气象科学杂志

气象科学杂志2025年第6期

• 2025年秋季中国主要天气气候事件特征

  洪海旭，王依然，王雅琦，印曼曼，冯爱青，翟建青，李莹

  2025年秋季,中国呈现气温偏高、降水偏多的气候特征。全国平均气温较常年同期偏高0.8 ℃,为1961年以来历史同期第五高;平均降水量较常年同期偏多33.7%,为历史同期最多。秋季台风活动偏多,生成和登陆台风个数均高于常年,显著影响华南沿海地区。区域性暴雨过程发生次数明显偏多,影响范围广,9月以南方型暴雨过程为主导,10月北方型暴雨过程偏多;高温日数偏多,江南和华南北部地区发生两次大范围高温过程。气象干旱总体偏轻,华东南部和四川西部气象干旱阶段性发展;冷空气过程偏少、强度整体偏弱,但11月的全国型寒潮过程对中国东北地区和中东部地区产生明显影响;沙尘天气过程发生次数略偏多,但整体强度较弱。初步分析表明,秋季西太平洋副热带高压异常增强并西伸,有利于江南和华南北部地区高温的形成;其西侧偏南气流的水汽输送以及西风急流北移引起的垂直上升运动,为华东北部和华中中北部降水显著偏多提供了有利条件。

• 冬季东海黑潮锋区中尺度海洋涡旋气候效应的数值模拟

  宋堂轩，李依然，胡海波，陈维轩

  为了探究海洋锋区中尺度海洋涡旋对区域海气耦合模拟的影响,本文利用区域海气耦合模式,以海气耦合的气候预测系统再分析(Climate Forecast System Reanalysis,CFSR)资料为初始和边界条件,对2000至2009年冬季东海黑潮锋区进行了低空间分辨率和涡分辨的高分辨率的耦合数值模拟。两组数值试验中,涡分辨模拟结果在大气边界层高度、海平面气压和低层风场等各物理量的时空分布上均与耦合再分析资料有较强的一致性,而低分辨率模拟结果与再分析资料存在较大偏差。此外,本文综合了海洋对大气的强迫强度与大气对海洋的反馈强度定义了海气耦合指数。再分析资料与涡分辨模拟中的耦合指数均为0.26,而在低分辨率模拟中其仅为0.20。进一步分析表明,涡分辨模拟较好地描述了东海区域内的众多海洋涡旋分布及其与上空海洋性大气边界层之间的耦合过程。特别是在垂直于黑潮主轴的西北风与东南风天气背景下,海洋涡旋在涡分辨模拟中更加显著地加强了黑潮锋区的海气耦合强度,并主导了对低分辨率时模拟结果偏差的修正作用。

• 2019年超强正位相印度洋偶极子事件的成因分析

  李雅洁，单瑞娟，邱梓轩，张冬香，陈倩倩

  2019年秋季,赤道印度洋地区爆发了近40 a以来最为严重的一次正印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)事件。该事件造成澳大利亚地区和东非地区均出现了极端气候灾害。本文利用英国哈德莱数据中心的海温数据资料及欧洲中期天气数据中心ERA5的风场、位势高度场及表面气压数据资料对2019年秋季爆发的"超强"正IOD事件的成因进行探究。结果表明,在2019年6—7月澳大利亚高压及8月孟加拉湾越赤道气流的共同作用下,赤道印度洋地区拥有了充足的东风气流。随后,在Bjerknes正反馈机制的作用下,2019年秋季爆发了"超强"正IOD事件。在年际变化中,6—7月的澳大利亚高压、8月的孟加拉湾越赤道气流的强度相互独立,并与9—11月IOD事件的强度呈现显著的正相关。因此,当6—7月的澳大利亚高压、8月孟加拉湾越赤道气流均呈现显著偏强时,同年9—11月极有可能爆发"超强"正IOD事件,对东西印度洋周边国家在农业、经济以及生态系统等各方面产生严重影响。

• 基于SWAP的2022年夏季中国严重干旱的逐日监测与极端程度分析

  李登澳，刘睿思，袁典，陆尔

  近年来,极端高温干旱等灾害事件频发,给经济和社会带来巨大影响,尤其是2022年夏季,我国中东部地区遭遇了持续性高温和严重干旱,造成了严重经济损失。标准化加权平均降水(Standardized Weighted Average Precipitation, SWAP)指数基于简单物理模型,考虑前期降水的累积效应与衰减效应,能够准确地反映当前旱涝状况,并展现对应的演变过程。为了探究此次干旱事件的变化特征,本文将该方法与传统的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index, SPI)进行对比,采用该方法对2022年夏季的干旱进行逐日监测,并结合游程理论,对干旱的极端程度进行了量化分析。结果表明:SWAP指数在逐日尺度上的监测效果更优,能够提供更为精确的干旱信息。本次事件中干旱首先出现在华北和东北地区,随后蔓延至西北和华南地区,最终在8月中旬大部分地区都呈现严重干旱的状态。此次干旱是近62 a以来最为极端的干旱事件,在不同阈值下,干旱日数、干旱日SWAP累积量和干旱强度均达到了历史最高水平。本研究为评估干旱事件的极端程度提供了新的方法,为未来干旱的监测、预警及气候灾害的管理与应对提供了科学依据与技术支持。

