气象科学杂志

气象科学杂志2020年第2期

• NCEP/CFSR再分析耦合资料中MJO对ENSO的影响研究

  王融融，胡海波，杨修群

  基于1979—2008年NCEP/CFSR再分析耦合数据集，研究了冬季MJO对ENSO事件的影响。结果表明，在年际时间尺度以及长期的年代际时间尺度上，热带印度洋MJO活动的强弱性都可以影响热带中东太平洋ENSO事件的发生和发展。在年际时间尺度上，ENSO发生前期征兆的赤道中东太平洋的西风爆发事件（Westerly Wind Burst，WWB），作为MJO影响ENSO的主要途径，存在着显著的次季节时间尺度的变化。相对于气候平均的赤道太平洋西部暖池区上升而东部下沉的Walker环流，MJO正位相东传后的西风异常，减弱了低层东风和赤道东太平洋海水上翻。这一上升海流的减弱导致了中东赤道太平洋的海温升高，从而有利于ENSO暖海温事件的发生。而在年代际时间尺度上，MJO范围和强度在1998年前后出现了明显的转变，1998年之前MJO的东移范围更东，强度更强，从而导致了西太平洋西风爆发区的次季节西风异常事件更加显著，在Bjeknes正反馈机制下对应了年代际时间尺度下的强尼诺事件出现，1998年之后则与之相反。冬季MJO对ENSO影响的这一年代际特征主要体现在晚冬季节，而在早冬伴随着印度洋的增暖，MJO强度一直在逐年增加。

• 冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

  祁春娟，朱伟军，李欣，曹煜晨

  基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料，研究冬季北半球西伯利亚风暴轴（Siberian Storm Track，SIST）、北太平洋风暴轴（Pacific Storm Track，PST）和北大西洋风暴轴（Atlantic Storm Track，AST）的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明：（1）三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性，风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上，SIST与AST的经度变化呈显著负相关，而PST和AST的协同性较差；年代际尺度上，SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关，SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关，PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。（2）由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征：在年际尺度上，第一模态主要表现为SIST偏弱（强），PST主体偏弱（强）、东南偏强（弱），AST略偏北（南）偏强（弱）但不显著的协同变化。PC1为正位相时，对应的大气环流异常为：500 hPa高度场上为太平洋北美（Pacific North America，PNA）型和欧亚（Eurasian，EU）型的正位相，东亚急流偏强且偏南；第二模态主要表现为SIST偏强（弱）且偏东（西），PST中东部偏南（北）、西部强度偏强（弱），AST偏强（弱）的协同变化。PC2为正位相时，对应的大气环流异常为：500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部（East Atlantic，EA）型的正位相，北美急流减弱；在年代际尺度上，第一模态主要表现为SIST偏西（东）且偏弱（强），PST偏东（西）且偏弱（强），AST偏西（东）且偏弱（强）的协同变化。PC1为正位相时，对应的大气环流异常为：500 hPa高度场上为西大西洋（West Atlantic，WA）型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强（弱）且偏北（南），PST偏南（北）且偏弱（强），AST北抬（南压）的协同变化。PC2为正位相时，对应的大气环流异常为：500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相，东亚急流强度加强且偏南，北美急流强度减弱。

