气象科学杂志

气象科学杂志2019年第5期

• 中国中东部地区不同气候背景下城市乡村气温差异研究

  赵雪婷,朱彬,潘晨

  本文利用中国中东部424个气象站常规观测资料与再分析气象资料，研究了1981-2014年中国中东部地区（京津冀、黄淮和长三角）不同气候背景下城市和乡村的气温差异（ΔT城乡）。研究发现，中国中东部ΔT城乡昼夜基本皆为正，北部的京津冀和南部的长三角地区ΔT城乡存在显著昼夜差异：白天长三角地区ΔT城乡大于京津冀地区；夜间则反之，京津冀地区ΔT城乡大于长三角地区；黄淮地区昼夜ΔT城乡特征介于前两个区域之间。分析发现，各地区昼夜ΔT城乡与城市和乡村的地表温差（ΔTd城乡）有很好的相关关系。城市规模不是造成南北方昼夜ΔT城乡差异的原因。结合大气热源（汇）Q1和水汽汇Q2等要素进一步分析其物理机制发现，大气热源（汇）Q1是表征南北方ΔT城乡昼夜差异的较好物理指标：（1）白天，南方乡村和城市比北方乡村和城市Q1皆较大，但南北方城市下垫面类型类似导致其Q2基本相同，而南方乡村地表蒸散发强烈、地表大气升温较慢，使得南方地区ΔT城乡大于北方地区ΔT城乡；（2）夜间，北方乡村地区Q1负值绝对值高于南方乡村、也高于北方城市，即北方乡村感热降温显著强于南方乡村和北方城市，而南北方城市Q1值基本相同，使得北方地区ΔT城乡大于南方地区ΔT城乡。本文研究结果表明，高温湿润地区白天城乡温差更大，而低温干燥地区夜间城乡温差更大。

• FY-3A卫星近海面气象要素在冬季夜间海上能见度分析中的应用

  王坚红,王阳,程远,王兴,程墨,王立军

  对FY-3A气象卫星大气温度湿度廓线资料进行夜间大雾低能见度分布反演计算，并运用美国LAPS（Local Analysis and Prediction System）局地分析与预报系统，与FNL再分析资料多要素反演数据进行多源要素融合分析。FY-3A卫星反演得到的大雾低能见度分布，经与Micaps（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Process System）系统地面天气图，FY-2E地球同步卫星红外云图，要素统计气象年鉴记录等对比检验，显示反演的低能见度区范围及强度合理。尤其是对海上缺乏常规观测资料网的海域，提供了夜间海上能见度分布信息。进一步地通过LAPS系统对比卫星资料、再分析资料、以及卫星与再分析资料融合的3种方案结果，显示将卫星监测资料与FNL再分析资料的融合效果，对单来源资料反演的大雾低能见度分布有较好的改善。融合后对卫星资料而言，卫星轨道盲区已经弥合，其次，获得了海上低能见度区分布的信息，对海上和沿海雾区能见度的强度得到合理改善。对于FNL再分析资料，原有的各项要素强梯度被合理平滑。低能见度范围也有调整改善。重要的是海上大雾低能见度区的分布，得到FY-3A卫星信息和数值模拟信息的互相验证与信息综合，可信度增强。

• 基于自组织映射的长江中下游夏季天气分型及其降水特征

  吴胜男,江志红

  利用欧洲中心1979-2015年夏季6-8月ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心CN05.1格点化降水观测数据集，引入基于自组织映射SOM（Self-Organizing Maps）方法进行长江中下游地区夏季海平面气压空间距平场的客观分型，得到该地区25种地面天气型及其系统演变特征，发现天气型的稳定、转移与天气系统强弱有关。高低压系统越强，天气型停滞频率越高，天气型越稳定；反之，天气型越不稳定。基于SOM天气型转移概率，发现三条与局地降水联系的系统演变路径，其中1号路径暖空气势力强盛，副高北上，推动锋面北抬，产生江北降水型，多发生在7月；路径2反映冷空气势力强盛推动锋面南下的天气过程，产生沿江降水型，该天气型在6、7月均易发生；路径3表现为台风移动变化对长江下游江南地区降水的影响，为江南降水型，且集中在8月。通过引入SOM方法对逐日天气尺度环流进行分型，从气候态上捕捉与降水有关的天气系统的移动变化特征，体现SOM方法在模拟天气系统演变的优势。

