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期刊信息/Journal information
大气科学
中国科学院大气物理研究所
大气科学

中国科学院大气物理研究所

黄荣辉

双月刊

1006-9895

dqkx@mail.iap.ac.cn;dqkx@post.iap.ac.cn

010-82995051，82995052

100029

北京德胜门外祁家豁子（北京9804信箱）

大气科学/Journal Chinese Journal of Atmospheric SciencesCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1976年，科学出版社出版，主编为黄荣辉院士。《大气科学》报道大气科学研究领域的创新性研究成果，包括学术论文、研究简报、专题评述、会议报道、书刊评介等。具体报道范围涉及全球变化、气候变化模拟与预测、大气环流和大气动力学、中小尺度气象学、大气物理、大气遥感和人工影响天气、大气环境和大气化学以及高新技术在大气科学领域的应用等。
正式出版
收录年代

    冬季北半球对流层极涡天气型的长期变化特征及其成因

    李家庆徐海明邓洁淳马静...
    2095-2109页
    查看更多>>摘要：本文首先基于1979～2019年ERA5逐日再分析数据集,采用自组织映射(SOM)神经网络方法对冬季北半球对流层极涡进行客观分型,分析了极涡天气型的时间变化特征,揭示了冬季北半球极涡天气型长期变化的成因.结果表明:(1)根据极涡中心位置,极涡可分为绕极型、偶极型、偏欧亚型和偏北美型,其中绕极型和偶极型为主导环流型.绕极型和偶极型的出现频次分别呈现显著减少和增多的趋势,并具有明显的年际和年代际变化.(2)绕极型的长期减少和偶极型的长期增加主要是由于北极地区快速升温导致北半球中高纬度区域间的经向温度梯度不断减小,大气斜压性减弱,进而引起绕极西风环流减弱,使得北半球极涡的强度减弱,极涡极易分裂.随后基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中一个海气耦合模式(CESM2)的工业革命前参照试验(piControl)和CO2浓度每年增加1％的强迫试验(1pctCO2)数据集,采用上述同样的方法进一步探讨了极涡绕极型和偶极型的长期变化与全球增暖的关系,发现无论在piControl还是在1pctCO2试验中绕极型和偶极型极涡仍为主导环流型,但在piControl试验中绕极型和偶极型的出现频次无显著变化趋势,而在1pctCO2试验中绕极型和偶极型则分别表现为显著减少和增多的趋势,进一步验证了观测中这两类极涡天气型的长期变化与全球增暖密切有关.同时本文也使用了 CMIP6中其他11种模式做了对比分析,发现结果可靠.

    极涡天气型长期变化全球增暖影响

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    安徽阜阳地区边界层高度的长期变化特征及其影响机制

    路传彬戴秋丹谢正辉陈娟...
    2110-2124页
    查看更多>>摘要：安徽省阜阳市是人口和粮食大市,城镇化进程的加快引起的气候和环境问题急需关注,研究气候变化引起的阜阳市长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义.我们利用阜阳市常规气象观测数据和阜阳市探空站2010～2019年间的L波段高分辨率探空观测资料以及ERA5再分析资料,采用总体理查森数方法计算了行星边界层高度(PBLH),对比分析了阜阳市PBLH的长期变化特征;并分析了多年月平均、季节和年际尺度的PBLH与10m风速、近地面气温、相对湿度、大气压等气象影响因子的关系,以及观测和ERA5 PBLH差异的原因.结果表明:阜阳08时(北京时,下同)和20时探空观测的PBLH全年均小于500 m,这是由于太阳辐射在这两个时段比较弱,边界层没有充分发展或正在向夜间稳定边界层过渡.20时的PBLH高于08时的,是由于20时气压低、温度高和相对湿度小共同造成边界层抬升更高,超过风速低造成的降低影响.PBLH有显著的季节变化,夏季＞春季＞冬季＞秋季.ERA5的PBLH与探空观测的季节变化特征大致相同.08时ERA5的PBLH比观测总体偏高23 m,这是由于ERA5风速偏高、温度偏高和气压偏低等原因造成;20时则是ERA5的PBLH总体偏低99 m,其影响因素比较复杂.ERA5与探空观测的PBLH多年月平均相关系数比较高,在08时和20时分别为0.91和0.74,因此可以用ERA5资料在阜阳站点及东南地区进行PBLH长期趋势研究.观测和ERA5年平均PBLH逐年的波动变化一致,探空PBLH是波动中保持平稳,ERA5则是在波动中略微下降(不具有显著性水平小于0.05的统计学意义).月平均尺度上地表气象因子对PBLH有显著影响,气压和风速的影响都比较大,温度和湿度的影响次之.探空观测的月平均PBLH值与地面气压和相对湿度都呈现显著的负相关关系,而与地表温度和风速都呈显著正相关关系.08时比20时的相关性都更强一些;年平均PBLH值与地面气象要素的关系并不显著,因此虽然气候变化导致地表温度上升相对湿度增加,但年平均PBLH改变并没有呈现一定趋势.加密观测的结果表明,探空观测和ERA5的PBLH都随时间02～20时由低逐渐升高再降低,白天深厚,夜晚浅薄,反应了 PBLH的典型日变化特征.