• 江淮梅雨与东亚副热带夏季风进程变异的关系

  唐玉，李栋梁

  根据中国气象局《梅雨监测业务规定》中的入、出梅标准，结合1960—2016年全国661个常规气象站逐日气象资料，以及NCEP/NCAR月平均再分析资料，分析了江淮梅雨和东亚副热带夏季风进程变异的时空特征，提取季风关键区（32°~34°N，112°~120°E，包含17个站点），并分析了江淮梅雨和季风关键区的联系与成因。结果表明：1960—2016年平均梅雨期为6月8日—7月15日，平均梅雨量为303 mm。比东亚平均梅雨季的开始时间早9 d，比其结束时间晚7 d。梅雨量在近57 a中也呈波动式变化，但整体为上升趋势。入梅越早，出梅越晚，则梅雨期越长，梅雨量越多。副热带夏季风推进到关键区的平均时间为5月19日，其在1970s末和1990s末分别发生了由偏晚向偏早和由偏早向偏晚的突变。夏季风到达关键区偏早时，出梅日偏晚，梅雨量偏多，季风到达偏晚时，出梅日偏早，梅雨量偏少。副热带夏季风推进时间和江淮梅雨量呈全区一致的负相关，负相关区位于湖南、湖北及江西三省临近的两湖地区。东亚副热带夏季风到达关键区时间偏早（晚）年，500 hPa高度场上乌拉尔山—鄂霍茨克海为正（负）距平，阻塞高压增强（减弱）；日本海附近为负（正）距平，东亚大槽加深（西退北缩），加强（削弱）了槽后冷空气向南输送且不（有）利于中低纬度副热带高压的北跳，西太平洋副热带高压中心强度增强（减弱），位置偏西（东），其西北侧的西南暖湿气流输送加强（减弱），江淮地区有水汽的辐合（辐散），有（不）利于梅雨量偏多。

• 江苏省夏季暴雨的时空变率特征及其与不同类型ENSO的联系

  项瑛，巩庆，艾文文，蒋薇，程婷

  利用1961—2016年江苏省70个站点的逐日降水资料和暴雨定义，分析了江苏省半个世纪以来暴雨发生的年代际时空变化特征，并分析了不同分布型El Niño发展年份对江苏省夏季降水和暴雨的影响特征。结果表明江苏省暴雨主要集中在6—8月，暴雨日数占全年的73.6%，尤其又以7月为最多；暴雨总的分布特点为苏北多于苏南，淮北西北部及苏南东部最少；江苏暴雨发生频次具有明显的年代际变化，且各地区暴雨的年代际变化有一定差异，频发期为1960s、1990s至今，尤其是1990s以来，全省暴雨增多趋势明显，且2011年之后雨带明显南移；东部型El Niño发展年份较中部型El Niño年份的环流形势更有利于导致江苏夏季降水偏多，尤其是沿江苏南地区与常年同期均值有显著性差异。

• BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估

  陶潘虹，张耀存，孙凤华

  利用BCC第二代气候预测模式系统（BCC_CSM2）的回报试验结果，评估了BCC_CSM2对2015年1月27—31日一次强寒潮过程的次季节预报能力，结果表明：（1）此次寒潮过程主要由新地岛以西的短波槽不断东移发展而形成的，模式能够提前10 d较好地预报过程期间降温以及高空环流形势，相关系数、距平符号一致率以及均方根误差都定量表明模式在10 d左右具有较好的预报能力，但是对降温程度的预报能力随起报时间的延长逐渐降低；（2）为了探讨随起报时间延长模式预报能力降低的原因，从位势倾向方程出发，分析相对涡度平流和温度平流随高度变化发现，在模式提前10 d之内的预报时段内，模式预报的相对涡度平流和温度平流随高度变化与再分析资料的诊断结果基本一致，能够合理预测短波槽的东移和槽脊的强度变化，当预报超过10 d后，模式中相对涡度平流的配置不利于短波槽的东移，模式预报的低层出现暖平流，并随高度增加而减小，不利于槽的加深，使模式预报的环流形势产生偏差，导致模式预报能力降低。

• 多时间尺度下黑龙江省1980—2014年干湿演变特征及主导因子分析

  颜雅琼，申双和，岳元，王琪，刘海秋

  利用黑龙江省1980—2014年28个气象台站常规观测资料，计算得到全省的相对湿润度指数。运用ArcGIS反距离权重空间插值法、趋势系数及相关分析法对全省作物生长季及各个季节干旱分布、干湿发展趋势及主要影响因素进行具体分析。结果表明：就相对湿润度指数年际分布而言，生长季干旱主要集中在2000—2010年，夏季和秋季干旱主要集中在1995年之后，春季干旱则在全时段均有发生，其中重旱和特旱居多；就相对湿润度指数变化趋势而言，春季全省整体呈微湿润化的趋势，冬季呈显著地湿润化发展趋势，其余时段则呈现干旱化发展，但不同时段空间差异显著；分析降雨量、潜在蒸散量与相对湿润度指数的相关系数发现，降雨量始终是黑龙江省生长季及各个季节相对湿润度指数变化的主导因子，但夏季潜在蒸散量的影响有所增加。

