四川盆地与周边地区的降水垂直结构和宏微观差异研究

为进一步认识地形对降水的影响,利用2014年3月—2020年12月全球降水测量卫星(GPM)星载双频雷达(DPR)探测资料研究了四川盆地(C1)及邻近山地(C2)和高原东坡(C3)降水的垂直结构及宏微观特征和差异。结果表明:(1)GPM/DPR与地面雨滴谱仪的测量结果有较好的一致性。(2)降水样本总数为C1>C3>C2,层性云降水频次远高于对流云降水。(3)两类降水的降水顶高度均为C3>C2>C1。层性云降水,C1能够发展到最强,垂直厚度最大、雨滴谱最宽。降水顶向下,回波强度、雨滴谱和降水强度均增大。0℃层以上,C3回波增强最快;0℃层以下,C1回波达到最强,降水强度增强最快。(4)对于对流云降水,C2和C3弱对流的回波较强、垂直尺度较大,粒径较小而数浓度较高。C1强对流的回波较强、垂直尺度较大,大粒子数浓度更高。降水顶往下,回波强度和降水强度均增强,降水强度廓线斜率最大的地区从C2转为C1,至近地面前斜率均为0。粒径和数浓度变化较复杂,C1以凝结和碰并占主导,C2和C3的凝结和碰并、蒸发和破碎都重要。(5)当近地面产生较小降水强度时,粒子的增长多发生在降水顶以下0.5—2 km;随后蒸发和破碎效应增强,尤其是C1。当近地面降水强度进一步增强时,凝结和碰并作用占主导。

一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征研究

利用第三次青藏高原大气科学试验的垂直探测Ka波段毫米波云雷达(Ka-MMCR)、K波段微降水雷达(K-MRR)和地面雨滴谱仪,结合天气雷达、ERA-Interim再分析资料和FY-2E卫星资料,对那曲2015年8月13-14日一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征进行了研究和对比.结果表明:随高原涡移动,那曲上空先后出现"深厚强对流云-降水(DSP)-深厚弱对流云-降水(DWP)-浅薄对流云-降水(SP)"三个阶段.DSP时间尺度最短、对流最旺盛、发展高度最高,内部的强上升气流使冰晶与过冷水冻撞形成粒径较大的霰粒子,随后又快速沉降并融化成大雨滴,回波垂直变化表现为随高度从上到下Z_(e)逐渐增大和V_(T)逐渐减小;DWP时间尺度最长、对流强度和发展高度次于DSP,内部主要是冰晶的淞附或聚并增长,随后融化成雨滴,从8 km到融化层Ze的垂直变化幅度较DSP更大,但VT减小的速率仅为-1 m·s^(-1),融化层前后Z_(e)突增和V_(T)的突降现象比强对流云更为显著;SP对流强度最弱、发展高度最低,由尺度非常小的积云紧密排列组成,垂直变化大体趋势与前者一致.三个阶段云-降水观测到的回波亮带明显程度为DWP>SP>DSP,雷达谱偏度也可作为判断亮带的重要指示.三个阶段云-降水雨滴谱的宽度和数浓度量级都表现为DSP>DWP>SP.

青藏高原和热带印度洋5月热力异常与新疆夏季降水的关系

基于1979-2017年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的海表温度资料和美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析资料以及青藏高原地区149个站点观测资料计算的地表感热通量和新疆气象信息中心提供的全疆81站逐月降水资料等,研究了5月青藏高原和热带印度洋加热对新疆夏季降水的单独影响和共同影响。结果表明:5月高原感热和印度洋海表温度的异常呈较好的持续性,异常可持续至夏季。奇异值分解(SVD)分析发现5月高原东部(90°E为界)感热与新疆北部及塔里木盆地西南部夏季降水呈显著负相关,热带印度洋海温与塔里木盆地西部夏季降水呈显著正相关。当仅考虑高原感热影响时,高原东部感热偏强(弱)时,对应北疆夏季降水将偏少(多);当仅考虑热带印度洋海温影响时,海温偏暖(冷)时,塔里木盆地西部地区夏季降水偏多(少)。当高原感热和热带印度洋海温均偏强(弱)时,北疆夏季降水将偏少(多),南疆夏季降水将偏多(少)。当高原感热偏强(弱),热带印度洋海温偏弱(强)时,中亚副热带西风急流位置偏北(偏南),中亚和贝加尔湖地区上空分别为异常反气旋(异常气旋)和异常气旋(异常反气旋)控制,新疆上空盛行偏北(南)风,同时热带印度洋水汽不能(能)输送至新疆上空导致新疆夏季降水偏少(多)。

