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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

    夏季南亚高压东—西振荡过程中青藏高原及周边上对流层水汽的分布和传输特征

    唐南军任荣彩祝传栋吴国雄...
    967-986页
    查看更多>>摘要：夏季南亚高压的"双模态"分布对应着其中心位置在10～20天准双周时间尺度上的东—西振荡,对青藏高原及周边上对流层的水汽分布和传输有显著影响.本文利用夏季7～8月逐日的ERAI再分析资料,通过基于南亚高压东—西振荡指数的位相合成分析发现,当南亚高压呈青藏高原模态时,青藏高原(伊朗高原)地区上对流层水汽含量异常偏高(低),伊朗高原模态时则相反;伴随南亚高压中心位置由青藏高原向西移至伊朗高原上空,上对流层水汽含量正异常中心亦自青藏高原东侧向西逐渐传播到伊朗高原以西地区.进一步诊断表明,除了在青藏高原北侧和南侧水汽经向绝热输送异常有抵消作用外,两高原地区上对流层水汽倾向异常主要由水汽纬向绝热输送异常及其辐合辐散异常所贡献,而青藏高原地区对流活动引起的垂直非绝热输送异常在上对流层则主要与剩余项(水汽的凝结和蒸发)相抵消.因此,青藏高原(伊朗高原)上对流层为水汽含量正异常时对应着青藏高原上空的对流活动异常偏弱(强).而南亚高压中心位置和上对流层水汽含量正异常中心自青藏高原向伊朗高原移动的过程,对应着青藏高原地区的对流活动异常和垂直向上的水汽非绝热输送异常不断增强,同时上对流层水汽凝结异常也不断增强.此外,南亚高压向西移动过程中,上对流层水汽绝热辐合(辐散)异常主要发生在其西(东)侧,这是造成水汽含量异常中心纬向传播的主要原因.

    南亚高压东—西振荡青藏高原周边上对流层水汽分布与传输

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    中昆仑山北坡极端暴雨对流—对称不稳定性及其触发机制分析

    周雅蔓刘兆旭刘晶杨霞...
    987-1011页
    查看更多>>摘要：本文利用ERA-5 0.25° × 0.25°再分析资料,通过计算2020年5月6～7日中昆仑山北坡极端暴雨天气过程中湿位涡和锋生函数,给出暴雨过程大气不稳定性演变特征,明确锋面系统在对流触发中的作用,并得出以下结论:(1)本次中昆仑山北坡暴雨期间,200 hPa高空两支急流造成辐散叠加区,500 hPa中亚低涡、高原北部切变线缓慢移动过程中,配合低层700 hPa地形辐合抬升、地面高压前冷气团与塔里木盆地暖气团交汇,为中昆仑山北坡浅山区云团发展提供有利的动力、热力条件.(2)暴雨分为两个阶段,第一阶段(EP1)于田至且末一线降水期间,对流层低层暴雨区为对流不稳定大气层结;第二阶段(EP2-1)策勒地区短时强降水期间,策勒对流层低层逐渐由对流不稳定大气转为条件对称不稳定大气层结,对流层低层Mpv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成;受前期降水和凝结潜热释放影响,第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线低层增暖增湿,对流层低层转为对流不稳定大气层结.(3)地形辐合抬升是第一阶段降水中尺度云团生成的主要原因,低层冷锋锋生触发对流不稳定能量释放,且末附近云团迅速发展,同时塔里木盆地气流沿地形爬坡至高原北部,在500 hPa附近冷锋锋生,与高原北侧暖锋短时间对峙形成冷式锢囚锋,锋面附近垂直运动增强使得对流云团快速发展,与且末附近对流云团合并加强,造成第一阶段(EP1)于田至且末一线降水天气;第二阶段(EP2-1)策勒短时强降水期间,对流层低层700 hPa冷锋锋生,云团移动方向暖湿入流气流与云下蒸发和云后入流冷气团相遇,暖气团沿底层冷池进一步爬升,使得云团迅速发展至成熟阶段,造成策勒地区出现短时强降水天气;随着中亚低涡逐渐进入研究区,对流层低层—中层冷锋锋生,进一步加强了上升运动的发展,是第二阶段(EP2-2)策勒至洛浦一线持续性降水天气的重要原因.

