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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

    基于贝叶斯分类器和回波物理特征的C波段雷达非气象回波识别方法和性能分析

    李巧戚友存张哲杨毅...
    823-836页
    查看更多>>摘要：天气雷达在观测过程中,通常会受到非气象因子的干扰,产生非气象回波,从而严重影响雷达定量降水估计的精度和短临降水预报的性能.本文使用陕西省西安、延安等7部C波段多普勒天气雷达的体扫观测,构建了基于贝叶斯分类器和回波物理特征的质量控制方法:首先人工提取每部雷达的降水回波、地物回波和晴空回波的反射率因子,并基于提取的不同类型雷达回波,分析了陕西省7部雷达不同类型雷达回波的反射率因子、反射率因子水平纹理、反射率因子沿径向的变化梯度、5dBZ回波高度、反射率垂直梯度的变化特征,统计得到不同类型雷达回波对应特征量的概率密度分布函数;然后基于统计的概率密度分布函数建立贝叶斯分类器,对雷达回波进行初步识别;在此基础上,结合雷达回波物理特征设计了太阳尖峰识别方法、孤立点去除方法和回波空洞填补方法,进一步识别雷达回波;最后去除非气象回波,得到质量控制后的降水回波数据.利用2019年7～9月陕西省7部雷达的体扫观测数据,系统地分析了雷达质量控制方法的性能,同目前陕西省业务运行的雷达数据质量控制结果进行了对比分析,并使用HSS评分(Heidke skill score)评估了质量控制结果的准确率.结果表明,研发的基于贝叶斯分类器和回波物理特征的雷达质量控制方法能够较好地识别降水回波和非降水回波,识别效果优于业务使用结果,7部雷达数据质量控制结果的HSS评分均在0.75以上.

    多普勒天气雷达质量控制贝叶斯分类器回波类型识别

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    正压地转流的空间不稳定

    林一骅
    837-842页
    查看更多>>摘要：与时间不稳定一样,空间不稳定也是地球流体中扰动发生发展的重要机制.基于标准模方法,研究了正压地转流对于小扰动的空间不稳定问题,并得到发生空间不稳定的必要条件.该必要条件指出,若正压地转流可能发生空间不稳定,其位涡对于纬度的偏微商与小扰动相对于该地转流的相速必须在某些纬度带异号.在附加适当的限制的情况下,空间不稳定与时间不稳定满足相同的必要条件,即Rayleigh-Kuo定理和Fjørtoft定理.

    地转流动正压空间不稳定必要条件

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    台风"山竹"外围强龙卷的结构和机理分析

    徐敬涵冉令坤炎利军智海...
    843-858页
    查看更多>>摘要：本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1,对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的"增强藤田等级"2级(EF2)强龙卷过程开展49 m分辨率数值模拟,利用模式数据,分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,简称TLV)的结构特征,并通过涡度方程诊断TLV的动力成因,结果表明:龙卷由台风"山竹"外围螺旋雨带内的超级单体产生,该单体具有钩状回波、入流缺口、有界弱回波、悬垂回波等典型特征,水成物图上可见上冲云顶、云砧和后部云墙;单体内垂直环流由中部上升气流(UD)、前部下沉气流(FFD)和后部下沉气流(RFD)构成;TLV发生在低层UD和RFD之间,其生命史可分为初始期、发展期、成熟期和减弱期,成熟期TLV具有内部下沉、外部上升的结构;涡度方程的诊断分析表明,发展期扭转项对TLV的加强上传更为关键,成熟期拉伸项主导了 TLV强度和形态的变化.

    龙卷超级单体类龙卷涡旋扭转项拉伸项

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    中国北方干旱半干旱区植被对气候变化和人类活动的响应

    李卓忆杨庆马柱国陈亮...
    859-874页
    查看更多>>摘要：干旱半干旱区是我国的生态环境脆弱的地区之一.伴随着气候变化和人类活动的加剧,近几十年该区域植被正发生着显著的变化,然而,至今还缺乏对植被变化原因的足够认识.本文基于GLASS(Global Land Surface Satellite)叶面积指数(Leaf Area Index,简称 LAI)、CRU(Climate Research Unit)气温和降水数据,采用相关系数法及残差分析法研究了 1982～2017年中国干旱半干旱区植被的时空变化特征,并分析了气温、降水及人类活动对LAI变化的相对贡献.结果发现:(1)干旱半干旱区植被显著改善,仅局部地区有所退化,且植被改善在夏季最为明显;(2)在植被变化中,长期趋势变化和年际变化的影响因子不同,前者受气候变暖影响,而后者则主要与降水的波动密切相关;(3)春、夏季气温和夏季降水对干旱半干旱地区植被生长的同季节影响显著,而在新疆北部和内蒙中部地区,植被对气候因子有季节尺度的滞后响应;(4)植被变化受到人类活动和气候变化的共同作用,不同地区植被变化的主导因子不同.在植被改善地区,气候因子的贡献率约为59％,人类活动的贡献率约为41％;而植被退化地区,气候因子的贡献率约为-51％,人类活动贡献率约为-49％.总的来说,近几十年来我国北方干旱半干旱区植被已发生了显著变化,该变化是气温、降水和人类活动多因素综合影响的结果.