• 天顶扫描模式在双偏振天气雷达Zdr系统偏差订正中的应用

  胡汉峰,楚志刚,魏鸣

  双偏振天气雷达Zdr系统偏差是影响雷达数据质量的关键因素，本文利用南京信息工程大学C波段双偏振天气雷达，对90°仰角天顶扫描数据在Zdr系统偏差订正中的应用进行了分析，同时增加90°仰角定点观测模式，讨论并确认了方位旋转关节对Zdr测量结果的影响，在双偏振天气雷达雷达Zdr系统偏差订正中加入了方位旋转关节因素。研究结果表明：选择合适的90°仰角数据，不仅可以对接收双通道不一致造成的Zdr固定系统偏差进行订正，还能够进一步检测由方位旋转关节衰减不同引起的误差；利用90°仰角数据对Zdr的系统偏差进行订正，稳定性和精度较高，满足双偏振天气雷达Zdr精度要求。

• 云参数的两种地基雷达反演方法对比研究

  黄兴友,张帅,李盈盈,黄佳欢,王平

  云微物理参数是研究云物理过程和云辐射效应的基础。采用35 GHz的Ka波段毫米波云雷达的IQ数据，处理得到功率谱数据，进行了云微物理参数的反演，并且与云雷达和微波辐射计的联合反演方法进行了对比。个例研究表明：（1）层状云的云滴数浓度（N0）典型值在80~100个/cm3；有效半径Re（Effective Radius）在15~25 μm之间；液态水含量LWC（Liquid Water Content）在0.01~1 g·m-3之间；（2）利用功率谱进行反演，可以消除空气运动的干扰，提高了反演结果的可靠性；（3）反演结果的对比分析表明，功率谱反演方法和联合反演方法有较好的一致性，两种方案都适用于水云微物理参数的反演。

• 基于线性规划方法处理C波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位φC数据

  周聪,闵锦忠,戚友存,庄潇然

  高质量的差分相位数据能够有效地提高雷达识别粒子、估测降水的能力。本研究针对南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达（NUIST-CDP），提出一套差分相位φC数据的质量控制算法。其中将雷达观测到的差分相位φC分为5个部分：差分传播相位φDP、后向散射差分相位δ、非降水回波的波动εNP、系统误差εS以及电磁波信号的随机扰动εR。在线性规划方法的基础上，采用模糊逻辑法、小波分析法与迭代滤波法分别将差分相位φC数据中的εNP、εR和δ剔除，然后依据滤波后的数据，将各径向中第一个降水回波的值作为该径向的系统误差εS。结果表明，该算法能够有效地平滑由非降水回波引起的大振幅波动以及因电磁波信号造成的小振幅扰动，且可以剔除差分相位φC数据中存在的δ。此外，处理后的数据满足随径向距离递增的条件。

• 内蒙古典型草原区域Palmer气象干旱指数适用性分析

  李雁

  本研究选取我国内蒙古典型草原下垫面区域，进行PDSI在半干旱半湿润典型草原下垫面下的适用性分析。从各单点PDSI结果与区域平均PDSI的相关性结果以及PDSI与降水距平百分率、标准化降水蒸散指数、归一化植被指数以及实际干旱记载对比分析可以看出，PDSI结果与其余各干旱指标对比分析结果无论在时间趋势的一致性还是空间分布的吻合程度方面均很好的对应，说明PDSI在典型草原下垫面区域具有较好适用性，能很好反映此类下垫面状况下的干湿状况；同时，PDSI在指示频繁交替的旱涝时存在时间滞后性。研究结果可为PDSI在类似区域的精细化应用及在其余下垫面状况下的适用性分析提供参考。

