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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

    近20年季风爆发前后珠江三角洲前汛期短时强降水的时空演变特征与成因

    江帆王东海曾智琳
    715-734页
    查看更多>>摘要：相较于暴雨这种日尺度强降水,短时强降水(≥20 mm h-1)是造成山洪滑坡与城市内涝等灾害更为直接的因素.本文利用地面气象观测站和ERA5再分析数据,重点研究南海季风爆发前后珠江三角洲地区(简称珠三角)短时强降水的时空演变特征,并探索了短时强降水在季风爆发前后特征差异的可能成因.研究表明:(1)相较于季风爆发前,珠三角地区季风爆发后的降水明显增多,其中短时强降水贡献的比例显著增加.对短时强降水本身而言,区域平均强度以及极端性在季风爆发前后差异总体较小,但短时强降水频率在季风爆发后增加70％.(2)短时强降水高发区主要集中在珠三角东北部和珠江口西侧沿海,季风爆发后上述两个地区的频次增多最明显.短时强降水频率由季风爆发前的单峰型(下午)转为季风爆发后的双峰型(早晨与下午).(3)短时强降水具有明显的区域性变化特征,短时强降水在季风爆发后的平均雨强和极端性在珠江口西侧沿海较内陆地区明显增强,其频次峰值时间在沿海地区从季风爆发前的午后转为季风爆发后的早晨,内陆地区在季风爆发前后均集中在下午.(4)季风爆发后,短时强降水期间的低层环境水汽超过同期气候态水平的16％.充沛的水汽在夜间在季风加速作用下被输送至沿海,并与陆风作用增强了辐合,这解释了沿海短时强降水的在季风爆发前后频次峰值时间转换现象.(5)相较于季风爆发前,季风爆发后珠三角短时强降水频率与低层水汽通量的相关性明显升高.珠三角沿海地区夜间—早晨短时强降水的增多与中低层风场结构改变造成的动力强迫有关.内陆地区季风爆发前后短时强降水与环境热力和不稳定条件关系更大.这些结果有助于我们更好地了解珠三角地区在季风爆发前后短时强降水的时空分布特征和理解其产生机制.

    短时强降水珠三角地区季风爆发前后时空分布可能成因

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    利用地面观测评估ERA5云底高度产品

    李丹刘玉芝邵天彬罗润...
    735-744页
    查看更多>>摘要：云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料.本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征.分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大.另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低.综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00(北京时间,下同),谷值出现在上午09:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致.基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010～2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征;中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高.

    云底高度分布特征地面观测ERA5再分析数据

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    利用长短期记忆网络LSTM对赤道太平洋海表面温度短期预报

    张桃林鹏飞刘海龙郑伟鹏...
    745-754页
    查看更多>>摘要：海表面温度作为海洋中一个最重要的变量,对全球气候、海洋生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报.深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少.本文基于最优插值海表面温度(OISST)的日平均SST数据,利用长短期记忆(LSTM)网络构建了未来10天赤道太平洋(10°S～10°N,120°E～80°W)SST的逐日预报模型.LSTM预报模型利用1982～2010年的观测数据进行训练,2011～2020年的观测数据作为初值进行预报和检验评估.结果表明:赤道太平洋东部地区预报均方根误差(RMSE)大于中、西部,东部预报第1天RMSE为0.6℃左右,而中、西部均小于0.3℃.在不同的年际变化位相,预报RMSE在拉尼娜出现时期最大,正常年份次之,厄尔尼诺时期最小,RMSE在拉尼娜时期比在厄尔尼诺时期可达20％.预报偏差整体表现为东正、西负.相关预报技巧上,中部最好,可预报天数基本为10天以上,赤道冷舌附近可预报天数为4～7天,赤道西边部分地区可预报天数为3天.预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区,相比较而言各区域10、11月份预报技巧最低.总的来说,基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征,在不同案例中预报表现良好.同时该预报模型依靠数据驱动,能迅速且较好地预报未来10天以内的日平均SST的短期变化.