    中昆仑山北坡暴雨对流—对称不稳定触发机制

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    2021年北极典型平流层爆发性增温事件研究与预报

    吴少华牛迎丽谢飞
    1012-1026页
    查看更多>>摘要：本文选取了对我国2021年冬季寒潮事件可能有重要影响的2021年1月北半球平流层爆发性增温(SSW)事件为例,利用观测资料、再分析资料和预报模式,探讨了 2021年1月的SSW事件的特征和机制并对其进行了预报研究.此次SSW事件(简称为"事件")发生期间,北极平流层温度几天内上升近30℃,绕极西风环流减弱甚至在此次事件中出现了三次逆转为东风环流的现象.事件发生前期,太平洋海温和巴伦支—喀拉海(BK)海冰的出现异常的降低和减少现象;使用Eliassen-Palm通量(E-P通量)研究发现,这导致更多的对流层异常行星波活动上传到平流层;海温和海冰所导致的行星波活动的异常增多可能是导致此次SSW事件的主要因素.除此之外还发现,事件期间平流层位势高度正异常下传到对流层,与2021年1月中旬亚欧大陆出现的极端低温事件,存在显著的联系.最后,本文使用基于WACCM6模式和DART同化工具建立的平流层预报模型对此次事件进行了回报研究.该模型成功的预报了 2021年1月发生的这次SSW事件,预报的温度大小和纬向风强度基本和观测结果一致.对回报试验的进一步研究发现,同化平流层温度、臭氧和水汽,减少预报初始场中平流层环流和温度误差,对准确预报这次SSW事件有重要的作用.初始场中没有同化平流层温度、臭氧和水汽的预报试验结果,与观测结果之间存在很大差异,甚至结果完全相反.

    平流层爆发性增温E-P(Eliassen-Palm)通量行星波活动平流层同化平流层预报

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    德国气候预测系统中东亚冬季风的季节预测及可预报性

    吴昱树陈权亮龚海楠周涛...
    1027-1042页
    查看更多>>摘要：东亚冬季风(EAWM)作为北半球冬季最强的中纬度环流系统之一,主导着东亚的冬季气候.因此,开展东亚冬季风季节预测和可预报性研究具有十分重要的意义.本研究使用德国气候预测系统(German Climate Forecast System,简称GCFS2)输出的回报数据(1993～2016年)对EAWM的预测性能进行全面评估.GCFS2很好地预测了 EAWM气候态的主要特征,包括西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽、东亚高空急流及东亚上空的地表气温和降水,并可以熟练地预测东亚大槽及东亚地表气温的年际变化.GCFS2对一个海平面气压定义的EAWM指数(EAWMI)显示出了预测技巧,同时可以很好地预测与EAWM相关的位于海洋上的大气环流、地表气温及降水异常.GCFS2中EAWM的预测技巧主要得益于对观测中的EAWM-ENSO关系及ENSO遥相关的成功再现,模式中增强的EAWM-ENSO[强于观测,观测中整个24年(1993～2016)EAWM与ENSO的相关系数为-0.46]关系,有助于提前2个月或更长时间预测EAWM.GCFS2中12月初始化的EAWMI在去除ENSO信号后仍有0.42的预测技巧,说明有另一预测源,为冬季巴伦支—喀拉海区域海冰覆盖度(BK_SIC).观测中BK SIC减少,增强西伯利亚高压,EAWM从而增强;模式中BK SIC的变化可以增加西伯利亚高压东北部的可预测性,使得12月初始化的EAWM预测技巧增加.

    德国气候预测系统(GCFS2)季节预测东亚冬季风(EAWM)ENSO海冰

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    夏季欧亚中高纬大气ISO与欧洲阻塞频率的联系及其对极端高温事件的协同作用

    温昕晟杨双艳高铭祥李天明...
    1043-1058页
    查看更多>>摘要：本文利用1979～2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10～30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用.研究表明,欧亚中高纬10～30天大气ISO表现出东传和西传两种模态.东(西)传模态下,对流层西北—东南向倾斜的四极型(东西向分布的偶极型)准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向(向西)传播.位相合成表明,在两个模态下,中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生.东(西)传模态位相6～7(5～6)期间,欧洲阻塞发生最频繁.在东(西)传模态位相6～7(5～6)期间,欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原(欧洲和乌拉尔山)地区分别受准正压的+-+-(+-)高度异常控制.有阻塞发生时,东传模态下,欧洲西部的正高度异常强度明显增强,乌拉尔山地区,东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱.同时,欧洲以南出现负的高度异常;西传模态下,偶极型高度异常强度均增强,欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常.可见,在两个模态阻塞频发位相下,阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率,降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率.因此,欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响.

    欧亚中高纬季节内振荡欧洲阻塞极端高温

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    双层均匀口袋电荷模型下闪电起放电特征的数值模拟研究

    罗林洁谭涌波郑天雪
    1059-1071页
    查看更多>>摘要：大量基于观测的研究认为闪电通道的延展尺度与电荷的分布形态息息相关,强对流区频繁始发的小尺度闪电对应雷暴云内的背景电荷很有可能为"口袋电荷"的分布模式.为验证口袋电荷背景下能形成此类云闪并给出该电荷背景下闪电起、放电的一般规律,本研究将闪电放电参数化方案植入到双层均匀口袋电荷模型中开展了大量随机模拟试验.模拟过程中固定了电荷区的总尺度,通过改变电荷对数进行探讨,着重讨论各电荷背景下闪电起始和放电行为的异同.模拟结果表明:(1)随着电荷对数的增加,闪电启动需要的电荷浓度和电荷总量均增加.(2)小电荷区的水平垂直尺度比是影响闪电起始行为的关键因子,除此之外各电荷背景下闪电起始位置和启动概率在水平、垂直方向上的差异还与多对电荷的空间配置关系和逃逸击穿阈值有关.(3)闪电的水平、垂直范围和面积均与小电荷区的尺度息息相关,小电荷区的几何特征限制了闪电的空间特征.(4)电荷区的分布也显著影响着闪电的发展形态,各电荷背景下闪电初始先导角度的分布范围和集中区域有所差异.相较于电荷区倾向于为扁平椭圆形的情况,当电荷区垂直与水平尺度相等时,初始先导角度变化范围明显增大,水平发展的个例明显增多.

