气象科学杂志

气象科学杂志2019年第1期

• 夏季赤道西印度洋对大气的强迫作用及其机制研究

  何青青,徐海明,张乐英

  基于1982-2015年高分辨率海气资料，从海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）和海表面风速相关关系的角度研究了年际尺度上赤道印度洋的海气关系。结果表明，印度洋的海气关系具有明显区域性和季节性特征，即整个印度洋除赤道东南印度洋和赤道西印度洋SST与海表风速在夏季（7-9月）为显著正相关关系，主要表现为海洋影响大气；其他地区和月份均为负相关关系，主要表现为大气对海洋的强迫作用。回归分析发现，夏季赤道西印度洋SST异常可能通过海平面气压调整机制影响海表面风场，即海温增温使边界层空气增暖，海表面风场辐合增强；反之则相反。此外，还利用AM2.1模式进行模拟试验，试验结果成功地再现了夏季赤道西印度洋海表面温度与海表风速之间的正相关关系。

• 台风“Chanchu”变性过程位涡及锋生特征分析

  廖玥,王咏青,张秀年

  利用非静力中尺度WRF模式输出的0601号"Chanchu"台风模拟资料分析了台风变性过程中的结构演变特征，并从位涡的角度，利用湿位涡方程对"Chanchu"变性过程中强度减弱但却能引发强风暴雨的原因进行了探讨。分析表明：台风在变性过程中，尺度逐渐增大并与东移南下的高空槽不断接近，在与高空槽相互作用之前，台风眼壁及外围雨带雷达回波减弱，最大风速减小，最大风速半径圈向外拓展；高低层位涡相接之后，由于高层正位涡的下传携带冷空气侵入台风，在低层锋区上诱发出气旋性环流，进而重新引发强对流，并在角动量的输送作用下，台风外围环流风速再次增大。变性后高空槽和台风在位相上仍有一定距离，高空槽仅与台风的外围环流相互作用，冷空气没有入侵台风内部，这是"Chanchu"没有重新加强的原因之一。利用锋生函数对引起锋生的各分量进行分析，结果显示非绝热加热是造成锋生的主要原因，散度和变形项的贡献次之，倾斜项对锋生几乎没有贡献。

• 长三角地区农业与自然植被镶嵌体的变化对近地面气象场的影响评估

  梁永晓,马红云,江志红,保云涛,李海俊

  利用一个中尺度数值模式WRF3.8/Noah/UCM，对长三角地区近30 a来灌溉水田显著减少，农业与自然植被镶嵌体（以下简称镶嵌体）显著增加这一现象引起的气候效应进行了5 a （2008-2012年）高分辨数值模拟。试验采用了ChinaLC土地覆盖资料，利用MODIS反照率和叶面积指数产品分别验证了ChinaLC在镶嵌体和水田之间的分类可靠性。根据研究区内台站观测资料评估了ChinaLC和WRF模式自带的USGS资料模拟结果，进一步证明土地覆盖资料ChinaLC的分类准确性，有助于提高模式的模拟性能。通过对长三角地区镶嵌体面积变化的对比试验进行分析，结果表明：区域内由灌溉水田转变为镶嵌体后，不仅会使非城市区气象条件改变，同时也会影响临近的城市区，由于非城市区增温幅度大于城市区，会导致城郊温差减弱；镶嵌体增加导致江苏西南部、浙江北部气温上升0.1~0.3℃，风速减弱0.1~0.3 m·s-1，比湿降低0.05~0.15 g·kg-1，边界层高度上升40 m。在镶嵌体显著增加的南京北部-滁州以及江苏西南部一带降水减少，南京北部-滁州地区月平均降水减少了0.6 mm·d-1，马鞍山-溧水降水减少了0.2 mm·d-1。

• 基于Ka波段毫米波云雷达资料对水凝物相态的识别研究

  李玉莲,孙学金,周永波,王可,梁垚

  利用不同水凝物相态下反射率因子、多普勒径向速度、谱宽、线性退偏比等云雷达探测参量以及温度的阈值，采用不对称的T型成员函数，建立了识别水凝物相态的模糊逻辑算法，可识别的水凝物类型包括雪花、冰晶、混合相态、液态云滴、毛毛雨滴、雨滴。利用分级逐库订正法衰减订正后的Ka波段双偏振雷达探测数据和ECMWF再分析资料温度廓线数据对水凝物相态进行了识别研究。结果表明，识别出的水凝物相态结果基本合理，反映出了空中水凝物相态的演变过程，可进一步应用于降水微物理过程研究和人工影响降水应用研究。

• 2016年1月低温事件的季节内振荡特征

  江雨霏,姚素香,王咏青,张秀年

  利用NECP/DOE逐日再分析资料，分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明，此次过程存在明显的季节内振荡特征，其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别，是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播，并在我国南方汇合，从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现，此次天气过程中，温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献，天气尺度降温略大于低频降温。

