2017年 第33卷 第5期
2017, 33(5): 577-587.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.001
摘要:
为了评估潜热对短临降水预报的影响，基于雷达反演潜热的基础上，以2014年3月30日的强降水个例和2013年5月的31天为样本，进行了初值有无引入潜热释放引起位温增量的批量试验。(1)强降水个例模拟试验发现，初值引进潜热后预报的12 h累积降水中心与实况一致，预报的前4 h雷达反射率从范围、强度上更接近观测的反射率，逐小时TS比无潜热试验要高。(2)诊断分析表明模式初值引进潜热后，调整降水区域上空大气的温度结构，订正或加强次级环流，触发对流不稳定能量释放，利于成云致雨。(3)批量对比试验反映初值潜热对前12 h逐时降水预报一直保持正影响。
为了评估潜热对短临降水预报的影响，基于雷达反演潜热的基础上，以2014年3月30日的强降水个例和2013年5月的31天为样本，进行了初值有无引入潜热释放引起位温增量的批量试验。(1)强降水个例模拟试验发现，初值引进潜热后预报的12 h累积降水中心与实况一致，预报的前4 h雷达反射率从范围、强度上更接近观测的反射率，逐小时TS比无潜热试验要高。(2)诊断分析表明模式初值引进潜热后，调整降水区域上空大气的温度结构，订正或加强次级环流，触发对流不稳定能量释放，利于成云致雨。(3)批量对比试验反映初值潜热对前12 h逐时降水预报一直保持正影响。
2017, 33(5): 588-597.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.002
摘要:
基于NCEP2再分析资料，利用全型线性位势诊断方程详细分析了1998年7月长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压（副高）异常调整的物理机制。研究表明，1998年二度梅的重新建立是由于副高南撤增强所致，期间以副高南、北两侧位势高度的“此长彼消”为显著特征。这一调整过程可以分为副高的减弱南撤和增强维持两个阶段，而且是由高、低纬天气系统共同影响的结果。地转涡度项和摩擦力散度项在这其中起到重要贡献，尤以前者贡献最大。在不考虑边界条件作用下，地转涡度项对位势高度的贡献量级为101 gpm，而摩擦力散度项则为100 gpm，后者的影响仅局限于对流层低层。对于北侧位势高度而言，受中高纬度Rossby波调整所产生的低压槽影响，地转涡度项使其持续减弱，而南侧位势高度由于赤道反气旋加强北上，地转涡度项使其由减弱转为增强。摩擦力散度项则通过正反馈作用，分别使得上述的减弱趋势和增强趋势更明显。
基于NCEP2再分析资料，利用全型线性位势诊断方程详细分析了1998年7月长江流域二度梅建立过程中西太平洋副热带高压（副高）异常调整的物理机制。研究表明，1998年二度梅的重新建立是由于副高南撤增强所致，期间以副高南、北两侧位势高度的“此长彼消”为显著特征。这一调整过程可以分为副高的减弱南撤和增强维持两个阶段，而且是由高、低纬天气系统共同影响的结果。地转涡度项和摩擦力散度项在这其中起到重要贡献，尤以前者贡献最大。在不考虑边界条件作用下，地转涡度项对位势高度的贡献量级为101 gpm，而摩擦力散度项则为100 gpm，后者的影响仅局限于对流层低层。对于北侧位势高度而言，受中高纬度Rossby波调整所产生的低压槽影响，地转涡度项使其持续减弱，而南侧位势高度由于赤道反气旋加强北上，地转涡度项使其由减弱转为增强。摩擦力散度项则通过正反馈作用，分别使得上述的减弱趋势和增强趋势更明显。
2017, 33(5): 598-607.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.003
摘要:
应用7年(2006年5月18日—2013年5月18日)的CloudSat卫星观测资料，对比分析了青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云发生频率的特征，并利用欧洲中心再分析资料，计算了三个地区的视热源、视水汽汇Q1、Q2，分析探讨了三个地区与云发生频率相联系的加热机制。结果表明：青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云的发生频率分别为35%、22%、27%，其中：青藏高原和东亚季风区的低云频率最大，中云次之；西北太平洋地区的高云和低云的频率大，分别为19%和16%。具体云型来看，青藏高原多高层云、雨层云；东亚季风区多高层云和卷云，夏季深对流云频率增大明显；西北太平洋地区多卷云、深对流云和高层云。三个地区视水汽汇Q2的垂直分布特征及季节变化与云发生频率对应较好，青藏高原的低云(雨层云)、中云(高层云)形成过程中，凝结释放潜热，加热大气；东亚季风区低云(深对流云)、中云(高层云)对加热大气贡献大；西北太平洋地区大气的主要加热机制是深对流云形成过程中凝结释放潜热以及湿静能涡旋垂直输送。
