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    2021年 第47卷 第1期
    刊出日期:2021
      
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  • 2021,47(1):-[摘要(18)][PDF(85)229.60 K][HTML()]

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  • 2021,47(1):-[摘要(10)][PDF(58)3.20 M][HTML()]

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  • 许健民
    2021,47(1):1-10[摘要(51)][PDF(259)2.33 M][HTML(138)]

    文章展示卫星云图和飞机航拍照片上的云,试图把云的外观表现与大气的三维空间结构、运动,以及可能存在的内在物理过程联系起来进行分析,用对流-辐射平衡理论理解和解释对流云的外观表现。在未受扰动的情况下,层状云在云图上表现松散。动画显示,不同高度上的云,随其所在层面上的风水平飘荡,走向各不相同。当深对流发生时,云剧烈地翻滚,不同高度上的气流,被对流活动联系在一起。有组织的深对流虽然只在很少的地方发生,却是维持对流层大气热量平衡必须存在的。对流活动把太阳照射在地面上多余的热量散布到对流层大气的内部,抵消了对流层里长波辐射的冷却效应,保持了对流层大气内部的热量平衡。
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  • 赵萌初,李清泉,沈新勇,王庆元
    2021,47(1):11-23[摘要(9)][PDF(181)14.88 M][HTML(4)]

    长序列卫星辐射资料的缺乏一直是制约青藏高原(以下简称高原)辐射长期变化研究的重要原因之一。对国际上最新提供的1984—2017年ISCCP-FH(以下简称FH)长序列卫星辐射资料中的大气顶逸出长波辐射(OLR)、到达地面短波辐射(SWD)、地面向上长波辐射(LWU)、到达地面长波辐射(LWD)进行分析,评估了FH辐射资料在全天气条件下的青藏高原地区的适用性。结果表明:与观测相比,FH资料的4种辐射通量气候平均值误差均小于5%,其中OLR和SWD的偏差较小,LWU的偏差最大。FH资料能正确反映高原各辐射通量的冬季增强趋势,OLR和LWD在各季节的长期变化趋势均与观测一致,LWU则呈现虚假的减弱趋势。总体来说,在高原地区,FH资料的地面短波辐射通量比长波辐射通量适用性好。进一步对长波辐射偏差原因分析显示,气温偏差会增强LWD的气候态和长期趋势,而地温偏差对LWU的作用与之相反。辐射模型、云和水汽的差异导致最终FH资料中的LWD气候态和长期趋势较观测略偏弱,FH资料的计算方案在一定程度上修正了地温偏差造成的LWU偏弱。研究结果将为使用FH辐射资料提供参考依据。
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  • 付超,谌芸,尹丝雨,曾智琳,单九生,朱克云
    2021,47(1):24-35[摘要(17)][PDF(118)5.42 M][HTML(4)]

    为量化分析研究湖泊对局地降水强度及性质的影响,基于WRF3.8版本中尺度数值模式及NCEP/NCAR提供的1°×1°时间间隔为6 h的FNL分析资料,进行控制性试验、湖泊陆面化的敏感性试验,对2011年6月14—15日鄱阳湖附近强降水的高值中心开展分析。结果表明:鄱阳湖水体下垫面白天作为“冷源”,对其附近100 km的水平范围、800 m的垂直厚度大气的温度有明显的“降温”调节作用。这种热力条件减弱影响了对流层中低层上升运动的强度与持续时间,造成降水强度减弱、降水时长缩短,最终减少了湖泊附近10%左右的累积雨量;鄱阳湖水体下垫面仅能提高边界层大气水汽的饱和程度(相对湿度),但“降低”了水汽的绝对含量(比湿),是湖泊陆面化后的敏感性试验比控制性试验降水中心强度更大、强降水范围更广的原因之一;湖泊水体下垫面通过“降低”边界层大气温度与绝对湿度,从而使大气具有比敏感性试验更弱的对流有效位能,大气低层(1 000~850 hPa)具有更弱的对流不稳定度,探空反映控制性试验近地层有浅薄逆温结构,其比湖泊陆面化敏感性试验具有更低的CAPE,最终减弱控制性试验降水的对流性质。总体而言,鄱阳湖水体下垫面通过调节边界层大气的温度与绝对湿度,从而改变大气低层的环境条件,并影响初始抬升气块的温湿条件,延缓并减弱垂直运动的持续时间与强度,减弱湖泊附近低层的对流,对大气加热有45%的抑制率,最终减小降水强度与范围。
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  • 陈双,符娇兰
    2021,47(1):36-48[摘要(14)][PDF(138)4.55 M][HTML(3)]

