夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系

利用1960-2016年川渝逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季青藏高原及周边大气热源与四川盆地暴雨的关系。结果表明,青藏高原及其周边的大气热源对四川盆地夏季暴雨频数具有显著的影响。影响关键区分别位于高原中南部及其南侧和高原中东部及其东侧,由此定义了一个影响四川盆地夏季暴雨频数的高原热力差指数Itc,该指数能够较好地反映出盆地夏季暴雨频数的东、西部差异变化特征。当Itc偏高时,副高位置偏西偏北,阿拉伯海、孟加拉湾水汽输送增强,同时贝加尔湖西侧槽或低压位置偏西,盆地西部水汽辐合上升异常增强,暴雨明显偏多;而盆地东部暴雨偏少。当Itc偏低时,副高位置偏东,来自于东南沿海的水汽输送在盆地东部增强,同时贝加尔湖南侧多阻塞形势,使得水汽在盆地东部辐合上升增强,产生暴雨偏多;此时盆地西部暴雨偏少。

不同资料同化对四川一次暴雨过程数值模拟的对比分析

为评估中尺度模式同化常规地面、探空和雷达径向风等不同观测资料对四川暴雨预报性能的影响,以2020年6月14—18日四川一次暴雨过程为例,利用WRF(Weather Research And Forecasting)模式和GSI(Grid Point Statistical Interpolation)同化系统,对常规观测资料和雷达资料分别和同时进行循环同化,开展数值模拟试验,定性和定量地对比分析三组同化试验的降水模拟效果。结果表明:WRF模式结合GSI同化系统对此次暴雨有较好的模拟。针对21 h累积降水模拟,同化常规观测资料较好地改善了暴雨雨带的走向和暴雨的落区;同化雷达资料对降水强度、暴雨范围和小到中雨预报表现较好,小到中雨的ETS评分平均提升0.05;同时同化两种资料对大雨的ETS、POD、FAR和BIAS评分都有改善。针对半日累积降水预报,同化雷达资料对降水趋势的模拟表现最好,同化包括雷达资料的试验对降水落区有较好的改善。针对3 h累积降水预报,同化试验对降水演变均有改善,同化雷达资料表现最好。模式对夜间降水的模拟普遍优于白天,同化试验的改善时段也主要集中在夜间,同化常规资料表现显著。综合21 h、半日和3 h累积降水预报评分结果,同时同化多种资料的降水预报效果不绝对优于仅同化一种资料的降水预报,但至少优于一种资料同化的降水预报评分结果。

四川盆地PM_(2.5)污染的人群暴露风险研究

为揭示四川盆地城乡人群的PM_(2.5)暴露风险特征,通过比较PM_(2.5)暴露强度(EI)、基于原始浓度的PM_(2.5)暴露风险(R)和基于人口加权浓度的PM_(2.5)暴露风险(R^(*))3种评估指标,对四川盆地17个城市共80个国控环境监测站点2016-2020年的PM_(2.5)浓度数据进行分析,并利用综合暴露-响应(IER)模型对四川盆地2016—2020年年均归因于PM_(2.5)污染的疾病致死人数进行评估。结果表明:(1)在四川盆地R^(*)是一种综合考量人口分布及人群环境暴露参数的PM_(2.5)暴露风险评估指标,春、秋季R^(*)高值区集中分布在盆地中西部及南部,夏季R~*高值区集中分布在盆地中西部,冬季R^(*)高值区扩展到整个盆地中部及东部,且各季节R^(*)低值区主要位于盆地周边地区,四川盆地2016—2020年年均R^(*)最大值、最小值分别出现在成都(2.296×10^(-5))、雅安(3.072×10^(-6)),与人口分布的一致性表明未来PM_(2.5)暴露风险防控重点区域应着眼于人口集中的地区;(2)从城乡人群差异看,城市人群R^(*)值于45~<60岁(12~<15岁)达到最高(低)值,18岁以上成年人群的R^(*)值比18岁以下未成年人群高;农村人群R^(*)值于9~<12岁(15~<18岁)达到最高(低)值,成年人群中峰值出现在18~<45岁人群;(3)四川盆地2016-2020年年均可归因于PM_(2.5)污染的健康损失(即过早死亡人数)为12.65万人,其中由中风(STK)、缺血性心脏病(IHD)、慢性阻塞性肺病(COPD)和肺癌(LC)4种疾病导致的过早死亡人数占比分别为52.42%、26.54%、13.37%和7.67%,表明四川盆地大气污染导致的健康负担仍然很重,需要实施更加严格的空气污染控制政策。