• 东亚高空西风急流次季节协同变化对2020年超强梅雨的影响

  胡竞文，谢志清，杜银

  2020年6—7月梅雨期间11次暴雨事件周期性地出现在长江中下游,与副热带急流和极锋急流的次季节协同变化密切相关,极锋急流通过波流相互作用调控副热带急流位置、强度、形状和走向,进而影响东亚梅雨强降水落区。2020年梅雨期间副热带急流和极锋急流关键区内平均风速距平呈现出显著的10~20 d次季节振荡特征,构成4种位相组合(强强、弱弱、强弱和弱强型),对应着5个急流异常事件。副热带急流和极锋急流的4种次季节位相组合显著影响低空急流位置和走向,特别是关键区平均风速呈反位相变化时,东亚—西北太平洋地区250 hPa急流呈纬向带状分布或"V"型分布,上层急流主体空间分布连续,有利于低空急流发展,增强长江中下游水汽输送和动力抬升,有利于强降水事件发生。长江中下游周期性出现的高低空急流耦合结构是导致2020年超强梅雨事件的重要原因。

• 东北秋末降水多时间尺度环流特征及2023年降水异常成因

  林中冠，林益同，张凯，于怡秋，秦美欧

  近年来,东北地区秋末(11月)降水持续异常偏多,2023年降水量突破1951年以来历史同期最大值。本文利用东北245个国家级气象站1979—2023年逐日降水数据,研究了与东北秋末降水年际和年代际变率相联系的大尺度环流特征及海温影响因子,在此基础上分析了造成2023年秋末东北降水异常偏多的可能原因。结果表明:东北秋末降水存在明显年际和年代际变化,2010年后降水呈年代际增多。降水年际变率主要与东西伯利亚负位势高度异常及日本海异常反气旋相联系,而年代际变率则与东北冷涡活动的联系更为紧密。东北秋末降水年际变化与前期10月白令海区域海温呈显著负相关,且相关性在2010年后明显增强,年代际变化则与同期日本海至黑潮延伸体以东区域海温正异常相联系。2023年秋末,东北冷涡活动频繁,白令海区域海温偏低、日本海至黑潮延伸体以东区域海温异常偏高,可能通过局地海气相互作用造成东西伯利亚负位势高度异常与东北东侧阻塞形势相配合的异常环流,有利于冷涡在东北地区维持,高低层环流配置为降水提供了较好的动力和水汽条件,导致东北地区降水异常偏多。

• 湖南大范围持续低温雨雪天气过程的关键影响因子

  苏涛，陶雅琴，陈静静，江婉婷

  利用观测资料和再分析资料,通过选取影响严重的4次低温雨雪冰冻过程,诊断分析湖南低温雨雪冰冻灾害的环流系统组合性异常,综合讨论环流系统和大气层结对湖南低温雨雪冰冻天气及降水相态的影响,提取湖南低温雨雪冰冻预报预警的关键因素和指标。结果表明:阻塞高压、高低空急流、南支槽、地面冷高压以及温度廓线是湖南雨雪冰冻预报预警的关键因子。强盛的极涡发生分裂,为阻塞形势的发展提供了有利基础;阻塞形势的建立,使得大气环流的经向扰动明显加大,不断有冷空气南下;同时强盛的西太平洋副热带高压阻挡了冷空气的向南推进,对湘南的冻雨有着重要的作用。阻塞高压的位置和强度对低温雨雪冰冻的发生发展同样重要,其处于60°~120°E时,更有助于强盛冷空气南下。南支槽对湖南低温雨雪冰冻事件中水汽和能量输送有着重要作用。湖南的地理位置决定了其特殊的温度层结,是造成湖南相态转换和多相态降水存在的直接原因。

• 2022年8月塔里木盆地西缘三次暴雨个例水汽输送特征

  刘大锋，李海花

  2022年8月塔里木盆地西缘出现多场强降水天气,致使塔里木河来水量为近10 a峰值。本文基于常规观测和NCEP再分析资料及水汽追踪模式,对比分析了2022年8月16—18日("08·16")、8月20—23日("08·20")和8月25—28日("08·25")三次强降水过程的高低空环流配置、水汽输送及收支、不同路径水汽贡献等异同点。结果表明,其相同点主要为:三次过程中200 hPa副热带西风急流均位于40°N附近,500 hPa环流受中亚低值系统影响,700 hPa环流受偏西风与偏东风的辐合影响;中高层水汽由大西洋经里海北部以及巴尔喀什湖南部接力输送至强降水区,而低层水汽输送主要来源于阿拉伯海、孟加拉湾以及南疆盆地;西边界和南边界水汽输入贡献最为显著。其差异性主要表现为:在"08·20"和"08·25"过程中,100 hPa南亚高压呈带状分布,且为东部偏强型;而在"08·16"过程中,南亚高压呈双体型;700 hPa和500 hPa高度水汽输送在"08·16"和"08·20"过程中以西南路径最强,而在"08·25"过程中以偏南路径为主;在"08·16"和"08·20"过程中西边界水汽输入贡献最大,在"08·25"过程中则南边界贡献最大,且在"08·20"和"08·25"过程中还存在东边界水汽输入。

