ISSN 1004-4965

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2019年  第35卷  第3期

论著
局地水汽异常引起的非绝热加热对2016/2017年中国南方暖冬的影响
郑彬, 黄燕燕, 谷德军
2019, 35(3): 289-295. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.026
摘要:
基于NCEP/NCAR再分析资料, 利用气温异常的倾向方程分析2016/2017年中国华北地区(100~115 °E, 35~45 °N)、西南地区(85~102 °E, 22~33 °N)和南方地区(108~118 °E, 22~33 °N)的暖冬事件。结果表明西南和华北地区的平流作用占主导地位, 而2016/2017年冬季中国南方暖冬主要是非绝热加热引起的。进一步通过水汽收支平衡的分析表明, 局地水汽异常对2016/2017年中国南方暖冬有重要贡献, 而其中土壤的水汽贡献约占50%。可能的机制如下:大气中正的水汽异常引起辐射加热增多, 导致气温升高, 土壤的感热增大, 土壤温度升高, 潜热通量变大, 从而向大气的水汽输送增多, 更多的水汽将导致更高的温度。
近10年台湾海峡海面风场的时空特征变化动态分析
潘卫华, 林毅
2019, 35(3): 296-303. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.027
摘要:
利用台湾海峡ASCAT海面风场数据和气象观测资料,通过EOF和统计方法综合分析台湾海峡海面风场2007—2017年10年的时空模态变化特征,使用Mann-Kendall法和滑动t-检验法对10年间海面风速进行突变检验,对台湾海峡海面风场季节变化时空特征进行分析研究。(1) “狭管效应”在台湾海峡海面风场上呈现明显的季节性特征,其中春季、秋季和冬季海面风场季节性特征显著,夏季表现不明显。受台湾岛地形和季风环流影响,台湾岛南北两端海面易出现风速增强的角流区,岛中央山脉背风区易出现低风速尾流区。(2) 10年间台湾海峡海面月平均风场EOF空间模态受台湾岛地形影响显著,台湾海峡海域为异常值偏差中心,易发生风速突然增幅和风向改变。时间模态大体表现为季节性振荡型变化,振幅在10年中表现为不活跃,呈逐年递减趋势。(3) Mann-Kendall法和滑动t-检验法等方法的突变检验结果表明风速并未发生显著性突变,10年间台湾海峡海面风速特征表现为从正相位向负相位的改变,且随着趋势持续加大,将可能发生风速突变。
广西冬季降水的低频特征及其与MJO的联系
何洁琳, 陆虹, 何慧, 李艳兰, 周秀华
2019, 35(3): 304-312. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.028
摘要:
应用广西壮族自治区国家气象站降水,NCEP/NCAR逐日再分析资料,NOAA逐日向外长波辐射(OLR)等逐日资料,NOAA-CPC热带大气季节内振荡(MJO)指数等,使用经验正交函数分解方法分析了广西冬季降水的气候特征;用功率谱、带通滤波、相关分析和滞后线性回归等方法,以及定义MJO相关降水事件,研究了广西冬季降水异常偏多年的降水低频特征及其与MJO的联系。(1)广西冬季降水特征以全区一致型分布为主;冬季降水异常偏多年份的逐日降水具有14~26 d的低频周期。(2) MJO强对流在赤道印度洋东部发展并东传到西太平洋热带地区时,广西可出现冬季持续强降水。(3)当MJO异常对流在印度洋东部热带地区产生,中南半岛地区到华南地区上空为异常低频偏南和偏西南气流,有利于降水形成;当印度洋东部热带地区为MJO对流抑制区,华南地区上空为异常低频偏东气流控制,不利于降水产生。(4)华南地区上空大气环流的异常是由热带印度洋地区的MJO对流激发的Rossby波列造成。
春季对流层温度的季内和季节以上分量对南海夏季风爆发的年代际变化的相对影响
尤俊丽, 简茂球, 林晓霞
2019, 35(3): 313-323. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.029
摘要:
