1981-2000年中国大陆1.6m地温场时空变化特征

利用模糊C均值聚类法对1981-2000年中国157个1.6m地温观测站的20年平均地温值进行了客观分类,将全国1.6m地温场分为四类,并对各类地温场20年区域月距平值进行了集合经验模态分解。结果表明:(1)中国1.6m地温场可以客观地分为四类区域,分别是冷区(T_(1.6)≤9℃),包括东北地区和青藏高原地区;暖区(T_(1.6)≥18℃),包括长江中下游地区和华南地区;次冷区(9℃≤T_(1.6)≤15℃),主要包括西北地区;次暖区(15℃≤T_(1.6)≤18℃),主要包括淮河流域地区;(2)模糊C均值聚类分析得到的四类地温场的月距平都有明显的准1.5年和准4年变化周期;(3)在1981-2000年间四类地温场的变化趋势分为两种,分别是持续上升型(包括冷区和次冷区)和先降后升型(包括暖区和次暖区),并且上升的幅度随时间增大,尤其是20世纪90年代以后,四类地温场的增温趋势越来越明显。

中国大陆地区不同降水资料的适用性及其应用潜力

降水资料中的分析和再分析降水数据可以弥补台站观测数据的不足,对于气象学和水文学具有重要的应用价值。利用目前国际上7种具有代表性的分析和再分析格点降水数据与全国621站的降水数据进行了对比分析。结果表明,7种逐月降水资料在不同地区的适用性不同,用格点资料研究西部地区的逐月降水情况会导致较大误差。中国西部部分地区多年平均偏差在50%以上,累计误差数超过总样本数的30%。中国东部地区平均偏差在10%左右,累计误差数不超过总样本数的30%。利用卫星反演的降水比模式计算的降水适用性更好,局地主要降水系统类型和台站数据的不足是影响各降水数据适用性的主要原因;利用卫星反演和数值模式计算的降水都会导致降水数据中的系统偏差和正态分布,与降水资料的非正态性不符。未来的降水产品应该是综合台站观测数据、卫星反演产品和模式计算结果各自的优点,互补不足,以提高降水产品的适用性和应用潜力。

中国大陆强震月季预测三步法和2010年实际预测检查

本文提出了强震成因的外核对流上升体顶托说,根据强震前时纬残差的大振幅摆动的观测结果,在一些假定之下,可估算得到外核上升流的速度可达到100 m/s,比板块运动要快8个量级,它可能是整个地球内部最快的一种运动,是震、旱、涝等天灾的肇因.强震三要素预测的先后顺序是:震级、震中、和发生月季.2010年两次强震预测的三要素有1～2项预测准确,看来此强震预测三步法可以继续试验.

黄河源区近40年参考作物蒸散量变化特征研究

选取位于黄河源区10个气象台站1971—2010年观测资料,运用彭曼—蒙蒂斯公式计算出各站参考作物蒸散量(ET0)。通过数学统计、相关分析、小波分析等方法对黄河源区ET0分别作了空间分布、年内变化和年变化等特征分析,结果发现源区ET0空间分布不均匀,呈现西北部大于东南部。年内ET0逐月变化表现为典型的单峰型;源区ET0的四季分布差异较大,夏季蒸散量最大,冬季最小,春、秋季次之。各季节ET0与气温和日照呈显著正相关,而与降水量和相对湿度呈明显负相关。ET0年际变化为逐年波动式上升趋势,整个源区年平均ET0以6.1mm·10a-1的气候倾向率逐年增大。40 a间ET0曾出现过两次较为明显的准周期变化,分别在20世纪70年代中期至80年代中期,约为准8 a周期,1990年以后基本表现为准5 a周期变化。

中国夏季最大雨区落区预测方法讨论

利用1980-2011年地震资料及夏季降水资料,对1980-2011年夏季中国最大雨区与最强拍涡位置进行了分析。结果表明,最大雨区与最强拍涡的位置相差在4个经纬度以内者占75%,因此,最大雨区的落点是可以通过计算拍涡位置来预报的。最大雨区面积与拍涡强度成正相关关系,相关系数为0.33,通过了0.1显著性水平检验。拍涡强度受两次地震出现时间的影响,若两次地震发生的时间间隔较短,表明其振动位相相近,共振和拍的作用会较强烈,使拍涡变得较强;随着时间间隔的增长,共振作用会越弱,多雨区面积也会越小。

