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1961-2020年华北地区7-8月份极端降水频次趋势转折及可能原因分析

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 12-25页

作者：郭敬环刁一娜邵建红刘逸璋中国海洋大学海洋与大气学院海洋气象学系山东青岛266100

区域性极端降水(Regional extreme precipitation,REP)破坏性强,会造成地质灾害和经济损失。本文利用逐日降水资料,研究了1961-2020年华北地区7-8月份REP频次趋势转折,并探讨其变化的可能原因。结果表明,华北地区7-8月REP天数存在1986、... 详细信息

区域性极端降水(Regional extreme precipitation,REP)破坏性强,会造成地质灾害和经济损失。本文利用逐日降水资料,研究了1961-2020年华北地区7-8月份REP频次趋势转折,并探讨其变化的可能原因。结果表明,华北地区7-8月REP天数存在1986、1995和2003年三个趋势突变点,在1961-1985年(P1)和1995-2002年(P3)时段有减少趋势,1986-1994年(P2)和2003-2020年(P4)时段呈现增多趋势。华北地区REP事件发生时有水汽通量辐合,并且中国东北部至朝鲜半岛对流层高层有异常高压(东北高压)存在。P2、P4时期较P1、P3时期东北高压位置偏南,38°N以南的华北地区水汽通量辐合增强,REP天数增多。P1、P2时期异常水汽通量来自印度洋和西北太平洋,而后两个时期只来自西北太平洋,这是东亚夏季风减弱、西太平洋副热带高压(西太副高)增强的结果。东北高压的发展在P1、P3时期与沿中纬度西风急流(急流)传输的波活动通量有关,在P2、P4时期高纬度活动中心发挥作用并且在季节背景上该高压较强,P2时期促使东北高压发展的波活动通量来自急流和高纬度活动中心两支路径,而P4时期波活动通量主要沿高纬度传播。REP天数减少在P1时期主要是东亚夏季风显著减弱不利于水汽向华北地区输送的结果,而P3时期是东亚夏季风减小和急流减弱共同作用所导致的;REP天数增多在P2时期是因为急流的显著增强,有利于东北高压的发展,而在P4时期西太副高的增强保证了东亚夏季风减弱之后向华北地区的水汽输送,并且北极海冰范围减少可能通过影响高纬度活动中心,在急流减弱之后建立了由高纬度向华北地区传输的波活动通量新路径,两者共同作用使得REP天数增多。

关键词：华北地区区域性极端降水趋势转折波活动通量

SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用

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热带气象学报 2024年第4期40卷 537-546页

作者：陈百炼杨富燕陈子通彭芳曾莉萍贵州省山地气象科学研究所贵州贵阳550002 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510641 贵州省新气象科技有限责任公司贵州贵阳550002

引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验,通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进,提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法,并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进... 详细信息

引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验,通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进,提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法,并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进,提出了修正的SSIM*指标。应用该新方法选取2020年夏季贵州地区的暴雨个例,对中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室华南区域中尺度模式输出的高分辨率降水预报产品进行了空间检验,并与采用另外两种检验方法即MODE和邻域法的检验结果进行了比较。结果表明改进的SSIM方法在高分辨率降水数值预报场空间检验中有较好的应用效果,三种方法得到的检验结果在有无预报能力的定性评价上差异不大,而新的SSIM*指标与MODE的MMI指标表现较为接近,且在对个例预报能力的评价上更为合理。该方法以0-1化降水格点场作为空间检验对象,能够得到其它方法所不能得到的降水场整体检验特征和分项检验特征,提供从雨区面积、雨带结构及其平均位置多个方面评估预报性能的参考指标,且计算简单无主观参数设定,得到的检验结果具有唯一确定性,克服了当前MODE方法在应用中的缺点,具有较大的推广应用价值,值得进一步深入研究。

关键词：降水数值预报 0-1化格点场空间检验 SSIM应用

青藏高原1981-2015年暖季降水变化趋势:受控于大尺度环流型变化

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 133-144页

作者：孙亚伟吴振鹏黎立页张庆红北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 92154部队烟台264000 中国气象科学研究院北京100081

