摘要:

摘要:

摘要:受气候增暖和人类活动的双重影响,黄河流域的水循环正在发生显著变化,水资源供需矛盾突出。陆地水循环是一个复杂的非线性系统,为清晰认识水循环变化的全貌,并合理高效利用有限的水资源量,需要综合考虑水循环各个要素之间的协同变化机制。同时,在“人类世”背景下,黄河流域水循环研究必须考虑人类活动的影响,主要包括植被变化和人类用水,其中人类用水主体为农业灌溉。自从实施生态恢复工程以来,黄土高原植被覆盖明显改善的同时也引发了对径流、蒸散发、降水、土壤湿度以及地下水的一系列影响,且研究结论还存在一些争议,但黄土高原植被覆盖改善使得该地区蒸散发量增加基本达成共识,大多数研究支持植被改善减少径流的结论。黄河流域的农业灌溉方式主要为大水漫灌,其对地表蒸散发、地表水及地下水多个过程具有重要影响。本文主要针对黄河流域的水循环研究,讨论相关研究进展以及发展方向。

摘要:基于WRF-WVT水汽追踪模式,对2022年6—8月长江流域极端干旱情况下的水循环进行模拟研究,分析了长江流域蒸散发对长江流域局地和非局地降水的影响。结果表明,2022年夏季干旱导致长江中下游陆地水储量在5—8月期间减少100～150 mm。6—8月长江流域约45％的蒸散发在当地和华北形成降水,其中6月长江流域蒸散发主要贡献当地降水,而7、8月对当地和华北降水的贡献大致相等。6—8月长江流域蒸散发贡献的当地降水逐月减少,总量为8.2×10⁷ m³(长江流域平均91.2 mm),并且降水强度越高当地蒸散发贡献率越小,对当地降水贡献最大的区域为四川盆地附近(最大超过40％)。长江流域蒸散发为华北提供的降水在6—8月先增多后小幅度减少,总量为5.3×10⁷ m³(华北平均58.4 mm),并且降水强度越高长江流域蒸散发贡献率越大。2022年夏季长江流域蒸散发对当地和华北地区暴雨的贡献率都为12％左右。

摘要:飞机颠簸对飞机运行安全及旅客舒适度具有很大危害,提高飞机颠簸的预报准确率对于减轻人员伤害和财产损失具有重要意义,且一直是航空气象研究的重点领域。随着观测手段的丰富和科学技术的进步,飞机颠簸预报也取得了长足发展。本文首先从定性预报和定量预报的角度对国内外飞机颠簸预报的主要方法,特别是人工智能(AI)方法在其中的最新应用进行了综述。在此基础上,归纳总结出AI用于飞机湍流预报存在的主要问题和未来的重点研究方向:1)飞机实况数据的开放共享以及多源湍流数据的融合构建问题;2)基于人工智能构建飞机颠簸预报模型的可解释性及物理机制问题;3)基于人工智能构建飞机颠簸的集合预报问题。最后,提出了气象领域未来第三代人工智能的发展思路。

摘要:基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加),斯堪的纳维亚半岛北部降温且极端暖事件减少,乌拉尔山及东北亚地区降水和极端降水频次减少而欧洲大陆部分地区增加;反之亦然。此外,在冬季仅1月阻塞高压频次年际变异主导模态表现为偶极子模态可能与关键大气背景场气候态及其变异的月际差异密切相关。

摘要:本文依据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告(AR6)第一工作组(WGI)报告第七章的内容,详细解读了基于多源证据对气候敏感度的估算,这些证据包括:过程理解、仪器记录、古气候数据和萌现约束。得到的结论是,多源证据支持平衡态气候敏感度(ECS)的中心估计值接近3 ℃,可能区间为2.5～4.0 ℃,非常可能区间为2.0～5.0 ℃;瞬态气候响应(TCR)的最佳估值为1.8 ℃,可能区间为1.4～2.2 ℃,非常可能区间为1.2～2.4 ℃。与之前历次IPCC评估报告相比,AR6关于气候敏感度的估算最为重要的创新之处为,它没有将气候模式结果当作唯一证据,而是仅仅给出第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)结果并与基于多源证据的综合评估结果进行了对比。通过对比发现,CMIP6关于ECS与TCR的平均值均高于第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)和AR6的综合评估结果。相比CMIP6,AR6综合了多个证据线有效地缩小了ECS的不确定范围。

