河南2023年麦收期连阴雨极端特征及预报偏差分析

基于多尺度观测资料、多种数值模式和主观预报产品,分析了2023年河南麦收关键期出现的连续降水天气过程的极端性特征,并对主客观预报进行检验评估。结果表明:5月20日至6月4日累计降水量距平百分率全省平均为170.3%,累计雨量有17个站达到历史同期排名第一;5月25日至6月4日出现长达11天的全省范围的连阴雨过程,历史排名第二。2023年5月2530日500 hPa平均场副高西伸脊点较气候态偏西33个经度以上,河南上空高度场较气候态高出160~200 gpm。中层气流变化导致降水系统移动方向发生变化,是豫西强降水漏报的主要原因;模式对台风和副高位置预报的偏差,是导致雨带向南偏差的直接原因,进而导致各数值模式暴雨以上量级降水评分偏低。豫西地形对风场影响的机理较为复杂,需对更多个例诊断分析,得到客观结论。

基于CAMM和CLDAS的黄淮海冬小麦成熟期连阴雨时空特征

利用黄淮海地区2008—2023年的CLDAS数据和同期65个农业气象观测站的冬小麦花期、成熟期观测数据,订正机理性中国农业气象模式(CAMM)中发育模块(RAM)的参数,评估模式对冬小麦成熟期的模拟精度,而后重构格点化的历年成熟期日期,统计成熟期前6天后9天共16天的降水量和雨日数,随后基于连阴雨指标,研究连阴雨的时空分布特征。结果表明:(1)RAM模式对冬小麦成熟期具有较好的模拟能力,各站RMSE平均值为2.28±0.46 d,模拟值与实测值的R2为0.915。(2)黄淮海地区冬小麦成熟期降水量和雨日数均呈南北两端高中间低的空间分布格局,区域平均降水量为8.8~84.6 mm,平均值为31.9 mm,雨日数为1.0~9.1天,平均值为5.4天。(3)2008—2023年连阴雨灾害波动较大,其中2009、2013、2018和2023年较为严重,大致呈4~5年发生一次的周期性规律,且灾情呈加重的趋势。(4)连阴雨灾害在黄淮海地区北部很少发生,河北和山东交界处偶发,灾害高发重发区主要集中在河南省,尤其是郑州以南的驻马店和信阳一带最为严重,发生频率约为5年一遇,持续天数多在9天以上。

冬小麦农业气象灾害风险预警的业务实践与思考

开展冬小麦农业气象灾害风险预警工作是当前保障小麦生产安全和防灾减损的重要工作之一。2022年开始气象部门和农业部门联合开展了冬小麦农业气象灾害风险预警的业务服务工作,取得了一些技术成果和成功案例,但也存在一些问题和不足。本文简述了农业气象灾害风险预警业务的内涵,提出了综合农业气象灾害可能性预报、危险性和脆弱性预估,构建基于风险矩阵的冬小麦农业气象灾害风险预警业务的技术框架,并以2022年小麦干热风风险预警工作为例,展示了冬小麦农业气象灾害风险预警工作的技术流程。冬小麦农业气象灾害风险预警工作刚刚起步,尚有很多工作不完善,包括如何与已有的灾害风险评估成果进行深入融合,开展定量化的灾害影响预报和预警指标率定等。此外,在提升冬小麦农业气象灾害风险预警的准确率和开展服务效益评估等方面,未来还需要做大量的研发工作。

1976-2016年普若岗日冰川和流域湖泊变化及其对气候变化的响应

基于藏北地区普若岗日冰川1976-2016年多时相Landsat系列卫星影像数据,以及气温、降水量数据,采用ARCGIS空间分析、线性趋势分析、相关分析等方法,研究了普若岗日冰川和流域湖泊面积变化及其对气候变化的响应。结果表明:近41年普若岗日冰川面积呈显著退缩趋势,41年内冰川面积减少了52.32 km^(2),减小率为12.01%;冰川西北部退缩最为严重,冰川面积减少了12.29 km^(2),减小率为15.77%;且冰川西北部、北部、东部和东南部末端消融显著;其他区域也有不同程度的退缩。流域湖泊面积呈显著增长趋势,共增长了27.17 km^(2),增长率为22.22%;流域气温总体上呈显著增加趋势,平均每10年增加0.48℃;降水量呈不显著上升趋势,平均每10年增加15 mm。降水对冰川和流域湖泊面积影响较小,温度的持续升高是冰川和流域湖泊变化的主要因素。

