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东北冷涡背景下三类区域性强对流天气过程时空分布和环境特征对比分析

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气象学报 2024年第1期82卷 22-36页

作者：曹艳察郑永光孙继松华珊盛杰国家气象中心北京100081 中国气象科学研究院北京100081

东北冷涡是造成中国暖季强对流的重要天气尺度系统之一。为对比东北冷涡与不同类型强对流过程的时空关系及其环境特征差异,基于欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据和中国国家气象信息中心提供的逐时大风、降水观测资料,筛选了2017... 详细信息

东北冷涡是造成中国暖季强对流的重要天气尺度系统之一。为对比东北冷涡与不同类型强对流过程的时空关系及其环境特征差异,基于欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据和中国国家气象信息中心提供的逐时大风、降水观测资料,筛选了2017—2021年4—9月东北冷涡背景下9例雷暴大风型、9例强降水型以及8例混合型强对流天气过程,通过动态合成开展了分析研究。结果表明:(1)三类强天气过程相对于冷涡的时空分布差异明显:雷暴大风型过程,超过70%的雷暴大风出现在冷涡中心的西南部或南部;而混合型过程,超过70%的大风出现在冷涡中心的东南部或南部;混合型和强降水型过程中,短时强降水均主要出现在冷涡中心南部或东南部,但后者发生在冷涡东南部的比例更高;雷暴大风型和强降水型过程主要出现在东北冷涡的发展和成熟阶段,而混合型过程主要发生在东北冷涡的成熟阶段。(2)三类强天气过程的环流形势和环境条件差异显著。雷暴大风型过程多出现在5—6月,一般对应的东北冷涡更深厚,等温线更密集,大气环境偏干,存在气温垂直递减率大和强风垂直切变条件,雷暴大风多发生在冷涡南侧的锋区附近,对流层中、高层受干冷空气控制,叠加在低层比较浅薄的暖湿空气之上有利于大气层结条件不稳定的增强,降水粒子蒸发降温形成的下沉气流和地面冷池,叠加锋区辐合更有利于形成区域性地面强风;而强降水型过程多集中在7—8月,对应的东北冷涡强度较弱,等温线较稀疏,强降水一般出现在锋前靠近暖区一侧的强层结不稳定区域内,对应水汽充沛、整层暖湿的环境条件,中低层温差较小,风垂直切变较弱。混合型过程对应的月份和冷涡强度与强降水型过程更接近,水汽、高低层温差以及风垂直切变等环境条件介于上述两类过程之间,但下沉对流有效位能在三类过程中表现为最大。总体来看,相较于中国中、低海拔地区雷暴大风和短时强降水的环境特征而言,东北冷涡背景下的强天气过程对应更强的深层风垂直切变,具有更强的天气尺度动力强迫。

关键词：东北冷涡雷暴大风短时强降水时空特征环境条件

青藏高原东南部-川西地区夏季小时极端降水事件特征研究

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高原气象 2024年

作者：李若莹姚秀萍中国气象科学研究院中国气象局气象干部培训学院

利用2005-2020年6-8月109个测站的小时降水资料，分析了高原东南部-川西地区（28°N-33°N、90°E-105°E）夏季小时极端降水事件的年降水量、发生次数、降水强度和持续时间等指标的时空分布，并进一步探讨了高原东南部-川西地区夏季小... 详细信息

利用2005-2020年6-8月109个测站的小时降水资料，分析了高原东南部-川西地区（28°N-33°N、90°E-105°E）夏季小时极端降水事件的年降水量、发生次数、降水强度和持续时间等指标的时空分布，并进一步探讨了高原东南部-川西地区夏季小时极端降水事件的降水量、降水强度和降水频率的日变化特征。结果表明：高原东南部-川西地区夏季小时极端降水事件的小时极端降水阈值、年降水量、降水强度和持续时间均具有高原东南部地区小、川西地区大的特点，但发生次数反之。高原东南部地区夏季小时极端降水事件的年降水量、发生次数和持续时间整体均呈随时间增加的趋势，但川西地区夏季小时极端降水事件年降水量、发生次数也呈增加的趋势，而持续时间在川西地区的变化并不显著。高原东南部-川西地区夏季小时极端降水事件降水量、降水强度和降水频率的峰值时间呈现自西向东延迟的分布，川西地区的峰值时间比高原东南部地区分别延迟了3 h、 4 h和2 h，这种延迟特征在6月降水强度方面最为明显，川西地区比高原东南部地区延迟了11 h。然而，高原东南部地区和川西地区小时极端降水事件降水量、降水强度和降水频率的峰值时间均未表现出显著的年际变化。

