青藏高原冬春积雪异常对中国东部夏季降水频次和强度变化的影响

基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料,采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法,分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明:(1)基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著,大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势。(2)高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多,使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加,但华北中雨和小雨类型的增加占比较大,而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献。(3)积雪异常偏多年,高原热源作用减弱,500 hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构,西风急流位置偏南并加强,副高脊线偏南。在上述环流条件下,西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域,伴随大气垂直运动增强,导致该区域强降水的强度增强、频次偏多;华北地区受“鞍型”场环流结构控制,虽然较小量级降水频次增加,但水汽输送较弱,降水强度变化不显著。上述研究结果,可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其短期预测提供预示性信号。

相控阵技术在天气雷达中的初步应用

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短了雷达扫描周期,但是由于相控阵天气雷达其波束宽度与增益不是定值,而是随着仰角发生变化,同时相控阵天气雷达采用了脉冲压缩技术,因此需要对Probert-Jones提出的经典雷达气象方程中的波束宽度和增益参量进行订正,才能运用到对相控阵天气雷达反射率因子的估算中。本文通过对相控阵天气雷达波束宽度与增益特性的分析,在经典雷达气象方程的基础上给出了有关相控阵天气雷达的雷达反射率计算方法,分区域给出了详细的反射率因子估算参数,并在此基础上进行反射率的估算,为相控阵天气雷达的定标与定量测量提供理论基础。

风廓线雷达估算大气返回信号功率方法研究

基于风廓线雷达大气返回信号功率谱中噪声电平的估算方法，统计分析了北京延庆对流层风廓线雷达（CFL-08）2006年10～12月的探测数据。对该频段风廓线雷达环境噪声的空间和时间变化进行了分析，观测期间环境噪声在5km以下随高度递减，10月的平均环境噪声大于11月、12月的平均分布。给出目前风廓线雷达用信噪比估算大气返回信号功率的两种方法，并对两种方法进行了环境噪声的剔除，经过修正后的大气返回信号功率输出结果趋于一致。

TREC算法在人工影响天气作业指挥系统中的应用

雷达回波外推是解决人工影响天气指挥炮点作业时间选取的有效途径。文章介绍了雷达回波外推的相关性跟踪方法(TREC),由TREC矢量得到的回波移向移速,以6 min为间隔,线性外推4次回波,根据外推回波是否落在炮点的有效射程范围内,得到回波到达炮点射程范围的时间,为炮点作业时间的选取提供参考。个例分析表明,外推回波落在炮点有效射程范围的外推时间与回波实际落在炮点的有效射程范围内时间点基本吻合。

青藏高原冬春多源积雪资料年际变化尺度上的适用性分析

青藏高原冬春积雪变化具有显著的年际变化特征,其对中国东部夏季降水预测具有一定指示意义。由于特殊的复杂地形,青藏高原气象站点分布稀疏且不均匀,再分析数据和卫星数据提供的高原积雪资料的不确定性是影响和制约积雪变化及其天气气候效应研究中的一个关键问题。本文基于青藏高原台站观测、再分析(ERA5和NOAA-V3)和卫星反演(MODIS雪盖以及IMS雪盖)的多源积雪资料,采用偏差分析、均方根误差以及相关分析等多元统计方法重点检验了多源高原积雪数据在描述积雪年际变化特征方面的不确定性。通过比较不同积雪资料的时空分布和变化特征,以期提升多源高原积雪资料适用性的认知,并为相关研究提供有意义的参考。分析结果表明:(1)就再分析数据给出的积雪资料而言,ERA5雪深资料相较NOAA-V3雪深,对高原站点观测雪深的描述效果更好。除了高原中东部分站点外,ERA5雪深数据的平均偏差和平均均方根误差均较小,而NOAA-V3雪深数据的平均偏差和均方根误差在整个高原范围内均存在一定程度的高估;(2)再分析(ERA5和NOAA-V3)和卫星反演(MODIS雪盖以及IMS雪盖)积雪数据和高原站点雪深均在年际变化特征上具有较好的一致性;其中ERA5再分析积雪数据与高原站点观测雪深数据在长期趋势上更为类似;另外,北半球雪盖与站点观测雪深的年代际变化趋势更加类似;(3)再分析资料(ERA5、NOAA-V3)的雪深和雪盖在高原的分布存在空间差异性,其中NOAA-V3在多雪年和少雪年的大值区都位于高原南部、北部边缘以及高原中东部,而ERA5的大值区主要分布在高原的中东部、西部以及南部边缘。然而,每种再分析数据各自的雪深和雪盖之间差异较小,且积雪异常年份的差值分布较为一致,无论是雪深还是雪盖,正异常区都位于高原中部、西部和南部边缘,负异常区则都在高原北部;(4)三种卫星的雪盖在多雪年大值区都位于高原中东部、南部以及西部地区。不同卫星数据在积雪异常增多年份雪盖的差值分布也较为一致,但再分析资料体现出的高原北部边缘的负异常并未在卫星雪盖资料上体现出来,此结果可能与卫星反演积雪数据的涵盖时间短以及处理方式不同有关。