应用7年(2006年5月18日—2013年5月18日)的CloudSat卫星观测资料，对比分析了青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云发生频率的特征，并利用欧洲中心再分析资料，计算了三个地区的视热源、视水汽汇Q1、Q2，分析探讨了三个地区与云发生频率相联系的加热机制。结果表明：青藏高原、东亚季风区、西北太平洋地区云的发生频率分别为35%、22%、27%，其中：青藏高原和东亚季风区的低云频率最大，中云次之；西北太平洋地区的高云和低云的频率大，分别为19%和16%。具体云型来看，青藏高原多高层云、雨层云；东亚季风区多高层云和卷云，夏季深对流云频率增大明显；西北太平洋地区多卷云、深对流云和高层云。三个地区视水汽汇Q2的垂直分布特征及季节变化与云发生频率对应较好，青藏高原的低云(雨层云)、中云(高层云)形成过程中，凝结释放潜热，加热大气；东亚季风区低云(深对流云)、中云(高层云)对加热大气贡献大；西北太平洋地区大气的主要加热机制是深对流云形成过程中凝结释放潜热以及湿静能涡旋垂直输送。
2017, 33(5): 608-616.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.004
摘要:
利用1961—2015年广东86个气象观测站的日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料（分辨率为1 °×1 °），采用EOF分析、相关分析和合成分析等方法研究了广东“龙舟水”的时空分布特征和异常成因。结果表明，广东“龙舟水”最主要的分布型是除雷州半岛外具有“空间一致型”分布。广东“龙舟水”的变化趋势不明显，但具有显著的年际和年代际变化。在“龙舟水”期间（5月21日—6月20日），降水异常多年的对流层高层副热带西风急流偏强；中层极涡明显偏强，东亚大槽北段减弱、南段加强，西太平洋副热带高压偏弱、偏东；低层南海北部-华南的偏南气流偏强。“龙舟水”异常少年则相反。
利用1961—2015年广东86个气象观测站的日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料（分辨率为1 °×1 °），采用EOF分析、相关分析和合成分析等方法研究了广东“龙舟水”的时空分布特征和异常成因。结果表明，广东“龙舟水”最主要的分布型是除雷州半岛外具有“空间一致型”分布。广东“龙舟水”的变化趋势不明显，但具有显著的年际和年代际变化。在“龙舟水”期间（5月21日—6月20日），降水异常多年的对流层高层副热带西风急流偏强；中层极涡明显偏强，东亚大槽北段减弱、南段加强，西太平洋副热带高压偏弱、偏东；低层南海北部-华南的偏南气流偏强。“龙舟水”异常少年则相反。
2017, 33(5): 617-626.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.005
摘要:
通过对香港地区2006—2012年闪电定位数据、气象参数和海拔高度等相关数据的统计及相关性分析，对香港地区的地闪活动时空分布特征及其影响因素进行研究。结果表明，香港地区2006—2012年的地闪发生次数最多的是2010年，最少是2011年，每年地闪高发日的天数对地闪活动年际变化起到了关键性作用。地闪活动的发生主要集中在4—9月，逐月地闪回击次数与气温、相对湿度、降雨量及CAPE均呈现显著的正相关关系。地闪活动的日变化特征主要受到地闪高发日闪电活动、海陆热力差异及太阳辐射变化的综合影响，正、负地闪回击次数的日变化峰值均出现在01时。香港西部地区的正地闪回击密度明显高于东部，而负地闪回击密度的高值中心主要集中在海拔较高的山区。香港地区正、负地闪回击密度均随海拔的升高而有所增加，且六座典型山峰周围的负地闪回击密度与海拔高度在空间分布特征上具有很强的相似性。
通过对香港地区2006—2012年闪电定位数据、气象参数和海拔高度等相关数据的统计及相关性分析，对香港地区的地闪活动时空分布特征及其影响因素进行研究。结果表明，香港地区2006—2012年的地闪发生次数最多的是2010年，最少是2011年，每年地闪高发日的天数对地闪活动年际变化起到了关键性作用。地闪活动的发生主要集中在4—9月，逐月地闪回击次数与气温、相对湿度、降雨量及CAPE均呈现显著的正相关关系。地闪活动的日变化特征主要受到地闪高发日闪电活动、海陆热力差异及太阳辐射变化的综合影响，正、负地闪回击次数的日变化峰值均出现在01时。香港西部地区的正地闪回击密度明显高于东部，而负地闪回击密度的高值中心主要集中在海拔较高的山区。香港地区正、负地闪回击密度均随海拔的升高而有所增加，且六座典型山峰周围的负地闪回击密度与海拔高度在空间分布特征上具有很强的相似性。
2017, 33(5): 627-636.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.006
摘要:
COARE（Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment）算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案；当有效波高和谱峰周期缺省时，利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP（Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period）风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案，即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法，利用NDBC（National Data Buoy