    L波段无线电探空行星/大气边界层高度阜阳总体理查森数

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    基于再分析格点资料的西南低涡客观识别新方法及效果评估

    董元昌蒋兴文卢萍肖递祥...
    2125-2140页
    查看更多>>摘要：西南低涡致灾性强,影响广泛,对其降雨机制和气候特征的揭示意义重大.基于格点数据的客观识别算法是西南低涡研究领域重要的基础内容之一.高空间分辨率格点数据导致的局地扰动以及地形对西南低涡环流完整性的影响是现有西南低涡算法识别准确率不高的主要原因.本文提出了一种主要基于700 hPa风场的西南低涡客观识别新方法,该方法可在不对识别数据进行平滑等前处理的情况下克服局地扰动和地形遮挡等不利影响,显著提升涡心识别准确率.经过改进的路径追踪算法可识别新生低涡,避免新老涡心的错误连接从而获得更为客观的低涡路径识别结果.评估结果表明,新方法在西南低涡活动全域的平均识别命中率、漏识率和空识率分别为85.71％、14.29％和11.7％.在受地形影响较小的104°E以东地区识别命中率更是超过90％,漏识率和空识率均低于10％.较好的识别效果和较高的计算效率使得新方法更能满足科研和业务的需求.

    西南低涡客观识别复杂地形算法改进

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    考虑中间层低层的平流层最后增温事件分类及其机制分析

    胡景高谢金材任荣彩刘帅...
    2141-2156页
    查看更多>>摘要：基于MERRA再分析数据集,本文对平流层最后增温事件(stratospheric Final Warming,简称FW)的分类进行了分析,这种分类将平流层和中间层低层进行了统一的考虑.研究发现中间层低层极区存在与平流层极区相似的纬向风场的季节转换,并且在春季,极区温度和纬向风场存在与平流层类似的年际变率,基于此认定中间层低层仍存在FW事件.本文随后确定了 FW事件逐年爆发日期,结果表明,FW事件在各个层次的平均爆发日期为4月7～27日,年际变率在11.3～18.3天,其中,1hPaFW平均爆发日期最迟,0.1hPaFW事件的年际变率最小.依据FW爆发日期垂直廓线的演变特征,本文将FW事件分为三类,分别为同时型、顺延型与气候态型.同时型FW事件由强烈的行星波活动所主导,整层爆发日期相差不大,FW的爆发伴随着强烈的极区环流异常符号的反转.顺延型FW事件的爆发过程与同时型具有类似的特征,但其中行星波活动强度更弱,非绝热加热的作用进一步提高.气候态型时,以10 hPa为代表的平流层中层FW事件的爆发由动力因素主导.平流层中层FW爆发后,平流层高层行星波活动受到抑制,FW的爆发则由辐射非绝热加热主导.在中间层低层0.1 hPa,FW事件的爆发有两种可能,一方面,可以由辐射非绝热加热主导;另一方面,在一些平流层FW事件爆发后,0.1 hPa可能会因为平流层FW爆发后的次级行星波活动而造成FW的爆发.

    平流层最后增温事件中间层分类环流演变行星波活动

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    CMIP6全球气候模式对中国地区干旱模拟能力评估与预估

    赖雨曈徐影
    2157-2177页
    查看更多>>摘要：基于CN05.1观测格点数据和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)模式模拟数据,本文全面评估了CMIP6模式对自校准帕尔默干旱指数(scPDSI)的模拟能力,并选取7个性能相对较好的模式的集合平均结果,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5三种温室气体排放情景下预估21世纪中国地区自校准帕尔默干旱指数、径流和土壤湿度的变化特征,在此基础上分析CMIP6未来预估的不确定性.结果表明:CMIP6对中国地区自校准帕尔默干旱指数的模拟能力仍有待提高,多模式集合平均的模拟性能优于大多数单个模式,但在时间趋势、振幅等方面仍有不足;自校准帕尔默干旱指数的时间趋势在低、中排放情景下略微升高,趋势值分别为0.03(10 a)-1和0.01(10 a)-1,在高排放情景下则呈下降趋势[-0.05(10 a)-1].土壤湿度随时间呈降低趋势,SSP5-8.5情景下地表土壤湿度和整层土壤湿度降低趋势分别为-0.30％(10 a)-1和-0.26％(10 a)-1,而地表径流和径流总量则随时间增加,趋势值分别为1.76％(10 a)-1和3.13％(10a)-1.在空间分布上,21世纪末,中国地区年平均自校准帕尔默干旱指数普遍随排放情景升高而降低,土壤湿度变化大致呈"北高南低"分布,在青藏高原地区降低最为明显,且地表土壤湿度变化幅度更大.径流在大部分地区均呈升高趋势,且升高幅度与区域随排放情景增大,只有西北和青藏高原部分地区呈降低趋势.21世纪各变量变化的概率密度曲线大多随排放情景升高而变宽,其未来变化极端性将增强,变化更为剧烈.