• 台风"烟花"陆上长久维持成因分析

  刘开源，葛豪轩，姜有山，葛旭阳，沈澄

  2106号台风"烟花"登陆后强度衰减缓慢,在陆地上维持时间超过4 d,影响范围广,致灾强度大。本文设计了一系列敏感性数值试验,以探究该台风长时间维持的可能原因。结果表明:台风"烟花"自身较大尺度与充沛的环境场水汽输送对其登陆后的维持具有明显的正贡献,其中环境场水汽输送尤为关键。具体而言,"烟花"登陆后,其核心区域具有充沛的水汽供应,在眼壁区强对流活动下,导致较大范围凝结潜热能释放,促进了次级环流(低层入流与高层出流)的发展与维持,使高低层垂直耦合,减缓台风衰亡。此外,边界层入流中丰富的水汽能降低内核区抬升凝结高度与自由对流高度,活跃的对流活动延缓登陆台风低层冷心结构向上发展,有利于台风暖心结构的维持。

• 不同天气尺度强迫下霰粒子参数对强降水预报敏感性分析

  孙璐，王秋萍，董妍，金爽，娄盼星，马永永，惠英

  数值模式对不同天气尺度强迫下的降水预报能力存在差异,霰粒子作为重要的雨水源汇项,在数值模拟过程中直接影响地面降水的预报结果。本文利用WRF模式,基于Thompson双参数方案进行数值试验,研究数值模式中不同的霰粒子参数对于强、弱两种天气尺度强迫下降水预报结果的影响。结果表明:调整霰粒子密度及下落末速度系数的大小对强、弱天气尺度强迫下的降水预报均有改善。弱强迫过程中,深对流区域降水占主导,各类水凝物中雨水含量明显增加;强强迫过程中,深对流区域和层状云区域对降水影响相当,雪粒子增长明显。两类过程中高霰粒子密度及小的下落末速度系数预报雨水及霰粒子质量比极值出现高度较高。弱强迫程中暖云过程影响更大,霰粒子密度及下落末速度系数大小的改变不仅可以改变垂直速度的强度,也会对空间分布产生较大影响;强强迫过程降水的准确预报主要受冷云过程影响,霰粒子参数的变化仅对垂直速度强度产生影响,对其空间分布特征影响较小。

• 基于气候模式输出的不同高度云量日变化分析

  安雅涵，刘大锋，蒋知烨，尹君

  云层的高度及其日变化对地球能量平衡和气候系统有着重要作用。然而,目前关于不同高度云量日变化特征的研究仍相对不足。本研究利用第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6)中不同模式输出数据与国际卫星云气候计划(International Satellite Cloud Climatology Project,ISCCP)模拟器数据,探讨了总云量的对比关系,并通过云反馈模式比较计划(CFMIP)重点分析了不同高度云量的日变化。结果显示各模式与ISCCP模拟器数据在总云量的绝对值上存在显著差异,但时间序列分析显示模式输出与ISCCP模拟器数据表现出较高的相关性,特别是在低纬度地区。相比之下,高纬度地区的相关性稍显降低。表明,尽管模式输出的云量绝对值与模拟的卫星观测数据不能直接比较,但其反映的总云量变化趋势在时间尺度上仍具有重要的参考价值。此外,研究还揭示了低云和高云在日变化上显著的昼夜周期性,而低云和高云一般有降温和增温的显著差异。这些发现强调了准确模拟不同高度云层的日变化在气候预测中的重要性,是进一步提高气候模式准确性的关键。

• 基于Kmeans和IWOA-BiGRU-EC的超短期光伏功率预测方法研究

  曾伟麟，张颖超，丁仁惠，范赫，叶小岭

  为了提高光伏功率的预测精度,本文建立了一种基于Kmeans和IWOA-BiGRU-EC的超短期光伏功率预测模型(KIBE模型)。首先,利用Kmeans聚类将历史数据划分为三类天气类型的相似日样本;其次,为了提升双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit, BiGRU)的预测效果,通过引入改进Circle混沌映射初始化、非线性收敛因子及添加惯性权重的方法提出一种改进鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm, IWOA)并构建IWOA-BiGRU模型进行初步预测;最后,结合初步预测结果进行误差修正(Error Correction,EC),利用变分模态分解将误差序列分解为若干个分量,通过IWOA-BiGRU预测模型对每个分量作预测并叠加得到误差预测结果,将初步预测结果与误差预测结果求算术和得到最终功率预测结果。选取江苏省某光伏电站的实测数据进行实验,结果表明本文提出的KIBE模型对比其他模型可以有效提升在三类天气条件下的预测结果精度。