Center）浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据，针对中高风速条件（10 m/s≤U10≤25 m/s）比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明：WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案，且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高；水槽实测数据的对比结果表明，WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近；引入其他三种实测数据的检验结果表明，原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度，而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。
COARE（Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment）算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案；当有效波高和谱峰周期缺省时，利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP（Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period）风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案，即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法，利用NDBC（National Data Buoy Center）浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据，针对中高风速条件（10 m/s≤U10≤25 m/s）比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明：WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案，且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高；水槽实测数据的对比结果表明，WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近；引入其他三种实测数据的检验结果表明，原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度，而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。
2017, 33(5): 637-643.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.007
摘要:
采用最大惩罚T检验（Penalized Maximum T Test，PMT）方法，结合海洋台站元数据信息，选取临近气象站做为参考站，对中国南海9个海洋观测台站月平均SST资料序列进行均一性检验，在充分考虑区域性气候变化因素的影响下，对检验结果进行气候合理性分析并对不连续点进行订正。结果表明：（1）通过多种数据的相关性比较和分析发现，临近气象站的气温资料序列是南海台站SST资料订正最优的参考序列；（2）平均每个海洋台站SST资料序列存在1~2个不连续点，其中站址变迁、仪器变更和环境变化对均一性的影响较大；（3）订正后的南海SST序列质量有大幅提高，表明南海SST具有更明显的增暖趋势。
采用最大惩罚T检验（Penalized Maximum T Test，PMT）方法，结合海洋台站元数据信息，选取临近气象站做为参考站，对中国南海9个海洋观测台站月平均SST资料序列进行均一性检验，在充分考虑区域性气候变化因素的影响下，对检验结果进行气候合理性分析并对不连续点进行订正。结果表明：（1）通过多种数据的相关性比较和分析发现，临近气象站的气温资料序列是南海台站SST资料订正最优的参考序列；（2）平均每个海洋台站SST资料序列存在1~2个不连续点，其中站址变迁、仪器变更和环境变化对均一性的影响较大；（3）订正后的南海SST序列质量有大幅提高，表明南海SST具有更明显的增暖趋势。
2017, 33(5): 644-653.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.008
摘要:
基于2011—2014年6—9月多普勒雷达、加密自动站和NCEP/NCAR再分析资料，对上海地区海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景进行统计，得出主要结论：(1)近4 a来上海夏季海风锋登陆65次，其中海风锋触发对流19次。海风锋最早于09时登陆，平均持续时间为5.2 h。海风锋触发对流时段为13—15时，对流平均维持时间为2.5 h。海风锋触发对流多出现在市区、北部郊区和浦东新区，呈现强局地性；(2)根据海风锋登陆点将海风锋分成北支、南支和双支3种类型。海风锋类型与环境风向密切相关，环境风为东北风时形成南支海风锋，环境风为偏南风和西南风时形成北支海风锋，环境风为偏西风时形成双支海风锋。南支海风锋不易触发对流，这与其出现时上海的热力条件不如北支和双支海风锋出现时有关；(3)海风锋触发对流日的环流背景为：500 hPa副热带高压强盛，上海受副高控制；中低层西南风增温、增湿，促进层结不稳定；低层925 hPa为弱西风。海风锋触发对流日的大气可降水量和K指数显著大于无对流日，但与其它对流日无明显差异。