• LAPS上海本地化及其在局地对流天气中的应用研究

  唐玉琪,刘红亚,岳彩军,顾问

  本文首先基于地面自动站、探空、雷达和卫星资料，开展局地分析预报系统（Local Analysis and Prediction System，LAPS）上海本地化研究，并结合2010-2014年夏季6个局地对流天气个例对其性能进行检验评估。结果表明：雷达径向风资料对LAPS风速分析影响较大，使分析场风速廓线与探空廓线的均方根误差缩小约7.66%；风云卫星资料能够改善LAPS温度和相对湿度，使分析场温度、相对湿度廓线与探空廓线的均方根误差分别缩小约9.09%和14.01%；探空气球飘移对本文LAPS分析场检验影响不明显。进一步将LAPS分析场用于2011年8月13日、2014年8月4日两次局地对流个例分析表明：LAPS高时空分辨率的分析场能够反映中小尺度天气系统的时空变化，在天气尺度背景并不十分有利于对流生成的情况下，热岛、海陆风环流的形成和持续对上海夏季局地对流天气的发生和发展起到关键作用。

• 南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析

  杨波,孟鑫,杨磊,高太长

  为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征，利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究，利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明：冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴，持续时间短，水平尺度小，有较大比例的正闪；影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异，冬季雷暴在较低的高度上，具有较低的环境温度，更有利于雷暴起电；对流单体中，霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。

• 基于有限体积法的古建筑防雷引下线温度模拟分析

  李京校,李如箭,钱慕晖,张小兵,宋平健

  利用基于有限体积法（Finite Volume Method，FVM）的6SigmaET软件模拟分析雷电击中古建筑接闪器沿引下线泄放时温度分布，主要包括不同种类雷击作用下，对不同材料、不同直径的引下线分别模拟其温度数值和分布特征，并和古建筑常用木材的燃点做了对比。结果显示：（1）多数情况下短时雷击引下线温升并不明显，在组合雷击后温升很明显，组合雷击后引下线的温升更易超过古建筑木材的燃点；（2）在其他条件相同下，不同材质引下线温升从高到低依次为钢、铝、铜；引下线直径越小，雷击后温升越高；（3）距离引下线越远位置温度越低，且温度随距离变远降低速率在变慢，在引下线外围10 mm处温度已基本接近常温；（4）雷电流作用于引下线后，升温迅速但降温较缓慢（300℃以上的高温持续超过100 s），这段时间内的高温容易引燃古建筑木材。该研究为古建筑防雷引下线材料、直径及引下线到木质界面的安全间距等合理选择提供参考。

• 4种蒸发波导模型的对比与分析

  刘立行,李煜斌,高志球,毕雪岩,朱光明

  蒸发波导模型常用来计算海上蒸发波导高度。为了认识当前不同蒸发波导模型之间的差异和方法，本文选取了目前使用广泛的4种蒸发波导模型（即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型）进行对比和分析。本文首先探讨了在理想情况下它们对气象要素的敏感性，随后并利用我国南海近海大气层观测试验数据对比了这4种模型的蒸发波导高度计算结果。分析表明：相对湿度、风速和气-海温差的变化对4种模型的计算都有着较大的影响，特别是在不稳定层结状况下，4种模型计算得到的蒸发波导高度都随着相对湿度的增大而降低、随着风速的增大而增高。Babin模型和NPS模型计算的波导高度较为一致，伪折射率模型与前两种模型的计算结果存在差异，而P-J模型与其他3种模型存在较明显的偏差。基于南海气象数据的计算结果表明，不同蒸发波导模型在该海域蒸发波导的模拟结果略有不同，但4种模型计算得到的波导高度日变化变化趋势较为一致，波导高度极低值常出现在早晨，而极高值常出现在傍晚。

• 地基雷达与TRMM/PR的一致性分析

  韩静,楚志刚,王振会,徐芬,冷亮,朱艺青

  天气雷达对中小尺度灾害性天气具有较强的监测预警能力，对研究中小尺度对流系统的云雨结构、理解降水内部的热力学和动力学过程有很大的帮助。单站点地基雷达受到诸如电磁波衰减、地物干扰等影响，在探测上存在一些限制。为了扩大天气雷达探测区域，需要采用多部天气雷达组网联合探测。然而雷达组网的各雷达之间没有进行统一标定，影响雷达网资料一致性、组网拼图，以及使雷达资料在数值模式同化的应用中受到限制。本文以TRMM （Tropical Rainfall Measuring Mission）卫星搭载的经过精确标定的测雨雷达PR（Precipitation Radar）数据产品作为标准参照源，订正地基雷达GR（Ground-based Radar）的反射率因子偏差。为了减小PR与GR之间观测值对比的不一致性，利用最佳配对数据对比法（ABCD，Available Best Comparable Dataset法），对2008年1月至2014年9月间，江苏省六部地基雷达（南京、常州、连云港、南通、徐州、盐城）的反射率因子值进行订正。最后对方法的应用范围、存在的问题及未来展望进行了讨论。