伊朗高原和北非感热异常对夏季塔里木盆地降水的影响

基于1971—2019年日本气象厅提供的JRA-55地表感热、大气环流再分析数据和国家气象信息中心提供的我国陆面逐月格点降水数据,研究了夏季伊朗高原和北非感热异常对同期塔里木盆地降水的可能影响。结果表明:(1)夏季伊朗高原感热和北非感热均与塔里木盆地夏季降水密切联系,将2个区域加热共同考虑,其与塔里木盆地降水的关系要比仅考虑单一区域加热更为紧密。(2)当伊朗高原感热整体偏强,且北非感热呈北弱南强异常分布时,对应中亚副热带西风急流相对偏南,中亚和蒙古高原上空分别为异常气旋和反气旋控制,塔里木盆地上空南风加强;热带印度洋水汽在阿拉伯海与中亚的异常环流配合下北上进入塔里木盆地;以上条件共同导致了同期塔里木盆地降水的增多,反之亦然。(3)北非和伊朗高原加热均可单独影响塔里木盆地夏季降水,其中伊朗高原感热对大尺度环流和水汽输送的影响均显著,因此其与降水的关系也更加密切。北非感热加热的影响主要体现在大尺度环流方面,对水汽输送的影响和伊朗高原存在差异,主要体现在印度半岛上空的异常反气旋位置偏南,导致阿拉伯海水汽无法进入塔里木盆地。

伊朗高原和青藏高原夏季加热对塔里木盆地降水的影响

基于1971-2019年日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)提供的JRA-55地表感热、潜热通量、大气环流再分析资料和国家气象信息中心(National Meteorological Information Center,NMC)提供的逐月格点降水数据,分析了夏季伊朗高原和青藏高原热力异常与同期塔里木盆地降水的关系。结果表明:夏季伊朗高原主导加热方式为感热加热,青藏高原主导加热方式为潜热加热。奇异值分解分析发现,夏季两个高原地表热力异常均与塔里木盆地降水关系密切,考虑两个高原共同热力异常要比单一高原热力异常与塔里木盆地夏季降水的关系更紧密。当伊朗高原感热整体偏强,同时青藏高原潜热呈“北强南弱”的异常分布时,导致中亚对流层中高层气温偏低,对应中亚副热带西风急流位置南移,中亚和蒙古高原对流层中层受异常气旋和反气旋控制,塔里木盆地主要受异常偏南风影响,形成降水有利的环流条件;同时阿拉伯海水汽可以通过两步方式输送送至塔里木盆地上空,西北太平洋水汽受我国北方异常反气旋影响,也可向西输送进入塔里木盆地,为该区域降水提供有利的水汽条件。夏季伊朗高原和青藏高原均可单独加热影响塔里木盆地降水,但是对水汽输送的源地和路径存在一定差异,前者主要影响热带印度洋水汽的向北输送,后者可以同时影响热带印度洋水汽的向北输送和西北太平洋水汽的向西输送。

