摘要:

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摘要:眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术，对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明：大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h，但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速，同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外，使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动，结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此，在台风数值研究中引入大涡模拟技术，有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。

摘要:在中纬度北太平洋大气强斜压区，存在频繁的天气尺度涡旋活动，通过水分、动量和能量输送维持大气环流。为了进一步研究天气尺度涡旋发生发展与大尺度环流之间的联系，利用1981—2013年再分析资料，筛选出西部发展型天气尺度涡旋114个偏强日和87个偏弱日，给出了西部发展型天气尺度涡旋异常导致的动力和热力强迫的变化，同时从能量转换的角度分析了西部发展型天气尺度涡旋与平均流之间的相互作用，并探讨了其与西太平洋遥相关型的关系。结果表明：西部发展型天气尺度涡旋通过动力强迫和热力强迫影响平均流，其中动力强迫主要造成北太平洋中纬度上空的西风气流加速并向北移动；热力强迫的作用则是减弱中纬度大气斜压性。同时，强西部发展型天气尺度涡旋有利于西北太平洋上空对流层低层斜压有效位能向扰动动能的转化增大和扰动动能向平均流的转化增大，有利于中纬度地区对流层高层平均流向扰动动能的转化增大。此外，西部发展型天气尺度涡旋通过与平均流的作用，对维持西太平洋遥相关型的负位相有一定影响。

摘要:利用麻省理工学院海洋环流模式研究了风应力输入到海洋中的能量的气候变率特征。结果表明：风应力输入到海洋中的能量对气候变化有显著的响应。在北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）正位相的年份，风应力输入到海洋中的能量的大值区北移且加强，主要由于暴风路径的北移和天气尺度大气扰动的加强导致；同样，在南半球环状模（Southern Annular Mode，SAM）正位相年份输入到南大洋的能量大值区南移并加强，且输入到南极大陆沿岸流中的能量也有显著增加。经验正交函数分解分析结果表明：NAO主导了风应力输入到北大西洋区域的能量变化。SAM解释了南大洋区域风应力输入能量的第一模态，第二、三模态解释了受ENSO（El Niño-Southern Oscillation）影响的情况。最近几十年，在南大洋区域，风应力及其输入能量的年代际变化都有所增强，而在北半球的中高纬度区域有所下降。

摘要:利用TIGGE资料集下欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、日本气象厅（JMA）、美国国家环境预报中心（NCEP）、中国气象局（CMA）和英国气象局（UKMO）5个模式预报的结果，对基于卡尔曼滤波的气温和降水的多模式集成预报进行研究。结果表明，卡尔曼滤波方法的预报效果优于消除偏差集合平均（BREM）和单模式的预报，但是对于地面气温和降水，其预报效果也存在一定的差异。在中国区域2 m气温的预报中，卡尔曼滤波的预报结果最优。而对于24 h累积降水预报，尽管卡尔曼滤波在所有量级下的TS评分均优于BREM，但随着预报时效增加，其在大雨及以上量级的TS评分跟最佳单模式UKMO预报相当，改进效果不明显。卡尔曼滤波在地面气温和24 h累积降水每个预报时效下的均方根误差均最优，预报效果更佳且稳定。

摘要:利用淮河流域1979—2011年260个站点观测、ERA-Interim和NCEP/DOE再分析资料的日降水量数据，选用8个极端降水指数，从空间分布、发展趋势、时间变化等方面对比分析了我国江淮流域极端降水的变化规律，研究了再分析数据的适用性，结果表明：1）持续湿润指数（CWD）、强降水日数（R10mm，R20mm）以及百分位指数（R95p，R99p）具有一致的北少南多的分布特征，而持续干燥指数（CDD）为北多南少，且强度指数（Rx1day，Rx5day）和百分位指数在浙江沿海均有极大值存在。2）大部分地区的强降水日数呈减少趋势，仅在江淮周边地区有弱上升趋势。3）区域平均的降水强度指数具有上升的趋势变化，逐月变化具有先增长后减少的结构特征，5—6月的增长量最大，峰值出现在7月，在夏末、冬季有较明显的随年代增加的趋势，在秋季则随年代减少。4）再分析资料ERA-Interim和NCEP/DOE对不同指数的再现能力有所不同，ERA-Interim对强降水日数（R10mm）、CDD、百分位指数的空间分布以及CDD的变化趋势再现能力较好，与强度指数和百分位指数年际变化的相关性较高，但对CWD变化趋势分布特点的再现能力较弱；NCEP/DOE更善于再现较强降水日数（R20mm）的空间分布以及强度指数和百分位指数的线性变化趋势。5）两种再分析资料能合理地再现强降水日数（R10mm，R20mm）和CDD年际变化特征和强度指数的季节变化特征。