基于2011—2014年6—9月多普勒雷达、加密自动站和NCEP/NCAR再分析资料，对上海地区海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景进行统计，得出主要结论：(1)近4 a来上海夏季海风锋登陆65次，其中海风锋触发对流19次。海风锋最早于09时登陆，平均持续时间为5.2 h。海风锋触发对流时段为13—15时，对流平均维持时间为2.5 h。海风锋触发对流多出现在市区、北部郊区和浦东新区，呈现强局地性；(2)根据海风锋登陆点将海风锋分成北支、南支和双支3种类型。海风锋类型与环境风向密切相关，环境风为东北风时形成南支海风锋，环境风为偏南风和西南风时形成北支海风锋，环境风为偏西风时形成双支海风锋。南支海风锋不易触发对流，这与其出现时上海的热力条件不如北支和双支海风锋出现时有关；(3)海风锋触发对流日的环流背景为：500 hPa副热带高压强盛，上海受副高控制；中低层西南风增温、增湿，促进层结不稳定；低层925 hPa为弱西风。海风锋触发对流日的大气可降水量和K指数显著大于无对流日，但与其它对流日无明显差异。
2017, 33(5): 654-665.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.009
摘要:
基于1979—2013年四川156站逐月降水资料和ERA-interim逐月再分析资料，分析了四川7月和8月降水异常主要空间分布型及其大尺度环流特征。(1) 7月和8月降水异常均主要表现为全区一致型，其次是中部与东西部振荡型，但7月与8月同一模态的变化没有持续性；(2) 7月和8月四川降水异常呈全区一致型的环流配置差异明显，关键环流因子主要包括副高、欧亚中高纬环流和南亚高压；(3)控制7月和8月降水异常全区一致型的关键环流因子强度和位置存在显著差异，其中副高的表现最突出。全区多雨型：7月副高西部明显偏强、西界明显偏西，脊线偏北，四川位于副高西北边缘附近。8月副高西南部明显偏强，脊线明显偏南，西界偏西，586线经过四川南部29 °N附近。全区少雨型：7月副高西南部明显偏弱，西北部偏强，西界明显偏东，脊线偏北，四川位于副高西侧。8月副高西北部明显偏强，脊线明显偏北，西界偏西，整个四川都在586线控制范围内。
基于1979—2013年四川156站逐月降水资料和ERA-interim逐月再分析资料，分析了四川7月和8月降水异常主要空间分布型及其大尺度环流特征。(1) 7月和8月降水异常均主要表现为全区一致型，其次是中部与东西部振荡型，但7月与8月同一模态的变化没有持续性；(2) 7月和8月四川降水异常呈全区一致型的环流配置差异明显，关键环流因子主要包括副高、欧亚中高纬环流和南亚高压；(3)控制7月和8月降水异常全区一致型的关键环流因子强度和位置存在显著差异，其中副高的表现最突出。全区多雨型：7月副高西部明显偏强、西界明显偏西，脊线偏北，四川位于副高西北边缘附近。8月副高西南部明显偏强，脊线明显偏南，西界偏西，586线经过四川南部29 °N附近。全区少雨型：7月副高西南部明显偏弱，西北部偏强，西界明显偏东，脊线偏北，四川位于副高西侧。8月副高西北部明显偏强，脊线明显偏北，西界偏西，整个四川都在586线控制范围内。
2017, 33(5): 666-674.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.010
摘要:
使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据，对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °，0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析，尤其关注TC强度突变。结果表明：（1）在研究区域内，TC样本中35.2%强度稳定，52.8%强度变化缓慢，仅12.0%强度突变，约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级；（2）2000年以来，TC强度稳定样本减少，强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期；（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少，且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强；（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生，在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高；（5）TC样本的RMW多小于100 km，其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km；（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小，减弱TC的RMW则增大；其中强度突变TC尤其明显，超强台风发生迅速加强时，RMW减小的比率达84.6%，但仍有15.4%比率的RMW增大。