    利用加密降雪观测资料、地面常规观测、FY-2E卫星观测及ERA5再分析资料对华北地区两次融化比存在显著差异的降雪过程其降雪特征、云内垂直热动力结构、降水粒子垂直分布、地面气温和地表温度等进行了对比分析,揭示了热动力垂直结构和水汽条件对降雪过程的雪密度影响。结果表明:融化比较大降雪过程(简称“0103”过程)整层温度偏低,位于对流层低层的-18~-12℃温度层较为深厚,与最大上升运动中心、水汽饱和区相重合,有利于树枝状雪花的形成进而产生较大融化比,其云中粒子以冰相粒子为主;融化比较小降雪过程(简称“1129”过程)整层温度偏高,前述温度层位于对流层高层,较为浅薄,且位于最大上升运动中心下方,其云层下部存在较多过冷水滴,有利于凇附作用进而产生较小融化比; “0103”过程短波槽较浅,导致最大动力抬升层次低,-18~-12℃温度层位于暖锋锋区附近,锋前暖平流有利于深厚温度层的建立和维持,水汽主要来自低层偏东气流输送,导致其水汽含量偏小;“1129”过程主要由高空槽前暖湿气团沿冷锋锋面爬升所引起,动力抬升位于中高层,-18~-12℃温度层位于冷锋锋区上部,温度直减率大,导致-18~-12℃温度层较为浅薄,中层西南风水汽输送提供了有利水汽条件。
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  • 崔静,杨双艳,LI Tim
    2021,47(1):49-59[摘要(11)][PDF(101)5.79 M][HTML(3)]

    基于1979—2016年NCEP-NCAR逐日再分析资料研究了热带季节内振荡(MJO)和北半球冬季高纬地区地表气温(SAT)之间的联系。利用实时多变量MJO(RMM)指数,将MJO分为8个位相,其中位相2(位相6)对应于位于印度洋地区的正(负)对流。不同MJO位相下的SAT合成结果显示MJO第二位相后的5~15 d,北半球高纬地区(60°~90°N、180°~60°W)有明显的负SAT异常;由于热带异常加热信号的改变,在MJO第六位相后的5~15 d该地区则对应于显著的正SAT异常。该地区温度的垂直结构在各个位相下也表现出类似的分布特征。合成的500 hPa位势高度异常场显示,在温度负(正)异常的位相对应有明显的位势高度负(正)异常,这种环流异常主要是由与热带对流异常相联系的向东北方向传播的罗斯贝波列所引起的。通过对波活动通量的计算,推断该东北方向传播的罗斯贝波列很可能是罗斯贝波能量频散的结果。合成的700 hPa比湿异常场和SAT之间在存在着较好的对应关系,考虑到对流层中层的比湿与向下长波辐射之间存在着正相关关系,说明该温度异常也可能与辐射过程相关。上述分析表明与MJO对流相关的大尺度环流异常对高纬地区季节内SAT变率有重要影响,该异常SAT信号可能来自平流输送和辐射过程等。准确把握MJO位相与SAT异常信号的联系也可以为北半球高纬地区SAT的延伸期预报提供一些可靠线索。
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  • 陈锦鹏,冯业荣,蒙伟光,文秋实,潘宁,戴光丰
    2021,47(1):60-70[摘要(13)][PDF(253)1.78 M][HTML(6)]

    应用2017—2018年5—9月福建省观测资料对华南区域中尺度模式(GTRAMS-3 km-RUC)预报进行站点检验,建立和训练基于卷积神经网络的逐时降水分级订正模型,并与频率匹配法进行2017—2018年测试集的对比试验和2019年数据集的模拟业务检验,探讨了试验过程中遇到的样本不均衡、特征变量选取以及模型过拟合问题。结果表明:模式对于15 mm·h-1以上降水的预报能力弱,各订正方法对原始预报均有不同程度的改进作用。从评估指标来看,基于卷积神经网络的订正方法比频率匹配法表现出优势,其中相关系数判别方案下的网络模型对强降水预报的订正效果显著优于其他方法;在输入特征变量选取方面,应用主成分分析方案的模型训练收敛速度比相关系数判别方案更快,最佳训练期有所提前,但也更早进入严重的过拟合状态,而相关系数判别方案能够使网络模型的训练拥有更长的提升期以达到更具“潜力”的状态;基于卷积神经网络的订正方法对减少分类降水预报的漏报率、晴雨和弱降水预报的空报率具有显著作用,其优化程度明显超过频率匹配法。
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  • 李慧,苏立娟,郑旭程,李汉超,李盈盈,张敏,甄林峰
    2021,47(1):71-81[摘要(10)][PDF(101)1.98 M][HTML(2)]

