ISSN 1004-4965

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2016年  第32卷  第6期

论文
第32卷总目次
编辑部
2016, (6).
摘要:
第32卷总目次
论著
关于西北太平洋季风槽年际和年代际变异及其对热带气旋生成影响和机理的研究
黄荣辉, 皇甫静亮, 武亮, 冯涛, 陈光华
2016, (6): 767-785.
摘要:
总结和综述近年来中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心关于西北太平洋季风槽的年际和年代际变异及其对热带气旋和台风(TCs)生成的影响和机理的气候学研究进展,并综述一些有关的国内外研究。给出了夏、秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及利于TCs生成的四类季风槽环流型,表明了西北太平洋季风槽强度和位置有明显的年际和年代际变异。特别是揭示了西北太平洋季风槽的年际和年代际变异不仅通过影响西北太平洋上空对流层低层气流的涡度和对流层高层的散度、对流层中、下层的水汽以及对流层上下层风场的垂直切变等利于TCs生成的大尺度环境因子的分布而影响TCs的生成,而且通过对热带对流耦合波动的转化和提供扰动能量而对TCs生成起着重要的动力作用。还指出今后有关西北太平洋季风槽和TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题。
亚非夏季风系统的气候特征及其长期变率研究综述
丁一汇, 李怡
2016, (6): 786-796.
摘要:
在综合论述亚非夏季风研究成果的基础上,重点评述亚非夏季风的年代际研究方面所取得到的进展。包括:(1)在古气候学上,末次冰盛期和全新世对亚非季风干湿状态的研究成果。亚非季风系统在暖事件中同步增强,降水偏多;在冷事件中,同步减弱,降水偏少,处于干旱期;(2)近百年现代气候学对亚非夏季风的研究主要围绕亚非夏季风在非洲地区和亚洲地区的进退问题。研究一致表明,在1960年代季风降水减弱,亚非夏季风雨带南移;1990年代中期以后的非亚夏季风开始同步北移加强。(3)亚非夏季风年代际变化的主要原因是:北大西洋和北太平洋海温年代际尺度的变率AMO以及PDO的协调作用导致亚非夏季风雨带的一致北移和南退。指出了在1990年代中期以后非洲萨赫勒地区和中国黄淮地区降水的增多机理。通过评估,无论对万年尺度的古气候变化时期,还是近百年的现代气候变化时期,亚非季风系统是一个行星尺度的内部一致的季风系统,它总体上具有同步一致的进退演变。
大气MJO研究的几个前沿问题
李崇银, 凌健, 袁媛, 潘静
2016, (6): 797-816.
摘要:
就MJO研究的几个前沿问题进行简要归纳分析,主要包括:MJO对流的形成机制;MJO与ENSO的相互作用;MJO对天气气候的影响;MJO的数值模拟和预报等。在论述中更多地给出了中国学者的研究工作及其主要结果。在MJO的影响方面主要论及其对西太平洋台风、亚洲季风和中国东部降水的影响,目的在于能对中国的相关研究及其预报应用有所帮助。
东亚季风环流季节转变与亚太热力场之间的联系及其可能机理
黄娇文, 何金海, 徐海明, 金啟华
2016, (6): 817-830.
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析数据集,CMAP降水资料及Hadley中心海温,进一步对东亚季风环流季节转变与亚太热力场之间的联系及可能机理进行了研究。首先选用250hPa两个固定关键区的气温,计算了全年逐候的亚太纬向热力差指数,结果表明其与赵平等人采用各季不同关键区的APO指数高度一致,但该指数(下称APTD指数)可用于确定热力场季节转变的时间点。发现用APTD指数确定的季节转变时间点能表征东亚大气环流冬季型向夏季型的转变,环流的转变特征为:低层大陆冷高压东移入海,低空偏北风转为偏南风;中层东亚大槽东移减弱,副高单体在菲律宾附近出现,中心显著加强;高层南亚高压从菲律宾以东移到中南半岛西部,西风急流和东风急流发生北跳,高空偏南风转为偏北风。大气环流场的季节转变和热力场联系紧密的可能机理是:在亚太热力场转变的背景下,低空南风的出现,首先改变了经向风的垂直切变,触发垂直运动释放潜热,加快冬季加热型向夏季型转变,而夏季加热型又进一步推进环流的调整,促进低空南风高空北风的形成与加强,进而通过热力场和环流场的正反馈过程,最终建立起一个低空南风高空北风的季风经圈环流。最后指出该转变点的早晚与热带中东太平洋的海温异常有显著的正相关,这为短期气候预测提供了依据。
中国南海台风模式(TRAMS-v2.0)技术特点及其预报性能
陈子通, 戴光丰, 钟水新, 黄燕燕, 张艳霞, 徐道生, 李梦婕
2016, (6): 831-840.