• 一种新的垂直速度计算方法

  赵向军，丁治英，李莹，高松

  在流体的不可压缩条件下，本文通过连续方程给出了一种新的垂直速度计算方法，称为z方法。通过实验得出：z方法下同样可以得出水平涡度与垂直运动的关系，即水平涡度矢量逆时针旋转时，对应上升运动，顺时针旋转时对应下沉运动。通过有效性验证得出：本文的方法在高层具有比较高的可靠性，在低层可靠性比高层稍弱，在中层则不甚理想。通过与p方法求解出的垂直速度的效果进行比较，得出p方法略好于z方法。

• 江苏地区夏季一次辐射雾的数值模拟及生消机理分析

  钱玮，宗晨，袁成松，包云轩，李昕，王宏斌

  利用地面观测资料、秒级探空资料结合WRF中尺度数值模式，对2016年6月25—26日江苏南部地区一次影响范围广、持续时间长的罕见辐射雾过程进行了数值模拟分析。结果表明：（1）雾区范围和气象要素数值模拟结果与实况基本一致；（2）低层超薄超强逆温为此次夏季雾的形成、发展和维持提供了稳定条件；（3）成雾前江苏南部地区白天出现的降水是夜间浓雾形成的重要水汽来源；（4）夜间地表辐射冷却作用是浓雾形成的重要因素；地面风速稳定低于2 m·s-1，有利于浓雾的维持；日出后随着短波辐射增强风速增大、稳定层结破坏促使浓雾减弱消散。

• 宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

  姜玉印，卢楚翰，范元月，雷东洋

  利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料，对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程，从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明：这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中，表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件，较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长，共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率，降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。

• 基于Logistic模型的干、湿环境下江淮夏季雷暴大风潜势预报研究

  王毅，张晓美，盛杰，杨吉

  利用2009—2015年江淮夏季雷暴大风观测资料和NCEP再分析资料，按整层可降水量将雷暴大风环境划分为干、湿两种环境，结果发现湿环境雷暴大风日约占总雷暴大风日数的86%。基于物理量参数和Logistic回归方法构建了江淮夏季干、湿环境下区域雷暴大风的潜势预报模型。西南区、东南区和北区湿环境雷暴大风的最显著预报因子分别是冰雹指数（CS）、K指数和沙氏指数（SI）。干环境雷暴大风的最显著预报因子是总指数（TT）。相对于大风指数（WINDEX），综合考虑热力学作用和高空水平动量信息的新大风指数（GUSTEX）对江淮干、湿环境雷暴大风的预报指示意义更好。通过历史样本回报确立了预报模型的概率阈值，并利用2016年独立样本试预报检验证明Logistic模型预报效果良好。

• 基于AHI观测的全天气条件海表温度反演

  王朋，诸葛小勇，陈宝君，陆一磊，肖宇昕，夏凡

  基于搭载在日本新一代静止气象卫星Himawari-8上的先进葵花成像仪（Advanced Himawari Imager，AHI）观测资料，研究了高时空分辨率的、全天气条件的海表温度（Sea Surface Temperature，SST）反演算法。本算法包括两步：第一步，根据云检测算法划分晴空和云区，然后利用非线性SST（NLSST）方程由红外亮温估计晴空SST；第二步，在有云区，先由前5 d同一时刻的晴空SST进行初步补缺，然后再利用Barnes插值完善云区SST估计和进行异常点平滑。最终得到时间分辨率为10 min、空间分辨率为0.05°的全天气条件海温分布。利用移动浮标的观测SST验证，晴空区SST估计的均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE）和平均误差（Mean Error，ME）分别为0.857 K和0.017 K。全天气条件SST估计的RMSE和ME分别为0.872 K和-0.005 K。