川渝地区大气污染物质量浓度时空分布特征

利用2015—2016年川渝地区22个城市121个国控站PM_(2.5)、PM_(10)、O_3、NO_2、SO_2和CO逐时质量浓度数据,分析大气污染物质量浓度的时空分布特征,并探讨其区域差异。结果表明:1)四川盆地城市群颗粒物年均质量浓度超标率高,质量浓度高值区以自贡和成都为中心。O_3质量浓度高值区主要在盆地西部、南部以及攀西地区。NO_2高值中心在成都和重庆。SO_2和CO质量浓度最大值均在攀枝花。2)O_3月质量浓度夏季最高、秋冬季最低,而其他5种污染物冬高夏低。3)PM_(2.5)、PM_(10)、NO_2和CO的质量浓度日变化为双峰型,质量浓度高峰在夜间和上午,日最大值在晚上,最小值在下午。O_3和SO_2日变化为单峰型。日变化特征还存在区域差异和季节差异。高原地区双峰型污染物的上午高峰通常高于夜间,盆地各区域则相反。

气象预报实验教学中心实验教学体系改革探索

从实验教学理念、实验教学体系和实验教学方法等方面对近年来成都信息工程大学气象预报实验教学中心的改革与实践进行了讨论,以观念革新引领实验教学方法和手段的不断创新,在实验教学过程中确立了"面向行业、聚焦业务、立足学生、夯实基础、强化应用、激发创新"的实验教学理念,引入了分类培养和校外校内双导师教学模式。通过科研与实验教学相互融合,实习实践内容与气象预报业务规范相互结合,显著提升了大气科学类专业本科生的实践创新能力与用人单位满意度。

基于科研导师制度的实验教学模式创新探讨——以“数值天气预报”和“雷达气象学”本科教学为例

基于科研导师制度,提出对现有本科实验教学模式的创新探讨,将气象观测和数值天气预报教学与导师科研工作有效融合的教学形式,可使学生的学习动力及效率、专业知识综合应用,以及气象业务能力等方面均显著提升;科研论文、创新大赛成果较以往更为丰硕,形成“教”“学”互助的良性循环机制。创新性实验教学理念和方法为支持学院学科建设,培养既熟练掌握大气科学基本理论和观测应用技能,又能够在业务单位迅速熟悉气象预报系统的高素质应用人才,奠定了坚实的基础。

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。

冬季青藏高原湿中心区域水汽收支及其与中国降水的关系

利用ERA-Interim再分析资料（0.5°×0.5°）、探空观测资料及中国降水月值格点数据分析了冬季青藏高原（以下简称高原）大气水汽含量平均特征、高原湿中心区域的水汽收支特征及其与中国降水的关系。结果发现：冬季高原东南部地区存在湿中心,对应着水汽含量标准差大值中心;高原湿中心区域的水汽从西、南边界输入,东、北边界输出,净水汽收支多年平均为水汽＂盈余＂;该区域冬季净水汽收入、支出34 a总趋势是增加的,而净水汽收支是减少的,但三者均存在4~6 a左右的周期;冬季该区域净水汽收入对南疆、高原东部—四川盆地及云贵高原的降水有较好的指示性,净水汽支出对西南—华南的我国南方大部分地区降水有较好的指示性,净水汽收支则可表征高原东部及邻近地区、长江中游地区的降水;冬季该区域异常多（少）水汽支出年时,我国南方大部分地区的降水偏少（多）,水汽输送场不（有）利于水汽向我国南方的输送及辐合,即其水汽支出的强弱反映了水汽输送的强弱和我国降水的分布,体现出水汽收支通过环流对降水产生重要影响。