关键词：青藏高原东南部川西地区小时极端降水时空分布日变化

近20年华西秋雨演变特征及其异常机理的进展

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高原气象 2024年第1期43卷 1-15页

作者：李一诺李跃清中国气象科学研究院北京100081 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610072

华西秋雨是中国西部地区出现的独特而复杂的秋季降水现象,与经济社会和国民生活息息相关。本文在20世纪以来对华西秋雨认识的基础上,从多角度对比回顾了近20年来关于华西秋雨研究的主要成果。首先,明确了华西秋雨的时空范围、降水强度,... 详细信息

华西秋雨是中国西部地区出现的独特而复杂的秋季降水现象,与经济社会和国民生活息息相关。本文在20世纪以来对华西秋雨认识的基础上,从多角度对比回顾了近20年来关于华西秋雨研究的主要成果。首先,明确了华西秋雨的时空范围、降水强度,提出了表征其基本特征的量化标准和指数,揭示了华西秋雨显著的年际差异、“正-负-正”年代际变化和4~8年的周期循环;其次,指出了低中高纬度大气环流系统、热带海温强迫、青藏高原作用等对华西秋雨的不同重要影响,进而得到了多系统、多因子协同作用对华西秋雨异常演变的重要意义,丰富了华西秋雨异常演变认识;最后,针对华西秋雨现状,指出了不同季风、冷暖气流、演变成因、天气过程、夜雨特征、区域响应等方面存在的主要问题,并展望了青藏高原大地形下,华西秋雨多尺度协同作用及其物理机制的综合、精细分析研究等未来主要发展趋势。

关键词：华西秋雨演变特征影响机制研究进展趋势展望

果实膨大期茎直径微变与环境因子和果实直径增长的关系

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1307-1313页

作者：张祎赵艳霞徐梦莹孙擎程晋昕中国气象科学研究院北京100081 云南省气候中心昆明650000

探究将反映水分状况的茎直径与果实直径增长联系起来的可行性,为果实膨大期选取适宜诊断指标,调控果实生长提供科学依据。通过监测云南地区桃树和石榴树果实膨大期的茎直径微变化,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)和日最大值(MXSD)两个指... 详细信息

探究将反映水分状况的茎直径与果实直径增长联系起来的可行性,为果实膨大期选取适宜诊断指标,调控果实生长提供科学依据。通过监测云南地区桃树和石榴树果实膨大期的茎直径微变化,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)和日最大值(MXSD)两个指标对气象因子和土壤水分的响应,以及茎直径生长参数与果实直径日增长量(FDG)之间的关系。结果表明:两种果树的茎直径日最大值和日最小值均出现在特定时段;MDS和MXSD对气象因子的响应敏感(r^(2)≥0.50,P0.05);基于MXSD计算的两种果树茎直径日增长量(SDG)与FDG之间的显著关系(r2=0.48和0.38,P<0.001)显示,果实直径生长对环境胁迫的响应要滞后于茎直径,且当桃树SDG不低于-0.005 mm·d^(-1)、石榴树SDG不低于-0.063 mm·d^(-1)时,果实直径的增长趋势不会受到影响;而两种果树基于MDS的日增长量均与FDG没有明显相关性。表明两种果树的MXSD是果实膨大期较为合适的指标,环境胁迫对果实直径生长的影响可以通过MXSD随时间的变化来监测。

