比较显著;东段输送的13a左右周期在1976年以前显著,1985年以后的主要振荡周期从7a逐渐减小到3a左右。奇异谱分析表明,西段输送的年代际变化占总方差的45%,年际变化占总方差的13.6%;东段输送的年代际变化占总方差的24.3%,年际变化占总方差的32.3%。黑潮输送异常和太平洋年代际振荡(PDO)及ENSO有着非常密切的关系。在年代际尺度上,一个可能的过程是,PDO超前于黑潮输送异常;异常的黑潮输送通过改变北太平洋中部的SST梯度引起的海气相互作用过程而调制ENSO的变化。在年际尺度上,黑潮输送异常滞后于PDO和ENSO变化,且呈负相关。

广州春季降水的变化及其前兆信号

广州春季降水存在以准2年为主的年际变化和以30年为主的年代际变化,目前处于年代际尺度上的少雨时段。Ni?o3区的海温异常是广州春季降水最强的前兆信号,它与广州春季降水的显著正相关在前一年的11月份就已出现,并且一直稳定维持到4月份。前冬Ni?o3区海温异常对广州春季降水的影响是通过影响春季北太平洋副热带高压和低层风场异常实现的。前冬Ni?o3区海温正异常时,春季副热带高压偏强、位置偏西,华南处于副高边缘垂直运动的上升区,菲律宾以东的低层反气旋环流增加了向华南的水汽输送,从而使得广州春季降水偏多;前冬Ni?o3区海温负异常时,副热带高压偏弱、位置偏东,华南地区远离副高、处于垂直运动的下沉区,菲律宾以东低层为气旋环流控制,华南地区盛行偏北气流,不利于水汽的向北输送,从而使得广州春季降水偏少,造成春旱。

南海夏季风爆发日期与海温的多尺度关系及最优子集回归预测

采用小波变换,Lanczos时间滤波器,相关分析研究了南海夏季风爆发日期的多尺度特征及与海温场的关系,并研制了南海夏季风爆发日期的短期气候预测新方法——多尺度最优子集回归预测方法。结果表明,1958—2008年南海夏季风爆发的平均日期为5月18日,标准差约10d,具有弱的偏早爆发趋势,存在15.4a的年代际变化和5.3a的年际变化周期。在年际变化尺度上,南海夏季风爆发日期与前期冬季(12—2月)海温场有4个显著的相关区,分别为热带南印度洋,菲律宾以东的热带西北太平洋,赤道中东太平洋,热带东太平洋。在年代际尺度上,南海夏季风爆发日期与前一年(前一年3月至当年2月)海温场的显著相关除有与年际尺度一致的热带西北太平洋海区外,还存在5个显著不同的相关区,即西南印度洋,东南印度洋,北太平洋,热带东南太平洋和东南太平洋。1999—2008年的独立样本检验表明,多尺度最优子集回归预测方法的最大预测误差为8.5d,预测值与实际值相差在5d以内的占50%,且对爆发日期的异常迟早具有较好的预测能力,它明显好于最优子集回归预测与单,多变量的线性回归预测。多尺度最优子集回归预测可以为南海夏季风爆发日期的短期气候预测业务预报提供重要参考。

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10°N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。

珠江三角洲城市群污染综合指数预报的模式方法

应用全二阶矩表示的商斯烟团模式，重点引入烟团的合并与分解及各种清除过程，并利用广州热带模式（GZTM）所提供的华南地区细网格的三维数字化流场，来计算污染物浓度的长期变化。具体先模拟计算SO2、NOx、TSP的地面浓度日变化，通过求平均得到每种污染物的日均浓度，并和对应的污染物的日均浓度二级标准比较，得到每种污染物的污染指数Pi，最后求和得出污染综合指数P，从而对珠江三角洲地区的污染综合指数作出预报。

PDO源地与机制的若干争论

综述了PDO机制的研究进展,尤其是近年来关于PDO是热带和南半球起源的观点,强调PDO是一种太平洋海盆尺度的现象。讨论了SST异常的维持机制、大气在PDO机制中的作用及不同相位中大气的变化特征。最后提出自己的看法:只考虑北太平洋PDO信号是没有构成回路的,实际上北太平洋的PDO冷、暖期的交替可能是对南太平洋闭合回路的一种反应。