摘要:基于中尺度数值模式（WRF v3.4），对发生在湖北省红安地区的一次强对流降水天气过程进行了数值模拟。结果表明，此次强对流天气是在水汽充足，高层辐散、低层辐合以及不稳定能量较大的条件下发生发展的。模式模拟得到的地面累积降水和雷达反射率因子与实况相符，云下雨水蒸发过程显著。进行敏感性试验，将雨水蒸发率分别降至1/2、1/4以及完全关闭后，雷达回波强度减弱，对流演变特征发生变化。蒸发过程的减弱使得降水始发阶段以及后期消散阶段的降水强度增强，在对流旺盛阶段降水强度减弱。同时雨水蒸发过程减弱导致云中上升气流减弱，冰雪晶及霰粒子含水量极大值减小、极大值所在高度降低。可见，雨水蒸发对对流云团动力、热力结构及云微物理结构以及云物理过程均有一定程度的影响。

摘要:对1979—2012年冬季气温应用经验正交分解方法，并利用北极海冰密集度（Sea Ice Concentration，SIC）和欧亚大陆雪盖（SNow Cover，SNC）观测数据，计算出秋季SIC和SNC对气温变化有显著影响的区域，建立SIC和SNC指数。基于交叉验证方法构建冰雪指数和我国气温的预测模型，定量评估冰雪因子对冬季气温的预测技能。结果表明，在预报技巧范围和评分上，9月SIC和11月SNC指数的综合预报效果优于单个指数的预报效果，高预报技巧区主要位于我国华北和东北地区，该区域平均距平相关系数为0.58，并且优于气候态后报高达18.7％，表明在季节预报系统中考虑冰冻圈的异常是非常有必要的。

摘要:2016年9月28日1617号台风“鲇鱼”登陆后由台风本体环流和外围环流引发了不同性质的暴雨，这是本次秋季登陆台风暴雨预报的难点。利用常规气象观测资料以及NCEP的1°×1°再分析资料等，对不同性质暴雨的成因进行了诊断对比分析。结果表明：浙江东南部对流性降水和江西南部稳定性降水的大气层结结构具有明显的差异。中高纬度低槽距离台风较远，冷空气主要从低层入侵台风西北侧，破坏台风低层的暖心结构。台风外围中层干冷空气随东南风向浙江东南部输送，并叠加在低层暖湿气流之上，形成上冷下暖的不稳定层结，同时在对流层上层有干冷空气下沉至台风环流中下层（干侵入），导致浙江文成附近出现了局地特大暴雨。江西南部由于低层被湿冷空气占据，层结较为稳定，降水发展平缓。低空东南急流为台风外围环流暴雨提供了充足的水汽，浙江东南部地形对降水起到了增幅作用。不稳定层结及中层冷空气的输送对对流性暴雨的激发作用可以为登陆台风降水性质和强度预报提供参考依据。

摘要:利用2000年3月—2017年3月Terra卫星反演的MODIS气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）资料、NCEP的fnl全球业务分析数据、CMAP降水资料、CERES SYN1deg Ed 4月平均资料以及NCEP/NCAR再分析资料等，依据中国东部冬季区域平均AOD距平具有显著的年际变化特征，将历年冬季AOD划分为5个不同的污染等级，并探讨了不同污染等级的局地成因及其与冬季风环流的联系。结果表明，中国东部冬季AOD区域平均值与气候要素场有很好的相关关系，即AOD异常偏高（低）时，入射到地面的太阳短波辐射通量减小（增加），地面气温降低（增加），地气系统冷却（加热），地面降水呈现华北与江淮内陆少、江淮东南多（华北与江淮西南部多、江淮地区东部少）的分布特征。中国东部AOD值异常偏高与风速异常偏小有关，且这种负相关关系在华北表现最明显：即AOD异常偏高（低）时，华北地面风速偏小（大），江淮地面风速偏大（小）。个例分析表明，纬向风速异常偏小、东风异常及阿留申低压偏弱是2013年AOD异常偏高的主要原因。

摘要:采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料，分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明，喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响，秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年，冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强，东亚大槽偏弱，影响我国东部地区的东亚冬季风减弱，这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件，同时在海冰偏少年，对流层从中层向下均为正温度距平，与地表温差减小，不利于对流发展，使得大气的状况变得更加稳定，不利于大气污染物在垂直方向上的扩散，水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一，但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化，冬季亚洲中高纬纬向环流越强，中国东部地区雾-霾日数越多。