利用最新的高时空分辨率融合降水数据集,研究青藏高原的长期降水变化趋势。结果表明,在1981—2015年的暖季(5—9月),青藏高原降水量显著增加(格点平均趋势为0.9 mm/a),其东北部、中部和西部最为显著。采用T模态倾斜旋转主成分分析法(PC... 详细信息

利用最新的高时空分辨率融合降水数据集,研究青藏高原的长期降水变化趋势。结果表明,在1981—2015年的暖季(5—9月),青藏高原降水量显著增加(格点平均趋势为0.9 mm/a),其东北部、中部和西部最为显著。采用T模态倾斜旋转主成分分析法(PCT),将青藏高原500 hPa位势高度场分为9个典型环流型,发现第2和第4环流型(T2和T4)是暖季降水量增加的主导环流型(DT)。DT位势高度场为西低东高的“槽脊对峙”分布,青藏高原暖季降水量增加体现在DT主导降水日数和日均降水量的共同增加。除DT环流型数量的增加导致青藏高原中西部降水增加外,降水增加机制还包括降水条件的优化,即T2以“槽脊对峙”加强为驱动的动力条件优化为主导,T4以“水汽滞增”加强为驱动的热力条件优化为主导。

关键词：青藏高原(TP) 降水长期趋势大尺度环流

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爆发性气旋研究进展

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第10期54卷 1-12页

作者：傅刚鄢珅倪晶李鹏远陈莅佳中国海洋大学海洋与大气学院海洋气象学系山东青岛266100 青岛海洋科技中心海洋动力过程与气候功能实验室山东青岛266237 青岛市气象局山东青岛266003 青岛海洋气象研究院山东青岛266000

温带气旋是在副热带地区形成的低压天气系统,与热带气旋不同,温带气旋常伴有锋面系统,被认为是中纬度地区日常天气变化舞台上最重要的“演员”,与强风、暴雨和暴雪等极端天气关系密切。在北半球和南半球,它们分别呈逆时针和顺时针方向旋... 详细信息

温带气旋是在副热带地区形成的低压天气系统,与热带气旋不同,温带气旋常伴有锋面系统,被认为是中纬度地区日常天气变化舞台上最重要的“演员”,与强风、暴雨和暴雪等极端天气关系密切。在北半球和南半球,它们分别呈逆时针和顺时针方向旋转,在秋冬季节中高纬度海域上空经常出现大量快速增强的温带气旋,被称为“爆发性气旋”。本文是在2017年《爆发性气旋研究的回顾》一文的基础上,综述了2017年以后国内外在爆发性气旋研究领域的最新进展,并对未来研究方向进行了展望。

关键词：温带气旋爆发性气旋逆时针旋转顺时针旋转

数字滤波初始化对台风“烟花”数值模拟的影响

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海洋气象学报 2024年第2期44卷 110-122页

作者：温晓培李昌义肖明静朱文刚刘诗军山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气象科学研究所山东济南250031

基于中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),分析在逐小时循环同化系统中,高频多次应用数字滤波初始化方案对台风“烟花”模拟结果的影响。结果表明:(1)数字滤波能够产生与天气现象相关的滤波增量。晴空区域由于向后积... 详细信息

基于中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),分析在逐小时循环同化系统中,高频多次应用数字滤波初始化方案对台风“烟花”模拟结果的影响。结果表明:(1)数字滤波能够产生与天气现象相关的滤波增量。晴空区域由于向后积分过程中辐射等重要过程未开启,后向积分结束时近地面温度变化较小,在向前积分时白天到达地表的太阳短波辐射过度累积,夜间地表热辐射过度释放,造成晴空区白天2 m温度升高,夜间2 m温度降低。台风对流区域受后向积分为绝热过程的影响,原本上升运动中水汽凝结释放潜热脱离气块的降水无法在绝热下沉增温中吸收热量变为水汽,在后向积分时产生了热量的异常累积以及水汽的减少,导致强对流区域热力结构发生变化。(2)统计结果显示,随着数字滤波应用次数的增加,初始化过程对初始场和预报的影响逐渐积累,造成的预报差异持续整个模拟过程。(3)在循环同化的基础上多次应用数字滤波初始化,数字滤波初始化显示出较好的抑制高频噪声的作用。多次滤波后台风环流中心暖心增强引起台风强度增强,最低气压更加接近最佳路径资料;暖湿气流向鲁南地区输送的减弱造成鲁西南地区特大暴雨漏报;台风环流位置的偏南影响了后期与西风槽结合的时间导致后期移速偏慢。