广东开汛日期的多尺度物理统计预测模型

采用小波分析、Lanczos滤波器、相关分析、最优子集回归和交叉检验等方法,研究了广东开汛日期的多尺度变化特征及其与全球不同地区前期海温场、500hPa高度场的关系,建立了广东开汛日期的多尺度最优子集回归预测模型并进行了检验。结果表明,广东开汛日期存在显著的准6年和较明显的准17年周期振荡。广东开汛日期在年际和年代际变化尺度上与前冬海温场和500hPa高度场上共有20个显著相关区域,分别取对应时间尺度上显著相关区域的平均值作为预报因子,对相应时间尺度的广东开汛日期做最优子集回归,建立了相应的预测模型,以年际和年代际尺度上的预测值之和为广东开汛日期的预测值。所建立的预测模型具有较好的拟合效果,其中拟合值与实况值相差在5天以内的事件命中率为41.5%,10天以内的为60.4%。1951—2010年的交叉检验结果表明,广东开汛日期预测值和实况值之间的相关系数为0.33,通过了α=0.01的显著性水平检验。预测值与实况值相差在5天以内的事件命中率为26.7%,10天以内的为45.0%,因此,所建立的多尺度最优子集回归预测模型对广东开汛日期具有较好的预测能力。

毛细管重力循环供冷末端装置及运行性能研究

通过对重力循环柜联合金属吊顶辐射板运行进行试验研究,测试重力循环柜的补助制冷性能以及对室内热舒适性的影响。研究结果如下:内置三排毛细管的重力循环柜单独运行时,制冷量能够达到设计工况下的720W;重力循环柜联合辐射吊顶系统运行时,重力循环系统能够起到补助制冷作用,并对出风口周围地板结构有一定的蓄冷作用,具有部分辐射供冷的效果。当室内达到稳定状态后,距重力循环柜水平30cm以内的区域在32min内垂直温差大于3℃,30cm以外区域温度场满足人体舒适性要求。

2008年广东强龙舟水与准10天振荡

采用小波分析、相关分析、Lanczos时间滤波器等方法分析了2008年广东强龙舟水与大气低频振荡的关系。结果表明,强龙舟水期间广东逐日降水存在显著的准7～12天周期振荡即准10天振荡,广东上空的逐日500 hPa高度场存在显著的8～13天周期振荡、南海北部平均的逐日850 hPa纬向风场存在显著的准12天周期振荡。广东前汛期降水与南海北部季风的关系最密切,其次为影响广东上空的高空槽。从中太平洋开始向西传播的准10天振荡在菲律宾东侧强对流区得到加强并继续向西传播,与从南海南部北传并加强的季风相结合,导致强季风涌的出现,从而导致强龙舟水期间的2次强降水过程。利用典型位相的合成分析,对广东强龙舟水期间2次强降水过程不同位相的大气环流场的共同演变特征进行了分析,它们可为广东强降水过程尤其是龙舟水的中期预报提供参考依据。

对流边界层中公路线源扩散的Monte-Carlo法模拟

开发了一个Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ大气扩散模式且引入了一种检验随机数质量的填充二维点格的方法。通过与水槽试验资料对比，说明该模式具有较好的模拟效果。用该模式模拟公路线源的大气扩散，结果表明，高架路和一般公路的污染在地面浓度上差异较大，而在垂直方向上差异较小。高架路引起的地面浓度值和扩散范围都较一般公路的大。垂直方向上尤其是２０米以上二者基本没有差异，浓度较大值都在５０～１００米以下。结合箱模式的思想，导出了一个适用于城市汽车尾气污染估计的实用公式。

有限时间排放的污染扩散模式及污染特征

利用烟团模式的思想，建立起有限时间排放的污染扩散模式。验证了在排放时间极短时，该模式和瞬时点源扩散的解析解完全一致；在排放时间充分长时，和连续点源的烟羽扩散模式有非常好的一致性。有限时间排放污染的特征，是随着事故发生、排放开始，地面污染浓度有一个很快的积累过程，从近源处开始浓度达到一种动态平衡；事故结束（即没有排放）时，由于大气的“净化”能力，污染慢慢减轻，直到最后“消失”。

对流边界层中粒子随机扩散模式和高斯模式的比较

用粒子随机扩散模式和高斯模式模拟的对应３种源高的横风向积分浓度的结果与水槽试验的结果进行比较，发现粒子随机扩散模式能较好地模拟出水槽试验结果，说明该模式能用来模拟对流边界展的扩散，而高斯模式不能完全反映对流边界层的扩散。比较两种模式的模拟结果，发现粒子随机扩散模式由于考虑了对流边界层中白卷流和热泡引起的垂直方向上湍流的非均一性，比高斯模式能较好地模拟出污染物在垂直方向上充分混合较快、水平方向上扩散范围大、地面浓度最大值大、浓度最大值出现位置距源近且向右手方（背风而立）偏移等特点，并由此说明了环境影响评价中应用高斯模式时应注意的问题。最后，用对流边界层中大气湍流结构特征对模拟结果作了解释。

室外机室格栅对空调运行环境的影响

运用CFD数值模拟对某室外机周围的流场进行了计算,研究了不同种类及百叶角度的格栅对机组性能的影响。计算结果表明:flat(直板型)型格栅比S型格栅的回风温度低,出风量大。对于flat型格栅,百叶角度在30℃以下通流能力为优,能有效地降低盘管的进风温度。