结合ArcGIS技术探讨“气象灾害影响及风险评估”课程新模式

当今社会对气象防灾减灾工作的要求越来越高,如何减少气象灾害引起的损失,加强气象灾害风险管理成了迫切的需求。“气象灾害影响及风险评估”作为一门新兴的课程,旨让学生通过理解灾害风险评估中致灾因子危险性、承灾体易损性、防灾减灾能力等组成要素,建立风险评估模型,进行气象灾害风险预警和管理,为学生从事气象应急减灾相关工作打下坚实的基础。结合ArcGIS技术,通过对课程设计、课程实施等方面进行研究,探索“气象灾害影响及风险评估”课程新模式,提出了符合风险评估本科教学要求的实践教学体系和主要内容,以提升师资队伍的实践指导水平,提高课程的教学效果,为学科设计和教学工作的开展提供参考依据。

相似台风“纳沙”和“海鸥”在雷州半岛产生的降雨差异及其可能机制研究

利用常规气象站点观测资料、区域自动气象站观测数据、雷达数据和ERA5再分析资料,对两个相似路径台风“纳沙”(1117)和“海鸥”(1415)在广东雷州半岛(LP)产生的降雨特征差异及可能机制进行研究。结果表明:“纳沙”过程降雨量和最大降雨量分别是“海鸥”的1.5倍和2.4倍,其中“纳沙”过程降雨量分台风环流降雨和台风槽降雨两个阶段,而“海鸥”仅有台风环流降雨。这主要因为“纳沙”登陆后,南亚高压和副热带高压断裂为东、西两部分环流,LP地区高空维持强辐散,低空西南气流和东南气流汇合为偏南风急流,同时锋区引导冷空气从850 hPa以下入侵到“纳沙”台风槽内,斜压效应加剧对流发生,并且在其台风环流影响减弱后,LP地区低层辐合再次加强,进而形成降雨产生的有利条件,促使台风槽降雨增强。而“海鸥”台风登陆后,受南亚高压和副热带高压主体加强南压影响,且在台风环流减弱后,LP地区低层迅速由辐合转为辐散,下沉气流抑制对流发展,从而导致台风槽降雨难以形成。此外,还发现LP地形对台风降雨中心落区有一定影响,降雨中心易出现在LP三个高峰南侧迎风坡。结果对于影响LP的台风降雨预报与诊断具有一定参考意义。

基于ERA5再分析资料的冬季南海北部低云日变化研究

低云对区域辐射能量平衡和天气、气候具有重要意义。利用ERA5再分析数据和中国香港探空站资料研究了冬季南海北部低云日变化机理。主要结论如下:(1)南海低云量呈现西北多东南少、夜多昼少,低云高度呈夜高昼低,低云厚度呈夜厚昼薄的特征。(2)冬季南海北部低层大气稳定性强,海气界面稳定性弱,云层下方边界层混合均匀,有利于低云形成。(3)夜间,陆风环流系统改变海洋风场和湿度场的分配,异常南风使近海水汽辐合抬升,为云层发展提供水汽。(4)夜间逆温层强度虽弱但发生频率更高,且云底以下边界层退耦减弱,边界层混合加强,云顶短波辐射加热作用消失,促使低云的产生。这都将有利于提高人们对南海低云日变化的理解和数值模拟能力。

粤港澳大湾区城市规模扩张对一次降水过程影响的模拟研究

粤港澳大湾区近三十年城市规模迅速扩张,其形成的城市效应在现今和未来均会对当地天气气候产生一定影响。本研究基于区域气候模式WRF,采用1990年、2020年以及假设城市规模最大化的广东省土地利用数据,针对2021年6月22~23日粤港澳大湾区发生的一次强降水事件进行模拟。模拟结果表明:粤港澳大湾区近三十年来城市规模扩张形成的热岛效应激发了反气旋式偏差环流,更多水汽由珠江口和南海被输送到城市区域并形成辐合,大气处于湿对流不稳定状态,引起垂直上升运动增强,配合中高层增加的水汽,使得降水增多,增量甚至可达到暴雨级别;当城市规模未来进一步扩大后,城市热岛效应更为显著,激发的偏差环流将城市水汽带离城市,城市干岛效应明显,在干对流不稳定的作用下低层垂直上升运动有所增强,但由于水汽不足,部分城市降水有所增加但不明显。

华南海雾研究进展

从海雾的气候特征、生消机制、微物理化学特征、遥感监测和模式预报等方面,回顾近年来开展的华南地区海雾研究。结果表明:华南海雾研究已经取得了许多重要的研究成果,但对于华南海雾的年际、年代际特征,华南不同地区的海雾微物理化学特征以及海面海雾与陆面海雾观测对比研究还不够,遥感监测及模式预报方面还有一定欠缺。为了对华南海雾有更加深入的认识,这些方面的研究需要进一步加强。

