一次黄河气旋新生过程中湿斜压不稳定机制的数值模拟研究

作为温带气旋形成的主要机制,湿斜压不稳定在气旋动热力学研究中占据中心地位,其可进一步分为干斜压不稳定、湿不稳定、非绝热Rossby波和Type C气旋新生(对流层顶干侵入)四类。2016年7月18日黄河气旋快速生成后东移进入华北造成“7·20”特大暴雨,相比气旋成熟期,其初生阶段的动热力机制尚不清楚。本文利用ERA5再分析资料与WRF模式,对该气旋新生过程的湿斜压不稳定机制进行了数值模拟研究。模拟结果指出,对流层中低层呈非绝热Rossby波形态,即系统东移发展主要由垂直运动-非绝热效应的循环所推动,其中波动触发和传播所依赖的垂直运动更多由涡度平流提供;高层位涡汇与非地转风延缓了对流层顶干侵入位涡的东移,维持了高低层相位差,最终在干侵入前部发展出贯穿对流层的位涡柱。利用非线性片段位涡反演,分别从初始场中移除非平衡分量、对流层顶干侵入位涡、低层非绝热源位涡,设计了若干敏感性试验,结合广义垂直运动方程分析可得:本次过程斜压波必须在充足水汽条件下与非绝热过程耦合才能强烈发展,关闭潜热气旋新生将被抑制,干斜压不稳定无法解释本次过程;初始非平衡场的去除不影响本次斜压不稳定性质但将延后系统发展时间,受湿度条件和中尺度环流结构限制,低层非平衡风的活跃区域主要由干斜压动力学控制;该个例近地面位温梯度小,仅依赖低层初始位涡难以有效组织起非绝热Rossby波东传,同时有别于Type C气旋新生,高层位涡异常也不足以激发起强大的中低层非绝热加热。于本次黄河气旋新生而言,一方面要求初始低层位涡异常具有一定强度,以抵消高层干侵入前部伴随的冷却下沉对其的抑制;另一方面也需要高层位涡异常通过垂直渗透以涡度平流形式加强低层位涡东侧上升运动,在高低层初始相位差合适情况下,持续促使非绝热Rossby波东移发展,推动系统进入水汽条件更好的华北地区。干斜压不稳定、非绝热Rossby波和Type C气旋新生机制均不能独立解释本次事件,此次黄河气旋新生是在非绝热Rossby波和对流层顶干侵入混合作用下,初始时刻最优扰动增长形成的。

高原低涡切变影响云南强降水分布及水汽特征

利用实况资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008~2012年夏季东南移出高原且影响云南的高原低涡切变过程进行统计和对比分析。结果表明:高原低涡切变影响云南产生强降水主要分为后部冷空气较强型、高原低涡切变补充型以及东南移减弱型,影响云南产生强降水最多的是低涡切变东南移减弱型。强降水的主要区域是滇中及其以北地区,是高原低涡切变影响云南的典型区,这些区域的降雨主要发生在夜间。后部冷空气较强型的影响范围最大,能造成全省性强降水过程,但发生频率低。低涡切变东南移减弱型和高原低涡切变不断补充型,在滇缅之间均有高压(脊)维持。降水范围、水汽输送与副热带高压的位置、低涡切变经向度和发生时间有关。影响云南的高原低涡切变过程有明显的水汽净收入,主要是南北向的水汽收入,东西向的水汽收入远小于南北向。通过拉格朗日轨迹模式HYSPLIT对水汽路径的模拟表明,孟加拉湾是云南重要的水汽源地。当高原低涡切变影响云南中北部时,有来自高原的水汽输送,高原的水汽一部分是来自阿拉伯海,一部分来自孟加拉湾。气流在到达降水区域之前受下垫面影响,经历了多次的降水和蒸发过程。

