气象学报

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金祺, 石春娥, 高金兰, 鲁德金

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220200

摘要(80) HTML(23) PDF(39)

摘要:
雨滴谱特征分析是研究降水微物理特征的重要方法，使用2011—2012年夏季（6—8月）安徽4个站的雨滴谱资料，根据雨强及其随时间的变化将降水划分为对流降水和层云降水，对比分析山区和非山区对流降水和层云降水的雨滴谱特征。主要结论是：山区地形对对流降水的雨滴谱影响较大，对层云降水的雨滴谱影响较小。当雨强相同时，山区对流降水的雨滴数浓度比非山区高，雨滴尺寸比非山区小。随着雨强增大，山区和非山区对流降水的雨滴数浓度和雨滴尺寸均在增大。比较了标准化参数（N_w）与雨滴数浓度的关系，发现N_w与雨滴数浓度有关，但不能完全反映雨滴数浓度的变化，并且对雨强的变化不敏感。当雨强相同时，山区与非山区对流降水的雨滴数浓度差别较小，N_w则差别明显，说明N_w更能体现山区和非山区降水机制的差异。对于雨强小于30 mm/h的弱对流降水，山区与非山区小雨滴数浓度比较接近，大雨滴数浓度明显低于非山区，对应山区雨滴谱谱宽更窄，此时地形对雨滴谱的影响较为明显。对于雨强超过30 mm/h的强对流降水，山区和非山区雨滴谱比较接近，此时地形对雨滴谱的影响显著减弱。山区降水类型对Z（雷达反射率）-R（雨强）关系的影响较小。

ENSO对中国东部前后冬天气尺度气温变率的不同影响及其可能机制

吴迪, 张文君, 耿新, 薛奥运, 胡苏琼

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220186

摘要(76) HTML(19) PDF(21)

摘要:
基于中国国家气象信息中心提供的中国第一代全球大气和陆面再分析产品（CRA）的逐日气温资料、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的大气环流再分析资料，研究了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对中国东部前、后冬天气尺度气温变率的影响及其物理机制。结果表明，ENSO对中国东部天气尺度气温变率的影响在前、后冬存在显著差异。ENSO对前冬中国东部天气尺度气温变率影响较弱，后冬则显著增强。后冬时期，ENSO与长江中下游地区天气尺度气温变率呈现显著正相关，即厄尔尼诺年后冬天气尺度气温变率增强，气温波动幅度增大；拉尼娜年后冬天气尺度气温变率减弱，气温变化较为平缓。ENSO在后冬可通过影响与欧亚大陆上空南北温度梯度相关的大气斜压性调节下游东亚地区大气环流的天气尺度变率，进而影响天气尺度气温变率。厄尔尼诺年后冬，南北温度梯度大，大气斜压性较强，经向风活跃，冷空气活动较为频繁，天气尺度气温变率增大；拉尼娜年后冬，异常情况与之大致相反。在前冬ENSO对欧亚大陆上空南北梯度即大气斜压性影响较小，因而对中国东部天气尺度气温变率的影响也较弱。本研究的成果丰富了对ENSO影响中国气温变率的理解，有利于中国冬季气温季节预测水平的提升。

台风快速增强爆发前后的背景环流和热力动力条件的演变

高拴柱, 吕心艳

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220175

摘要(74) HTML(19) PDF(20)

摘要:
使用1949—2020年中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径资料和1991—2020年欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料，利用200和850 hPa风场分量（u、v）联合经验正交函数（EOF）分解，归纳了台风快速增强（简称RI）爆发前后的环流特征以及环境动力和热力条件的演变。结果表明，台风快速增强爆发时的EOF分解主分量低层为季风汇合型，有利于台风低层水汽输送，高层环流有明显的出流通道，可作为台风快速增强预报的典型环流形势；海表温度、水汽和对流不稳定等热力条件，以及环境风垂直切变和表征台风高层出流的高空辐散等动力条件一般能达到台风增强所需要素的适值范围。台风从一般增强到快速增强转变过程中，有利于台风增强的各环境因子并没有显著变化或突变，且有极端个例的环境因子向不利于台风增强趋势变化。该研究为今后台风快速增强预报和进一步研究提供了参考。