摘要:应用基于多层城市冠层方案BEP（Building Environment Parameterization）增加室内空调系统影响的建筑物能量模式BEM（Building Energy Model）方案的WRF模式，模拟研究重庆热岛的特征、成因以及局地环流对热岛形成的影响。文中共有两个算例，一为重庆真实下垫面算例，称之为URBAN算例，二为将城市下垫面替换为耕地下垫面的对比算例，称之为NOURBAN算例。结果表明：1）WRF方案模拟结果与观测2 m气温的对比吻合较好，误差主要出现在正午温度峰值和凌晨温度谷值处，由城市下垫面特性及城市内建筑分布误差引起。2）BEP+BEM方案较好地模拟出了重庆地区的热岛分布的空间和时间特征。重庆市温度的分布受地形和城市下垫面的双重影响，越靠近城区，温度的分布受城市化影响就越大，在海拔低处，温度就越高。3）城区立体三维表面对辐射的陷阱作用导致城市表面总体反射率小，向上短波辐射小于郊区约20 W/m²。城市表面以感热排放为主，而郊区则表现为潜热的作用占主导。夜间城市地表储热以及空调废热向大气释放，是城市热岛形成的重要原因。4）模拟区域背景风场主要为东南风，局地环流呈现出越靠近山区风速越大、城市区域风速较小的特性，体现了城市密集的建筑群对低层大气流场的空气动力学效应，以及复杂山谷地形的山谷风环流特性。在市区的西侧和东南侧均有高大山脉阻挡，山脉对城市出流的阻碍作用、气流越山与绕流运动对城市热岛的形成有一定影响。

摘要:利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料，分析了热带北大西洋（Northern Tropical Atlantic，NTA）海表温度异常（Sea Surface Temperature Anomaly，SSTA）与南海夏季风（South China Sea Summer Monsoon，SCSSM）的联系及可能机制。观测分析表明，夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系；NTA海温正异常时，北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常，有利于热带大西洋（热带中太平洋）地区产生异常上升（下沉）运动，使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常，该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模（South Pacific Ocean Meridional Dipole，SPOMD）及Niño3.4指数构建了SCSSM季节预测模型，预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81，表明该模型可较好预测SCSSM。

摘要:强对流天气引起风矢量和温度等气象要素突变，影响飞机正常起降和飞行。高时空分辨率的飞机气象资料中继AMDAR（Aircraft Meteorological Data Relay）是天气预报重要的资料源之一，可为机场终端区的强对流天气短临预报提供高时间密度的垂直探测信息。通过白云机场终端区的AMDAR资料，提取三维风矢和温度廓线，制作了风切变和湍流的预警分析图。以2011年4月17日一次广东省的强对流天气过程为例，将AMDAR资料结合雷达、卫星、探空等多源资料进行了分析。研究表明，在AMDAR资料的风矢-时间高度剖面上形成三维预警指示，对机场的强对流预报有指导意义；当1 km以下发生强风切变，对飞机起降威胁严重，AMDAR资料水平风的垂直分布印证了多普勒天气雷达强辐散区的回波特征；高时空分辨率的AMDAR风速和温度扰动，可揭示大气中的风切变及湍流运动。AMDAR资料为保障飞机的安全起降提供了一种实时、密集的垂直观测信息，有助于研发临近预报预警产品，弥补探空资料的不足。

摘要:研究设计了基于生成对抗网络（Generative Adversarial Networks，GAN）的人工智能临近预报方法，并进行了业务试验。该方法利用广东12部S波段天气雷达2015—2017年海量雷达拼图资料进行人工智能学习来做临近预报。GAN方法从一系列雷达观测资料中，运用卷积法提取回波图像信息建立预报模型，并通过损失函数训练模型，得到基于人工智能技术的临近预报。对2018年发生在广东地区的4个天气过程的外推预报试验表明，GAN方法对对流天气过程的回波位置、形状及强度的临近预报多数情况下与实况基本一致，具有较好的预报效果。但是该方法预报的回波范围偏大，对层状云降水的预报效果较差。对西风带系统引起的降水，西南季风降水，东风系统引起的降水以及台风降水的18个个例1 h预报的3个级别的回波强度检验发现，GAN方法对中等强度回波的预报较好，但对强回波的预报效果仍有待提高。