怒江州“桃花汛”小时降水时空变化特征研究

【目的】为研究云南省怒江州“桃花汛”降水的气候变化背景。【方法】利用2011—2020年1—5月怒江州4个国家气象站和25个乡镇气象站逐小时雨量数据,通过常规数理统计,详细分析了怒江州“桃花汛”小时降水的时空分布特征。【结果】怒江州“桃花汛”降水主要出现在贡山县和福贡县,泸水市西部和兰坪县西北部也有此天气现象。“桃花汛”雨量约占全年雨量的30%~60%。“桃花汛”降水量、降水时长、平均小时雨强、夜雨量等特征的空间分布差异显著,均为北多(强)南少(弱)、西多(强)东少(弱)。“桃花汛”累计降水量受降水时长和小时雨强共同影响,其中贡山、福贡受降水时长影响最大,雨强主要影响福贡和泸水的局部。“桃花汛”降水日变化主要表现为单峰单谷特征,峰值在下半夜,谷值在上午后期,夜雨占比为55%。“桃花汛”短、中、长和超长历时降水也呈北多南少、西多东少态势。泸水、兰坪以短历时、中历时和长历时降水贡献为主,而贡山、福贡的超长历时降水贡献最大。【结论】“桃花汛”以稳定的系统性降水为主,短时强降水发生率低。

垂直运动研究进展及新型垂直运动方程

垂直运动在天气系统(尤其是中小尺度系统)发生发展过程中有极其重要的作用,本文回顾并小结了大气垂直运动方程的研究进展。在质量守恒前提下,垂直运动可由连续方程积分计算得到,这个算法需要准确计算散度,不容易实现。基于大气绝热假设的绝热法,由于与实际天气过程热力变化有较大差别,计算的垂直运动也不准确。垂直运动的诊断与天气系统尺度有关。大尺度系统以涡旋运动为主,满足准水平,不必要过多考虑浮力和风切作用。因此,出现了准地转条件的垂直运动方程,且在大尺度运动中应用较好。中尺度系统运动中,辐合辐散运动与旋转运动同等重要,垂直运动不能忽略,垂直运动方程在形式上要复杂一些,但其强迫项仍是由涵差的涡度平流及温度平流的拉普拉斯所构成,本质与大尺度系统中的ω方程没有太大差别。小尺度强风暴运动以辐合辐散为主,浮力及风切起着主导作用,其垂直运动方程要复杂得多。但是,由于任何小尺度强对流系统都是在大中尺度背景下发生的,所以背景场强迫的垂直运动仍然存在,完整的垂直运动应考虑不同天气尺度系统调整产生的垂直速度,应联立垂直运动方程组进行计算。本文提出的多效应的新型垂直运动方程,可以较为准确地实现强对流运动中的垂直速度的诊断。

云南一次强对流暴雨天气学成因分析

为提高暴雨预报准确率,减少暴雨致灾损失,基于地面常规气象观测资料、卫星云图反演的云顶亮温(Black Body Temperature,TBB)资料及美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料,对2017年8月云南一次强对流暴雨成因进行分析。结果表明:500 hPa低槽东移、700 hPa切变线南压、地面冷锋西推是此次降水过程发生的天气背景;中-β、中-α尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)是产生强对流暴雨的直接系统,强降雨主要出现在TBB梯度大值区;MCS与700 hPa切变线关系最为密切,切变线位于滇中以东地区,MCS呈椭圆状,沿切变线附近及后部发展,切变线靠近哀牢山或翻越后,MCS呈西北—东南向带状分布,沿切变线前部发展;切变线翻越哀牢山前,白天移动较快,主要产生雷暴天气,夜间移动缓慢,降雨较强;强对流暴雨需重点关注水汽通量辐合大值区、800 hPa与500 hPa温差大于20℃区域;强降雨时段,整层大气均为上升运动,强降雨区维持低层辐合、中高层辐散的动力抽吸机制。