南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现显著的年代际提早, 探讨了大气要素场的不同时间尺度分量季节演变的年代际变异对南海夏季风爆发时间的年代际变异的相对影响作用。南海夏季风爆发时间的年代际提早与南海季风区对流层经向温度梯度季节性逆转的年代际提早有密切联系。南海季风区5月中对流层经向温度梯度年代际增强主要由季风区北部温度的年代际显著增暖造成。季内分量和季节以上分量对1993年之前南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏晚的作用同等重要。经向温度梯度距平的季节以上分量主要源于季风区北部温度相应分量的贡献, 而季节内分量则主要由南部相应分量影响所致, 并由25~90 d分量所主导。季节以上分量对1994年之后南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏早的贡献要大于季节内分量的贡献。经向温度梯度距平的季节以上分量和季内分量对总距平的正贡献都主要来自于季风区北部温度相应分量。两种季内低频分量对温度梯度季内分量的贡献率相当, 10~25 d分量主要由南海北部温度相应分量所主导, 25~90 d分量对总距平的正贡献也源自北部分量。准双周振荡分量对各年代南海夏季风爆发具有明显的触发作用。
惠州市臭氧污染特征及其与气象条件关系研究
李明华, 甘泉, 曹静, 张子凡, 沈瑾, 李文胜, 陈超, 李娇娇, 黄潮, 范绍佳
2019, 35(3): 324-331. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.030
摘要:
利用广东省惠州市区2013—2016年逐日、逐时的环境和气象资料, 研究了珠江三角洲(简称“珠三角”)东侧惠州市臭氧污染特征及其与气象条件关系。结果表明:惠州市臭氧污染具有明显的月和季节变化特征, 10月臭氧平均浓度最高, 臭氧超标日和污染日主要出现在7—10月。惠州市臭氧浓度日变化呈单峰变化, 06—08时最低, 最大值出现在午后14—15时。臭氧浓度变化和气象条件关系密切, 低浓度臭氧大多出现在气温较低、相对湿度和风速较大、云量较多伴有降水、日照时数较小的天气, 臭氧浓度超标多出现在气温较高、相对湿度和风速较小、云量较少一般无降水、日照充足的天气。惠州市臭氧超标主要出现在地面和低空偏西风下, 这可能与惠州市处于珠三角城市群下风向的区域污染输送有关。
利用风廓线雷达对广东前汛期短时强降水类暴雨过程低空风场特征的研究
周芯玉, 廖菲, 胡东明
2019, 35(3): 332-342. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.031
摘要:
为了更加深入地了解暴雨中尺度系统,利用风廓线雷达资料,对2012—2014年发生在广东前汛期的短时强降水的暴雨过程临近时次的低空急流强度、低空急流高度、低空急流指数以及各层垂直风切变等物理量进行了分析研究。研究结果表明:(1)在广东前汛期,86%的暴雨过程都会有短时强降水的出现; (2)2 km高度以下最大风速呈正态分布特征,主要集中在10~21 m/s之间,60%以上的强降水发生前3小时低空急流便已经存在,且随着强降水的临近,低空急流的比例逐渐增大,超过80%的过程强降水出现时有低空急流相配合; (3)暴雨发生前低空急流强度基本维持,最低高度逐渐降低。强降水出现时次,低空急流表现出逐渐加强的特征,最低高度也明显下降,从而导致低空急流指数I增大; (4)地面到不同等压面的垂直风切变随着高度的增加而逐渐减小,其中强降水发生时地面到925 hPa垂直风切变相较于暴雨发生前有所增大,而地面到850 hPa及700 hPa垂直风切变在强降水发生时则表现出下降的特征; (5)选取暴雨发生前各类物理量的中值作为暴雨发生的阈值,则低空急流强度在13.5 m/s左右,最低高度为1 km左右,低空急流指数I为6×10-3 s-1左右,地面到925 hPa、850 hPa以及700 hPa之间的垂直风切变分别在7.3×10-3 s-1、6×10-3 s-1以及4×10-3 s-1左右。
利用风廓线雷达研究郑州机场低空急流特征及其对飞行的影响
李健, 栗敬仁, 田军
2019, 35(3): 343-352. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.032
摘要:
利用2016、2017年郑州机场高分辨率边界层风廓线雷达半小时平均观测资料, 对机场上空低空急流时空分布特征进行统计研究, 结果表明:夏末、秋季低空急流出现次数相对较少, 春季、夏初是高发时期, 冬季易出现较强的超低空急流, 只有春季风速从低层到高层呈现先增大后减小、再增大的变化过程, 8月末可能是急流的时空转换期; 夜间和凌晨是高发时段, 白天降低30%~40%, 一般情况下, 00—12时(世界时, 下同)急流较弱, 12时后明显增强向上发展, 19时开始减弱, 持续至21时; 急流中心最大风速一半以上在12~18 m/s, 高度集中在60~180 m和300~900 m, 超低空急流占大部分, 夜间出现最大风速的概率远高于白天; 低空急流发生高度大部分在飞机起飞或着陆的范围内, 使飞机复飞概率增加, 对夜间航班影响更大。