• 苏州市一次重霾污染天气过程的数值模拟

  吴珂,包云轩,蔡敏,金建平,牛利,严明良

  本文对苏州地区2015年12月13-15日发生的一次典型的重霾污染天气过程进行了数值模拟，分析了颗粒物及其组分的时空变化特征及其气象影响因子，以期为该区域空气污染治理和预防提供科学依据。结果表明：（1）利用WRF-Chem模式对此次重霾污染天气过程的污染气体成分进行数值模拟后发现，小时平均的PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2模拟值与实测值的相关系数较高，达到0.68以上，通过了P<0.01的显著性检验，且日变化过程对应也较好。（2）通过分析此次污染过程的天气背景，发现污染形成期高空环流比较平直，中层为均匀的弱高压控制，地面受弱高压脊控制，这种形势容易导致颗粒物的堆积。后期地面等压线密集时，风速大，有利于污染物的输送与扩散。（3）通过分析此次污染过程期间气象要素的变化发现，有逆温、风速小、相对湿度大等不利的气象条件是导致此次污染过程发生的重要原因之一。（4） HYSPLIT轨迹分析显示，此次重霾过程主要受北方大范围灰霾颗粒物南下影响，北方污染气团逐步南推，14至15日本地大气扩散条件差、污染物累积，最终导致本地污染加重，从而发生重霾事件。（5）火点图的分布进一步验证了此次重霾污染过程是由外来污染气团输入所导致。

• 上海二次温室大棚区强尘卷风的成因分析

  戴蔚明,胡平,荣裕良,马忠芬,顾忠良

  尘卷风是近地面气层中的小旋风，使沙尘或其他细小物体随风卷起而形成的一种天气现象。2011年10月27日11时10分和2015年9月13日11时12分发生于上海地区的两次强尘卷风天气过程（北京时，下同）均造成了不同程度的灾害。两次尘卷风均发生在温室大棚区，其下垫面性质和干旱区裸露地面和水泥沥青城市地面极不相同，因此了解其发生原因很有必要。本文利用常规天气图、温度对数压力图、100 m以下5层铁塔风和温度、微波辐射仪以及温室大棚基地自动气象站等资料对这两次尘卷风过程进行了分析。发现.在常规探空都未探测到明显的超绝热现象，但在铁塔观测的地表面层温度垂直廓线结合微波辐射仪及自动气象站等资料揭示了尘卷风发生时近地面气层都具备了超绝热条件。尘卷风发生前后10：00-12：00的10~70 m温度垂直递减率γ平均达1.58℃/100 m，极大值达2.33℃/100 m，为干绝热递减率的两倍还多。上海地区10座铁塔测风网获得的10、30、50、70 m近地层风场的旋转和辐合特征揭示了尘卷风旋转的角动量来源。通过分析500、700、850 hPa天气形势探讨了有利于发生尘卷风的大尺度环流条件为尘卷风预报提供参考。最后对这两次尘卷风发生在温室大棚区域而不是自然农田的机理提出了初步看法供进一步讨论。

• 一次强寒潮引发的浙北不同地区雨雪气象条件差异

  卢晶晶,涂小萍,郭宇光,乐益龙

  雨雪相态的转化是浙江省冬季降水预报服务的重点和难点。利用NCEP再分析格点资料、浙江省自动气象站和两部风廓线雷达观测资料，对2016年1月一次强寒潮在浙江北部地区导致不同的降水相态进行气象要素的对比分析。结果发现：高空强冷平流、中低层强暖湿气流为雨雪过程提供了良好的动力和水汽条件。对比分析发现：在同等强度的冷空气影响下，浙江北部沿海地区雨夹雪或雪需要大气低层的气温比内陆地区更低。根据不同降水相态下T2 m、Φ850-1 000和Φ925-1 000指标差异对沿海地区和内陆地区分别建立雨雪判别指标。检验表明统计指标对浙北地区雨雪相态预报有较好的指示意义，且风廓线雷达资料500 m以下边界层平均垂直速度变化可以辅助判定地面雨雪的相态变化和地面降雪的强弱。

• 暴雨灾害风险及其对农业影响的评估

  王莹,张晓月,张琪,李琳琳,黄岩

  综合考虑降雨区域类型、发生强度和持续时间，确定了暴雨灾害致灾因子的综合强度分级标准；将地形高程、高程标准差、河网密度等环境脆弱性要素结合暴雨灾害致灾因子，建立暴雨灾害风险评估模型，并进行分级评估；应用GIS将农业易损性指标叠加到暴雨灾害风险区划中，得到不同等级风险下农业受影响的程度。以"7·21"暴雨为例，进行模型的应用及检验分析，结果表明：降雨量最大的葫芦岛大部、丹东宽甸县暴雨灾害风险等级为极高；致灾因子危险等级相同时，辽宁中部平原地区较辽西、辽东丘陵地区暴雨灾害风险等级高；农业易损性较高的沈阳大部、鞍山北部、丹东局部、锦州大部、铁岭部分、葫芦岛大部地区农业受灾较重。评估结果与事实灾情较一致。