使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据，对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °，0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析，尤其关注TC强度突变。结果表明：（1）在研究区域内，TC样本中35.2%强度稳定，52.8%强度变化缓慢，仅12.0%强度突变，约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级；（2）2000年以来，TC强度稳定样本减少，强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期；（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少，且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强；（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生，在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高；（5）TC样本的RMW多小于100 km，其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km；（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小，减弱TC的RMW则增大；其中强度突变TC尤其明显，超强台风发生迅速加强时，RMW减小的比率达84.6%，但仍有15.4%比率的RMW增大。
2017, 33(5): 675-682.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.011
摘要:
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。
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。
2017, 33(5): 683-694.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.012
摘要:
利用海洋尼诺指数(ONI)、南方涛动指数(SOI)和多变量ENSO指数(MEI)等ENSO特征值分析了1951年1月—2016年5月近65年ENSO事件的强度与时频特征，并将其强度划分为5个等级。结果表明：近65年共发生22次暖事件（El Niño）和13次冷事件（La Niña）；对ENSO特征值进行频次分析发现，强El Niño月份所占比例比强La Niña多；使用连续小波、交叉小波和小波相干分析得出，ENSO循环主要具有2~7 a的周期，还具有10~16 a的年代际变化。
利用海洋尼诺指数(ONI)、南方涛动指数(SOI)和多变量ENSO指数(MEI)等ENSO特征值分析了1951年1月—2016年5月近65年ENSO事件的强度与时频特征，并将其强度划分为5个等级。结果表明：近65年共发生22次暖事件（El Niño）和13次冷事件（La Niña）；对ENSO特征值进行频次分析发现，强El Niño月份所占比例比强La Niña多；使用连续小波、交叉小波和小波相干分析得出，ENSO循环主要具有2~7 a的周期，还具有10~16 a的年代际变化。
2017, 33(5): 695-705.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.013
摘要:
集合卡尔曼滤波和粒子滤波是大气海洋领域两种先进的数据同化方法。理论上讲，粒子滤波克服了集合卡尔曼滤波中先验分布的高斯假定。但现有的关于两种方法的比较研究不够全面和系统，基于简单的洛伦兹63模式，重点对基于确定性集合卡尔曼滤波和均权重粒子滤波的数据同化方法开展对比分析，通过对观测误差和模式误差的不同配置，设计了四组试验着重研究两种方法相同试验条件下的同化效果。试验结果表明：与采用最优膨胀系数的集合卡尔曼滤波的同化方法相比，均权重粒子滤波的均方根误差更加依赖于观测信息的质量，但最优膨胀因子的集合卡尔曼滤波的均方根误差低于粒子滤波同化方法。
集合卡尔曼滤波和粒子滤波是大气海洋领域两种先进的数据同化方法。理论上讲，粒子滤波克服了集合卡尔曼滤波中先验分布的高斯假定。但现有的关于两种方法的比较研究不够全面和系统，基于简单的洛伦兹63模式，重点对基于确定性集合卡尔曼滤波和均权重粒子滤波的数据同化方法开展对比分析，通过对观测误差和模式误差的不同配置，设计了四组试验着重研究两种方法相同试验条件下的同化效果。试验结果表明：与采用最优膨胀系数的集合卡尔曼滤波的同化方法相比，均权重粒子滤波的均方根误差更加依赖于观测信息的质量，但最优膨胀因子的集合卡尔曼滤波的均方根误差低于粒子滤波同化方法。
2017, 33(5): 706-715.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.014