摘要:利用全国840个站点观测资料以及ERA5再分析资料,分析了过去63 a(1960—2022年)冬半年(前一年10月—当年4月)全国性寒潮频次的年代际变化特征。统计结果表明:在全球变暖背景下,寒潮频次的下降趋势在2012年发生了转折,2012—2022年呈现显著上升趋势。2012—2022年,乌拉尔山阻塞频率与全国性寒潮发生频次呈显著负相关。乌拉尔山阻高会抑制高空急流发生发展,大气经向环流减弱,北极内冷气团南下受阻,从而减少寒潮发生的频次。同时乌拉尔山阻高与东亚中高纬地区地面2 m温度经向分布联系紧密,乌拉尔山阻塞的频繁发生往往会出现更多的北极增温、中纬度地区降温的天气尺度现象。此外,北极增暖效应本身也与我国寒潮频次有显著的负相关,北极增暖会减小中高纬温度差,西风带减弱,进而减弱冷空气的输送。近11 a,乌拉尔山阻塞频率呈显著减少趋势,相应地,等熵面位涡经向梯度具有线性增加趋势,不利于阻塞高压的维持,伴随北极增暖效应也呈现出减弱态势,这样的大气环流配置有利于近年来我国寒潮频次的增加。

摘要:利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia,EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/WRUS遥相关型正(负)位相表现为北大西洋至欧亚大陆中高纬地区的500 hPa位势高度场“+-+”(“-+-”)纬向波列,该波列的三个主要活动中心分别位于西欧、乌拉尔山附近和贝加尔湖南侧。在垂直方向上,春季EATL/WRUS遥相关型具有明显的相当正压结构。春季EATL/WRUS遥相关型异常与我国西北地区春季气温异常具有显著的正相关关系。当春季EATL/WRUS遥相关型处于正(负)位相年,乌拉尔山附近地区为负(正)位势高度异常和气旋性(反气旋性)环流异常,贝加尔湖南侧地区出现正(负)位势高度异常和反气旋性(气旋性)环流异常,使得影响我国西北地区的冷空气减弱(加强),从而导致我国西北地区春季气温异常升高(降低)。

摘要:2023年7月29日—8月1日,河北省发生了致灾严重的极端暴雨事件,气象观测站3 d(72 h)最大累计降水量为1 003.4 mm(邢台临城梁家庄),河北、北京多站突破了历史纪录。利用高空、地面、卫星云图和多普勒天气雷达等观测资料以及ERA5再分析资料,对此次极端暴雨的极端性和成因进行了初步分析。结果表明,此次极端暴雨过程是在对流层高、中、低层以及中、低纬度多尺度大气系统共同作用,并叠加地形影响下产生的。1)中纬度大陆高压东移并与北上西进的副热带高压连通,在河北北部形成稳定的西北—东南向高压坝,台风“杜苏芮”登陆后北上西行到河南境内时,受阻于高压坝,速度减慢,导致台风残涡降水长时间维持。2)台风“杜苏芮”北上自身携带的水汽以及副高南侧的台风“卡奴”远距离输送的水汽,为河北极端暴雨的发生提供了充足的水汽;台风北上减弱过程中结构不变,边界层东北风急流和东南风急流辐合,加上太行山地形的辐合抬升作用,共同为极端降水提供了强盛的动力条件。3)太行山中段的强降水时段集中在29日夜间至30日夜间,主要是减弱台风残涡的螺旋雨带、东到东北风急流在迎风坡抬升以及喇叭口地形、“狭管效应”增强辐合共同作用所致,250 mm以上的强降水出现在太行山东麓300～800 m的迎风坡上,以稳定性、低质心的暖云降水为主。4)与太行山中段的极端降水相比,太行山北段的降水时间更长,主要降水时段集中在29日夜间至31日夜间,250 mm以上的强降水范围更大,既包括北段山脉东麓300～600 m的迎风坡一侧,也包括相邻的东部平原,但迎风坡上的降水强度小于太行山中段迎风坡,而平原地区的降水强度则高于太行山中段迎风坡。强降水主要受与山脉平行的东北急流和东南急流辐合以及地形作用所致,山脉东侧浅山区和平原降水对流性更强。5)此次极端降水的水汽、动力、热力等物理量场都表现出了较强的极端性,偏强2～6倍样本标准差。

摘要:2021年7月20日河南郑州特大暴雨造成的地铁突发灾害是近年来为数不多的城市重大人员伤亡事件。该事件产生既有暴雨强烈、事故突发等客观原因,也包含风险意识淡薄、应急机制不健全等主观因素。本文首先遴选“郑州暴雨地铁灾害事件”演化的主要情景要素,采用情景分析法构建了该事件情景演化流程。在此基础上,基于贝叶斯网络构建了“郑州暴雨地铁灾害事件”情景推演模型。采用专家打分法计算网络节点的条件概率,利用Netica软件推算出灾害情景节点状态概率。最后,通过调试特定节点先验概率,开展不同暴雨灾害等级、应急响应行动、周围环境状态情况下人员死亡和地铁受损害的概率评估与情景推演,旨在总结经验、查找漏洞,为应对和防范“郑州暴雨地铁灾害”类似事件提供风险防范和响应对策参考。