基于动力相似方法的台风极端降水概率预报研究
姜丽黎, 余晖
2019, 35(3): 353-364. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.033
摘要:
采用动力与统计相结合的方法,对台风引起的极端降水事件进行概率预报方法的研究,回算并评估了25个在2012—2015年间登陆中国的台风。此外,还对该预报方法的相似成员数和有效概率阈值进行了敏感性试验。试验结果显示,该台风极端降水概率预报方法具有一定的预报技巧,能准确预报多数产生极端降水的站点,但预报范围略偏大,空报率较高。相似成员数的敏感性试验表明,100%的相似成员数比率具有更优的预报效果;在相似成员数比率为100%的基础上,24 h预报的有效概率阈值在0%~2%之间的预报效果最好,48 h的有效概率阈值在0%~1.5%之间的预报效果最好。最后对“苏迪罗”和“海鸥”两个台风进行个例预报试验,结果表明对不同个例,预报效果存在较大差异。
南海夏季风爆发前后华南前汛期降水日变化对比分析
刘亚楠, 王东海, 李国平, 丁伟钰
2019, 35(3): 365-378. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.034
摘要:
利用华南地区248个国家级地面气象站逐小时降水数据和14个探空站数据,分析了2003—2016年4—6月华南前汛期降水日变化特征。据南海夏季风爆发时间,将降水分为爆发前后两个时段。华南地区主要存在两条大雨带,一个位于云贵高原至南岭山脉以南,另一个位于广东沿海地区。偏北雨带集中发生在后半夜至清晨时段,偏南雨带集中发生在中午至下午时段。南海夏季风爆发前后,降水量不存在明显相关性,相关系数较大时次位于中午至下午时段。前后期年降水标准差在0.5附近,变化幅度明显时段主要集中于凌晨至清晨。午后出现3 h多年降水量变化幅度最大值,最小时段为中午12时。降水量、降水频率和降水强度的经向分布特征明显且相似:降水量和降水频率在112 °E附近出现日变化转折,以西多出现不稳定夜雨,以东白天降水波动较大。在南海夏季风爆发前,降水特征主要表现为西部高频、南部高强,在清晨更多作用于对暴雨系统的增长;季风爆发后则表现为西北-东南南的高频率高强度降水形态,在傍晚更多作用于增加降水发生频率。
超强El Niño事件的多样性及其对东亚夏季风降水的影响
袁帅, 徐建军, 潘裕山
2019, 35(3): 379-389. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.035
摘要:
利用1979—2017年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海温逐月资料(ERSST V5)、气候预报中心(CPC)的Niño3.4指数、NCEP/NCAR再分析风场资料以及CMAP降水资料,将1979—2017年Niño3.4指数超过2 ℃的El Niño事件,定义为超强El Niño事件。根据超强El Niño事件的定义,从近40年(1979—2017年)选取出三个超强El Niño事件(1982—1983年、1997—1998年和2015—2016年)。首先运用海温距平资料,分析超强El Niño事件的多样性特征,然后根据这三个超强El Niño事件发生年与次年的夏季降水距平,讨论东亚夏季风降水对超强El Niño事件多样性的响应差异。研究表明,即使是同为超强的El Niño事件,由于其不同的分布特征,东亚夏季风降水的响应场表现出明显的不同。在此基础上,从环流异常、850 hPa风场异常以及副高的变化等方面讨论了这两者之间的联系。
西南地区冬季气温年代际变化及可能成因分析
郑然, 刘嘉慧敏, 马振峰
2019, 35(3): 390-397. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.036
摘要:
利用西南地区1970—2015年气象台站逐月气温资料,结合NCEP/NCAR再分析资料等,分析了西南地区冬季气温的年代际变化特征,并探讨了其年代际转折的可能物理机制。结果表明,西南地区冬季气温于1990年代前期发生暖突变。夏季热带西太平洋海温关键区(120~160 °E,10 °S~20 °N)与西南地区冬季气温在同时期发生暖突变,由于大气对海洋变暖的响应,在其西北侧激发了异常的气旋式环流,这种准GILL态使得西南地区恰好处于偏东偏南的暖湿气流中,配合西风急流偏强偏北,东亚大槽浅薄,不利于冷空气南下,西太副高偏强偏西使西南地区受下沉气流控制增温,并处于暖平流影响下,造成西南地区冬季年代际变暖。