植被对黄河源区水热交换影响的研究

利用2013—2014年6—8月黄河源区近地面的观测数据进行CLM4.5单点模拟植被变化对近地面水热交换影响和能量平衡的研究。结果表明:(1)100%植被覆盖与控制试验(植被覆盖度为50%)向上短波的模拟差值为-6.76 W·m^(-2),裸地(植被覆盖度为0%)与控制试验的差值为7.76 W·m^(-2)。(2)植被覆盖度降低对向上长波辐射的模拟影响较大,其中裸地与控制试验的向上长波辐射模拟差值为5.34 W·m^(-2),而100%植被覆盖与控制试验的向上长波模拟差值仅为-0.62 W·m^(-2)。(3)叶面积指数减少会使地表反照率增大,但辐射通量整体变化幅度不大。其中向上短波平均增加1.35 W·m^(-2),潜热平均减小8.43 W·m^(-2)。(4)叶面积指数增加会使向上长、短波减少,同时潜热通量输送增大,且叶面积指数增加后,向上长波辐射、感热的变化范围略大于叶面积指数减少时。(5)净辐射受到云的影响较大,其变化范围为200~461 W·m^(-2)。6—7月的土壤热通量在2013年不同深度均达到峰值,其中5 cm深处土壤热通量在6—7月的平均值为6.25 W·m^(-2),最大值为30.34 W·m^(-2)。

登陆热带气旋路径和强度预报的效益评估初步研究

近年来有关热带气旋(TC)灾情的评估指标和方法的研究取得明显进展,但较少涉及TC预报对减少灾害损失的贡献(即效益)分析。基于中央气象台的TC实时路径和强度预报,针对登陆中国大陆的TC,初步分析了TC的路径和强度预报误差与其造成的直接经济损失之间的可能关系,并在此基础上建立了包含TC路径和强度预报误差的TC直接经济损失的预估模型。TC登陆前后24 h的路径和强度预报误差与TC所致直接经济损失均呈正相关关系;对于单个登陆TC而言,若24 h TC路径预报误差每减小1 km可减少因灾直接经济损失约0.97亿元,若强度预报每减小1 m/s可减少因灾直接经济损失约3.8亿元(以2014年为基准年)。可见,提高TC路径和强度预报精度对于减灾的效益巨大,且当前尤以提高强度预报能力的效益为佳。

登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析

采用美国国家环境预报中心NCEP提供的分辨率为0.5°的再分析资料和中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径集,对1979—2010年于30°N以南登陆中国的台风进行合成并分析其高层暖心结构,主要结论如下:(1)登陆台风暖心在登陆前18h左右强度有较明显的加强趋势;(2)登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性,向陆地侧的暖心面积更大;而在登陆方向两侧暖心结构也存在较弱的非对称性,登陆前暖心面积左侧大于右侧,登陆后暖心面积右侧大于左侧。(3)登陆台风暖心的温度梯度分布是不均匀的。越靠近暖心外围,温度梯度越大,越靠近暖心中心,温度梯度相对较小。当暖心强度变化后,暖心内层温度的变化率大于外层。(4)登陆过程中暖心强度在垂直方向的衰减比水平方向更为显著。(5)文中几种台风暖心特征的计算简便,物理含义明确,为实际业务提供了较为不错的定量化参考,方便理解台风暖心结构与台风强度变化之间的关系,具备一定的业务应用价值。

副热带西风急流与中亚夏季降水的关系

基于美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析数据和全球降水气候中心(GPCC)提供的逐月降水数据,研究了副热带西风急流与中亚夏季降水的关系。结果表明,当副热带西风急流位置偏南时,中亚上空受异常气旋控制,印度半岛上空的异常反气旋将阿拉伯海的水汽向北输送,并通过中亚上空的异常气旋接力输送至中亚上空,导致中亚夏季降水偏多,反之亦然。青藏高原夏季风和热带印度洋海温是影响中亚副热带西风急流位置移动的重要因子。当热带印度洋海温整体暖异常时,南亚夏季风减弱,印度半岛降水减少潜热加热减弱,印度半岛西北侧对流层高层受异常气旋控制,导致中亚对流层中高层气温偏低;当青藏高原夏季风偏强时,高原降水增多潜热加热增强,高原西北侧对流层高层对应反气旋环流,导致中亚对流层高层气温偏低。二者共同导致中亚对流层中高层温度降低,形成异常气旋环流,导致中低纬西风加强,中高纬西风减弱,对应副热带西风急流南移,反之亦然。