地基微波辐射计露点温度廓线估算方案及初步应用

面向业务和台站实际,针对露点温度直接和间接计算经验公式的不确定性,结合地基微波辐射计LV2级数据特征,开展了露点温度估算方案适用性及应用讨论,旨在为预报员提供高时空分辨率的基础物理量露点温度来判识大气饱和程度,服务于强对流天气预报预警分析。研究表明:(1)相对湿度是主导露点温度直接和间接计算公式计算结果差异的敏感因子。地基微波辐射计露点温度估算方案可为相对湿度小于50%时,采用直接计算公式;相对湿度为50%~99%时,采用间接计算公式;相对湿度为100%(饱和)时,温度大于-48.75℃,采用间接计算公式,温度小于-48.75℃,采用直接计算公式。(2)地基微波辐射计估算的露点温度产品精度保持了温度产品的高相关性,较大程度上改善了系统偏差,但离散程度略有扩大。其中,相关系数由0.99变成0.98,降低了0.01;系统性偏差由-3.18℃变成-0.98℃,缩小了2.2℃;均方差由4.92℃变成5.26℃,扩大了0.34℃。(3)相较相对湿度,估算的露点差对高湿区(相对湿度大于70%以上)较为“敏感”,能很好地“勾勒”出云等水凝物内部水汽饱和状态及其特征结构,便于用户判断出饱和区、非饱和区及两者过渡区;与地基微波辐射计直接测量产品联合,可监测强对流天气发生前、中、后水凝物垂直结构特征及其演变,便于天气预报预警,其中预警提前量可达0.5~1.0 h,降水结束预报提前量接近10 min。

冬小麦不完善粒气象条件危险性指数研究

为探明气象条件对河南省冬小麦籽粒不完善粒的影响,利用2008—2021年河南省不同地市冬小麦收获期大田测定的不完善粒资料和对应气象资料,利用最小显著性差异法、Person相关分析、权重系数等方法,分析出气象条件影响不完善粒的关键时段和主导气象因子,并构建了气象条件危险性指数I。结果表明:冬小麦成熟前20天内的气象条件对籽粒不完善粒有重要影响,其中豫南麦区主要受成熟前10天内的气象条件影响。不同地区不完善粒受不同气象因子的组合作用,总降水量R和总降水日数D为共性主导因子,豫东麦区还受成熟前平均气温T主导,北中西部麦区还受成熟前日照时数S和气温日较差Td主导。豫南麦区成熟前10天内连续降水日数超过3天、总降水量超过70 mm、总降水日数大于6天时,籽粒不完善粒>8%的可能性较高;各麦区I>5.8时,冬小麦不完善粒气象条件危险性高。