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。

不同驱动场对东亚区域再分析系统中华南台风降水影响的对比研究

使用ERA-Interim和ERA5两套再分析资料分别驱动东亚区域再分析系统(East Asia Reanalysis System,EARS),并输出2015年一年期试验再分析资料,通过评估其中3次代表性的华南登陆台风降水过程,对比不同驱动场对该系统的影响,研究发现以ERA5驱动的EARS输出结果较ERA-Interim驱动的结果更准确,尤其在丘陵和山地等复杂地形下的降水模拟改进明显。进一步用ERA5驱动的EARS输出结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)新一代陆面再分析资料ERA5-Land对比分析,发现ERA5-Land对于台风大尺度降水的把握更好,而EARS对中小尺度降水过程的再现更完整,特别是对沿海降水的模拟更准确。相较于ERA5-Land,EARS目前同化的观测资料有限,对物理过程参数化方案的选择仍欠准确,后续需要有针对性地改进。

春季青藏高原感热异常对副热带东北太平洋低云的影响

【目的】探究春季青藏高原感热异常对同期副热带东北太平洋(Subtropical Northeastern Pacific,SNEP)低云量的影响。【方法】基于卫星观测和再分析资料,采用回归分析、相关分析、合成分析以及模式模拟等方法,分析青藏高原感热与SNEP低云量的关系。【结果与结论】(1)青藏高原感热和SNEP低云量奇异值分解的第一模态方差贡献率为33.76%,时间序列相关系数达0.84。(2)春季青藏高原地表感热异常增加时,大气环流异常自青藏高原到SNEP呈现“+-+-+”的准正压波列状结构。SNEP异常反气旋环流会加强北太平洋副热带高压强度,使其向东北移动。同时,异常正压反气旋环流加强下沉运动,大气低层逆温层强度加强,低云高度降低。(3)反气旋环流东南侧的东北风异常加速背景风速,导致海表感热增加,海气界面稳定度减弱,湍流混合运动加强,因此有利于海面向云层输送水汽,促使低云量增加。(4)青藏高原感热异常强年的响应显著大于弱年,体现不对称性。本研究探究青藏高原与SNEP低云变异的物理联系,可为SNEP低云的预测提供参考。

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm^-3、0.116 g/cm3和5.6μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32535μmol/L和53466μmol/L,K^+浓度远高于Mg^2+和Ca^2+,而东海岛岸边海雾相反。

青藏高原大气热源研究述评

【目的】综述前人对青藏高原大气热源的研究成果,探究大气热源与南海夏季风的关系。【方法】归纳高原大气热源研究进展,采用诊断分析方法探究高原热源的时空分布及与南海夏季风的关系。【结果】1)青藏高原夏季(冬季)大气是热(冷)源,冷热源的季节转换发生在3月,热源强度7月达到最大;2)热源中潜热贡献最大;3)不同资料和方法在描述热源时空分布时存在一定不确定性;4)高原夏季大气热源与南海夏季风呈明显负相关。基于大气热源,构造南海-青藏高原夏季海陆热力性质差异指数,该指数显示1980―2016年海陆热力性质差异有年代际减小的趋势。

关于21世纪初增暖停滞现象的研究综述

1引言近一百多年全球地面平均温度(常指2 m大气温度,Global mean surface temperature,简称GMST)有明显的年代际增温趋势,同时存在显著波动特征。从观测和模拟的结果来看,20世纪中期和21世纪初期是两个明显的增暖停滞时期,增温幅度很小。21世纪初期的Hiatus事件中,GMST增温幅度明显小于1979-2005年的0.18 °C /10yr[1]。最早关注此次Hiatus事件的是Carter[2],他发现1998-2005年间GMST并未增加。2009年,Easterling等[3]和Knight等[4]先后对此次事件进行了研究。随着Hiatus现象的持续,科学界才越来越重视,探讨其成因、影响以及未来是否仍将持续的问题[5]。我国科学家就此问题也进行了积极探索[6]。