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅰ):天气特征、层结与水汽条件

利用常规、加密自动气象站以及NCEP1°×1°再分析资料,对北京"7.21"特大暴雨过程天气特征和环境条件进行了初步分析。结果表明:1)降水过程由锋前暖区和锋面降水组成。暖区降水持续时间长,小时雨量大,具有典型的"列车效应",是造成特大暴雨的主要降水过程。2)中高层低涡东移、副热带高压北抬、中低层低涡暖式切变线影响是暴雨主要形势特征,暴雨发生在低层低涡右前部暖式切变和高空强辐散气流下方。3)暴雨过程开始前对流层中低层存在双层湿暖盖。位势不稳定层结的建立机制主要与低层增湿和中层变干的湿度差动平流有关,而低层增湿和中层变干过程与中低层风向转变相关联。4)暴雨发生前0—6 h对流层整层不断增湿,且对流层中高层比低层增湿效应更加明显。与普通暴雨增湿过程和水汽主要集中在对流层中下层不同,深厚的湿度层次,较低的凝结高度和自由对流高度是其显著特征。

台风雷达三维组网产品显示系统研制

在台风组网产品生成系统的基础上,根据台风监测预警的实际情况,开发台风雷达三维组网产品显示系统。该显示系统兼顾实时处理和历史数据分析的需求,实现了台风三维组网产品的实时监测、动画显示、风场叠加等多种功能,并运用切面插值算法、台风非对称性方向识别算法实现了最大对称轴和非对称轴的自动定位及其切面显示、台风不同距离的平均RHI切面显示。介绍显示方法、相关算法和主要功能模块,并使用"黑格比"台风作为实例,结合图像分析台风的非对称性和移动路径、强回波区、螺旋雨带的对应关系,取得良好的应用效果。

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅱ):垂直运动、风垂直切变与地形影响

本文是"北京7·21特大暴雨成因分析"的第二部分,从上升运动、风垂直切变以及地形影响等方面进一步探讨暴雨成因。所用资料包括常规、加密自动气象站、多普勒雷达观测以及NCEP 1°×1°再分析资料。分析表明:1)高空急流辐散与低层低涡切变线、地形辐合线、地形强迫抬升等共同作用构成的强烈上升运动触发和增强了暖区强降水;低涡东移、锋面系统进一步增强了上升运动,触发形成锋面降水过程。2)较强的风垂直切变是"7·21"特大暴雨区别一般暴雨的另一个环境场特征。3)对流层中层西南引导气流加强、地面辐合线呈西南—东北向、云团移向前方存在上升运动中心、水汽通量辐合中心以及位势不稳定中心。这些因素造成对流云团在辐合线附近一个个生成,并向前方辐合和位势不稳定中心移动而形成"列车效应",造成特大暴雨灾害天气。4)地形对"7·21"暴雨存在迎风坡、喇叭口地形、地形中尺度辐合线等多种增幅作用,使得北京西南部山区成为对流云团的触发和加强区域。

C、X波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析

双线偏振多普勒雷达是探测和研究降水粒子相态结构的一种有效手段并且已经取得了较多的研究成果。但是对于一部特定雷达来说,要进行资料分析和预处理以及评价其探测性能仍然比较困难。以国家灾害天气重点实验室的C波段双线偏振雷达及北京市气象局的X波段双线偏振雷达观测的一次降水过程资料为例,在保证资料的可信度的基础上统计分析双线偏振资料中的差分反射率因子ZDR、水平和垂直信号相关系数ρHV与信噪比SNR的关系。研究发现:差分反射率因子ZDR在信噪比小于20dB时受系统误差影响较大,水平和垂直信号相关系数ρHV在信噪比小于20dB时资料变得不可信,并根据系统误差订正方法对原始资料ZDR进行订正,通过订正后的ZDR资料能够较好地反映实际情况,同时通过拟合得到的KDP与实际情况也相吻合,结果达到定量估测降水、相态识别精度的要求。

古气候模拟进展

古气候模拟对研究古气候变化,检验模式模拟与现代气候状况完全不同的古气候的能力,以及未来气候预测等都具有重要的科学和社会意义.国际古气候对比项目(PMIP,Paleoclimate Modeling Intercomparison Project)开展十多年来,取得了许多成果,我国科学家在古气候模拟方面也做了相当的研究.本文通过介绍古气候模拟的方法,评述PMIP试验和其研究成果以及中国科学家所做的研究工作,以使人们更多地了解古气候模拟研究工作的重要意义.