2023年麦收期河南省连阴雨的气候特征和可能成因

2023年麦收期河南省出现了罕见的连阴雨天气,降水和阴雨日数异常偏多,分别为自1961年以来的历史第五位和第二位。分析连阴雨的可能气候成因,主要结论如下:(1)造成连阴雨的环流形势为欧亚中高纬度西高东低,乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,东北冷涡活跃,冷空气能持续南下,西太平洋副热带高压(以下简称副高)偏北、偏强且异常偏西,来自副高西北侧边缘的暖湿气流和冷空气在河南省交汇。(2)副高偏强、偏北、偏西是由偏强、偏北、偏大、偏东的南亚高压和偏强、偏北的东亚副热带西风急流(以下简称西风急流)的引导所致,而东南亚对流层中高层的暖中心偏大、偏北和偏东且呈东西向带状分布,使南亚高压形成了上述的特征。暖中心和东北冷涡的共同作用,使东亚中高层的气温梯度增大,进而加强了西风急流。(3)2023年前期的La Ni1a事件有利于麦收期副高偏北,但不利于副高偏强和明显偏西。麦收期由于台风扰动由泰国湾至菲律宾群岛以东的热带西太平洋对流活跃释放的凝结潜热较多,以及麦收期前期的春季和麦收期伊朗高原至青藏高原的地面感热和潜热较强,使暖中心形成了上述的特征,进而决定了南亚高压和副高的特征。(4)2023年麦收期北大西洋海温偏高,以及北大西洋三极子为负位相,导致了乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,麦收期前期的春季和麦收期伏尔加河至贝加尔湖西北侧地面感热和潜热偏强,而下游贝加尔湖东南侧至鄂霍次克海地面感热和潜热偏弱一定程度上导致上述两区域分别出现了大范围的位势高度正距平和负距平。

2023年河南冬小麦成熟期连阴雨强度综合评估

为构建适合河南小麦成熟期连阴雨灾害强度指数,并明确河南小麦受连阴雨影响的敏感时段,利用河南省111个测站1961—2023年气象资料及有关农业气象观测站数据,分析了2023年河南小麦连阴雨受灾及相关发育期情况,以及主要气象因子和连阴雨灾害调查数据的相关性,并根据前人研究成果,结合河南实际,构建了3种小麦成熟期连阴雨灾害强度指数。结果表明:(1)小麦开花后35天以上,是小麦籽粒品质受连阴雨天气影响最敏感的时段。(2)成熟期连阴雨灾害强度指数L2和L3均能够很好地吻合2023年河南小麦因连阴雨灾害的受灾情况,特别是L3兼具实用性和准确性,能够满足业务服务需要。(3)2023年河南省小麦成熟期连阴雨灾害强度指数L2、L3空间分布都表现为南高北低,全省平均L2为0.81,L3为0.32,均为1961年以来的最高值。

海南岛近20年植被覆盖时空变化特征及其对气候的响应研究

基于2001-2020年海南岛MODIS NDVI数据及18个市县气温、降水数据,采用Mann-Kendall突变检验、一元线性拟合、相关分析等方法,研究了海南岛近20年植被覆盖时空变化特征及其对气候的响应。结果表明:海南岛县(市)域2001-2020年平均NDVI最大值位于白沙,最小值位于海口,各地区域NDVI值以增长趋势为主,全岛平均NDVI增长趋势在2012年前后发生突变,而后增长速度明显加快。季节平均NDVI值以琼中、五指山、白沙的较高,海口、文昌、东方的较低,全岛平均NDVI值夏季的最高;近20年来各季节NDVI值呈增长趋势,冬季的增幅最大,秋季的增幅最小。全岛月NDVI值8月的最大,2月的最小;近20年来各月NDVI值都呈增长趋势,12月的增长趋势最大,11月的最小。全岛平均NDVI的年际变化主要受气温的影响,与降水无显著相关;全岛平均NDVI的月际变化同时受气温和降水的影响,且气温的影响更为显著,NDVI值对前1个月气温的响应最强,与当月降水的相关性最高,大多数地区NDVI值与前1个月气温、当前月降水呈显著正相关。