• 热带海温影响我国南方冬季降水年际变化的年代际差异及其成因

  张福颖,黄乾,董丽娜

  利用中国740个站逐月降水资料、NOAA月平均海表温度资料和NCEP/NCAR再分析资料，采用统计学方法分析了近50 a（1961/1962至2010/2011年冬季）海温异常对我国南方冬季降水年际变化影响的年代际差异及其成因。结果表明：（1）中国冬季降水大致位于长江以南的我国南方地区，降水年际变化较强。1987年后，在El Niño年中国南方冬季降水偏多。（2）中国南方冬季降水与赤道中东太平洋海温异常以及海洋性大陆西部海温异常密切相关。但相关性存在年代际差异：1987年之前，主要与海洋性大陆西部海温异常相关；1987年之后，主要与赤道中东太平洋海温异常密切相关，海洋性大陆西部海温异常次之。（3）1987年之前，海洋性大陆西部海温通过影响东亚环流形势和水汽条件影响我国南方降水；在1988年之后，海洋性大陆的影响趋于减弱，而赤道中东太平洋海温异常通过改变水汽条件影响我国南方冬季降水强度。

• 湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

  周莉,蔡荣辉,兰明才,姚蓉,杨云芸

  本文基于1986-2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料，分析旱涝年主汛期（5-7月）降水低频振荡特征，并利用位相合成方法研究涝年主汛期20~50 d低频环流演变特征。结果发现，湖南地区20~50 d和10~20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征，10~20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在，而20~50 d的低频振荡只在涝年普遍存在，20~50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20~50 d低频降水进行位相合成发现，在活跃位相（中断位相），夏季南亚高压和西太平洋副热带高压（简称西太副高）纬向异常接近或者重叠（分离），湖南地区降水偏多（偏少），且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋（气旋）、河套地区槽（脊）系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高，且随位相变化存在明显的周期振荡，其中南海反气旋（气旋）和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性，湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外，随着位相的演变，低频南北风高值区皆有明显的北传特征。

• 青藏高原近地层热低压结构特征分析

  何莉阳,范广洲,赖欣,张永莉

  利用1996-2015年ERA-Interim月平均再分析资料，根据环流形势及位势高度空间距平场，将青藏高原近地层热低压分为初生阶段，成熟阶段及衰弱阶段，对不同时期热低压的动力、热力、水平、垂直结构进行研究。结果表明：初生阶段（5月）热低压范围小且独立性较差；成熟阶段（6-8月）热低压稳定而强盛，主要控制范围为（30°~36°N，77°~96°E）；衰弱阶段（9月）低压区范围缩小并北抬。热低压高度可达500~450 hPa，其内部为正涡度、负散度区，受上升气流控制。热低压是暖干结构，越接近地面中心暖干特征越明显。初生阶段，偏西的上升气流较强，暖心结构随高度东倾；成熟阶段暖心最强可达4℃，暖心与低压区趋于重合，呈正压特征；至衰弱阶段，暖心结构再次东倾，热低压厚度降低。热低压控制范围内以冷平流为主，东侧存在暖平流。水汽辐合带位于热低压中心及其东侧。5月，高原感热加热作用为热低压建立提供良好条件；夏季，降水释放潜热加热高原上空大气，利于热低压发展得更为深厚，高原东部强的潜热加热使热低压范围向东延伸。

• 热带气旋“Malakas”与中纬度系统的相互作用及其结构变化

  刘凡,陈华

  本文利用中尺度数值模式WRF和LAGRANTO轨迹模式对2010年变性台风"Malakas"进行数值模拟和轨迹分析，分析了Malakas在变性过程中与中纬度系统的相互作用，以及在相互作用过程中Malakas的结构变化特征。结果表明：Malakas变性过程经历了三个阶段：（1）高层扰动加强期，高层的正位涡产生的气旋性环流使低层Malakas中心北部的斜压带西侧产生负的温度平流，表现为冷空气的入侵；（2）Malakas和中纬度系统相互作用时期，台风北上导致斜压带出现，深对流的爆发使低层暖湿气流沿着斜压带上升，快速上升气流中的潜热释放导致低PV空气向对流层上部净输送，在其北部高层重新构建出一个脊；（3）Malakas变性成温带气旋，残存的台风内核与斜压带逐渐合并，负的位涡平流带着非绝热外出流驱动了下游最初脊的构建，加速并且固定了中纬度急流，并整体放大了上层Rossby波模式。