摘要:
介绍了广州增城丘陵灌木林通量站的地理环境、仪器布设，并利用该站2014年12月—2015年2月的观测资料，分析冬季华南丘陵灌木林下垫面近地层的风、温度、气压、湿度和大气稳定度等基本气象要素特征，以及湍流强度、风速归一化标准差的统计特征及通量特征。结果表明：（1）冬季增城站以北向小风为主，风速多小于4 m/s，日平均温度变化剧烈，平均相对湿度为67.94%；（2）大气稳定度集中于“±” 0.5之间，以近中性为主；冬季平均湍流强度Iu、Iv和Iw分别为0.37、0.31和0.19；在风速小于1 m/s时湍流发展旺盛，随风速增大，湍流强度减小并趋于稳定；（3）风速分量归一化标准差δu/u*、δv/u*、δw/u*与稳定度Z/L之间满足莫宁-奥布霍夫相似理论，并呈1/3次方关系，且随|Z/L|的减小而减小，在中性层结（Z/L→0）均匀下垫面，其值为常数，分别为2.286、1.757和1.174；（4）冬季增城站的能量耗散以感热为主，晴天尤为显著；阴天感热与潜热大小相当；平均日间吸收CO2极值为0.236 mg/(m2·s)。
介绍了广州增城丘陵灌木林通量站的地理环境、仪器布设，并利用该站2014年12月—2015年2月的观测资料，分析冬季华南丘陵灌木林下垫面近地层的风、温度、气压、湿度和大气稳定度等基本气象要素特征，以及湍流强度、风速归一化标准差的统计特征及通量特征。结果表明：（1）冬季增城站以北向小风为主，风速多小于4 m/s，日平均温度变化剧烈，平均相对湿度为67.94%；（2）大气稳定度集中于“±” 0.5之间，以近中性为主；冬季平均湍流强度Iu、Iv和Iw分别为0.37、0.31和0.19；在风速小于1 m/s时湍流发展旺盛，随风速增大，湍流强度减小并趋于稳定；（3）风速分量归一化标准差δu/u*、δv/u*、δw/u*与稳定度Z/L之间满足莫宁-奥布霍夫相似理论，并呈1/3次方关系，且随|Z/L|的减小而减小，在中性层结（Z/L→0）均匀下垫面，其值为常数，分别为2.286、1.757和1.174；（4）冬季增城站的能量耗散以感热为主，晴天尤为显著；阴天感热与潜热大小相当；平均日间吸收CO2极值为0.236 mg/(m2·s)。
2017, 33(5): 716-727.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.015
摘要:
围绕夏季副热带行星波动的振幅异常，分析其与我国极端降水的关系，并探讨可能的影响机制。结果表明，北半球夏季行星波振幅强、弱年的差异主要表现在北太平洋副高和北大西洋副高的增强，并伴随着欧亚大陆的低压加深，即表现为海陆热力差异的增加和东亚夏季风环流的加强。在振幅强年，极端降水强度在我国北部明显加强，极端降水雨带异常偏北，而我国长江中下游流域极端降水则减弱，弱年则相反。伴随着增强的季风环流，在振幅强年水汽输送到达我国北部明显增强。同时，在大气低层我国绝大部分地区对流不稳定加剧；而在对流层中高层，我国北方地区斜压不稳定加剧，这都有利于振幅强年我国偏北部地区的极端降水偏强
围绕夏季副热带行星波动的振幅异常，分析其与我国极端降水的关系，并探讨可能的影响机制。结果表明，北半球夏季行星波振幅强、弱年的差异主要表现在北太平洋副高和北大西洋副高的增强，并伴随着欧亚大陆的低压加深，即表现为海陆热力差异的增加和东亚夏季风环流的加强。在振幅强年，极端降水强度在我国北部明显加强，极端降水雨带异常偏北，而我国长江中下游流域极端降水则减弱，弱年则相反。伴随着增强的季风环流，在振幅强年水汽输送到达我国北部明显增强。同时，在大气低层我国绝大部分地区对流不稳定加剧；而在对流层中高层，我国北方地区斜压不稳定加剧，这都有利于振幅强年我国偏北部地区的极端降水偏强
2017, 33(5): 728-740.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.016
摘要:
运用WRF模式配合对气溶胶更敏感的F-SBM微物理方案以及LPI闪电参数化方案对台风“天兔”进行模拟，通过改变F-SBM微物理方案中的云凝结核浓度得到不同气溶胶浓度下“天兔”中水凝物和闪电的分布情况，并从微物理过程出发讨论了气溶胶浓度对“天兔”中闪电的影响。WWLLN观测数据显示，“天兔”中的闪电主要呈现三圈分布，且“天兔”眼壁区闪电的爆发现象发生在其迅速加强阶段。对比发现，LPI指数与WWLLN观测实况的闪电分布形状有较好的对应，并且描绘出“天兔”中闪电的发展变化情况。通过气溶胶敏感性试验发现，随着气溶胶浓度的增加，“天兔”中过冷水含量及霰粒子浓度增加，垂直运动整体增强，为闪电的生成提供有利条件，此时LPI指数分布更加密集，强度增强。而冰晶粒子浓度始终较低，可初步推断“天兔”中闪电主要由霰粒子与雪粒子的非感应起电产生
运用WRF模式配合对气溶胶更敏感的F-SBM微物理方案以及LPI闪电参数化方案对台风“天兔”进行模拟，通过改变F-SBM微物理方案中的云凝结核浓度得到不同气溶胶浓度下“天兔”中水凝物和闪电的分布情况，并从微物理过程出发讨论了气溶胶浓度对“天兔”中闪电的影响。WWLLN观测数据显示，“天兔”中的闪电主要呈现三圈分布，且“天兔”眼壁区闪电的爆发现象发生在其迅速加强阶段。对比发现，LPI指数与WWLLN观测实况的闪电分布形状有较好的对应，并且描绘出“天兔”中闪电的发展变化情况。通过气溶胶敏感性试验发现，随着气溶胶浓度的增加，“天兔”中过冷水含量及霰粒子浓度增加，垂直运动整体增强，为闪电的生成提供有利条件，此时LPI指数分布更加密集，强度增强。而冰晶粒子浓度始终较低，可初步推断“天兔”中闪电主要由霰粒子与雪粒子的非感应起电产生