近50 a ENSO时频特征及其与南海台风的相关性

【目的】分析表征ENSO事件的特征值和南海台风活动的多时间尺度结构特征及其相关关系。【方法】采用日本气象厅东京台风中心(JMA)1967-2016年西北太平洋TC最佳路径数据集,统计分析了近50 a来南海台风活动月频数。同时又采用Morlet小波变换、交叉小波变换、小波相干等方法,分析了近50 a来ENSO事件时频变化特征及其与南海台风相关性。【结果与结论】ENSO循环具有2-6 a的主周期;7-10月南海台风活动最为频繁,其频数时间序列存在准2 a尺度周期;ENSO指数与南海台风活动频数的相关表现在多个时间尺度上。1970-1978年、1995-2000年,ONI指数和南海台风活动频数在2-6 a周期尺度上具有较好的相关关系,并且南海台风活动频数变化先于ONI指数半个周期。1980-1985年间,在1.5-3 a的周期尺度上SOI指数和南海台风活动频数具有较好的相关关系,且两序列同步变化。

阳江复杂地形对特大暴雨影响机理的数值研究

采用中尺度天气预报模式WRF(Weather Research Forecast)对广东省阳江地区2019年5月26日00时—28日00时暴雨事件进行数值模拟,并通过一系列的地形敏感试验,讨论地形对暴雨发生和发展的影响。结果表明:地形对暴雨的影响显著,地形的高度影响暴雨的强度和位置;与未作任何改变的控制试验相比,地形降低试验和细网格地形高度取平均试验无山脉的阻挡,阳江地区无爬流和绕流运动及相对涡度减小,南风将低层水汽和能量带到更北的位置,暴雨中心随之北抬;增高地形试验,由于山脉阻挡,更多水汽和能量堆积,以及地形的阻挡产生绕流和爬流运动,绕流有利于局地涡旋生成,爬流运动会增加垂直运动速度,正涡度中心增强,低层的水汽辐合上升凝结,造成更大暴雨。

1960—2017年南海热带气旋强度突变特征

【目的】探究热带气旋强度突变的年际、月际以及日变化等特征,揭示南海热带气旋强度突变的特征。【方法】采用1960—2017年联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)最佳路径资料,根据热带气旋(tropical cyclone;TC)强度突变的标准,将TC强度变化分成突然增强、缓慢增强、突然减弱和缓慢减弱等4类。【结果与结论】南海TC和4类TC总数没有显著变化,但迅速减弱类TC和缓慢增强类占TC总数的比率呈现显著下降趋势(P<0.05)。6—10月为TC强度突变高发季节,但4类TC个数占各月TC总数比率并没有高度集中在6—10月。夜间(18时到次日06时)南海TC发生加强的现象相对较多,白天时段相对较少,而减弱类TC则相反。各类强度变化的TC强度与TC移速变化呈现显著负相关(P<0.01)。即TC强度发生变化时,当TC强度较大时,TC移动速度增长幅度并不大,甚至出现移动速度减小的现象。反之,当TC强度较小时,TC移速会加快。对于环境场因子,垂直风切变对迅速加强类TC影响较大,其次是海温。

太平洋年代际涛动对南海夏季季节内振荡的调制作用

【目的】探讨太平洋年代际涛动(PDO)不同位相下其对BSISO时空特征、强度等产生的影响。【方法】利用NOAA云顶向外长波辐射和NCEP-DOE再分析资料研究PDO不同位相下夏季(5-10月)BSISO的活动特征和PDO影响BSISO的可能机制。【结果与结论】PDO影响BSISO的周期:暖位相下BSISO活动周期较冷位相下活动周期短,暖位相周期主要是10~50 d,而冷位相周期主要是10~40 d和60~70 d。冷暖位相周期均在10~40 d显著,而PDO暖冷位相分别在40~50 d、60~70 d相对显著。PDO影响BSISO的活动轨迹:PDO暖位相下对流活动在西太平洋上呈东南-西北向的移动趋势,而PDO冷位相时对流从印度洋向东北移动,对流中心可延伸至热带西太平洋,后转向西北移动直至南海上空。PDO影响BSISO的原因:PDO暖位相时,西太平洋有强的东风剪切异常,有利于对流的向北移动。而冷位相下,孟加拉湾至南海及以南区域东风垂直剪切异常、比湿正异常以及比湿的经向梯度共同作用驱动对流向北移动。此外,PDO暖位相较冷位相位势高度偏高,因而对BSISO活动强度起到抑制作用。

热带气旋生成指数对印度洋热带气旋频数变化的适用性研究

本文利用ERA51979-2019年逐月大气再分析资料计算南北印度洋热带气旋生成指数,并和IBTrA CS观测数据进行比较,探讨用热带气旋生成指数研究南北印度洋热带气旋变化特征的适用性.研究发现热带气旋生成指数能较好地刻画南北印度洋热带气旋的空间分布特征、北印度洋热带气旋个数月变化的双峰结构,以及南印度洋比北印度洋热带气旋发生概率高等特征.最新的IBTrA CS v4.0观测资料显示,40年来北印度洋热带气旋每年总生成个数平均每10年增加1.3个,频数的增加主要来源于热带低压和热带风暴,而南印度洋热带气旋每年总生成个数每10年减少2.8个.热带气旋生成指数能很好地描述北印度洋热带气旋生成个数的上升趋势,但对南印度洋热带气旋生成个数趋势的刻画与观测不一致,可能原因需要进一步深入研究.