北非副热带高压与中亚夏季降水的关系

基于1979—2019年欧洲中期数值预报中心(ECMWF)的ERA-Interim逐月再分析数据和英国东安格利亚大学气候研究中心(CRU)的陆面逐月降水数据,分析夏季北非副热带高压(北非副高)与中亚夏季降水的关系。结果表明:北非副高的脊线指数和东伸脊点指数变化与中亚夏季降水联系紧密。在2个指数的单独变化和协同变化下,中亚夏季降水和大尺度环流异常分布存在很大不同。副高脊线主要导致中亚夏季降水南北反相变化,副高东伸脊点位置对中亚中南部降水存在重要影响。当副高位置偏东偏北时,里海和咸海上空受异常气旋控制,哈萨克斯坦大部分地区降水偏多,新疆受蒙古异常反气旋控制,降水偏少;当副高位置偏西偏南时,中亚地区主要受异常反气旋控制,其东北部存在异常气旋切变,对应中亚东北部降水偏多,其余区域降水偏少;当副高位置偏西偏北时,中亚上空受异常反气旋控制,大部分地区降水偏少;当副高位置东偏南时,中亚上空受异常气旋控制,热带印度洋水汽通过两步输送的方式,进入中亚上空,形成有利的动力和水汽条件,导致中亚大部分地区夏季降水偏多。

中亚副热带西风急流的年代际变化及其与环流和降水的联系

基于1961~2016年美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析数据和全球降水气候中心(GPCC)提供的逐月降水数据,研究了副热带西风急流与中亚夏季降水的年代际关系。结果表明,副热带西风急流经向位置在1997/1998年发生年代际突变。急流经向位置突变前,当急流偏南时,中亚上空受异常气旋控制,印度半岛上空受异常反气旋控制,在印度半岛和中亚上空反气旋和气旋的共同作用下,将热带印度洋的水汽接力输送至中亚上空,中亚夏季降水偏多;急流经向位置突变后,副热带西风急流位置与中亚夏季降水的关系减弱,当急流偏南时,中亚上空的异常气旋减弱中心西移,印度半岛上的异常反气旋加强并西移,导致热带印度洋到中亚上空的经向输送减弱,水汽不再深入至中亚东部和北部地区。东大西洋—西俄罗斯型遥相关(EA-WR)和中亚副热带西风急流经向位置存在不同的年代际联系,且对其体现为间接影响。中亚副热带急流经向位置突变前,EA-WR负位相对应乌拉尔山脉地区的异常反气旋,反气旋东侧的异常偏北风将高纬冷空气向南输送,导致中亚对流层中上层气温降低,形成异常气旋,对应副热带西风急流位置偏南;副热带急流经向位置突变后,原乌拉尔山附近上空的异常反气旋东移,不再导致中亚上空对流层中高层气温降低,EA-WR和中亚副热带西风急流经向位置的联系也减弱。中亚副热带西风急流经向位置突变前后,太平洋—北美型遥相关(PNA)正位相均能导致中亚上空受异常气旋控制,对应急流位置偏南。

成都地区污染天气分型及其污染气象特征研究

污染天气分型研究对空气质量预报、污染源总量控制等具有重要的意义。基于2013年1月~2014年12月高空及地面天气形势划分了成都市的天气类型并探讨各天气类型下的空气质量状况及其污染天气特征,以期为空气质量预报和预警提供依据。结果表明,空气污染过程中,500 hpa环流形势主要有两槽一脊型、一槽一脊型、纬向型、槽脊同位相型等,其中两槽一脊型和槽脊同位相型控制下的空气质量最差。发生空气污染时,地面环流形势可分为高压型、高压后部型、高压底部型、低压型、低压顶部型、低压前部型、低压底部型、鞍型场型、冷锋前部型和均压场型,其中高压型、高压底部型、高压后部型控制下的空气质量最差。