    中国地区干旱CMIP6模式未来预估

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    区域气候模式对长江中下游梅雨的数值模拟:积云对流参数化方案和水平分辨率的影响

    李昊谦王璐陈林孙明...
    2178-2200页
    查看更多>>摘要：本文研究了区域气候模式RegCM4.7对长江中下游梅雨期降水的模拟技巧,聚焦不同积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式对梅雨降水模拟的影响及可能原因.基于区域模式中积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式的不同配置组合,本研究共开展了 96组成员试验,分析了不同模式配置方案下2020年超强梅雨个例以及1990～2020多年长江中下游梅雨期降水的模拟性能.结果发现:RegCM4.7模式在长江中下游梅雨期降水模拟方面具有一定技巧,其中积云对流参数化方案的选取对模拟结果影响较大,Tiedtke方案对梅雨降水的模拟技巧相对较高,而Grell方案相对较低.分析发现Tiedtke方案能够更合理地再现对流降水以及对流降水与层状云降水的比率,这可能是导致该方案对梅雨降水整体模拟效果较好的原因.进一步地,水平分辨率对梅雨期降水模拟的影响与地形因素有关,低水平分辨率(60km)试验在复杂地形区域表现出显著的降水湿偏差,随着水平分辨率的提高,复杂地形带来的降水湿偏差可以明显减小.研究发现,在低分辨率试验中,中尺度对流系统(MCS)降水被长时间地锢囚在山区陡峭地形处,这将导致长时间尺度上的平均降水表现出湿偏差;而高分辨率试验能够更好地刻画复杂地形区域MCS从午后生成并逐渐向东传播的日变化特征,进而合理地再现梅雨期平均降水.最后,RegCM4.7中的微物理方案和陆面模式的选取对降水的模拟影响不大.综上,一系列数值试验结果表明区域气候模式RegCM4.7对包括2020年超强梅雨个例在内的长江中下游梅雨期降水具有较好的模拟技巧,相较而言,当RegCM4.7模式采用Tiedtke积云对流参数化时梅雨降水整体模拟技巧相对最佳,若更关注复杂地形区域的降水可考虑采用高水平分辨率配置.

    梅雨模拟RegCM4区域模式积云对流参数化方案模式分辨率2020超强梅雨

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    太原上空大气风场及风切变特征研究

    魏蕾洪良友杨钧烽张荣...
    2201-2214页
    查看更多>>摘要：基于FNL再分析资料的风场数据,利用矢量平均法及数理统计理论,对太原(37.37°N,112.35°E)上空0.8～47 km的大气风场垂直分布特征及风切变特性进行了分析.根据太原上空风场特征和对飞行器发射的影响,本文以风场特征为标准重新划分为四个时期:4月、5月、6月为雨季前期,7月和8月为雨季,9月、10月为雨季后期,11月、12月、1～3月为冬季.根据风场时期变化的差异,垂直结构以5、20km两个高度层为标准分为3层.在20 km以下,雨季的平均风速要小于其他三个时期;在20 km以上,冬季和雨季风速大于雨季前期和雨季后期.利用综合矢量风方法计算了风切变特征,风切变在冬季40～47 km高度范围内强度最大,其他时期在12 km附近出现次大强度值;最大风引起的风切变主要影响范围在±8 km内.利用新的λ-概率密度函数(λ-PDF)多项式混沌展开法,有效地拟合出风场参数,解决了风场分布的不确定性问题,为复杂的飞行问题提供理论上的支撑.