摘要:
中国南海台风模式(TRAMS)是基于GRAPES的非静力中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,并在原模式的基础上,采用三维静力参考大气、非线性项分步计算、物理过程倾向隐式处理及与动力过程耦合等技术,形成新的模式动力过程计算方案。模式物理过程主要包括:长短波辐射、云微物理、湍流和深浅对流和海陆面等下垫面参数化方案,新版南海台风模式重点研发了海陆面参数化方案(SMS方案),改进了积云参数化方案(NSAS方案),并且引入地形重力波拖曳参数化方案(KA95方案)。预报模式的覆盖范围: 81~161 °E, 纬度0~51 °N。水平格距为0.18 °,垂直方向分65层,时间积分步长为100 s。2015年批量试验结果表明,新版南海台风模式预报性能稳定,误差较小,与EC全球模式同样本比较,发现短时效预(如0~24 h)两模式台风路径预报误差水平基本相当,而较长时效(如48~72 h),南海台风模式的预报误差小于EC全球模式,具备较好的业务应用价值。
2000-2001年北半球冬季一次继发性MJO和一次原发性MJO事件发生的物理机制
冯婧, 李天明
2016, (6): 841-854.
摘要:
利用逐日的向外长波辐射资料OLR和再分析资料ERA-Interim研究并揭示了2000-2001年发生的一次继发性MJO和一次原发性MJO的初始对流发生的物理过程。研究发现继发性MJO对流事件主要是由边界层低层异常的水平温度平流引发边界层低层异常的垂直上升运动造成的。在异常的垂直上升运动与异常的水平湿度平流共同作用下,加湿了边界层大气,导致了上干下湿的大气的不稳定条件,从而触发了MJO对流。而原发性MJO对流事件的发生主要是由三支低频的对流耦合的湿波在印度洋相遇,即一支向东移动的Kelvin波,一支向西移动的Rossby波,一支向东传播的MJO模态,这三支波动相遇,其各自携带的湿度振幅叠加导致了大尺度对流不稳定层结,形成了有利于向东传播的行星尺度的MJO模态的对流发展。
探讨1886-2012年期间全球二氧化碳浓度及城市化效应对于香港温度趋势变化的格兰杰因果关系
于其位, 刘启汉, 冯志雄, 邓雪娇, 麦博儒, 李菲, 邹宇
2016, (6): 855-863.
摘要:
因果关系在许多科学领域中是一个重要课题。在气候变化研究中,一个关键的问题是天气和极端事件的变化是否或在何种程度上可以归因于全球变暖的人为因素。归因分析主要依赖于气候模型,但其在描述非线性系统中存在一定的局限性。本文应用长期观测数据并使用统计方法来探讨此问题。更具体地,本文应用格兰杰因果关系检验方法分析全球二氧化碳浓度与城市化效应对香港气温演变的影响。基于香港1886年至2012年的温度数据,我们发现其夏季平均、最高和最低气温以及酷热天气、热夜日数皆增加趋势。同时可以发现日温度的统计分布变化。格兰杰因果关系分析的结果表明,全球二氧化碳浓度的变化和城市化效应皆对香港气温的演变有所贡献,对于不同的时间滞后性这种效应同样存在。通过与非城市地区的比较,我们发现城市化效应对于夏季气温的升高大概贡献40%。根据初步的结果,文本所引入的方法可以作为一种新的角度来评估局部地区温度升高的原因。本文的分析方法可以扩展至研究其他温室气体对极端天气事件的影响,以及气候变化和社会影响之间的联系。
Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究
苏琳, 袁自冰, 冯志雄, 邓雪娇, 刘启汉, 邓涛, 王楠, 殷长秦
2016, (6): 864-877.
摘要:
本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型(HYSPLIT),对珠三角地区2012全年每三小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统(GDAS)输出场,其二为水平分辨率为27公里的气象研究与预报模型(WRF)的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。
大气季节内振荡在华南降水预报中的应用
林爱兰, 纪忠萍, 谷德军, 李春晖, 郑彬, 何超
2016, (6): 878-889.
摘要:
大气季节内振荡(ISO)在天气气候演变中扮演着重要角色,是中期和延伸期预报可预报性来源之一,同时大气ISO的年际变化与区域季节降水量的年际变化密切联系,对短期气候预测有指示意义。本文对热带大气ISO的年际变化研究做了简要回顾;重点介绍了ISO对华南降水的影响及其业务应用情况,主要包括赤道MJO对华南降水的影响、基于准两周振荡的汛期暴雨过程预报、热带ISO与热带外系统多尺度相互作用对强降水的影响、ISO对季节降水的影响、基于ISO建立的降水延伸期定量预测模型;最后对进一步加强ISO应用研究提出了几点思考。
南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)及其业务应用
刘春霞, 赵中阔, 袁金南, 温冠环, 毕雪岩
2016, (6): 890-899.