云南一次城市极端强降水事件成因分析

利用云南乡镇自动站降水资料、短时强降水监测资料、FY2G卫星资料、高空地面常规观测资料和NCEP再分析资料,从天气学角度分析了2020年夏季昆明一次城市极端强降水事件的成因。结果表明:受滇缅高压脊作用,高原槽东移后在云南东北部形成高原低涡,高原低涡沿着两高辐合区南移影响昆明,高原低涡和切变线是本次昆明极端强降水的主要影响系统,昆明极端强降水发生在高原低涡和切变线附近水汽辐合程度大的区域;此次强降水过程的不稳定机制为对流不稳定和对称不稳定并存,其中对称不稳定使倾斜对流得以维持;边界层辐合线触发近地层垂直上升运动和中尺度对流系统的生成,700 hPa切变线和500 hPa低涡使中尺度对流系统发展,垂直上升运动增强,触发不稳定能量的释放,引发强降水;涡生参数正值区对高原低涡的产生和移动方向的预测有指示意义。

夏季高原低涡切变影响下云南大雨暴雨的分布及成因研究

利用中国气象局MICAPS系统历史天气图、云南125个站点逐日气象观测资料、欧洲中心ERA Interim资料,对1991-2018年夏季高原低涡切变造成云南大雨暴雨过程的气候特征进行了统计分析,结果表明:(1)夏季高原低涡切变影响云南,大雨暴雨平均每年出现12次,出现次数整体呈减少趋势,具有明显的年际变化特征;1998年出现最多达25次,2010年最少。高原低涡切变影响云南最多的是6月,平均为5次,其次是7月。(2)高原低涡切变可以造成云南全省性的大雨以上降水过程,从影响区域来看,主要分布在滇西北、滇西、滇中及以东地区,滇西北的东部是多发区,最多位于丽江东部至昆明,以及哀牢山附近;(3)产生全省性暴雨过程的合成特征主要是西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)强度较弱,滇缅之间维持弱脊区,高原低涡切变容易从四川西北部边缘南移影响云南,受高原低涡切变影响云南出现暴雨的水汽主要来自孟加拉湾和部分来自高原,两支水汽在云南汇合,为暴雨的产生提供充足水汽。(4)2014年8月初的全省性大雨的天气系统主要是高原低涡切变与700 hPa切变线共同影响造成;中低层的正螺旋度远大于高层的负螺旋度,说明中低层正涡度辐合上升运动高于高层负涡度辐散,这为强降雨的产生提供了强大的动力条件。研究表明700 hPa湿螺旋度水平分布对高原低涡切变影响造成的强降水落区有指示意义。

兰州市昼夜温差对居民脑卒中住院人数的影响

目的分析兰州市昼夜温差(DTR)的变化与脑卒中住院人数的关系,为气温变化导致脑卒中发生机制的深入研究及相关部门制定脑卒中综合防治策略和措施提供科学依据。方法收集2014年1月至2019年12月兰州市脑卒中患者的住院资料及同期空气污染物(PM_(10)、SO_(2)和NO_(2))和气象资料进行相关统计学分析。采用Spearman相关分析分析空气污染物与气象因素之间的相关性,利用分布滞后非线性模型分析DTR与脑卒中住院人数的关系,并绘制三维图及不同水平DTR风险关联图,同时按照性别、年龄(<65岁和≥65岁)进行分层分析。结果2014至2019年兰州市共有92812例脑卒中住院患者,男女比例为1.35∶1。兰州市DTR与脑卒中住院人数呈非线性关系,并存在一定的滞后效应。低水平DTR(4.5℃)在累积滞后18 d时,脑卒中住院患者的RR值最大,为1.25(95%CI=1.16~1.35),高水平DTR(18.5℃)在累积滞后21 d对脑卒中患者的住院影响达到最高值,RR值为1.09(95%CI=1.01~1.18)。分层分析显示,低水平DTR对男性和<65岁脑卒中患者的住院影响较大。结论短期暴露于不同水平的DTR均会对脑卒中住院人数产生影响,但低水平DTR对脑卒中住院人数的影响略大于高水平DTR。低水平DTR时应加强对男性和<65岁人群的防护。