厄尔尼诺事件的类型、强度对海南岛秋汛期降水的影响

利用1961—2018年逐月Ni?o关键区海温指数资料、NCEP/NCAR再分析资料及国家气象观测站降水量资料,在定义了厄尔尼诺事件的类型和强度的基础上,利用相关分析和合成分析方法,分析了近58年厄尔尼诺事件的不同类型和强度对海南岛秋汛期降水的影响及其相应的大气环流和水汽输送场的差异。结果表明,厄尔尼诺事件总体有利于海南岛秋汛期降水偏少,但存在类型和强度上的差别。其中轻度中部型厄尔尼诺事件年全岛平均降水量偏少32.5%,偏少概率较气候概率上升了25.0%,降水异常的空间分布表现为西南局部地区的偏多、其余地区的偏少;中等及以上强度东部型厄尔尼诺事件年降水量平均偏少21.7%,偏少概率上升了11.7%,轻度东部型厄尔尼诺事件年降水量平均偏少15.8%,偏少概率上升了7.5%,两者的降水异常空间分布为一致性偏少。海南岛秋汛期降水异常与大气环流和水汽输送密切相关。不同类型和强度的厄尔尼诺事件年可能主要通过影响沃克环流的位置、强度的不同程度变化,造成风场、位势高度场、海平面气压场、垂直速度场、水汽通量及其散度场响应程度上的差异,最终使海南岛秋汛期降水发生不同程度的减少。

基于气候适宜度指数不同权重系数确定方法的茎瘤芥产量预报准确率比较

利用绝对值法、归一化法、相关系数法确定各旬气象条件对茎瘤芥产量影响的权重系数,从而得到不同权重系数确定方法的气候适宜度指数,基于气候适宜度指数与气象影响指数,建立茎瘤芥产量动态预报模型。结果表明,绝对值法与归一化法作为茎瘤芥气候适宜度指数权重系数确定方法,在实际应用中存在一定局限,相关系数法权重系数计算得到的气候适宜度指数能够更好地反映茎瘤芥产量受气象条件影响的变化情况。相关系数法作为气候适宜度指数权重系数确定方法的产量预报模型,在各起报时间模型均通过方程有效性检验,回代检验结果显示,不同起报时间的产量预报准确率平均值为92.0%,归一化均方根误差平均值为0.195,丰歉趋势准确率平均值为70.3%。外推检验显示,相关系数法作为气候适宜度指数权重系数确定方法的产量预报模型,除个别起报日期,其产量预报准确率均表现为90.0%以上的较高水平。丰歉趋势准确率总体较好。说明在利用气候适宜度指数进行产量预报时,相关系数法是一种适用性和准确性较高的权重系数确定方法。

河南省冬小麦灌浆期连阴雨灾害风险评估

基于河南省24个农业气象观测站1981—2020年冬小麦发育期资料和91个气象观测站1961—2020年逐日气象观测资料、冬小麦产量资料,统计了河南省冬小麦灌浆期连阴雨过程均日数、过程均雨量、过程均日照时数、年均过程次数及多年发生频率,利用主成分分析法构建了连阴雨风险强度指数,从发生频率、风险强度指数、产量损失率对河南省冬小麦灌浆期连阴雨开展风险评估。结果表明:河南省冬小麦灌浆期连阴雨过程均日数、过程均日照时数、年均过程次数空间上均呈带状分布;构建的连阴雨风险强度指数对连阴雨灾害有较高的识别能力;连阴雨灾害发生频率、风险强度指数均呈纬向型分布,南部偏高、北部偏低;河南省冬小麦灌浆期连阴雨中、低风险区占比90.3%,高风险区主要分布在南阳东部地区。

四川盆地大气混合层高度变化特征及其与PM_(2.5)浓度之间关系

利用四川盆地2016-2018年的探空资料,估算了3个代表地区(成都、宜宾、达州)最大混合层高度(MMH),运用ERA-interim再分析资料的边界层高度(ERA-PBLH)验证MMH计算结果的可靠性,分析了MMH的概率分布、季节变化特征,并结合同期PM_(2.5)日均浓度资料及地面气象观测资料,探讨了MMH和其他气象因子与PM_(2.5)日均浓度之间的关系。结果表明,四川盆地MMH整体偏低。在季节分布上,成都和宜宾MMH春季的最高,秋季的最低,达州夏季的最高,冬季的最低,这种地区性差异的主要原因来自感热通量及水汽条件的季节变化。总体上PM_(2.5)日均浓度随MMH的升高而逐渐减小。重污染天气多发生在MMH较低、相对湿度较大的情况下,较低的抬升凝结高度限制了混合层的增高,并且气溶胶吸湿增长作用明显,污染物容易聚集。盆地PM_(2.5)浓度的高值主要集中在风速为1.0 m/s左右,盆地内空气流入对当地污染物浓度有明显的增长作用。