    海表面温度LSTM(longshort-termmemory)短期预报赤道太平洋

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    四川盆地一次暴雨过程中的穿透性对流形成机理分析

    赖子洋周玉淑葛旭阳邓国...
    755-772页
    查看更多>>摘要：2019年8月18～22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程,其与穿透性对流的发生发展密切相关.为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析.结果表明,此次穿透性对流过程发生在中国沿海地区大范围对流层顶折叠导致盆地以东的上空出现平流层位涡(PV)下传的特殊天气背景下.穿透性对流的形成主要分为三个阶段:(1)中低层对流的触发.由于大陆高压西伸,四川盆地附近气压梯度加强引起低空急流发展,在其左侧产生气旋性切变,同时引起与高原东南侧大地形正交的抬升气流分量增强.地形动力抬升叠加气流辐合抬升在不稳定层结下触发对流.(2)对流层高层上升运动发展.这主要与湍流扩散导致的平流层持续下传的PV气团在非绝热加热作用下的发展有关.盆地西侧对流发展引起的非绝热加热作用导致高层净增温垂直梯度增强,进而导致了高层局地正PV的加强.高层东风气流背景下,正PV异常的右侧为上升运动,使得300 hPa以上至下平流层上升运动的发展增强.(3)盆地附近的高中低层上升运动垂直耦合叠加,形成穿透性对流.中尺度对流系统层状模态的发展以及干燥环境下水汽的蒸发冷却导致300 hPa至600hPa出现下沉运动.下沉运动造成的局地干冷侵入,既加强了上空"下湿上干"的不稳定层结,也加强了中低层的气流辐合,导致原中层300～600 hPa附近的下沉运动转为上升运动.低层由于正涡度倾斜发展,上升运动得以维持.由此,四川盆地上空的上升运动出现整层的垂直叠加耦合,表现为从对流层低层到平流层底的一致性上升运动,穿透性对流形成,导致后期降水增强.

    四川盆地穿透性对流位涡思想非绝热加热暴雨

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    冬春两湖盆地地区大气气溶胶污染的年代际变化特征及其与东亚经向风南北反相位的联系

    姜玉洁张玲朱寿鹏白永清...
    773-788页
    查看更多>>摘要：基于MERRA-2及ERA5逐月再分析资料,本文采用EOF分析、线性回归和合成分析等方法,分析了1980～2020年长江流域中游两湖盆地地区气溶胶光学厚度(AOD)的年代际变化特征及东亚经向风南北反位相模态对其的影响.结果表明,在年代际尺度上两湖盆地地区AOD呈现非线性的变化趋势,20世纪80、90年代处于低值,21世纪初AOD持续升高,2010年后开始下降.空间场上表现为全区一致的变化特征,高值区主要位于两湖盆地中部,以洞庭湖为中心呈南北纵向分布.进一步对两湖盆地AOD年代际变化与大气环流异常关系的分析表明,在东亚经向风南北反相模的影响下,偏北风输送是影响两湖盆地AOD年代际变化的主要气象原因.在年代际尺度上,当西伯利亚高压的强度、面积增大,东亚大槽西移,西北太平洋副热带高压脊线南移时,东亚经向风南北反相模趋于正相位(即长江以北有异常偏南风、长江以南有异常偏北风).此时,两湖盆地位于气旋性环流异常的底部,在异常的偏北风的作用下,西北地区的气溶胶向两湖盆地输送加强.且两湖盆地处于两个异常气旋性环流的中间,气压梯度小,风速偏弱,使得两湖盆地气溶胶输入大于输出,促进21世纪初AOD年代际升高.

    AOD(aerosolopticaldepth)年代际两湖盆地冬春经向风南北反相模

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    尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究

    张涵斌史永强卢冰夏宇...
    789-802页
    查看更多>>摘要：随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应.为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了 2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果.试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限.

    重力波拖曳尺度适应数值天气预报参数化方案强风预报

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    海南岛土地覆盖变化对海风锋结构演变影响的数值模拟

    依斯拉木·吾拉音苗峻峰吴冰雪
    803-821页
    查看更多>>摘要：本文利用WRF-Noah陆气耦合中尺度模式,针对海南岛一次典型的海风锋事件进行了高分辨率的数值模拟,研究了海南岛土地覆盖(下垫面)变化对海风锋结构演变的影响及其机制.结果表明,海南岛土地覆盖变化对海风锋的作用是通过多种地表和植被属性的综合影响决定的.森林化试验中动力和热力作用分别抑制和促进海风锋的发展,对海风锋的影响是两者共同作用的结果;反照率的减小引起净辐射的增大,从而使感热通量小幅增加,使低层大气增温而增加海陆温度梯度,这在一定程度上增强了海风驱动力,但地表粗糙度的增大减弱了海风风速,进一步减弱了海风锋传播距离和上升速度.然而,由于海南岛森林覆盖面积较大,导致森林化试验与控制试验中海风锋的整体差异较小.相比之下,荒漠化试验中热力和动力作用均有利于海风锋的发展;反照率的增大和叶面积指数的降低,改变了地表能量分配,造成潜热通量显著减小,感热通量先减少后增大,对低层大气的增温效应非常明显,从而加大了海陆温度梯度.另一方面,地表粗糙度显著减小,下垫面对海风的阻挡作用减弱,海风风速增大.因此,荒漠化试验海风锋传播距离、上升速度以及海风厚度都显著增大.

    海风锋土地覆盖变化森林化荒漠化热带岛屿

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