    为深入了解呼和浩特地区降雨和降雪过程中降水粒子谱的分布特征,利用Parsivel观测数据并结合常规观测资料,对2017—2019年发生在呼和浩特地区的8次降雨过程和10次降雪过程的降水粒子谱进行分析。结果表明:雨滴谱和雪花谱都比较符合Gamma分布,平均降雪谱的峰值直径、峰值浓度以及最大直径均大于平均雨滴谱,降水强度相近时,降雪个例的粒子数浓度和尺度参数均大于降雨个例;Gamma拟合的形状因子(μ)和斜率参数(Λ)在降雨和降雪过程中均满足二项式关系,但雪花尺度的变化范围较大导致降雪的μ〓〖KG-*1〗-Λ拟合效果略差;雪花的下落速度小于雨滴的下落速度,降雨过程中雨滴的下落速度多集中于2~5 m·s-1,而降雪过程雪花的下落速度多集中于0.5~2 m·s-1,呼和浩特地区降雪的雪花下落速度更接近于未结凇或干雪的情况。
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  • 王可心,包云轩,朱承瑛,陈粲,袁成松
    2021,47(1):82-93[摘要(13)][PDF(146)2.34 M][HTML(4)]

    基于宁宿徐高速公路三个交通气象站2015—2018年冬季逐10 min实时观测资料,使用随机森林回归模型预报这三个站的未来1 h冬季路面温度,分析了该模型在冬季路面温度预报中的可行性和适用性。研究结果表明:随机森林回归法可以被用来预报高速公路冬季路面温度,不同类型的交通气象站点的特征输入方案和参数调试标准存在差异;与简单特征相比,引入的复合特征能更好地补充解释交通气象站所处的环境和气象要素,且其对普通路面交通气象站和靠近桥梁、水体的交通气象站的区分度更高,故引入复合特征的随机森林回归模型可以被用来预报高速公路冬季路面温度,且其在对普通路面交通气象站和靠近水体、桥梁的交通气象站的预报效果较好,而对服务区交通气象站的预报效果略差;袋外误差率的降低并不代表预报精度的提高;引入复合特征的随机森林回归模型不论在何种天气状况下,均可用于各不同类型交通气象站冬季路面温度的预报,雨雪天时的预报效果最佳,阴天其次,晴天略差。
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  • 姜丽霞,赵慧颖,曲辉辉,闫平,李秀芬,翟墨,于瑛楠
    2021,47(1):94-105[摘要(6)][PDF(60)806.06 K][HTML(2)]

    利用1981—2016年黑龙江省玉米农业气象观测站的资料,引入中华人民共和国气象行业标准中水分亏缺指数(KCWDI)、≥10℃积温距平(H)指标,分别对玉米出苗—乳熟期干旱、低温冷害进行判识,规定同一站、同一年内干旱、冷害均有发生为两种灾害复合发生,并分析其时空分布特征,以数理统计方法构建KCWDI和H与玉米产量的关系模型,同时应用比较方法探讨两种灾害单一发生及复合发生的温水逆境对玉米产量的影响。研究结果表明:1981—2016年,研究区玉米出苗—乳熟期KCWDI、H的变化较好表达了研究区水资源空间配置特征及气候变暖趋势;分析期内,研究区玉米出苗—乳熟期累计发生单一干旱242站年,单一冷害76站年,干旱、冷害复合发生91站年;干旱、冷害复合发生随时间呈减少趋势,20世纪90年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上呈西多东少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗—乳熟期H和KCWDI与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P<0.05或P<0.01),在一定温度、水分范围内,H减少、KCWDI增大,玉米单产呈下降趋势;总体上,存在干旱、低温冷害单一发生或复合发生程度愈重则单产愈低的趋势。比较干旱、低温冷害复合发生和单一发生对玉米单产的影响可见,复合发生中干旱(低温冷害)的时间、日数、程度等与单一发生的干旱(低温冷害)相当时,则干旱(低温冷害)与低温冷害(干旱)复合发生对玉米单产的影响呈加重趋势。
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  • 杨舒楠,路屹雄,张芳华,陶亦为
    2021,47(1):106-116[摘要(10)][PDF(102)6.73 M][HTML(3)]