关键词：数字滤波初始化台风逐小时循环同化数值模拟

青藏高原区域资料同化的变分质量控制研究:参数优化及其有效同化

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气象学报 2024年第4期82卷 443-458页

作者：杨嘉瑞和杰马旭林郝冰洁张彤彤南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室南京210044 中国气象局广州热带海洋气象研究所广州510640

青藏高原(下称高原)区域天气系统变化对其周围及下游区域的数值天气预报质量具有重要影响。然而,高原区域质量偏低且稀少的观测资料严重制约了同化分析效果和预报质量。变分质量控制方案(VarQC)具有合理利用不同质量观测资料改善同化分... 详细信息

青藏高原(下称高原)区域天气系统变化对其周围及下游区域的数值天气预报质量具有重要影响。然而,高原区域质量偏低且稀少的观测资料严重制约了同化分析效果和预报质量。变分质量控制方案(VarQC)具有合理利用不同质量观测资料改善同化分析性能的良好能力。鉴于此,在对高原区域观测误差非高斯分布特征分析的基础上,构建了适应高原区域观测误差特征的“高斯分布+均匀分布”的变分质量控制方案(Flat-VarQC),优化了其关键参数,使其能更准确地基于同化新息向量调整观测对同化分析的影响权重,从而提高高原区域稀少观测资料的有效同化率,改善高原区域的同化分析质量。试验结果表明:高原区域观测误差具有更明显的“厚尾分布”特征,同化过程中单纯的高斯分布假设将导致观测资料的有效同化率偏低,从而降低了高原区域有限观测资料对同化分析的贡献;适用于高原区域资料特点的变分质量控制关键参数优化是充分发挥高原区域FlatVarQC改善同化分析质量的关键;Flat-VarQC能够明显提升高原区域常规资料的有效同化率,吸收更多“有益”资料信息,剔除“有害”资料信息,从而提高观测资料对同化分析的正贡献。这对于高原区域中、小尺度天气系统的同化分析和强降水预报具有更显著的改善效果。

关键词：青藏高原资料同化变分质量控制新息向量观测误差

相似台风“纳沙”和“海鸥”在雷州半岛产生的降雨差异及其可能机制研究

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热带气象学报 2024年第3期40卷 397-410页

作者：吴德平张琼雄钟谢非涂石飞宋清涛湛江市气象局广东湛江524001 遂溪县气象局广东湛江524300 广东海洋大学南海海洋气象研究院广东湛江524088 中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510641

利用常规气象站点观测资料、区域自动气象站观测数据、雷达数据和ERA5再分析资料,对两个相似路径台风“纳沙”(1117)和“海鸥”(1415)在广东雷州半岛(LP)产生的降雨特征差异及可能机制进行研究。结果表明:“纳沙”过程降雨量和最大降雨... 详细信息

利用常规气象站点观测资料、区域自动气象站观测数据、雷达数据和ERA5再分析资料,对两个相似路径台风“纳沙”(1117)和“海鸥”(1415)在广东雷州半岛(LP)产生的降雨特征差异及可能机制进行研究。结果表明:“纳沙”过程降雨量和最大降雨量分别是“海鸥”的1.5倍和2.4倍,其中“纳沙”过程降雨量分台风环流降雨和台风槽降雨两个阶段,而“海鸥”仅有台风环流降雨。这主要因为“纳沙”登陆后,南亚高压和副热带高压断裂为东、西两部分环流,LP地区高空维持强辐散,低空西南气流和东南气流汇合为偏南风急流,同时锋区引导冷空气从850 hPa以下入侵到“纳沙”台风槽内,斜压效应加剧对流发生,并且在其台风环流影响减弱后,LP地区低层辐合再次加强,进而形成降雨产生的有利条件,促使台风槽降雨增强。而“海鸥”台风登陆后,受南亚高压和副热带高压主体加强南压影响,且在台风环流减弱后,LP地区低层迅速由辐合转为辐散,下沉气流抑制对流发展,从而导致台风槽降雨难以形成。此外,还发现LP地形对台风降雨中心落区有一定影响,降雨中心易出现在LP三个高峰南侧迎风坡。结果对于影响LP的台风降雨预报与诊断具有一定参考意义。