2017, 33(5): 741-749.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.017
摘要:
围绕1960—2011年江淮地区夏季持续性降水展开对单站和区域性持续4 d及以上降水的分析，并探讨其与东亚高空急流的联系。研究发现，近年来持续4 d及以上降水的频数有增多趋势，且在江淮地区其影响范围有逐渐扩大的趋势。持续4 d及以上单站降水频数EOF分析的前两个模态均与极锋急流和陆上副热带急流的协同作用有关。当极锋急流北移和陆上副热带急流南移时，冷暖空气易在江淮地区的西北部相遇，利于较长持续时间的单站降水在该地区发生，易于导致第一模态的全场一致变化。与第二模态相关的高空急流配置表现为陆上副热带急流的减弱和极锋急流的增强，两支急流的强弱配置通过影响水汽输送和上升运动导致江淮地区形成南湿北干的异常型。进一步研究了江淮地区持续4 d及以上区域性降水与急流协同作用的关系发现，在事件发生之前极锋急流显著增强，副热带急流略有增强。伴随着两支急流的变化，西北太平洋副热带高压和北风产生持续性异常，利于冷暖空气活动，导致持续时间较长的区域性降水发生
围绕1960—2011年江淮地区夏季持续性降水展开对单站和区域性持续4 d及以上降水的分析，并探讨其与东亚高空急流的联系。研究发现，近年来持续4 d及以上降水的频数有增多趋势，且在江淮地区其影响范围有逐渐扩大的趋势。持续4 d及以上单站降水频数EOF分析的前两个模态均与极锋急流和陆上副热带急流的协同作用有关。当极锋急流北移和陆上副热带急流南移时，冷暖空气易在江淮地区的西北部相遇，利于较长持续时间的单站降水在该地区发生，易于导致第一模态的全场一致变化。与第二模态相关的高空急流配置表现为陆上副热带急流的减弱和极锋急流的增强，两支急流的强弱配置通过影响水汽输送和上升运动导致江淮地区形成南湿北干的异常型。进一步研究了江淮地区持续4 d及以上区域性降水与急流协同作用的关系发现，在事件发生之前极锋急流显著增强，副热带急流略有增强。伴随着两支急流的变化，西北太平洋副热带高压和北风产生持续性异常，利于冷暖空气活动，导致持续时间较长的区域性降水发生
2017, 33(5): 750-761.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.018
摘要:
利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料，分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致：02—08时增强，14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡，导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强，降水增强；而白天由于边界层混合摩擦力增大，致使西南低空急流减弱或消失，降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征，而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成：白天边界层混合强，风为次地转；而夜间边界层混合消失，气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转
利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料，分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致：02—08时增强，14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡，导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强，降水增强；而白天由于边界层混合摩擦力增大，致使西南低空急流减弱或消失，降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征，而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成：白天边界层混合强，风为次地转；而夜间边界层混合消失，气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转
2017, 33(5): 762-773.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.019
摘要:
利用完全在线耦合气溶胶-辐射-云-降水相互作用的WRF-Chem模式研究了气溶胶直接效应对2012年7月21日一次暴雨的影响。结果表明，WRF-Chem模式较好模拟了此次降水过程中气象场和化学场的变化；模式基本模拟出此次降水的发展过程和总降水量的空间分布特征，气溶胶直接效应不会改变整体降水强度和区域总降水量，但会改变区域内的降水分布形态。在污染地区吸收性气溶胶对太阳短波辐射的吸收使大气中层加热，增强了相应大气层之间的不稳定性，使垂直运动更加强盛，由此霰和雨水对云水的收集增强，可降水粒子增加，降水增强；相反，在污染地区的下风向动力过程则相对减弱，降水减少。气溶胶直接效应通过影响动力过程和微物理过程改变降水的分布