基于WRF模式的成都地区热岛效应的模拟研究

为探讨成都地区热岛效应的形成机制,利用WRF模式对2008年7月5~6日成都地区的热岛效应进行了模拟,通过对城市下垫面与非城市下垫面2 m高温度、能量及其辐射的对比分析来揭示成都地区热岛效应的时空特征及形成机制。结果表明：成都地区存在2℃左右的热岛效应;城市下垫面的存在改变了成都地区能量平衡,潜热通量的减少导致能量以感热的形式加热大气,且城市下垫面热容量的减少使得感热通量与土壤热通量增加,导致城市地区温度高于郊县农田地区;城市地区地表反照率的减少,使得城市地区反射出去的短波辐射减少,更多的能量汇集,且夜晚较高的向上长波辐射为辐射冷却提供能量,从而导致城市地区夜晚温度降低速度低于农田,因此,白天升温速率大于农田地区。

京津冀地区无人机低空航路气象环境模拟研究

随着我国低空空域的陆续开放,低空飞行安全气象保障体系正被越来越多的研究学者所重视。京津冀地区无人机产业的发展在国内处于领军地位。基于WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度数值模式,对2015—2019年京津冀地区气象要素进行模拟,模拟结果与气象站观测数据进行误差对比分析,可为该地区无人机低空航路的飞行安全提供建议。结合无人机飞行限制因素,对京津冀地区无人机航路气象要素平均分布和平均垂直分布进行分析,结论如下:1)冬季、春季以及秋季白石山至东灵山出现风速5.5 m/s以上区域,可使无人机飞行产生剧烈晃动甚至炸机,在此区域内飞行应时刻注意风速变化。2)冬季京津冀全区为0℃及以下所控制,由于温度条件限制不适合无人机飞行,其余季节温度范围均在无人机电池正常工作范围之内。3)夏季京津冀地区降雨量大,应注意强降雨对无人机飞行造成的影响。4)垂直方向上低空空域内,冬季、春季以及秋季风速会对无人机飞行造成影响,冬季温度低于0℃不适合无人机进行低空作业。

成都积雨云形成的层结条件分析

为了研究成都积雨云发生时的层结条件,采用中国气象局的探空资料和地面观测资料统计了成都地区2009-2013年积雨云出现时的对流指数和500 hPa、700 hPa、850 hPa 3个层次的物理量,分析了西南涡、低空切变线、低空急流4个影响系统下积雨云产生时的各指数演变图,得出以下结论:(1)春季,K指数在22℃～34℃, SI在1℃～8℃,对流稳定指数在-1℃～12℃,抬升指数在0℃～7℃,A指数在0℃～14℃,成都易有积雨云产生。(2)夏季,K指数在33℃～41℃,SI在-2℃～3℃,对流稳定指数在-15℃～2℃,抬升指数在-3℃～1℃,A指数在2℃～15℃,成都易有积雨云产生。(3)秋季,K指数在29℃～39℃,SI在-2℃～5℃,对流稳定指数在-13℃～5℃,抬升指数在-2℃～4℃,A指数在3℃～15℃,成都易有积雨云发生。

成都地区一次超级单体风暴的观测分析与数值模拟

为提高成都地区超级单体的预报质量,利用成都多普勒雷达资料、NCEP再分析资料以及WRF模式,对2015年7月27日成都地区一次超级单体过程进行观测分析与数值模拟。将模拟结果与观测资料进行对比,模式很好地模拟了此次超级单体过程。模拟结果表明:此次超级单体是由一个孤立单体发展而成的,在径向速度图上负速度区对应钩状回波中的弱回波区,表明弱回波区为超级单体的入流区。超级单体在爆发之前中低层存在一个显著的逆温层,之后发展为湿层,中高层有干冷空气侵入,低层有水汽流入。500 hPa层上成都地区东西方向出现一个涡度对,气流从成都地区的东部上升,西部下沉,成都地区东西两侧为辐合区,东部的辐合区对应涡度场的正涡度区。风暴中的上升气流有很强的旋转性。