黑河中上游不同下垫面反照率特征及其影响因子分析

利用黑河中上游6个自动气象站2008年6月-2009年5月的观测资料,分析了该地区6种典型下垫面反照率变化特征和太阳高度角对反照率的影响,针对垭口站和花寨子站分别讨论了积雪和土壤湿度对反照率的影响。结果表明,不同季节太阳高度角对反照率的影响不同,不同的下垫面影响的程度也不一样。在积雪下垫面,太阳高度角对反照率的影响最大,其次为森林;在牧草和农田站,夏季植被生长旺盛季,太阳高度角对反照率的影响要比冬季的大。观测资料分析表明,表层土壤湿度对反照率的影响非常显著,零星小雨虽然不能渗透到地表以下,但仍会引起表层土壤湿度增加,导致反照率出现短时明显降低。不同的降雨量对反照率的影响也不同。根据年平均反照率得出各种下垫面反照率的相对关系为高寒草甸>荒漠>牧草>农田>稀疏草地>森林。

黄河源区植被覆盖度对区域气候影响的数值模拟

利用1997-2006年8km空间分辨率的AVHRR/NDVI,得到了与区域气候模式RegCM3具有相同分辨率的植被覆盖度时间序列,并用其替代RegCM3模式中默认的植被覆盖度,对黄河源区主要气候要素进行了数值模拟。结果表明,使用卫星遥感估算的植被覆盖度,模拟的黄河源区气象台站月平均气温更接近实测值,局地降水量也有一定的改善,近地面感热通量和潜热通量的模拟精度也有一定的提高,且潜热通量的模拟效果比感热通量的相对要好些。

近51年我国对流层顶高度的变化特征

利用NCEP/NCAR的对流层顶气压多年月平均和逐月平均再分析资料,运用EOF和REOF方法对近51年中国对流层顶高度的空间分布和时间演变特征进行了详细分析。结果表明,中国地区热带对流层顶(第二对流层顶)和极地对流层顶(第一对流层顶)的边界线,2月最南,8月最北,较高的热带对流层顶从2月开始,逐渐北进,8月到达最北界(44°N附近),然后开始南退,2月其北界处于最南端,在29°～30°N附近;我国29°～44°N之间的中纬度地区,对流层顶高度的年变化幅度较大;对流层顶高度场有三种主要的模态:第一种为全区一致的偏高(偏低)型;第二种为南高(低)北低(高)的南北相反分布型;第三种为南北地区-中部地区相反分布型。对对流层顶高度场进行REOF分解可将中国地区分为6个气候分区,即华南区、新疆区、东北区、华北区、长江流域区和青藏高原区,各区对流层顶高度最大值一般都出现在夏季,最小值出现在冬季,只有华南区的最大值出现在春季,最小值出现在夏季。中国地区对流层顶高度的年际变化和长期趋势具有十分明显的区域性。

金塔绿洲土壤中蒸发/凝结过程的初步分析

利用2005年6月27日～7月4日金塔绿洲地表及0.40m土壤温度观测资料作为边界条件,结合一维土壤热传导方程计算了该时段0.05,0.10和0.20m深处的土壤温度。通过比较同时段观测值与计算值的观测,发现0.05m深处的土壤温度计算值与观测值的差异最大。结果表明,在方程中只需简单考虑浅层土壤蒸发/凝结过程,便可以使模拟结果得到显著改善。金塔绿洲地表能量通量分析表明,08:00～12:00浅层土壤有虚假的热储项;而在12:00～16:00则有偏大的地表潜热通量。这些能量不闭合现象可部分归结为在观测时未充分考虑绿洲浅层土壤蒸发/凝结过程。

2000～2008年黑河流域潜在蒸散量的时空变化

[目的]研究2000~2008年黑河流域潜在蒸散量的时空变化。[方法]利用2000~2008年黑河流域21个气象站的逐日气候资料,结合FAO Penman-Monteith模型,分析了黑河流域9年来潜在蒸散量（ET0）的时空变化特征,并对其主要气候影响因子进行了探讨。[结果]黑河流域春、夏、秋、冬四季和年的ET0序列变化呈现缓慢上升趋势,但并未达到显著性水平;多年平均ET0空间分异特征明显,表现为从东北荒漠向西南山区逐渐减少,且多年季节变化依照夏、春、秋、冬季的顺序递减,逐月变化呈单峰变化趋势,峰值出现在7月。相对湿度、平均风速和水汽压是影响研究区内ET0变化的主要气候因子,而平均气温对ET0的影响作用不显著。[结论]该研究为制定流域规划、地区水利规划及排灌工程提供理论依据。