关键词：雷州半岛相似台风降雨差异影响机制台风环流

“23·12”山东半岛特大海效应暴雪特征及成因

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海洋气象学报 2024年第2期44卷 1-14页

作者：杨成芳戈瑶刘畅周成冯桂力山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气象台山东济南250031 山东省气象科学研究所山东济南250031

采用地面气象观测站、多普勒天气雷达、闪电、积雪深度人工加密观测资料、常规观测及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料,对2023年12月15... 详细信息

采用地面气象观测站、多普勒天气雷达、闪电、积雪深度人工加密观测资料、常规观测及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料,对2023年12月15—22日山东半岛特大海效应暴雪过程的降雪特征及极端性成因进行了分析。结果表明:(1)此次过程有4站积雪深度突破本站历史极值,有1站2 d的日降雪量为山东半岛海效应降雪有气象记录以来的最大值,文登积雪深度达74 cm,超过山东所有国家级地面气象观测站纪录,是一次极端海效应暴雪事件。(2)欧亚中高纬度阻塞形势下两次异常强冷空气持续影响渤海和山东半岛地区,850 hPa温度最低降至-21~-20℃,冷空气强度明显强于往年12月海效应暴雪过程,造成降雪持续时间长、累计降雪量大。异常强冷空气是此次极端暴雪过程产生的关键因素,渤海海面温度(简称“海温”)异常偏高是有利的海温背景。(3)冷空气强、海温偏高造成海气温差偏大,700 hPa以下产生对流不稳定,使得降雪强度大;强降雪发生在海气温差快速增大阶段。(4)925 hPa以下存在来自渤海的北—东北风与内陆地区的西北风构成的切变线,产生强上升运动,切变线长时间维持形成“列车效应”。(5)主要降雪时段强垂直上升运动、高相对湿度层的温度为-20~-12℃,适宜树枝状冰晶形成和维持,有利于产生大的积雪和降雪含水比;2 m气温持续低于-5℃,0 cm地温在降雪开始时即降至0℃以下,且两次强降雪过程仅间隔1 d,均有利于降雪累积产生极端积雪深度。

关键词：特大海效应暴雪强冷空气海温异常积雪深度

初夏山东半岛沿海一次冷涡持续性暴雨过程诊断分析

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热带海洋学报 2024年

作者：褚子禾梅婵娟张灿万夫敬辛文鹏广东海洋大学山东省气象防灾减灾重点实验室山东省威海市气象局山东省青岛市气象局

利用常规观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF）提供的第5代再分析资料（ECMWF re-analysis 5,ERA5），对2022年6月14日山东东部沿海一次暴雨过程进行热力、动力特征诊断分析，... 详细信息

利用常规观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF）提供的第5代再分析资料（ECMWF re-analysis 5,ERA5），对2022年6月14日山东东部沿海一次暴雨过程进行热力、动力特征诊断分析，结果表明：暴雨过程发生在华北冷涡底部低槽东移至半岛沿海诱发冷性低涡的背景之下。边界层来自黄海的东南风冷湿平流输送为半岛强降水提供了充沛水汽。降水过程阶段性明显，第一阶段降水，低空持续受西部暖平流的影响，大气具有对流不稳定性，第二阶段降水，受冷暖平流共同影响，大气由中性层结逐渐转为对流不稳定，并伴有明显的能量锋生。两阶段降水初期均为向岸风风速辐合以及地形抬升所致，第一阶段对流造成的冷池对昆嵛山前降水的维持有重要影响，第二阶段强降水的维持则与低空中尺度低涡的生成和维持密切相关，斜压锋生对中尺度低涡的生成有重要作用。涡度分析表明边界层低空辐合和绝对正涡度平流是中尺度低涡正涡度增长的主要涡源，随着500hPa切断冷涡出现，涡度垂直输送负效应明显增强，与中尺度对流活动有关的边界层以上的水平涡度倾侧效应较弱。

关键词：沿海暴雨低涡地形抬升锋生