摘要:基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)、中国国家气象中心业务运行的中尺度数值预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System Meso,GRAPES-Meso)、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的全球预报系统(Global Forecast System,GFS)、GRAPES全球预报系统(GRAPES-GFS)4个模式风场预报资料,利用双线性、反距离加权、三次样条、克里格等插值方法对华东及周边地区(110°～130°E,20°～40°N)2020年1—4月逐日地面和高空风0~72 h集合预报资料进行降尺度处理,得到满足机场及终端区气象保障的精细化风场预报。此外,还对精细化风场预报做多模式集成。结果表明,对于风场的精细化格点预报,反距离加权插值方法误差最小,为最优水平插值方法。基于扩展复卡尔曼滤波的多模式集成(Augmented Complex Extended Kalman Filter,ACEKF)可进一步减小风场预报的误差。对华东地区上海、青岛和厦门3个机场地面和高空风的多模式集成风场精细化预报的分析表明,ACEKF多模式集成预报不但均方根误差较BREM、ECMWF和GRAPES-GFS的预报误差小,且随高度变化也不如单模式预报的大,其预报性能更为稳定。

摘要:基于中国气象局陆面数据同化系统(Land surface Data Assimilation System of China Meteorological Administration,CLDAS)逐小时气温实况融合数据,检验评估了ECMWF、CMA-MESO-3km不同尺度模式对甘肃省逐小时气温的预报性能,并利用低频滑动平均订正算法(LPSC)对模式的系统性误差进行订正;同时对SCMOC和订正后两种模式的逐小时气温预报效果进行了统计对比。结果表明:1)ECMWF、CMA-MESO-3km模式对甘肃省逐小时气温的预报具有相对稳定的系统性误差,夜间预报准确率明显低于白天,主要表现为夜间预报显著偏高,白天为小的负偏差。2)LPSC算法能够有效改善ECMWF和CMA-MESO-3km对甘肃省逐小时气温预报的系统性误差,订正效果显著。订正后ECMWF、CMA-MESO-3km的预报准确率分别较模式本身提高了20.24％、20.25％,平均误差减小至±0.3 ℃之内;空间分布亦表明,订正后全省平均误差均明显降低至±2 ℃之内。3)同类产品对比检验表明:订正后ECMWF、CMA-MESO-3km两种逐小时气温预报产品的预报效果整体上均优于SCMOC,预报准确率分别较SCMOC高20.65％、13.55％,平均绝对误差在各个时次也明显低于SCMOC。技巧评分的空间分布表明,订正后ECMWF在全省大部分地方均为正技巧,其中酒泉南部山区可达80％以上;而订正后CMA-MESO-3km的预报效果各个季节分布存在差异,主要体现在陇中和陇东南地区,冬春季以弱的正技巧为主,夏秋季基本为负技巧。另外,业务应用结果表明,对于转折性天气过程,使用该方法需要特别注意。

摘要:大气中的对流初生(Convective Initiation,CI)是强对流天气发生的重要征兆,是强对流天气预报预警的重点所在,近些年越来越被关注。本文回顾了国内外CI的研究进展,主要包括CI的定义、基于雷达数据和卫星数据的CI成熟算法、CI局地时空分布特征、影响CI的主要因子等方面。在此基础上,对CI未来研究作一展望,以期加深对CI的认识,为强对流天气短临预报预警提供参考依据。

摘要:2021年春季中国北方地区共出现了4次沙尘暴或强沙尘暴,2022年同期仅出现1次沙尘暴。基于2015—2022年空气质量和多源气象数据,利用Lamb-Jenkinson分型法与Mann-Whitney U检验法开展了2021年和2022年春季沙尘源地条件和气象因素异同分析,得到以下结论:中国北方沙尘天气多发型分为NW-N型(气旋型)和E-NE型(高压型),NW-N型造成的PM₁₀极值更高、高浓度范围更广。气象因素而言,2022年春季有利于沙尘的天气型活动更频繁,与2021年春季沙尘日PM₁₀浓度差异主要集中在NW-N型,两段时期NW-N型活动频数、气旋强度接近,有利于沙尘天气的动力抬升条件接近。从沙源地条件而言,2021年前冬蒙古沙源地土壤温度“前冷后暖”导致融雪等水量峰值早至,加之大面积降水负距平且3月蒙古沙源地气旋偏强,干燥、稀松的沙源致使春季沙尘多发;2022年前冬蒙古沙源地土壤气温“前暖后冷”导致融雪期等水量、土壤含水量峰值晚至,深厚湿润的土壤条件不利于起沙。故蒙古沙源地条件差异是两个时期沙尘差异显著的主要原因。