三套位势高度再分析资料在青藏高原地区的对比分析

利用ERA40、NCEP/NCAR和JRA25再分析资料以及青藏高原(下称高原)地区的探空资料和1979年高原地区第一次气象科学试验资料,较详细地比较了高原地区位势高度的分布和变化特征。结果表明,三套再分析资料在高原地区具有一定的相似性,但仍存在明显的差别。相比较而言,再分析资料与探空资料位势高度值呈显著正相关关系,JRA25再分析资料的相关系数最大,其标准差最小;但是在高原中部和南部地区,ERA40再分析资料偏差略小于NCEP/NCAR和JRA25再分析资料。再分析资料与第一次高原气象科学试验资料之间具有显著的空间相关性,其相关系数随高度的升高而增加,在400hPa达到最大值,同一标准等压面上再分析资料与试验资料的空间相关性之间存在着差别。

利用探空气球升速判定敦煌夏季白天边界层高度的分析

大气边界层高度是表征大气边界层的一个重要参数。利用2009年8月20～23日在甘肃敦煌进行的9次探空试验资料,分析了位温和探空气球的上升速度随高度的变化特征。结果表明,探空气球的上升速度也可以作为大气边界层高度的判定指标。通过分析用位温与探空气球上升速度所定的边界层高度,得到敦煌盛夏的边界层高度最高可达到4 300m,平均为3 500m左右;有云时边界层高度较晴天低;边界层高度的日变化上午比下午低。理论分析表明,边界层内的湍流减小了对气球的拖曳力,使得探空气球的上升速度较快,而边界层以上由于湍流作用减弱,气球的上升速度小于边界层内的上升速度。

台风莫拉克的偏振参量演变分析

2009年8月6～10日X波段双线偏振多普勒雷达对200908号台风"莫拉克"(Morakot)进行了观测,根据台风的移动路径和进入雷达观测区域的台风不同部位,分为台风螺旋雨带、台风眼壁和台风后雨带3个部位,针对这3个部位的偏振参量及粒子信息进行了比较分析。结果表明,浅对流普遍存在于台风各个部位;台风各部位均有过冷水和湿雪存在,台风后雨带中还有少量霰粒子和冰雹粒子;且台风融化层特征明显,各部位均存在高ZDR、低ρHV(0)层带和小范围的高KDP层;台风眼区的粒径较其他两个部位粒径偏小;通过偏振参量统计发现ZH、ZDR和ρHV(0)垂直分布特征明显,不同部位差异较大,KDP在不同部位统计特征差异较小。

2009年1月-2010年4月我国地气系统的演变分析

利用2009年1月-2010年4月地震、3.2m地温、降水场资料对该时段地气系统的演变特征进行了分析,解释了其气候变化原因,并初步估计2010年全国汛期降水形势。结果表明,强震是破坏"正多负少规则"的重要因素,震前的孕震三步曲、震后两强震连线中点的拍频涡及强震后准半年周期性干旱共同组成了影响2009年气候异常的控制系统。

我国北方500hPa春、夏季平均长波年际异常的EOF分析

利用1958—2008年全球逐日2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)和谐波分析方法对我国北方地区春、夏季平均长波进行了分析。结果表明:(1)我国北方春季平均长波主要表现为亚洲北部从咸海到日本存在一个完整的长波:巴尔喀什湖到我国罗布泊地区以长波脊活动为主,我国东北地区以长波槽活动为主,长波槽、脊的强度均呈增强趋势;夏季平均长波主要表现为乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍次克海地区的长波脊、槽、脊分布,蒙古国到我国北部地区多为长波槽活动,近51年来长波槽存在减弱趋势。(2)春季平均长波的距平变化主要表现为我国西北、华北地区与其上游和下游邻近地区存在反相关关系;夏季平均长波距平变化和春季相比有所东移,即我国北方大部分地区距平变化与其上游和下游地区存在反相关关系。