基于时隙的多重冗余流指纹模型

随着互联网的日益广泛应用,各种网络安全问题频频暴露,以“打补丁”形式为主的安全增强模式难以有效防范日益增长的安全风险,网络安全领域研究者认为未来互联网体系架构应当将安全作为一种基本属性,实现网络架构对安全的内生支持。为了支持内生安全的数据可信,在流水印/流指纹机制的研究基础之上,设计实现了一种基于时隙的多重冗余流指纹模型。该模型使用3个时隙间隔,通过对指定时隙内的数据包进行延迟等操作,可在相邻比特操作不产生冲突的情况下实现指纹嵌入,并且引入冗余编码来提高指纹健壮性,同时考虑到网络中抖动或攻击者的恶意扰乱等行为,将延迟干扰、垃圾数据包干扰以及丢包干扰对模型的影响进行了理论分析,结果表明在给定网络流中数据的包分布时,随着冗余位的增加,指纹模型的鲁棒性明显提高。为了减少时间和空间消耗,提高数据包操作的效率和精度,基于内核设计和实现流指纹原型系统,并对其效率和鲁棒性进行评估,实验表明该模型具有很高的鲁棒性。最后,展示了所提模型的应用场景,基于该流指纹功能模型,能有效检测中间人攻击,预防网络身份欺骗。

El Niño背景下AO激发Rossby波对云南冬季极端降水的影响

2019年1月8日云南平均降水达29.8 mm,为1961年来第三大的冬季极端强降水事件。研究发现,2018/2019年冬季El Niño背景下,偏暖的南海生成热带低压,受偏强偏西的西太平洋副高(简称西太副高)外围气流引导西行进入孟加拉湾(简称孟湾)后北上。北极涛动(Arctic Oscillation,AO)激发Rossby波列东传至孟湾形成南支槽,槽前西南气流与副高外围气流和热带低压汇合,在缅甸至云南形成强西南急流、上升运动和水汽辐合,导致了这次极端降水事件。结果表明:(1)AO正位相时,斯堪的纳维亚脊前北风偏强偏南到达地中海、北非后,激发中低纬地中海-北非槽、巴基斯坦脊、孟湾南支槽Rossby波列,以及中高纬斯堪的纳维亚脊、乌拉尔山槽、蒙古脊Rossby波列,进而形成青藏高原(简称高原)“北脊南槽”形势。(2)低纬波列东传过程中要受到副高的影响,北非副高和西太副高外围气流有利的位置配置对南支槽有增幅作用,使AO激发的欧亚低纬波列更显著。(3)El Niño有利于阿拉伯海反气旋、西太副高、中南半岛偏南气流、高原绕流及蒙古脊偏强,La Niña时情况相反。所以ENSO通过对以上系统的影响进而对AO影响云南降水有调制作用。

低频振荡对2015年春季云南东部降水异常的影响

以往的研究显示,厄尔尼诺是导致云南春季干旱的重要原因。2015年,在超强厄尔尼诺事件背景下,滇西大部春季降水偏少,雨季开始偏晚至特晚;然而,东部地区降水总体偏多,部分区域雨季开始偏早至特早,东西部形成了鲜明对比。利用云南省逐日观测降水、全球测站均一化逐日格点降水和NCEP/NCAR再分析资料,运用统计和动力诊断方法,研究了2015年春季10~30 d大气低频振荡特征及其对云南东部降水异常的影响。分析显示,3月中旬至4月下旬,100°E以东地区10~30 d大气低频振荡异常活跃,是造成云南东部地区降水偏多的重要原因。在低频振荡影响下,云南东部先后出现了3次明显的降水过程,每一次过程都与欧亚型低频波列上低频冷位相的南压密切相关。即当低频冷位相向南移动时,东亚副热带西风急流随之南压,当其入口区次级环流上升支移至云南上空,并与南下冷高压西南侧有利的回流水汽相互作用时即形成了降水。

通信特定辐射源识别的多特征融合分类方法

针对通信辐射源个体识别问题,提出了一种基于多通道变换投影、集成深度学习和生成对抗网络的融合分类方法。首先,通过对原始信号进行多种变换得到三维特征图像,据此构建信号的时频域投影以构建特征数据集,并使用生成对抗网络对数据集进行扩充。然后,设计了一种基于多特征融合的双阶段识别分类方法,利用神经网络初级分类器分别对3类特征数据集进行学习,得到初始分类结果。最后,通过叠加融合学习初始分类结果,得到最终的分类结果。实测数据分析结果证明,所提方法相比基于单一特征提取方法和经典多特征提取方法有更高的准确率,使用室外典型场景多径衰落信道模型对辐射源信号进行了处理,所提模型仍可进行有效识别,能够适用于复杂无线信道环境的应用。