动力降尺度和多物理参数化方案组合对华南前汛期降水集合预报的影响研究

针对华南前汛期降水过程,基于全球集合预报系统(GEFS)资料,利用WRF中尺度模式以及GEFS动力降尺度获取的区域集合预报初值场,通过多物理过程参数化方案组合和模式积分方法实现华南前汛期降水的区域集合预报。对2019年5月15日—6月15日共32天的华南前汛期降水过程进行了单一物理过程区域集合预报(REFS_SINGLE)和多物理过程区域集合预报(REFS_MULTI)的数值模拟批量敏感性试验,通过GEFS、REFS_SINGLE和REFS_MULTI的对比分析,探讨多物理过程参数化方案组合对华南前汛期降水的影响,同时利用一次华南前汛期暴雨过程进一步探讨集合预报试验的预报效果。结果表明:(1)REFS集合平均的预报效果明显好于控制性预报。(2)REFS降水集合离散度与预报误差的对应关系好于GEFS。(3)积分48小时后,REFS_MULTI和REFS_SINGLE的扰动能量分别是GEFS的4.7倍和6.3倍。(4)降水级别越大,REFS的TS评分效果就越好于GEFS;REFS_MULTI略微好于REFS_SINGLE。(5)基于32天的批量试验,REFS的AUC值有28天大于GEFS,REFS_MULTI有22天大于REFS_SINGLE,表明REFS的预报技巧好于GEFS,且REFS_MULTI的预报技巧好于REFS_SINGLE。

发掘传统文化中农业气象学术资源培育大学生文化自信

“大思政”背景下,在高等学校进行文化自信的培育,是当前多元化、信息化时代加强大学生德育的迫切需求。该文以广东海洋大学大气科学本科专业课应用气象学课堂教学为例,围绕古文诗词中的农业气象话题,通过课堂互动、撰写小论文、开放式考核等方式激发学生学习的兴趣和对中国古典文化中科学精神的探索热情,培育大学生文化自信。

1979——2017年南海SSTA时空特征及其与沃克环流异常的相关

利用1979—2017年HadISST月平均海面温度资料、ERA-Interim大气资料以及GPCP Version2. 3集合降水资料,分析了南海海面温度距平(SSTA)场的时空分布特征,并从南海降水异常的角度探讨了在ENSO期间,沃克(Walker)环流异常对南海海面温度异常(SSTA)的影响过程。结果表明,南海SSTA场分别存在全海域一致模态、东西反位相的偶极子模态以及纬向三级子正负位相三个主要模态,且三个模态都具有显著的准2 a及4 a左右的年际振荡周期,反映了南海SSTA与ENSO现象的高度相关性。对Walker环流异常的分析表明,Walker环流异常与ENSO事件及南海SSTA存在较好的相关。ENSO事件发生时,Walker环流异常移动通过"云辐射反馈过程",使得南海海面温度(SST)发生改变,因此Walker环流在ENSO影响南海SST异常过程中起到"大气桥"的作用。

海陆差异对一次强暴发性气旋影响的数值模拟研究

本文利用多种观测资料、再分析资料及WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式,对2017年12月23—25日发生于中国东部沿海入海加强的一个强暴发性气旋进行了研究,并探讨了海陆地形和热力差异对暴发性气旋发展的影响。该暴发性气旋的最大加深率为1.7Bergerons,其下垫面经历的“海洋-陆地-海洋”的复杂变化对其发展过程产生了显著影响。该气旋登陆朝鲜半岛时,气温降低,水平风速减小,上升运动增强,降水增加;而离开朝鲜半岛后,气温升高,上升运动减弱,降水减少。海陆差异的敏感性试验表明,陆地下垫面对气旋发展的动力作用主要是通过地面摩擦和地形抬升来实现的,而海洋对气旋发展的作用则主要表现在海表面热量和水汽传输方面。当气旋经过陆地时,由于陆地表面摩擦较大,气旋中心近地面水平风速减小。而较高的地形则会产生较强的上升运动,形成较强降水,促进类CISK(Conditional Instability of Second Kind)机制,使气旋加强。当气旋位于海面上时,冬季海面温度高于陆地,海洋向气旋输送更多的热量和水汽,从而更有利于气旋的发展。