京津冀风廓线雷达组网资料评估及应用研究

基于2019年京津冀地区22部风廓线雷达逐小时产品数据,从资料收报率和50%有效数据获取率的探测高度两个角度分析了风廓线雷达探测能力,利用北京探空数据和NCEP1°×1°再分析资料对风廓线雷达水平风廓线数据进行了质量评估,并初步进行了组网资料应用。主要结论如下:(1)风廓线雷达50%有效数据获取率高度69月均能达到指标要求,表现为夏季探测高度高、冬季探测高度低的趋势,边界层风廓线雷达50%有效数据获取率的探测高度最高出现在7月,对流层风廓线雷达的最高出现在8月。(2)风廓线雷达数据和NCEP1°×1°水平风场资料的不同高度层u、v分量的均方根误差平均为3.59 m/s,平均绝对误差平均为2.53 m/s,相关系数平均为0.81,具有最高的可用性,而均方根误差和平均绝对误差从低层到高层整体表现为“增大”趋势。(3)通过风廓线观测资料组网分析,得到不同高度层水平风场、涡度场、散度场及垂直风场等物理量分析产品,并对2019年8月6日一次降雨过程初步进行了产品应用分析,结果显示,组网后的产品能够提供更加精细化的高时空分辨率的物理量分析图,可及时提供更为丰富的高空中尺度水平风场和垂直速度场,能够有效应用到强对流天气分析中。

《气象与环境科学》征稿简则

《气象与环境科学》主要刊载有关大气科学、应用气象、生态与环境科学等领域的具有创新性和应用性的研究成果和有独到见解的综述性论文。本刊旨在促进大气科学、应用气象及生态与环境科学的繁荣,发挥其在社会发展、经济建设、防灾减灾及人民生活中的作用,为气象、农业、环保、水利、林业、民航等部门及相关高校搭建一个高层次的学术交流平台。欢迎国内外专家、学者,气象及农业、环保、水利、林业、民航等部门专业技术人员,高等院校师生赐稿。

《气象与环境科学》征稿简则

《气象与环境科学》主要刊载有关大气科学、应用气象、生态与环境科学等领域的具有创新性和应用性的研究成果和有独到见解的综述性论文。本刊旨在促进大气科学、应用气象及生态与环境科学的繁荣,发挥其在社会发展、经济建设、防灾减灾及人民生活中的作用,为气象、农业、环保、水利、林业、民航等部门及相关高校搭建一个高层次的学术交流平台。欢迎国内外专家、学者,气象及农业、环保、水利、林业、民航等部门专业技术人员,高等院校师生赐稿。

欢迎访问《气象与环境科学》编辑部网站

全文免费查询、阅览、下载《气象与环境科学》编辑部于2009年开通了网上阅览、投稿、审稿、稿件处理系统(见右图)。读者可以在网上浏览和下载本刊各期论文的标题、摘要和正文,也可以了解订阅信息;作者可以网上投稿,查询稿件处理进度,下载审稿意见及稿件修改要求;专家可以在网上审稿。欢迎各位读者、作者、专家访问和使用。《气象与环境科学》编辑部网站经过近年来的运行,现步入正轨,拟不再接收其他形式的投稿,敬请广大作者和读者谅解和支持。