关键词：果实膨大期茎直径气象因子土壤水分果实直径增长

西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究

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高原气象 2024年第1期43卷 99-113页

作者：陈浩然耿飞刘黎平杨华中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测... 详细信息

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年,第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达,实现了对墨脱云降水的连续观测,对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6-8月的观测数据,使用统计手段筛选降水回波片段,整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角;利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7-8月三次累积降水量、平均雨强、持续时间各不相同的降水过程,使用线性规划方案计算ΦDP(差分传播相移)、最小二乘拟合计算KDP(差分传播相移率)、“ZPHI”降水廓线算法订正ZH(反射率因子);以ZH和KDP为阈值,使用R(ZH)与R(KDP)分段估测降水,与单独使用R(ZH)和R(KDP)的估测结果进行对比;并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的ZH、 KDP数据质量有明显改善;使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角,三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均ZH、 ZDR能初步反映降水变化与地形的关系;本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好,各评估参数均具有较好的表现;结果表明:(1)墨脱雷达周边地形变化剧烈,根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据;(2)本文采用的数据质控方法、定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好,与单一的R(ZH)、 R(KDP)方法相比,得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下,估测误差明显减小;(3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关,较大雨强、较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

关键词： X波段相控阵偏振雷达线性规划雷达混合仰角定量降水估测

东亚夏季风和中国雨季的趋势变化和关键区气温和海温的影响

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大气科学 2024年第3期48卷 1217-1232页

作者：王婷祝从文马双梅中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)... 详细信息

中国降水主要受到西风和季风环流的共同影响,表现出显著的年循环特征。本文基于1961~2020年CN05.1逐日降水资料和JRA55、CRU、HadISST再分析资料,采用谐波分析、相关和回归统计方法,分析了过去60年的东亚夏季风(中国雨季)的建立(开始)、撤退(结束)和持续时间等年循环参数趋势的变化特征。结果显示,自1961年以来,东亚夏季风有建立时间提前,撤退时间推后,持续时间增长的趋势,每十年分别达到了3.54、1.64、5.18天。1999年前后22年我国雨季也存在趋势变化,且在空间上存在显著差异。最近22年(1999~2020年),我国雨季提前主要集中在东北东部、青藏高原东部、西北北部地区,提前时间达5天以上,部分地区超过了20天。雨季滞后主要集中在青藏高原东北,长江以北和西部地区,时间超过了10天。雨季持续时间增加主要集中在青藏高原东北部、我国长江以北、东北东南部地区,时间超过15天以上,部分地区超过25天。研究发现,4月份环贝加尔湖地表气温增加及其伴随的局地反气旋性环流异常,是东亚夏季风建立和我国雨季开始时间提前的关键,而10月份的西北太平洋海温增暖及其伴随的西北太平洋副热带反气旋的异常是导致东亚夏季风撤退和中国北方雨季变长的关键。

关键词：东亚夏季风中国雨季全球变暖年循环变化

升温、光周期和氮添加变化对兴安落叶松幼苗叶黄期的影响

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生态学报 2024年第1期44卷 306-316页

作者：张宇钦周广胜吕晓敏武炳义复旦大学大气与海洋科学系上海200048 中国气象科学研究院北京100081 中国气象科学研究院郑州大学生态气象联合实验室郑州450001 河北固城农业气象国家野外科学观测研究站保定072656

物候是气候变化敏感指标,是陆地生态系统模型的关键参数。目前关于气候变化对物候影响的研究较多,但关于多环境因子交互作用对秋季物候影响的研究尚不充分,制约着物候变化机制的认知与模型发展。以兴安落叶松幼苗叶黄期为研究对象,采用... 详细信息

物候是气候变化敏感指标,是陆地生态系统模型的关键参数。目前关于气候变化对物候影响的研究较多,但关于多环境因子交互作用对秋季物候影响的研究尚不充分,制约着物候变化机制的认知与模型发展。以兴安落叶松幼苗叶黄期为研究对象,采用控制实验研究叶黄期对升温、光周期和氮添加变化及其交互作用的响应。结果表明:(1)升温对兴安落叶松幼苗叶黄期的影响较显著,升温使叶黄始期和叶黄普期显著提前,完全变色期不显著推迟;(2)光周期变化对叶黄期的影响极显著,光周期延长使叶黄始期和叶黄普期显著提前,完全变色期显著推迟;(3)叶黄期与氮添加量相关性不显著;(4)升温、光周期和氮添加变化双因子交互作用对叶黄始期和叶黄普期的影响均极显著且均存在极值,但对完全变色期的影响均不显著:升温与光周期延长交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在升温1.5℃、光周期14h时最显著;光周期延长与氮添加交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在施低氮(5g N m^(-2) a^(-1))、光周期10h时最显著;升温与氮添加交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在施高氮(20g N m^(-2) a^(-1))、升温1.5℃时最显著;(5)升温、光周期和氮添加变化交互作用对叶黄始期和叶黄普期影响极显著,对完全变色期的影响不显著。这表明,升温、光周期延长和氮添加将延长兴安落叶松幼苗叶黄期,从而增加兴安落叶松幼苗的固碳时间。研究结果可为物候模型发展以及森林生态系统碳估算提供依据。