摘要:
介绍了中国气象局广州热带海洋气象研究所建立的南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)框架、系统中各模式特点以及针对模式所做的改进工作;并基于广东省沿海浮标资料,分析和研究了该系统中各个专业模式预报性能。得到如下结论:(1)从给出的统计检验和技巧评分来看,区域海浪模式逐年改进,具有一定预报能力;区域海浪模式和欧洲中期天气预报中心全球海浪模式相比,前者预报技巧TS评分大于后者;(2)实测海表温度的同化明显地改进了区域海洋环流模式对海表温度的预报,检验结果显示海表温度预报与浮标观测海表温度相关系数在0.7左右,通过了α=0.01显著性检验;(3)将基于茂名科学试验基地得到的拖曳系数计算方案引入风暴潮模式,可以有效地改进风暴潮模式对强台风“威马逊”风暴增水预报,2013—2015年6个风暴潮模式预报检验显示,模式可以提前20 h以上给出最大风暴增水预报,而且最大风暴增水预报与实际相差不大。
华南区域大气成分业务数值预报GRACEs模式系统
邓雪娇, 邓涛, 麦博儒, 殷长秦, 王楠, 李菲, 邹宇, 谭浩波, 吴兑
2016, (6): 900-907.
摘要:
总结了华南区域大气成分数值预报GRACEs模式系统的业务发展进程,系统介绍了GRACEs模式的计算域、气象驱动场、输入排放源、计算平台与产品应用,报告了GRACEs模式的业务预报性能。概述了国内外大气成分数值预报模式的发展现状与趋势,介绍了新版CMAQ模式Ver 5.1的化学机理,及其在光化学、气溶胶化学、源排放、化学与气象双向反馈机制等方面的重要更新。GRACEs模式系统预期将在本地精细化气象模式、污染源本地化、化学机理以及初始场同化等方面进一步研究,深入开展华南区域“一体化”大气成分模式系统的研发与应用。
一种基于多物理量阈值定义的热带气旋生成预报方法及在ECMWF全球模式中的应用验证
冯文, 黄伟健, 谭绮婷, 蔡振荣
2016, (6): 908-917.
摘要:
对于热带气旋的路径与强度预测,数值天气预报模式提供了相当有用的参考或指导预报。为进一步了解数值模式对掌握热带气旋生成的特性,本文基于近年国内外对热带气旋生成预报的研究结果,构造了一套热带气旋生成的多阈值组合判据系统,并利用该判据和ECMWF模式资料对2013-2015年于西太平洋海域生成的热带气旋进行了预报试验。结果表明,对于热带气旋生成的判据,使用不同百分位的历史统计阈值会对预报效果造成显著影响。在特定区间对某个物理量阈值进行合理的调整可以有效改善预报效果。在西太平洋海区,850 hPa相对涡度阈值的微幅调整对结果的影响相对最为敏感。最优阈值组合方案的预报命中率检验结果表明,在数值模式起报时间为低压生成时间的前12~72小时时效曲线上,24和48小时时效是拐点,24小时时效之前,命中率基本维持在0.7以上的高位,随预报时间的降幅很小;之后预报质量陡降,48小时时效后预报效果趋向稳定。此外,不同年份的预报效果存在明显差异。在西太平洋不同海域,ECMWF模式对热带气旋的生成预报质量差异明显。菲律宾以东的洋面在不同起报时间的预报能力明显高于南海海域。西太平洋海区存在两个明显的错报率区域:一个位于南海中、北部至菲律宾群岛近海,一个位于西太平洋中部。在不同大洋之间,ECMWF模式的热带气旋生成预报性能也存在显著分别。起报时间在热带气旋生成前24小时内,西太平洋海区对热带气旋生成的预报要明显优于大西洋海区。
台风环境中海-气动量与焓交换观测研究及应用进展
赵中阔
2016, (6): 918-924.
摘要:
海-气动量与焓交换对台风大气和海洋环境具有显著影响。在回顾和再现前人观测研究工作的基础上,总结了近年来外场和实验室观测的研究成果。(1) 关于动量交换比较一致的结论是,即当风速超过一定阈值时,拖曳系数随风速增加而达到饱和值或衰减;不同观测得到的风速阈值在大约24~40 m/s范围内变动。(2) 关于焓通量,所取得的观测研究结果本身存在较大不确定性,对海洋飞沫在焓通量过程中的作用还没有取得一致的认识,所得焓通量系数几乎都未显示出与风速的明显依赖关系。还总结了这些观测研究结果在数值模式中的应用情况。基于这些已经发表的外场观测数据,提出了分浅水、中等水深和深水三种情况的台风海-气拖曳系数参数化方案,三种条件下采用同样形式的函数,差异在于函数系数;而对台风海-气焓交换系数则采用概率分布进行描述。
编后记
薛纪善
2016, (6): 925-926.
摘要:
编后记