CMIP6多模式对三江源冬半年极端降水模拟能力评估

为了评估4个全球气候模式(CMIP6)在三江源地区冬半年极端降水的模拟能力,基于台站监测资料和模式历史模拟数据,针对8个极端降水指数,采用泰勒图及多个统计方法进行量化分析。结果表明:(1)多数模式及其集合平均均能够较好地模拟出三江源冬半年极端降水的年际变化趋势,但模式模拟结果均高于观测;(2)模式对8个极端降水指数空间分布模拟能力较强,其空间相关系数较高,大部分达到0.8且均通过0.01显著性;(3)对不同指数而言,模式模拟差异性较大并且模式对于各极端降水指数的时间变率的模拟能力显著弱于空间分布模拟;(4)对不同台站而言,模式对不同台站间的模拟效果差距明显,但总体依旧是多模式集合平均MAM表现最好。

攀西地区烤烟低温冷害空间分布特征分析

为探讨攀西地区烤烟低温冷害空间分布特征,采用攀西地区15个烤烟种植县气象站1980—2015年4—9月逐日平均气温、最低气温,将攀西烤烟低温冷害类型分为延迟型、障碍型、杀伤型,界定其影响时段为春季大田生长前期,夏季旺长成熟期及秋初成熟采烤末期,逐年统计各站点烤烟春季、夏季及初秋季烤烟不同等级低温冷害的发生频率。结果表明:不同类型低温冷害重度发生频率相对较高的为夏季延迟型、秋季障碍型;中度发生频率较高为春季延迟型、夏季障碍型、秋季杀伤型、秋季障碍型;轻度发生频率较高为春季延迟型、夏季杀伤型。攀西东部昭觉县及攀西西部盐源县,除夏季延迟型低温冷害发生频率相对较低,其余5种类型不同等级低温冷害发生频率都相对较高。烤烟易受低温冷害影响最大的3个县集中在海拔相对较高的盐源、昭觉和木里。

西北地区东部夏季一次典型暴雨的分析和数值模拟

利用地面区域站降水量资料、NCEP FNL再分析资料、风云卫星数据产品以及WRF数值模拟结果，对2013年7月7~9日发生在西北地区东部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨是一次典型的副热带高压（简称副高）西北侧西南气流型暴雨，西风槽和高原槽发展东移，配合副高外围的西南气流及低层低涡切变是造成此次暴雨的主要影响系统。高低空急流的耦合、充沛的水汽聚集、较强的动力作用以及大气层结的不稳定等对此次强降水的发展起到促进作用。WRF模式对此次复杂地形下的暴雨有较好的模拟能力，模拟的降水与实况相吻合，风场、比湿、涡度、CAPE、垂直速度等物理量对此次降水过程有较好的反映。低层气流经喇叭口地形时被抬升并辐合，再配合丰富的水汽场，使得降雨过程得以维持和发展。

西南地区夏季高温热浪时空分布特征及其成因

利用98个测站逐日最高气温资料和ERA-interim再分析数据集,对1979~2018年西南地区夏季高温热浪的时空分布特征及其年际变化异常成因进行研究。结果表明:(1)气候平均西南地区夏季高温热浪频次从东南向西北减少,空间差异显著。近几十年来,西南地区高温热浪总体上显著增多,并表现出明显的年际和年代际变化特征。(2)EOF分解第1模态主要表现为全区一致型,可以反映西南地区夏季高温热浪变化的主要特征。第2模态空间分布大致呈现出南正北负的反相变化特征。(3)西南地区高温热浪偏多可能与对流层中层青藏高原以东至朝鲜半岛的明显高压异常相联系。在这个高压异常的控制下,西太平洋副热带高压向西移动,这有利于西南地区降水减少,云量减少,到达地表的太阳短波辐射增加。同时,东亚西风急流位置北移,可以阻止来自中高纬的冷空气入侵西南地区,引起这里降水减少干旱频发。最终,异常干燥和炎热的地表条件,与有利的大气环流背景相配合,从而造成西南地区夏季高温热浪事件的发生。