C波段雷达反射率因子在CMA-GD模式中的应用

使用CMA-GD模式及云分析系统,引入云南C波段多普勒雷达反射率因子资料,对2019年7月9日过程进行模拟试验,分析引入反射率资料对模式初始场和降水过程预报的影响。(1)引入反射率后,云中和底部的云量有所增加。水汽在900~200 hPa有大范围增加,能有效地调整降水区域的水汽分布。对模式顶层温度的调整较大,而对风场的影响较小。(2)引入反射率后,对3 h内降水强度及落区有较大改善,4~6 h的预报有所改善,7 h以后改善不明显。(3)引入反射率资料后,1~4 h大气可降水量增量较明显,5~9 h增量较前4 h明显减小。(4)在河口上空云水和水汽在950~400 hPa增加,霰、云冰和云雪在600~400 hPa增加,雨滴在1000~500 hPa增加。水凝物增加,有利于河口站降水的发生。

复杂山地气象观测试验研究综述

外场观测试验是研究山地气象最为直接有效的手段,在揭示山地对大气产生的各类现象及其有关的物理过程、开发和改进数值模式参数化方案、验证和评估卫星遥感反演产品、提高山区的气象预测预报准确率等方面发挥着重要作用。简要综述了国际上在青藏高原、阿尔卑斯山脉、落基山脉、内华达山脉、比利牛斯山脉等大尺度山地开展的气象观测试验研究,概括了近年来在低纬高原地区关于山地气象的长期监测和研究成果,总结了国内外在复杂地形条件下外场观测和研究的发展趋势,并展望了在复杂山地建设高密度气象观测体系的重要意义。

南矶山湿地土壤中砷硒的形态及微生物群落结构特征

以鄱阳湖南矶山湿地为研究区域,研究了三种典型植被南荻、芦苇、苔草土壤中的砷和硒形态的分布特征以及与土壤酶活性、微生物群落结构的关系。结果表明:三种植被土壤砷含量平均值为16.21±3.77(mg·kg^-1),大小顺序为:南荻>芦苇>苔草;土壤硒含量平均值为0.33±0.02(mg·kg^-1),大小顺序为:苔草>芦苇>南荻。土壤砷形态含量大小顺序为:残渣态砷>铁型砷>钙型砷>铝型砷>交换态砷,残渣态砷和残渣态硒含量均分别约占总砷和总硒含量的50%。南荻、苔草和芦苇的可交换态硒的百分含量分别为:7.36±0.04%,9.27±0.06%和7.72±0.05%。芦苇、苔草和南荻的总PLFA含量分别为132.29±3.72、93.26±2.39和122.97±3.15(nmol·g^-1),呈现芦苇>南荻>苔草趋势。铝型砷含量与土壤脲酶显著正相关;残渣态砷与放线菌显著正相关,与蔗糖酶和脱氢酶显著负相关;水溶态硒与革兰氏阳性菌呈显著正相关,与真菌、脲酶、过氧化氢酶呈显著负相关。交换态硒和残渣态硒都与蔗糖酶呈正相关,与放线菌呈负相关。实验结果表明,土壤中的砷和硒的形态与土壤微生物活性和群落结构密切相关。

硫酸软骨素蛋白多糖在脊髓损伤病理机制中的作用

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是由各种因素导致的脊髓损伤平面以下的感觉、运动及其他系统功能紊乱的中枢神经系统疾病.SCI不仅给患者带来严重的身心伤害,还会对家庭和社会造成巨大的经济负担.静息状态的星形胶质细胞被激活后转化为反应性星形胶质细胞(reac-tive astrocytes,RAS)是脊髓受损后所导致的一系列临床表现的病理基础[1].