气候变暖背景下全球海温对中国东部夏季降水年代际转折的影响
王欢, 李栋梁
2019, 35(3): 398-408. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.037
摘要:
针对1970年代末及1990年代初中国东部夏季降水(ECP)的年代际变化格局,采用EOF分解、相关分析、回归分析等统计方法诊断了全球海表面温度对ECP年代际变化前两个模态(EOF1、EOF2)的影响。发现大西洋多年代际振荡(AMO)序列,印度洋偶极子(DMI)序列,太平洋年代际振荡(PDO)序列与ECP前两个模态时间系数(PC1、PC2)相关性较好,结合各海温指数的年代际变化特征,发现ECP在1970年代末受PDO及DMI的影响在低纬及中纬度地区分别呈现EOF1、EOF2的正位相分布特征;而在1990年代初受AMO及PDO的影响主要呈现EOF1的特征。由各海温指数及PC1、PC2重建的ECP分布特征可知,AMO及DMI与PC1重建的ECP型相近,对ECP的影响范围集中在低纬地区。除去变暖影响的DMI及PC1回归的高度场中发现一个源起大西洋的波列,黄河以北为异常反气旋中心,以南为异常气旋中心,低层南风异常,水汽被输送到北方,导致中国北方降水增加,南方降水减少。PDO与PC2重建的ECP型相近,对ECP的影响集中在中纬度地区。二者回归得到中国东部低层北风异常,水汽在长江流域辐合,长江流域降水增加。
长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析
吴哲珺, 包云轩, 朱霆, 葛晶晶
2019, 35(3): 409-422. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.038
摘要:
利用WRF模式对2016年6月30日—7月6日长江流域的一次大暴雨天气过程中的低空急流进行数值模拟,在成功模拟低空急流基础上,分析此次急流过程中可能的影响机制;同时对地形高度进行敏感性试验,分析地形因素对此次低空急流可能的影响。(1)此次低空急流发生时,东侧为西太平洋副热带高压,西侧则为西南涡。这种“东高西低”的高低压配置为低空急流的形成与发展提供了有利的背景场。(2)高空急流和低空急流的耦合作用是低空急流发展的一个重要背景条件。(3)垂直方向高空动量不断下传为低空系统的发展提供了动力支持,是低空急流发生的一个重要条件。(4)逆温和垂直风切变之间的正反馈机制是低空急流形成与加强的因素之一。(5)山体在急流生成及发展过程中对气流有摩擦和阻挡作用,这种阻挡作用随着山体地形高度的增加而有所加强,同时山脉的走向会改变原始的风向,使得急流前端超前或滞后。青藏高原有强背风波效应,它的绕流和挤压作用会使得低空气流表现为狭长的带状,使动量更加聚集从而风速增加形成低空急流。
南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系
张黎, 谭桂容, 章毅之
2019, 35(3): 423-432. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.039
摘要:
使用江西省82站1959—2016年6月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,研究了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系,并运用大尺度局地涡度倾向变化方程诊断了年际、年代际变化引起的局地涡度倾向异常对江西6月降水的贡献,解释了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水年际关系发生年代际改变的原因。结果表明南印度洋大气垂直环流与江西6月降水有密切的关系,且两者的年际关系存在年代际变化:(1)二者关系在1960年代末和1990年代初发生了两次转变,1969年前为显著正相关,1969—1989年相关性不明显,1990年后又转变为显著正相关。(2)江西6月降水偏多年,500 hPa上东亚地区从中高纬到低纬为“+ - +”距平符号分布,江西区域异常正涡度,低层南北风距平在江西上空交汇;降水偏少年环流异常则相反。(3)南印度洋大气垂直环流可引起东亚环流异常,使江西区域涡度正异常;但其影响与背景场的变化有关。动力诊断表明,1969—1989年南印度洋大气垂直环流年际异常对江西局地涡度为正贡献,但年代际异常为负贡献,削弱了年际异常的作用;1990—2016年阶段年际异常为正贡献,同时年代际异常也为正贡献,加强了年际异常的作用,使得其与江西6月降水的正相关显著。