• 2018年3月4日强对流过程多源资料分析

  孙伟,曹舒娅,沈建,陈纾杨,周正明

  本文针对2018年3月4日苏州地区冬末春初的一次强对流天气过程，运用S波段多普勒雷达、C波段双偏振雷达、闪电定位仪和雨滴谱仪等资料对强对流天气中尺度特征进行分析，发现综合分析各种新型探测资料对于分类强对流监测预警有一定作用。分析表明：（1）冬末春初强对流发生的各种阈值与汛期强对流形成的阈值明显不同，虽然不稳定能量没有春夏高，但在动力条件下触发低层冷空气强烈抬升暖湿气流，继而引发局地冰雹、下击暴流和短时强降水的发生。（2）双偏振雷达可以有效识别强冰雹；下击暴流发生时反射率因子质心和VIL快速下降，低层风场为辐散及中层有径向辐合特征存在。（3）昆山短时强降水发生时雨滴数密度有突然增大特征。

• 双线偏振多普勒雷达对一次降雹超级单体发展减弱阶段的演变分析

  陶岚,管理,孙敏,戴建华

  2015年4月28日，在高空冷涡的天气背景下，一个伴有较长生命史中气旋的超级单体在上海南汇双线偏振多普勒雷达观测范围内经历了发展减弱阶段，并产生了冰雹、雷雨大风、短时强降水等灾害性天气。利用常规天气观测、南汇双线偏振多普勒雷达、双雷达反演风场等资料分析发现，超级单体在发展成熟阶段呈现出回波悬垂、低层入流缺口、中气旋以及三体散射等经典特征，以及表示雷暴处于发展加强阶段的差分反射率因子柱。差分反射率因子柱通常意味着雷暴中上升气流的加强，同时说明大量的水滴可以被强上升气流托举到0℃层以上，形成过冷水滴，从而有利于冰雹的形成。超级单体经过的区域0~6 km垂直风切变达到了22~26 m·s-1，强垂直风切变环境有利于水平涡度发展，南汇雷达观测范围内中气旋维持了100 min左右，有利于雷暴的发展维持。此外，基于模糊逻辑法对此次降雹强对流天气过程开展了相态识别，结果表明，模糊逻辑法对此次强对流天气过程中的冰雹、降水等不同性质的降水能够进行有效的识别，有助于对雷暴降水相态本质的认识。

• 华山云海的变化特征以及与气象要素的关系

  曹慧萍,达勇,乔舒婷,于进江,沈姣姣,马磊

  用华山气象站1985-2014年气象要素资料，分析近30 a华山云海的变化及云海与降水、相对湿度、风速的关系。结果表明，华山年平均云海日为26.27 d，最多年份72 d，最少年份仅3 d；面积<200 km2云海年平均日数24.23 d；面积≥ 200 km2云海平均日数2.87 d，最多有20 d（1985、1994年），最少有2 d（1997年），1997年后再没有面积≥ 200 km2的云海出现。云海的出现呈逐年下降的趋势，年际差异明显。秋季云海出现日数最多（平均云海日数8.13 d），冬季最少（平均4.60 d）；各月的云海日数8月最多，5月最少。面积≥ 200 km2云海冬季出现日数最多，夏季最少；11月出现最多，3、12月次之，5月最少。面积≥ 200 km2云海出现的前一天或当天一般都有降水，两天中至少有一天出现降水的几率是84.30%；平均相对湿度≥ 70%时，较易形成云海；云海日出现时常伴有风，但总体风速不大，通常≤ 10.0 m·s-1，利于云海的形成保持。

• 合肥一次低空风切变的观测与分析

  赵倩,周后福,单乃超

  本文基于合肥地面观测、机场自动观测系统（AWOS）、多普勒雷达、探空及FNL 0.25°×0.25°等资料，分析了2015年8月6日合肥一次较强风切变天气过程，并对其形成机理进行研究。结果表明：低空风切变发生前，肥西地区不稳定能量及上升气流较为活跃，有利于对流云团的发展。地面自动气象站的观测资料表明，低空风切变发生时，近地层的风向、风速和温度等气象要素均有突变；风暴的质心高度、最强回波高度和风暴顶高迅速下降，空中气流快速下沉，至近地面向四周辐散，因此该风暴属于下击暴流性质；径向速度图中明显的正负速度对也印证了低空剧烈的风向和风速切变。