21世纪第2个10年初华北夏季降水年代际增加及与大气环流异常的联系

赵嘉诚, 李清泉, 丁一汇, 刘芸芸, 谭桂容, 沈新勇, 吴清源

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220198

摘要(43) HTML(10) PDF(16)

摘要:
华北是中国人口聚集区及主要的农业和工业区，旱涝灾害会造成严重的经济损失和环境影响。基于近61年（1961—2021年）逐月降水量观测数据研究发现，华北地区夏季降水在21世纪第2个10年初发生了明显的年代际变化——在2011/2012年前后经历了从干到湿的变化。选择1999—2011年作为干旱期，2012—2021年作为湿润期，进一步对比分析了华北地区在干旱期和湿润期相关大气环流系统的差异。结果表明，华北地区此次从干到湿的年代际变化与东亚夏季风的变化关系不大，这与20世纪70年代末和90年代末发生的年代际变化有所不同。在2011—2021年湿润期，对流层中低层环流场上在蒙古高原—中国东北地区上空为气旋式环流异常，气旋西侧的偏北风将高纬度的冷空气输送到华北，有利于冷、暖空气在华北地区的交汇；对流层高层则在蒙古高原—贝加尔湖地区上空为气旋式环流异常，有利于东亚西风急流的东伸北抬，由涡度方程诊断可知相对涡度的水平平流项对急流位置偏北东伸有重要贡献；上述环流形势有利于华北地区上升运动的增强。与此同时，湿润期华北地区上空假相当位温升高，且假相当位温垂直变化增强，说明华北上空大气更加暖湿，且大气层结更不稳定，也有利于垂直运动的发展。动力和热力条件异常变化共同导致华北地区在2012—2021年降水较前期降水明显增多。

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化：不同温室气体排放情景差异

乔年, 卢楚翰, 管兆勇, 胡杨

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220207

摘要(43) HTML(10) PDF(9)

摘要:
在大气质量南北涛动季节变化过程中，水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征，并与1958—2015年历史模拟试验对比，得到：半球水汽质量存在明显的季节循环特征，北半球水汽质量月平均值在冬季（DJF）达到最小，夏季（JJA）达到最大；南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球，与其他排放情景相比，SSP1-2.6 （Shared Socioeconomic Pathway）情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO₂浓度的上升，SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大，相比于历史模拟试验增加了26.49%，南半球则不同于北半球，SSP1-2.6情景后随着CO₂浓度的上升，水汽质量年变程也随之增大，在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO₂浓度的上升而增大，在SSP5-8.5情景下达到最大，但增大的幅度减小。CO₂浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显，且越靠近南极，水汽质量变化越小，但越靠近北极，夏季水汽质量变化比冬季越大。此外，CO₂浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO₂浓度上升的响应，为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

4—9月东北大陆型冷涡消亡方式及其统计特征

范子琪, 朱科锋, 薛明

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220171

摘要(103) HTML(22) PDF(40)

摘要:
利用ERA-Interim再分析数据，主观识别了2009—2018年4—9月东北冷涡，并根据冷涡所在位置将其客观聚类为5类，其中3类大陆型冷涡主要影响中国东北地区，称为西北类、东北类和东南类冷涡。东北冷涡的消亡方式主要有2种，一是系统高层受非绝热加热侵蚀，二是被平流层高位涡源再吸收。对比分析非绝热消亡和再吸收消亡方式3类大陆型冷涡统计特征的差异及原因。结果表明：（1）西北类和东南类冷涡以非绝热消亡为主而东北类冷涡以再吸收消亡为主；（2）再吸收消亡冷涡强度一般强于非绝热消亡冷涡，这主要是由于前者的北侧平流层高位涡源持续向冷涡系统补充高值位涡，而后者强度不断被降水潜热释放削弱；（3）非绝热消亡冷涡持续时间比再吸收消亡冷涡长，且前者消亡阶段时间占生命期的比例更大；（4）降水和高空槽与冷涡的位置关系是影响冷涡消亡的主要因素。在冷涡气旋环流内部接近冷涡中心的较强降水能直接侵蚀高层冷涡内核区，导致其非绝热消亡；冷涡位于高空槽前或槽底有利于冷涡向北平流以被高位涡源再吸收而消亡。

南极考察航线大气微、痕量气体观测：数据质量评估/控制与分析

邹炫宇, 赵守栋, 汤洁, 郑向东, 张东启, 卞林根

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220211

摘要(48) HTML(15) PDF(18)