地气要素结合的廊坊地区暴雨落区预报方法

从地气耦合的观点出发,利用1980-2009年冀中廊坊地区暴雨资料、MICAPS资料、地面0 cm、地下10 cm和20 cm地温资料,以及气温、水汽压和气压等地面气象要素资料,详细分析了廊坊地区暴雨天气过程的地气要素分布、变化特征、配置关系以及暴雨落点预报等问题。结果表明:(1)廊坊地区暴雨主要出现在4-10月,单点暴雨、局部暴雨是该地区暴雨最突出的特征之一;(2)每一次暴雨过程都是一个非常复杂的地气耦合相互作用过程,大范围强暴雨通常还有在热带海洋上生成,携带大量水汽登陆北上的热带气旋等含有水圈贡献的参与影响;(3)地面0 cm、地下10 cm和20 cm日平均温度分别在25,24和23℃以上的时段与暴雨的发生时段有较好的一致性;(4)地气要素的分布、变化与配置对暴雨预报有较好的参考价值,而地气要素高点对暴雨落点有重要的预报指示意义;(5)在识别暴雨天气影响系统的基础上,从地气耦合的观点出发,充分考虑地气要素的分布与配置特征,叠加互补各地气要素高点对暴雨落点预报是一个有效的途径。

2010年我国天灾预测结果的回顾

2010年是我国的一个重灾年,利用天灾(旱、涝、震)预测方法,对2010年4月14日玉树强震、西南地区2009-2010年秋、冬、春季连续大旱、汛期长江中下游和青海省多雨、2010年8月7日晚暴雨引发的舟曲泥石流等天灾的预测过程进行了分析。结果表明,洪涝、干旱和强震等天灾均可与地球外核的对流活动(Benard对流)相联系,外核对流上升体对壳幔层的顶托是地震形成的原因。由于上升体中心与附近下沉体中心连线的中点是垂直速度的水平切变最强点,很可能就是震中位置所在。两个对流上升体在其中点因共振而形成的"拍频"效应是暴雨形成的原因;而强震后地壳复原(拉伸)效应则是干旱形成的原因。为了与岩石圈中渗流体的"浅地下系统"相区别,把这些活动统称为"深地下系统演变"。

高原复杂地形条件下慢天线测量值的订正

利用青海大通地区高精度GPS时钟同步的7站慢电场变化资料,以点偶极模式为基础,运用穷举法并结合非线性最小二乘法对发生在2009年野外观测期间11个负地闪的26次回击产生的电场变化进行了拟合。对拟合结果最优的各站订正系数进行了统计,求出了以主观测站为基准的各站慢天线订正系数,即各站慢天线观测值受海拔高度和植被遮挡等因素影响程度。同时,利用各站的平均订正系数拟合得到各次回击所中和的电矩和等效电荷中心的位置。结果表明,各站慢天线都不同程度受到场地因素的影响,各种不同的环境因素对慢天线的测量有放大或屏蔽的效果,得到的订正系数是慢天线在高原复杂地形条件下各种环境因素综合作用的结果。负地闪回击中和电矩的垂直分量为11.6～66.0C.km-1,中和电矩的等效中心高度为1.6～6.8km。

河北省廊坊地区暴雨预报的地气学方法

利用1981 2011年发生在中国及周边地区4级以上地震资料和廊坊地区降水资料,首先分析了落在廊坊地区境内的地震"拍涡"和河北省境内4级以上地震引发的"震源涡"对廊坊地区降水的影响,然后进一步统计分析了由于地热涡产生和活动引起的地温场分布、变化与暴雨天气产生和落区分布关系,最后对2011年廊坊地区降水与暴雨个例进行了检验分析。结果表明,由4级以上地震引发的落在廊坊地区境内的地震"拍涡"及河北省境内4级以上地震相伴的"震源涡"可导致廊坊地区降水异常和偏多;一年中由于地震频发落在廊坊地区境内形成的多个地震"拍涡",其存在可以导致廊坊地区数月降水的异常和偏多。从地气学的角度分析,影响廊坊地区多雨和暴雨的主要地气系统是地震"拍涡"和"震源涡"。通过对2011年廊坊地区降水及暴雨个例的分析表明,掌握地下中强震活动信息,充分利用地热涡形成引起的地温场变化以及地热涡最强点("超能值")的分布,结合天气影响系统的诱发,对暴雨及其落区预报具有非常重要的预报参考价值。

雷暴条件下高能辐射能量的探测和初步观测

利用由NaI(加微量Tl)和CsI(加微量Na)共同组成闪烁计数器探测器对雷暴条件下的高能辐射进行了初步观测。结果表明,雷暴条件下的辐射比晴天条件下的辐射复杂的多,其能量高出约6 000～10 000keV。当雷暴过程中闪电引起的近地面电场变化较强时,探测器所测得的能量相对较高;而当雷暴过程中闪电引起的近地面电场变化较弱时,高能辐射能量则相对减弱,这从一定程度上说明雷暴条件下高能辐射能量的变化增强。