烤烟移栽期干旱监测评估模型研究及在攀西地区的应用

【目的】攀西地区烤烟移栽期受干旱影响严重,加之多数烤烟种植区的水利设施较差,雨季开始偏迟的年份,干旱严重,烟苗移栽后成活率低,严重影响其产量和质量。【方法】本文从业务需求角度出发,计算了逐旬烤烟农田水分盈亏指数,并分析其平均状况,从烤烟移栽期干旱指数的变异系数、风险概率、风险指数等多方面分析烤烟移栽期的风险度。【结果】攀西农区大部在烤烟移栽期都处于偏旱范围,且至北向南干旱指数逐渐增大;重旱发生年份较多、风险较大区域集中在西昌、德昌、宁南、普格、会东、美姑及雷波县;攀西地区中部在烤烟移栽期发生重旱的风险概率较大;高风险区位于德昌、米易的部分区域及冕宁县的大部。【结论】在上述高风险区应加强烤烟移栽期干旱监测预警服务,提醒相关部门积极采取相应措施,避免干旱对烤烟在蹲苗伸根期造成危害,影响烤烟最终产量。

ECMWF高分辨率模式降水预报能力评估与误差分析

利用2015—2017年6—8月ECMWF高分辨率模式(ECMWF-Hi)的加工产品,结合我国2400多个国家级气象站逐小时降水观测资料,对ECMWF-Hi产品24h降水预报的准确度、集中度和相关性进行了评估,并与ECMWF集合预报模式(ECMWF-EPS)24h降水预报产品进行比较。为更好地描述预报的集中度,避免单纯用标准差比或平均值比刻画预报集中度的缺陷,建立一个综合标准差和平均值的R指数,用之定量描述模式预报的集中度。结果表明:(1)ECMWF-Hi在均方根误差的检验方面并未表现出优势;而分辨率较低的ECMWF-EPS集合平均预报误差最小。(2)ECMWF-Hi对研究区域降水预报的集中度的整体描述较为准确,离散度与观测较为相似,预报期望也与观测降水的期望最接近,ECMWF-Hi比ECMWF-EPS的集合控制预报与集合平均对观测降水集中度的刻画较为准确。(3)研究区域内各站点R指数分布表明,ECMWF-Hi与ECMWF-EPS控制预报、平均预报相比,对平均值预报不足的站点较多,且这些站点的预报集中度普遍大于观测,ECMWF-Hi的降水预报更接近观测降水。(4)评估应用结果表明,R指数不仅能定性评估模式的集中度,也可定量描述集中度大小。

近20年西南地区地表蒸散与干旱时空变化特征

利用西南5省161个气象站1996~2015年的气温、水汽压数据资料,以及MODIS产品数据,基于改进的混合型线性双源遥感蒸散模型拟合西南地区的地表蒸散状况,并定义蒸散干旱指数(EDI)分析该区干旱时空变化特征。结果表明:(1)西南地区近20 a来实际蒸散呈现明显的增加趋势,春、夏两季蒸散量较大,占全年总量的62.3%;春季由东南向西北递减,广西南部以及云南南部实际蒸散量较大;夏季呈现由东向西递减的趋势,由广西、贵州、重庆向云南和四川递减;秋季与冬季则呈现由南向北递减的规律。(2)潜在蒸散也呈现增加趋势,季节上存在一致性,春、夏两季蒸散量占全年总量的60.6%,空间上相比实际蒸散而言,变化存在一定规律,潜在蒸散量春季、秋季以及冬季呈现明显的由南向北递减的趋势,具有纬向分异规律,而夏季则表现为由东向西递减的经向分异规律。(3)年际间的EDI呈现波动趋势,且近20 a来明显下降,但各年EDI均值都大于0.5,说明整体干旱化程度相对严重。

强迫Lorenz系统的可预报性研究

根据非线性局部Lyapunov指数方法,分别以常数强迫Lorenz系统和准周期强迫Lorenz系统为例,研究了在外强迫存在的条件下混沌系统可预报性的改变.结果表明:外强迫会影响混沌系统的可预报性,两种不同类型的强迫Lorenz系统的可预报期限都随着外强迫的增强而增加,但是大小相等方向相反的外强迫对系统可预报性的影响不同,其中正值强迫比负值强迫作用下的可预报期限更长,并且这种差异随着强度的增加而增大;不同形式的外强迫对可预报性的影响也不同,常数强迫的影响主要体现在误差增长的线性阶段,准周期强迫的影响除了线性阶段还必须考虑到非线性阶段;当强度相等的常数强迫和准周期强迫驱动Lorenz系统时,常数强迫作用下的系统可预报性更高.本文基于混沌理论模型的研究,对于实际大气的可预报性研究具有一定的启示意义.