    以热带风暴艾云尼(1804)为研究对象,利用常规、非常规观测以及NCEP分析资料等探讨了 “弱”台风的持续性强降水成因。大尺度环流背景导致“艾云尼”引导气流很弱,台风移速缓慢,长时间维持在我国近海。南海季风爆发初期的异常强西南季风和台风马力斯(1805)的偏东急流将水汽、动量持续向台风环流输送。净水汽收支诊断显示:台风影响前期,水汽主要来自南边界;后期,东边界水汽流入增加,维持了台风环流的持续性水汽输入,造成广东沿海水汽通量辐合及高湿、高能环境条件的持续。广东沿海长时间维持较强东南向岸风,在海岸线及沿海地形作用下低层辐合持续,叠加高空辐散,为强降水的持续产生和中尺度对流系统的触发提供了有利动力条件,对流层低层东南风风速增强与降水量陡增吻合较好。台风中尺度对流系统活跃,伴随5个阶段的中尺度对流雨带的发生、发展。沿海地区对流不断新生、中尺度螺旋雨带发展、台风本体降水和外围中尺度对流雨带的叠加以及两条暖湿输送带中海上对流的移入等,共同造成广东沿海中尺度对流系统的持续存在和持续性强降水的产生。
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  • 刘芸芸,王永光,柯宗建
    2021,47(1):117-126[摘要(28)][PDF(154)7.17 M][HTML(7)]

    2020年夏季我国天气气候极为异常,全国平均降水量为373.0 mm,较常年同期偏多14.7%,为1961年以来次多;季节内阶段性特征显著,6—7月多雨带主要位于江南大部—江淮地区,8月则主要在东北、华北及西南地区,致使2020年夏季雨型分布异常,不是传统认识上的四类雨型分布。通过对同期大气环流和热带海温等异常特征分析发现,6—7月,欧亚中高纬环流表现为“两脊一槽”型,东亚副热带夏季风异常偏弱,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)较常年同期显著偏强、偏西,第一次季节性北跳偏早,第二次北跳明显偏晚,且表现出明显的准双周振荡特征;使得来自西北太平洋的转向水汽输送偏强,并与中高纬不断南下的冷空气活动相配合,水汽通量异常辐合区主要位于长江中下游地区,导致江淮梅雨异常偏多。热带印度洋持续偏暖对维持6—7月西太副高偏强偏西及东亚夏季风异常偏弱起到了重要作用。8月,欧亚中高纬环流调整为“两槽一脊”型,蒙古低压活跃;西太副高也由前期偏纬向型的带状分布转为“块状”分布,脊线位置偏北;沿西太副高外围的异常西南风水汽输送延伸至华北—东北南部,形成自西南到东北的异常多雨带,与6—7月江淮流域降水异常偏多的空间分布有明显不同。异常的热带大气季节内振荡活动是导致8月中低纬大气环流发生调整的重要原因。
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  • 聂高臻,高拴柱
    2021,47(1):127-132[摘要(21)][PDF(101)3.50 M][HTML(4)]

    2020年10月北半球大气环流特征主要表现为极涡呈偶极型,强度与常年平均相近;西太平洋副热带高压在130°E附近断裂成东西两环,整体而言其强度相比常年平均明显偏强,东段位置显著偏东偏北;月内副热带高压经历了东退减弱又再次西进的过程。10月全国平均降水量为30.1 mm,较常年同期偏少16%。全国平均气温为10.4℃,接近常年同期。月内有4次全国性冷空气过程,以中等强度冷空气为主,20—23日为一次较强冷空气,并引发了扬沙天气。共有两次暴雨过程,一次由弱冷空气背景下低层切变线引起,另一次由台风引发。西北太平洋及南海共有7个台风生成,较多年平均偏多3.3个;其中有1个台风登陆。月内发生一次雾-霾天气过程。另外,华西秋雨较常年同期偏多,降水时长偏长。
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