青藏高原大地形高度变化对东亚地区定常扰动能源转换的影响

利用CAM3(Community Atmosphere Model version 3)模式和ERA-Interim再分析数据研究了对流层中青藏高原大地形对东亚地区定常扰动能量源的影响。在冬季对流层中东亚地区的定常扰动的能量源地主要有两个,分别是高原北部的东亚地区和高原下游的西太平洋地区。高原高度增加时,对流层整层东亚地区斜压发展随高原高度增高而减弱,西太平洋地区斜压发展增强。定常扰动的正压发展与斜压发展的位置相似,但是明显的要比定常扰动的斜压发展弱。随着高原高度升高,在对流层中高原北部的东亚地区正压发展先减弱后增强,而在高原下游的西太平洋地区随高原高度增高正压发展一直增强。在冬季对流层中定常扰动的总能量发展与定常扰动的斜压发展一致,这样的发展趋势说明了冬季东亚地区和西太平洋地区定常扰动在对流层中的能量发展主要是斜压性引起的。

高空急流的维持对我国南方暴雪的影响

利用欧洲中期预报中心再分析数据(ERA-Interim)分析了2014年2月9日、2015年12月5日、2016年1月20日和2018年1月24日高空急流扰动动能对暴雪的影响。在暴雪发生的过程中,通常伴有高空急流的存在。高空急流一方面维持自身的存在,另一方面其引起的垂直运动有利于暴雪的发展。垂直运动的上升支有两个方面的作用,一个是将低层暖湿空气输送到高层,为暴雪提供源源不断的水汽,另一个是将急流中的扰动动能向下输送到低层冷暖气流交汇区域,该区域也是水平风切变较大的区域,为该区域提供扰动动能,进一步促进暴雪的发生和发展。

云南小时降水的时空分布变化研究

利用2005—2018年125个国家级台站小时降水观测数据研究云南小时降水时空分布特征。结果表明:云南年总降水量、不同持续时间降水量、极端强降水量及降水日变化空间分布差异很大。年降水量自西北向南增加,雨强自北向南增强,降水时长西部大于东部、南部略大于北部,年降水量受降水时长和雨强共同影响,降水时长影响最强,雨强影响较弱,这种特征在滇西北最突出,但滇东北的降水量与雨强相关更好。云南大部夜雨量多于昼雨量,滇东北和北部边缘夜雨特征最显著;降水日变化特征在云南北部为夜间单峰,西部边缘为清晨单峰,中部为夜间与午后峰值相当的双峰,南部也为夜间和午后双峰,但南部不同区域间主峰和次峰出现时间不同。云南南部降水贡献以短、中历时降水为主,北部则以长、超长历时降水为主。云南短时强降水发生次数的空间分布表现为自西北向东南增加;年发生站次数具有增加趋势,日变化特征为显著单峰,多在傍晚至入夜出现,且极端短时强降水更易在凌晨出现。这些小时降水时空分布特征很大程度上代表了低纬高原地区的降水特征。由于低值天气系统多影响低纬高原中北部,热带天气系统多影响南部,且低纬高原地形复杂,局地热力条件差异明显,这些因素造成该区域小时降水时空分布特征差异显著。

基于情景分析的LUCC和气候变化对南盘江流域径流的影响

为揭示土地利用/土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,简称LUCC)和气候变化对南盘江流域径流的影响,基于情景分析,运用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,定量研究不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果显示:①南盘江流域SWAT模型的率定期参数R^2、Ens分别为0.68、0.67,验证期R^2、Ens分别为0.65、0.63,SWAT模型适用于南盘江流域的径流模拟;②不同土地利用类型对比情景显示,农业用地、林地、草地对产流的贡献次序分别为,农业用地最强,草地次之,林地最弱;气候变化情景显示,径流变化与气温变化成反比,与降雨量变化成正比,且径流变化对降雨量变化更为敏感。③2006-2015年间,LUCC、气候变化二者均会导致南盘江径流量的减少,但气候变化在径流变化中占主导作用。④在RCP4.5、RCP8.5两种排放情景下,南盘江径流在2021-2050年间都呈现减少趋势,减少速率分别为18.74×10~8m^3/10年和21.35×10~8m^3/10年,分别达到1974-2015年减速的1.37、1.56倍,减小趋势明显增强。