    干旱半干旱区植被变化气温降水人类活动

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    平流层NAM事件中阻塞高压发生及其调制地面温度异常型的统计特征

    李亚飞任荣彩虞越越CAI Ming...
    875-892页
    查看更多>>摘要：本文利用1979～2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征.结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)和北太平洋阻高(NPB)更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段,乌拉尔山阻高(UB)多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段,而大西洋-欧洲阻高(AEB)则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段.尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数,但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用,特别是在正NAM事件中,GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖—南冷型变为北冷—南暖型,同时导致北美大陆从整体偏冷或北冷—南暖型变为北暖—南冷型;此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB,不仅可导致欧亚大陆的北冷—南暖型反转为北暖—南冷型,亦可使北美大陆由北暖—南冷型转为南暖—北冷型.相比之下,AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导,即阻高的调制作用并不显著.在NAM影响以及各阻高的协同作用下,从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段,整个中纬度地区欧亚大陆偏冷、北美偏暖;从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反;两大陆地区的温度异常多呈中—高纬南北反位相变化特征.本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验,证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论.

    平流层北半球环状模阻塞高压地面温度异常调制

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    Aeolus水平径向风速产品资料同化在台风预报中的应用研究

    季凌潇鲍艳松温渊李欢...
    893-905页
    查看更多>>摘要：为评价星载激光测风雷达产品资料同化对台风预报的影响,以2020年台风"黑格比"和2019年台风"利奇马"为例,选用Aeolus卫星的水平径向风速产品,开展星载激光测风雷达资料同化及其对台风预报影响研究.首先基于ERA5再分析资料对Aeolus产品进行统计检验和偏差订正,并统计各高度层观测背景差的均方差作为观测误差用于同化试验.然后通过 WRFDA(Weather Research and Forecast Model Data Assimilation)模式同化Aeolus产品并利用WRF(Weather Research and Forecast Model)模式开展预报试验.试验结果表明,Aeolus产品精度较高,统计所得各层观测误差在3～5 ms-1范围且随高度的升高而增大,订正后资料满足三维变分同化无偏假设;在台风"黑格比"和"利奇马"期间同化该产品能使模式具备更加合理的环流形势,能够有效提高对台风"黑格比"和"利奇马"路径及强度的预报效果.

    Aeolus卫星水平径向风速资料同化台风预报

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    1981～2020年华南地区区域性极端降水事件研究

    杨雯婷孙建华傅慎明赵黎京...
    906-922页
    查看更多>>摘要：基于华南地区176个国家级自动气象站资料以及1981～2020年ECMWF ERA5再分析资料,采用区域性极端事件的客观识别方法(OITREE)、合成分析等方法,本文研究了华南地区区域性极端降水事件的时空分布特征,并分析了事件偏多年及偏少年的大尺度环流特征.主要结论如下:区域性极端降水事件的频次在年际尺度上的周期变化较为明显,并具有较明显的月变化特征,高发时段为5～6月;在极端强度及影响范围上,华南地区大部分区域性极端降水事件强度约130 mm d-1,较少事件强度超出320 mm d-1,且区域性极端降水事件的影响范围呈显著上升趋势(约310 km2 a-1);在事件的综合强度上,综合指数Z呈现显著的上升趋势[0.05(10 a)-1],表明事件强度呈现显著增加的趋势;在大湾区及广东北部,区域性极端降水事件的累计降水及其对总降水的贡献呈显著上升趋势,而在广西南部地区,两者呈下降趋势;在事件偏多年,华南地区存在显著的西南风水汽输送及整层水汽通量强辐合的特征,而在事件偏少年,华南地区具有整层水汽通量辐合偏弱的特征;一般降水日,850 hPa上华南地区位于弱偏东南风区,区域性极端降水事件降水日,华南地区位于气旋性环流的东南部,受到明显的西南风风速大值带影响.