关键词：兴安落叶松幼苗叶黄期升温光周期氮添加

产生青海“22·8”极端强降水的三维环流结构分析

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气象学报 2024年第1期82卷 37-54页

作者：李泽雯孙溦宇如聪中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象科学研究院青藏高原气象研究院成都610000 云南大学大气科学系昆明650091

利用探空资料、台站逐时观测资料和ERA5逐时再分析资料,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,系统分析了2022年8月17—18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。结果表明,强降水发生前,中国西北... 详细信息

利用探空资料、台站逐时观测资料和ERA5逐时再分析资料,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,系统分析了2022年8月17—18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。结果表明,强降水发生前,中国西北地区上空300 hPa存在明显暖异常,随着时间推移暖异常略向东南方向移动且强度逐渐增强,并在降水峰值时刻达到最强。在静力平衡的调控作用下,对流层高层暖异常上层出现位势高度正异常,下层出现位势高度负异常。与这种配置相对应,对流层高层出现反气旋式环流异常,为高层辐散创造了有利条件。随着暖异常移动增强,高空西风急流异常向东南移动增强。另外,对流层中、低层出现气旋式切变,低层偏东气流转变为气旋前部偏南气流,为降水地区低层暖湿条件增强、大气不稳定度增大创造了有利条件。这种三维环流结构不仅为强降水形成提供了有利的高、低层环流条件与水汽条件,还为不稳定能量的积蓄奠定了基础。同时,在大通县西北高、东南低的喇叭口地形影响下,低层偏南气流携带的丰富水汽在此处聚集,配合较强的不稳定能量,共同促成了此次短时极端强降水过程。

关键词：青藏高原东北坡短时强降水三维环流结构对流层高层温度

江西省积冰特征分析及重冰区不同重现期最大标准冰厚推算

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热带气象学报 2024年第1期40卷 75-84页

作者：彭王敏子宋丽莉徐卫民沈竞蒋子瑶廖荣伟江西省气象科学研究所江西南昌330096 中国气象科学研究院北京100081

用江西境内85个国家气象站近30年雨凇、雾凇观测记录分析了江西省积冰日的年际、年代际变化及分布特点。结果表明江西地区的积冰天气事件近30年来总体呈现发生频次减少,强度增强的特征;高山气象站的积冰事件的发生频率显著高于平原、丘... 详细信息

用江西境内85个国家气象站近30年雨凇、雾凇观测记录分析了江西省积冰日的年际、年代际变化及分布特点。结果表明江西地区的积冰天气事件近30年来总体呈现发生频次减少,强度增强的特征;高山气象站的积冰事件的发生频率显著高于平原、丘陵气象站。积冰高发区主要分布在西、北山区及中部环鄱阳湖及抚河流域以南。另外,充分考虑2011年前后气象部门观测导线线径的变化,利用建站至今16个观冰站电线积冰数据对全省范围的最大电线积冰最大标准厚度进行了推算,结果更符合电力行业对电线积冰工程气象数据的需求。结果表明,除赣北山区外,全省大部分地区2 m高度电线积冰最大标准冰厚度小于20 mm,“轻冰区”范围较多。应重点关注高海拔山区的电线积冰的致灾状况并加以预防。针对该区域架空输电线路电线积冰设计的实际需要,采用极值I型概率分布函数结合高山站-庐山站的观测数据进行了推算,20 m高度百年一遇的最大标准冰厚达到71.1 mm,在计算不同走向的导线设计冰厚时迎风向与非迎风向的比例系数推荐设定为1.2,该结果可为现阶段江西“重冰区”电力工程项目规划设计中预防冰灾提供有力支持,为有效节省项目建设成本和科学预防气象灾害之间寻求平衡点提供气象保障。

关键词：积冰日电线积冰重冰区标准冰厚