利用完全在线耦合气溶胶-辐射-云-降水相互作用的WRF-Chem模式研究了气溶胶直接效应对2012年7月21日一次暴雨的影响。结果表明，WRF-Chem模式较好模拟了此次降水过程中气象场和化学场的变化；模式基本模拟出此次降水的发展过程和总降水量的空间分布特征，气溶胶直接效应不会改变整体降水强度和区域总降水量，但会改变区域内的降水分布形态。在污染地区吸收性气溶胶对太阳短波辐射的吸收使大气中层加热，增强了相应大气层之间的不稳定性，使垂直运动更加强盛，由此霰和雨水对云水的收集增强，可降水粒子增加，降水增强；相反，在污染地区的下风向动力过程则相对减弱，降水减少。气溶胶直接效应通过影响动力过程和微物理过程改变降水的分布
2017, 33(5): 774-781.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.020
摘要:
基于中国科学院南海海洋研究所提供的2012年1月1日—2013年12月31日西沙自动气象站观测资料以及同时间序列的欧洲中心ERA-interim再分析风场产品，统计了ASCAT和HY-2A散射计风场产品的误差特征，分析散射计资料在南海的适用性。分析得出：ASCAT和HY-2A的风速、风向与自动站一致性高，相关系数均大于0.85，ASCAT风速和风向均方根误差分别为1.57 m/s和15.42 °，HY-2A均方根误差略微偏大，分别为2.02 m/s和24.75 °；ASCAT和HY-2A散射计与ERA-interim风速、风向有很好的一致性，在不考虑低风速（ < 3 m/s）的条件下，风速均方根误差分别为1.40 m/s和1.56 m/s，风向均方根误差分别为15.09 °和17.07 °，与设计精度一致，表明ASCAT与HY-2A风场产品在南海是适用的。此外，散射计相对再分析风场的偏差没有明显的季节性变化
基于中国科学院南海海洋研究所提供的2012年1月1日—2013年12月31日西沙自动气象站观测资料以及同时间序列的欧洲中心ERA-interim再分析风场产品，统计了ASCAT和HY-2A散射计风场产品的误差特征，分析散射计资料在南海的适用性。分析得出：ASCAT和HY-2A的风速、风向与自动站一致性高，相关系数均大于0.85，ASCAT风速和风向均方根误差分别为1.57 m/s和15.42 °，HY-2A均方根误差略微偏大，分别为2.02 m/s和24.75 °；ASCAT和HY-2A散射计与ERA-interim风速、风向有很好的一致性，在不考虑低风速（ < 3 m/s）的条件下，风速均方根误差分别为1.40 m/s和1.56 m/s，风向均方根误差分别为15.09 °和17.07 °，与设计精度一致，表明ASCAT与HY-2A风场产品在南海是适用的。此外，散射计相对再分析风场的偏差没有明显的季节性变化
2017, 33(5): 782-792.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.05.021
摘要:
为了揭示肇庆市颗粒物重污染过程的发生与发展规律，利用2013—2014年PM2.5监测数据，分析该区域两年间的空气质量整体变化情况以及PM2.5污染过程的季节变化规律，统计两年间所有颗粒物重污染过程，并根据污染过程的天气形势展开分析，运用空气质量数值模型（WRF-Chem）对冬季一次典型重污染过程进行模拟研究。结果表明，肇庆2013—2014年共发生27次PM2.5重污染过程且主要出现在秋冬季，结合气象场的分布特征，总结出四种诱发重污染过程发生的天气形势，分别是高压出海型（48%）、热带低压型（22%）、锋面影响型（19%）及冷高压控制型（11%）。在四种天气形势的影响下，肇庆整体风向以东南风和南风为主，大气处于静稳状态，导致污染物的积累并诱发重污染过程。WRF-Chem模拟结果进一步发现，不利气象条件及本地排放源是造成肇庆冬季重污染过程发生的主要原因。结合四维通量模型对肇庆边界污染物输送情况进行定量分析后发现，肇庆PM2.5以输出为主，其中硝酸盐与氨盐的输出通量较大。此外，模型还揭示了肇庆境内的主要污染物输送通道呈东南-西北走向，外地输入的污染物也通过此通道影响肇庆的空气质量
为了揭示肇庆市颗粒物重污染过程的发生与发展规律，利用2013—2014年PM2.5监测数据，分析该区域两年间的空气质量整体变化情况以及PM2.5污染过程的季节变化规律，统计两年间所有颗粒物重污染过程，并根据污染过程的天气形势展开分析，运用空气质量数值模型（WRF-Chem）对冬季一次典型重污染过程进行模拟研究。结果表明，肇庆2013—2014年共发生27次PM2.5重污染过程且主要出现在秋冬季，结合气象场的分布特征，总结出四种诱发重污染过程发生的天气形势，分别是高压出海型（48%）、热带低压型（22%）、锋面影响型（19%）及冷高压控制型（11%）。在四种天气形势的影响下，肇庆整体风向以东南风和南风为主，大气处于静稳状态，导致污染物的积累并诱发重污染过程。WRF-Chem模拟结果进一步发现，不利气象条件及本地排放源是造成肇庆冬季重污染过程发生的主要原因。结合四维通量模型对肇庆边界污染物输送情况进行定量分析后发现，肇庆PM2.5以输出为主，其中硝酸盐与氨盐的输出通量较大。此外，模型还揭示了肇庆境内的主要污染物输送通道呈东南-西北走向，外地输入的污染物也通过此通道影响肇庆的空气质量
粤公网安备 4401069904700003号