摘要:
在远洋航船上开展大气成分观测易受到来自航船燃油发动机排放污染。文中基于2020年1—4月“北京”号考察船南极考察航线微量（CO₂）和痕量（CO、 O₃、CH₄和N₂O）气体浓度（体积混合比）观测分钟级数据，提出根据CO、CO₂测量值开展数据质量评估与控制（QA/QC），并给出了南极考察航线上大气微、痕量气体分布特征。结果表明，以CO或CO₂单独示踪均能标识出数据的部分局地污染时段，但CO/CO₂比值对确定高污染时段的 CO或CO₂本底浓度更有效，CO和CO₂同步示踪（即CO+CO₂）是标识局地污染时段的最优方法，可使南大洋和南极地区的CO、CO₂浓度测量值分别降低（5—11）×10⁻⁹（10%—18%）和（3—7）×10⁻⁶（1%—2%），O₃上升（3—5）×10⁻⁹（20%—25%），测量值更具有全球本底特征的代表性。航船测量数据与同纬度陆地站点观测值接近，南大洋和南极地区CO、CO₂、CH₄和N₂O浓度差分别在2×10⁻⁹、0.7×10⁻⁶、1.4×10⁻⁹和 0.5×10⁻⁹以内。航线的微、痕量气体测量值均呈北（南）半球高（低）、南大洋以南及南极地区浓度稳定的基本特征；O₃在不同纬度分布特点清晰，热带辐合带（ITCZ）的极低浓度（＜5×10⁻⁶）和春季中国东海地区出现的中尺度污染现象均很明显。

华北—东北地区南部汛期降水影响因子分析及季节预报模型的建立

唐筱, 陶丽, 邓敏君

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220178

摘要(46) HTML(17) PDF(14)

摘要:
华北—东北地区南部夏季受东亚夏季风的影响，频繁发生干旱和洪涝等灾害，但华北—东北地区南部汛期降水成因复杂，其季节预测因子的选择和预报模型还需进一步研究。由经验正交函数分解（EOF）得到1981—2020年华北—东北地区南部汛期（7—8月）降水前两个模态（分别为整体一致型、南北相反型的空间结构），基于信息流特有的因果关系挑选前两个模态的预报因子，并通过多元逐步回归进一步筛选预报因子、建立季节统计预报模型。第一模态降水对应的主成分时间序列（PC1）的预报因子经过筛选有3个，分别为超前5个月的热带西印度洋海表温度（SST）、超前6个月的西西伯利亚平原850 hPa经向风以及超前2个月的热带中太平洋850 hPa经向风。第二模态降水对应的主成分时间序列（PC2）的预报因子经筛选有4个，分别为超前2个月的南印度洋中部SST、超前3个月的鄂霍次克海地区向外长波辐射（OLR）、超前2个月的热带西太平洋850 hPa经向风以及超前9个月的北大西洋涛动指数（NAO）。基于前两模态的回报/预报时间序列的重构场与观测场的时间相关系数（TCC）全场平均达到0.46，实际两个模态的时间序列重构场与观测场空间相关系数（PCC）的年际变化较大，而回报/预报时间序列重构场和观测场年际变化与其类似，其40 a平均PCC为0.35，说明前两个模态重构拟合较好的年份预报技巧也较高。

自然冰雪晶粒子观测及形状分类研究进展

段婧, 郭恒, 胡金蓉, 周旭, 吴锡, 陈宝君

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220180

摘要(175) HTML(53) PDF(56)

摘要:
冰雪晶是云中水成物的重要组成部分，鉴于不同形状的冰雪晶形成及增长的物理条件、过程经历不同，为此准确判断观测冰雪晶粒子的形状是揭示云微物理结构和降水机制的重要依据。文中概述了近半个多世纪以来中外观测冰雪晶粒子的方式和手段。梳理了对冰雪晶粒子的测量和形状分类技术的发展历程。分析总结了冰雪晶观测及其形状分类识别技术的新进展，并对未来发展进行了展望。旨在促进和推动以冰雪晶形状为基础的中国云微物理结构与降水机制的深入研究。

机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比

杨晓, 黄兴友, 孙鸿娉, 王玉莹, 李培仁

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220209

摘要(78) HTML(16) PDF(29)