    风速场风切变综合矢量风λ-PDF方法

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    Atlantic Ni?o-ENSO关系的年代际变化及其影响因子:基于CESM1长期模拟的研究

    陶淑琳陈林姜蕾杉王然...
    2215-2234页
    查看更多>>摘要：三大洋相互作用是当前国际前沿的热点问题之一,近年来大西洋和印度洋对太平洋气候变率的影响得到了广泛的关注,其中热带大西洋主要年际变率Atlantic Niño/Atlantic Niña(大西洋尼诺/尼娜)对El Niño-Southern Oscillation(ENSO)的发展演变具有不可忽视的影响.观测结果表明夏季大西洋尼诺/尼娜与随后冬季ENSO的负相关关系(以下简称"Atlantic Niño-ENSO关系")并非一直显著,而是表现出了年代际差异,然而关于影响二者关系年代际差异的关键物理因子尚不清楚.本文基于观测资料和地球系统模式(CESM1)长期模拟资料分析了影响Atlantic Niño-ENSO关系变化的关键因子,得到以下主要结论:(1)夏秋印度洋偶极子(IOD)是调控Atlantic Niño-ENSO二者关系密切与否的重要因子之一.当大西洋尼诺(尼娜)激发出热带大西洋—太平洋异常沃克环流的同时,负IOD(正IOD)可以激发热带印度洋—太平洋异常沃克环流,对应的下沉支(上升支)加强了大西洋尼诺(尼娜)引发的太平洋异常沃克环流下沉支(上升支),最终造成赤道太平洋低层东风(西风)异常,促进了随后拉尼娜(厄尔尼诺)事件的发生发展.(2)ENSO发展前期的夏季太平洋海洋热容量初始状态也是调制大西洋尼诺/尼娜能否影响随后ENSO事件发生发展的另一关键因子.当大西洋尼诺(尼娜)发生时,若同期赤道太平洋处于"放电"("充电")状态,则更有利于随后拉尼娜(厄尔尼诺)事件的形成.值得指出的是,夏秋季IOD与夏季太平洋海洋热容量初始状态这两个关键因子相互独立,二者对Atlantic Niño-ENSO关系的调制作用相当.总之,在关注热带大西洋影响太平洋气候变率的时候,须同时考虑印度洋特别是IOD信号的影响以及热带太平洋自身海洋初始态影响.由于观测资料长度有限,该研究基于长时间模拟资料所得的结论可作为观测结果的补充,有助于增进对热带洋盆间相互作用的理解.

    大西洋尼诺ENSO跨洋盆相互作用热带海气相互作用

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    双75 m3膨胀云室研制及成云测试实验

    邓育鹏杨洋黄毅赵利伟...
    2235-2246页
    查看更多>>摘要：云室是开展云物理和人工影响天气室内实验研究的重要设备.河北双75 m3膨胀云室是我国研制和建造的重要大中型综合云室.文章介绍了该云室的主体、主要配套系统结构和实验测试情况.通过实验测试,研究了大体积云室在成云过程中内部实验样气的温压湿变化特点,并测试了该云室优越的综合性能指标和温压湿等可控的关键环境技术参数.实验结果表明:该云室温度控制范围从室温到-50℃,最大降温速率大于0.5℃ min-1,气压控制范围从常压到1 Pa,具有多种湿度调节方式.可以实现动态膨胀生成冷云或暖云.合适的条件下,云雾维持时间可持续30 min以上,具备了开展基本云物理的实验条件.

    膨胀云室主体配套系统成云实验

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    影响东亚冬季气温的大气遥相关型的年代际变化特征

    罗敬施宁周波涛张东东...
    2247-2263页
    查看更多>>摘要：基于1958/1959～2020/2021年冬季NCEP、JRA-55、ERA5三种再分析资料,本文在扣除线性趋势后,采用EOF、REOF、相关与偏回归等方法,揭示出影响东亚冬季气温主要模态的大气遥相关型,并对这些遥相关型的年代际变化特征及影响进行了分析.结果表明:与东亚冬季气温第一主成分(PC1)最相关的是斯堪的纳维亚遥相关型(SCA),与第二主成分(PC2)最相关的是东大西洋遥相关型(EA).在年代际时间尺度上,SCA、EA型与东亚冬季气温PC1和PC2也存在着较好的对应关系.SCA型在1970s末期和2000s初期发生的位相变化对应着东亚冬季气温PC1的位相变化;EA型在1980s初期、1990s末期和2010s初期发生的位相变化大致对应着东亚冬季气温PC2的位相变化.但需指出的是,SCA指数与东亚冬季气温PC1之间的相关系数(R1)以及EA指数与东亚冬季气温PC2之间的相关系数(R2)却呈现出不同于SCA和EA自身位相的年代际变化特征.R1在1980s中期以前呈减弱特征,此后数值明显增大,表明SCA型对东亚冬季气温影响更显著.R1的年代际强弱变化与SCA型中位于俄罗斯西部的环流异常是否向东扩展有关,AMO在其中起着重要的调节作用.至于R2,它的年代际强弱变化也较明显,其大值时段主要为1970s、1980s和2000年后,这与EA型是否在东亚地区形成局地的经向偶极型环流异常有关,而与海温或海冰异常的关系并不显著.

    东亚冬季气温大气遥相关型斯堪的纳维亚遥相关型(SCA)东大西洋遥相关型(EA)年代际变化

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