• 晋江市海陆风对城市热岛的影响

  陈春丽，叶栋水，邱新法，叶秀枝，张玉琴，朱晓晨

  利用2017年晋江市及其周边共27个自动气象站逐小时气象资料，分析了2017年晋江城市热岛强度的日变化及有无海陆风对城市热岛强度的影响，同时研究了不同季节海陆风风速对城市热岛强度的影响，最后通过典型个例海陆风日验证了晋江城市热岛的日变化特征。结果表明：晋江市全年平均热岛强度的日变化趋势呈"V"字型分布；海风能使城市降温，减弱城市热岛强度，而陆风能使夜间热岛显著增强，故与非海陆风日相比，海陆风日热岛强度的日变化幅度增大；热岛强度与海陆风风速呈负相关，海陆风风速越大对城市热岛有一定的缓解作用。

• 大气环状模对夏季中国大陆登陆热带气旋频数气候变化的影响

  马圆，余锦华，方珂，董晓云

  采用1949—2016年7—8月美国国家环境预报中心及大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料与中国气象局（CMA）上海台风所整编的热带气旋最佳路径数据集，研究大气环状模（Circumglobal Teleconnection，CGT）与中国大陆地区登陆热带气旋（Tropical Cyclone，TC）频数气候变化的关系。定义200 hPa经向风经验正交展开（EOF）的第一模态为CGT，其时间系数为环状模指数（Circumgolbal Teleconnection Index，CGTI）。CGT在北半球中纬度地区有5个异常中心，CGTI在1949—2016年呈明显的下降趋势，且存在一个2~3 a的周期振荡。CGT与大尺度环流异常存在密切的联系。研究表明：CGTI与中国大陆登陆TC频数气候变率具有显著的正相关，即CGTI表现为正异常时，登陆中国大陆的TC频数增加，反之减少。当CGT表现为正位相时，东亚副热带西风急流增强，急流南侧的反气旋切变增强，使TC登陆过程的活动区域200 hPa的辐散增强，此外，对流层高层Rossby波能量向南传播增强，形成波通量辐合，导致东风异常，产生了东风异常的引导气流和纬向风垂直切变，东风切变使得切变减小，增加了TC登陆中国大陆的可能性。

• 江苏省冰粒过程的天气特征和预报着眼点探讨

  马晨晨，韩桂荣，黄文彦，史达伟，马乐

  利用常规气象观测资料、微波辐射计资料和FNL再分析资料对2016年3月8日和2015年2月27日江苏省两次冰粒过程进行了对比分析，研究结果表明：（1）两次过程均是在后倾槽系统和东路冷空气的影响下产生的，环流形势为冰粒的产生提供了有利的大尺度条件；（2）在临近冰粒形成前，融化层和冻结层形成，而干层的形成时间要明显早于融化层和冻结层；（3）偏北的冷气流与偏南的暖气流随时间和空间分布不同导致温度平流分布不同，进而导致融化层和冻结层产生；（4）干层的形成主要是由于湿度平流随高度的分布差异造成的，水滴在干层中的蒸发吸热作用促进冻结层产生和维持。

• 2017年南京酸雨特征及连续发生的成因分析

  吴洪颜，严文莲，蒋义芳

  利用南京市1992—2017年逐日酸雨监测数据、2017年大气污染物浓度和探空资料，研究了2017年连续酸雨出现特征及成因。结果表明：2017年南京酸雨发生频率38%，为近5 a来最低；年降水pH值为4.92，大于2014年，小于2015年和2016年；秋季酸雨发生频率最高、酸度最强，春季次之，夏季酸雨污染最轻；全年共出现了4次连续酸雨过程，高空多短波槽活动和低空切变的长时间维持为连续酸雨的产生提供了有利的环境背景，局地污染源、受低层风引导的外来污染物以及"假日效应"的叠加影响共同造成南京强酸雨的出现；此外，由于大气中水汽和能量的季节差异，也造成每次过程在降水强度、降水pH值上有所不同。