池州地区冬季固态降水相态判别指标研究

采用池州站地面气象观测资料,遴选出20032019年冬半年固态降水过程。根据T-mode主成分分析(TPCA)法,将冬半年环流形势分为一槽一脊型(Ⅰ型)、纬向波动型(Ⅱ型)和两槽一脊型(Ⅲ型)。其中,Ⅰ型的占比最多(45.2%),Ⅱ型的次之(28.8%),Ⅲ型的占比最少(25.9%)。池州地区固态降水主要受中路冷空气影响。统计固态降水过程中的4种降水相态:雨、雨夹雪、雪、直接降雪,共得到降雨样本43个,雨夹雪样本54个,降雪样本39个,直接降雪样本52个,分别统计其出现时间;再根据箱线图法,使用ERA5资料中的高空各层温度、0℃高度、厚度层结,以及气象观测站的地面温度等进行分析,得出判别指标,并进行检验。结果表明:t_(1000hPa)<0℃、t_(925hPa)<-3℃、t_(850hPa)<-3℃且t_(2m)<0.8℃时会出现雨转雪;t_(1000hPa)<-1.3℃和t_(850hPa)<-5.7℃时为直接降雪;中低层普遍存在逆温;0℃层高度<260 m时基本为纯雪,0℃层高度>266 m为雨;H_(700-850hPa)雨雪转换临界值为154 dagpm,153 dagpm以下为直接降雪,H_(850-1000hPa)<129 dagpm为纯雪,128 dagpm以下时为直接降雪;雨夹雪判别指标不明,其中地面气温效果相对较好。

驻马店冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生规律及其对冬小麦产量和品质的影响

为了提高农业气象灾害监测预报预警的科技支撑,科学精准地制定极端天气应急机制,更好地保障粮食安全,针对冬小麦成熟收获期连阴雨发生规律及其对冬小麦产量和品质造成的影响进行了深入细致的研究。选取位于驻马店市南部的驻马店、北部的西平和东南部的正阳3个站点作为全市的代表,利用1981年以来的冬小麦观测资料,确定驻马店市冬小麦的成熟收获期大致为5月20日至6月10日。利用1960年以来气象观测资料,统计分析历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生规律,结果发现,在1960年至2023年的64年里,驻马店市冬小麦成熟收获期5月20日—6月10日发生连阴雨的频率很高,并且主要集中在5月26—31日和6月6—10日。5月26—31日驻马店市大部分地区冬小麦正处于成熟期,此时的连阴雨对冬小麦收打和晾晒影响更大。冬小麦成熟日期临近一周左右的时间内,成熟日与连阴雨发生的吻合度极高,且成熟前的连阴雨多于成熟后的,对冬小麦的产量和品质影响最大,也是影响驻马店市冬小麦产量和品质的一个最大隐患。2011年以来冬小麦成熟收获期发生连阴雨的频率有减少趋势,但发生极端天气和严重连阴雨天气的频率在增多,连阴雨发生天数较长,过程降水量较大,对冬小麦的产量和品质造成的危害更大。建议驻马店南部地区种植春性或弱春性的早熟品种,北部地区种植成熟较晚的半冬性或冬性品种,南部地区尽量赶在5月20日前后成熟,北部地区赶在6月1—3日成熟,以避开5月26—31日连阴雨集中时段。

基于理论-经验模型的春玉米产量丰歉动态气象评估

为了在玉米不同生长阶段进行气象要素影响评价和产量丰歉趋势定量评估,利用1983—2018年吉林省50个气象观测站4—9月逐日降水量、气温和风速等资料,以及各县逐年玉米产量资料,基于春玉米生长发育自然节律和模糊数学原理,将吉林省春玉米划分为5个生育阶段,构建基于诸阶段气象要素的理论—经验产量动态评估模型。该模型充分考虑各生育阶段内降水、气温、大风等关键气象要素对产量影响的比重、地域差异、气象要素综合影响及其阶段累加效应,可在每个生育阶段输出预期产量丰歉评估结果。拟合检验和试用显示模型输出结果客观性和实用性较好,评估模型在丰产年和歉收年的输出结果与实际产量拟合更好,后期评估结果比前、中期结果更贴近实际产量;中部半湿润半干旱区和东部冷湿山区的评估效果略好于西部半干旱地区的。