摘要:
液态水含量（Liquid Water Content，LWC）是重要的云参数，对了解云微物理过程以及在人工影响天气效果检验等方面有重要的指导意义。针对已有研究的反射率因子（Z）与LWC经验公式适用范围有限的问题，利用2018—2020年飞机观测资料，在验证中国首部机载云雷达（Ka-band Precipitation Radar，KPR）探测能力和数据可靠性的基础上，采用分档平均方案，建立了适用于降水性积层混合云的Z-LWC经验公式（ $ Z=2454.71\times {\mathrm{L}\mathrm{W}\mathrm{C}}^{1.614} $），决定系数达0.995，均方根误差（RMSE）为0.2 g/m³。验证表明，该经验公式反演的液态水含量与飞机实测的 LWC吻合较好，且在大多数情况下都优于已有经验公式反演的结果。

动态垂直变率降尺度方法在气温智能网格预报中的应用

赵瑞霞, 代刊, 王勇, 曹勇, 朱跃建, 王宝利

, doi: 10.11676/qxxb2023.20220208

摘要(60) HTML(13) PDF(13)

摘要:
为提高气温智能网格预报的空间精细特征和准确率，设计了考虑高程的动态垂直变率降尺度方法（DRD），利用模式地面气温预报随高程的变化关系实时统计地面气温的垂直变率（VCE），应用于目标网格和站点的降尺度预报，生成更加精细和准确的初始背景预报场。基于ECMWF模式预报、5 km精细高程信息、中国10154个站观测资料及其地理信息数据，开展春、夏、秋、冬季预报试验，分析了VCE的时空分布特征、DRD气温预报的准确率及空间精细特征刻画能力。结果表明，受地表长波辐射的日、季节变化以及地面热力属性和地形动力作用等影响，中国区域地面气温的VCE存在明显的日、季节和空间变化。VCE通常在早晨最大、傍晚最小，即早晨地面气温随着高度上升表现为一天中递减最慢或递增最快，而至傍晚则变为递减最快或者递增最慢；VCE空间变幅冬季最大、夏季最小；VCE与地形、海陆和内陆湖水体分布密切相关，大地形边缘、白天的海陆边界、春季白天和夏季全天的内陆湖边缘通常为VCE大值区，且复杂地形区VCE变幅更大。DRD预报性能整体明显优于双线性插值气温预报（DMO），复杂地形区提升效果更显著，如青藏高原南部春季DRD预报的平均绝对误差比DMO减小约14.3%—52.3%；同时，DRD方法显著提高了对气温预报空间精细特征的刻画能力。可见DRD方法可以有效提升气温智能网格预报性能。

基于贝叶斯方法的冰雹大小识别研究

吴举秀, 胡志群, 夏凡, 潘佳文

, doi: 10.11676/qxxb2023.20230020

摘要(68) HTML(15) PDF(27)

摘要:
冰雹大小直接影响到产生灾害的程度，针对冰雹大小识别的需求，基于济南和青岛两部S波段双偏振雷达探测的冰雹统计信息建立数据集，获取小冰雹、大冰雹、特大冰雹的雷达水平反射率因子（Z_H）、差分反射率（Z_DR）和相关系数（CC）的概率分布，构建基于贝叶斯方法的冰雹大小识别模型（Hail size discrimination model，HSDM），然后应用两个超级单体雹暴过程进行验证。研究表明：（1）模型识别结果与实况吻合，识别的冰雹大小也符合不同尺寸冰雹散射特性、偏振参量特征及超级单体雹暴动力与微物理特性的分析。（2）冰雹大小的水平分布特征与垂直分布特征符合超级单体雹暴降水粒子筛选机制及冰雹生长机制。大冰雹、特大冰雹主要分布在靠近前侧V型槽口的强回波区；超级单体悬挂回波下侧生成小冰雹，弱回波区上面高梯度的强反射率区主要生成大冰雹、特大冰雹并沿强回波墙落地，小冰雹在远离上升气流一侧降落。（3）靠近上升气流的小冰雹主要分布在Z_DR柱、K_DP柱及之间区域，大冰雹及特大冰雹主要位于远离Z_DR柱的K_DP柱另一侧。可结合低于2 km高度的识别结果综合判断强冰雹落地浓度。

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