    华南区域性极端降水客观识别方法大尺度环流

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    不同降水产品及WRF-Hydro模式在黄河源区的适用性分析

    陈亚玲文军杨传国龙银平...
    923-937页
    查看更多>>摘要：黄河源区是黄河流域主要的产流区和水源涵养区,研究和探索该区域陆面水文过程对理解陆面过程及水文循环特征,揭示陆面—水文耦合过程具有重要的科学意义.本研究基于2009～2018年中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据(China Meteorological Forcing Dataset,简称CMFD)、全球高分辨率降水数据集(Climate Prediction Center Morphing Technique,简称 CMORPH)、热带降雨测量卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,简称TRMM)及全球陆地数据同化系统(Global Land Data Assimilation System,简称GLDAS)降水,评估了四类降水产品在黄河源区的降水精度,在此基础上,利用最优降水数据驱动独立运行的天气研究预报及水文耦合模型系统(Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system,简称 WRF-Hydro),探究该模式在黄河源区径流模拟的适用性.结果表明:四类降水产品均能够反映出降水的分布特征,但在量值及细节捕捉上存在显著差异.CMFD在不同时空尺度上都能很好地捕捉到降水的演变特征,其与日观测降水的相关系数达到0.99,均方根误差仅为0.25 mm.在表征降水能力方面,四类降水产品总体表现为CMFD＞CMORPH＞TRMM＞GLDAS,CMFD的平均探测成功率(Critical Success Index,简称CSI)在0.93以上.经参数率定后的WRF-Hydro模式在黄河源区月径流模拟方面表现较好,率定期纳什系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,简称NSE)均在0.92以上,而验证期丰水年模拟结果明显好于枯水年(NSE=0.15),这与降水和径流的非线性程度有关.本研究方案和结果为亚寒带半干旱气候区大尺度流域水文模拟及径流预测提供了一定的参考价值.

    黄河源区(SRYR)降水产品WRF-Hydro模式径流模拟

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    X波段双偏振雷达物理量时间—高度剖面的重构方法改进及应用研究

    贾烁杨洁帆雷恒池韩辉邦...
    938-954页
    查看更多>>摘要：如何利用现有雷达体扫数据重构反射率或其它物理量的时间—高度剖面,提高雷达体扫垂直分辨率并使其适用于云微物理结构的分析,是近几年来雷达气象学的重点研究内容之一.本文基于分辨率更高的X波段双偏振雷达体扫数据,对目前最新的柱垂直廓线(Columnar Vertical Profile,简称CVP)重构算法从目标区范围的选取方面进行改进,使其能够应用于水平尺度较小的局地降水云以及发展演变迅速的对流云.结果显示:对于高原地区局地降水云个例,目标区选取5 km(径向范围)×10°(方位角范围)组成的较小扇形区域,与云雷达的对比显示,改进的CVP方法重构的基本反射率(ZH)垂直廓线体现了回波的垂直结构,尤其是中高层对流泡的结构特点,相应的时间—高度序列能够较好地反映回波顶高的变化以及中高层强度逐渐减弱、低层强度逐渐增加的特点;对于华北地区发展旺盛且局地水平不均匀的对流云个例,本文改进了原始的CVP重构目标区选取方法,对高、低仰角层采用变化的径向范围并调整插值参数,改进后重构的ZH垂直廓线有效避免了低层回波水平分布相对不均匀导致的重构分层结构,显示出高、低层回波特征以及不同阶段目标区云结构的转变.进一步对比改进前后CVP方法重构建立的各偏振量时间—高度序列,改进后准确显示了个例云系微物理特征及其随时间的变化,揭示了高原地区局地降水云中对流泡的形成及其播撒作用机制,华北地区对流云成熟阶段的各偏振量垂直分布特征及其演变.

    体扫数据CVP方法改进目标区插值参数时间—高度序列结构特征微物理特征

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    η坐标系下假不可压大气模式动力框架改进

    胡文豪孙继明
    955-966页
    查看更多>>摘要：发展高分辨区域中尺度天气预报模式是改进暴雨落区预报的一个重要途径.区域中尺度模式空间分辨率达到100m,对当前计算资源提出了严峻挑战.一种可行的解决方案是发展滤除声波的模式替代全弹性模式.滤除声波的模式可以使用较大的时间步长积分,能显著提高积分效率.作者在2018年利用一种声波滤除理论——假不可压理论,初步在地形追随质量坐标系(η坐标系)下建立了假不可压模式.数值试验表明模式的结果是合理可信的,然而关键问题是没有滤除声波.本文改进了假不可压模式,建立新的假不可压模式干动力框架.新动力框架控制方程的关键改进是使用椭圆方程求解扰动气压,理论上保证了声波的滤除.新动力框架的时间积分方案更简洁,不使用时步分裂算法.对比改进的假不可压模式和WRF(Weather Research and Forecasting)模式的干热泡对流数值试验结果,发现假不可压模式获得了与WRF模式相似的动力场和热力场分布,且模拟的气压扰动时间序列平滑,说明声波已被滤除,相比2018版本的假不可压模式,这是较大的改进.

    假不可压模式扰动气压声波

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