    数值模拟小尺度闪电电荷分布模式口袋电荷起始位置闪电面积

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    近136年(1885～2020年)长江中下游伏旱期划分及其演变分析

    徐群赵亮
    1072-1094页
    查看更多>>摘要：少雨高温的伏旱期对长江中下游地区农业、水利和人体健康等具有重要影响,但目前缺乏对该地区伏旱期的历史划分,对其长期变化规律也缺乏充分认识.本文利用1885年以来已划定的长江中下游沿江五站(上海、南京、芜湖、九江和汉口)梅雨期和夏季日气温、降水资料,对出梅后的少雨高温时段分别确定了少雨和高温的定量标准,划定出1885～2020年长江中下游伏旱期,并用统一气温标准结合伏旱期长度,综合确定了近136a(1885～2020年)伏旱期强度指数.这136 a(包含有16个无伏旱年及10个入秋伏旱年)里伏旱期的年平均长度为21.6 d,呈现出3～6 a、36 a和84 a周期.1951年以来,1959～1978年是伏旱期长度的主要峰期,1980～1987年是伏旱期长度的下降谷期,之后缓慢增加;1980年代之后虽然大于30 d的长伏旱期有减少趋势,但是15～30 d且高强度的伏旱期频现;1995年之后秋伏旱明显增多,夏季延迟.136 a里最长且强的伏旱期依次出现于1934、1967、1978和2013年;最早的伏旱期出现在6月中旬,最晚在9月中下旬.近40a来,伏旱期高温(≥35.0℃)日数大幅提高,伏旱期高温发生率从1980年代的30％左右上升到近年的50％以上,对人体健康构成威胁.长(强)伏旱期的副热带环流特征为西太平洋副热带高压稳定控制长江中下游区,而短(弱)伏旱期西太平洋副热带高压多偏东或偏南,入秋伏旱与副热带高压稳定西伸有关.伏旱期内高温日数的演变受到双重人类活动的制约,它不仅与人类活动导致的全球海陆升温有关,并且因地而异,即受到局地生态环境演变和城市热岛效应增减的人为作用影响.印度—太平洋季风区陆海温差对长江中下游伏旱期长度年代际变化有重要调制作用.

    长江中下游伏旱期准周期演变人类活动高温

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    一次复杂地形下边界层抬升型暖区暴雨对流触发条件和可预报性的数值研究

    徐渊闵锦忠庄潇然王霄...
    1095-1112页
    查看更多>>摘要：长江中下游地区的暖区暴雨过程易受复杂下垫面强迫的影响,具有较大的预报不确定性,尤其是其中的对流触发过程.为探讨此类过程的触发条件及揭示其可预报性受限制程度,本文针对2020年6月23日一次复杂地形包裹下的长江中下游暖区暴雨展开高分辨率的数值模拟和对流尺度集合模拟,通过Lagrange气块后向轨迹分析、去除地形和关闭热效应的敏感性试验以及集合敏感性分析等方法对此次过程的对流触发阶段展开分析.结果表明,此次过程被抬升气块的主要源地为1.5 km以下的边界层,仙霞岭和杉岭在正午时分因热力作用而驱动的出谷风是引发局地辐合抬升的动力源,高低层散度、湿位涡的垂直配置以及偶极型位涡异常对此次对流触发过程具有较好的指示意义.此外,该过程对前期近地面2m高度处温度和模式底层视热源具有较高的敏感性,该结果证实下垫面强迫的精确刻画对于提升暖区暴雨的预报效果至关重要.逐步减小初始场误差的初值敏感性试验进一步表明,此次暖区对流过程的可预报性显著低于北边的锋面过程,表现为锋面对流的偏差总能量能随初始误差的缩小持续性降低,而暖区对流的偏差总能量曲线则仍能增长至与原水平相近,呈现出非线性辐合收缩特征.因此,对于天气尺度强迫显著的锋面对流,或可优先考虑通过加强资料同化能力等手段降低初始场误差来减小预报误差;但对于复杂地形下的暖区暴雨对流触发过程,则需要更加强调通过集合预报来捕捉其不确定性.

    暖区暴雨对流触发复杂地形对流尺度集合模拟可预报性

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    基于主客观环流分型的强降水数值预报MODE检验方法及其在2019年暖季东北地区的应用

    齐铎崔晓鹏陈力强黄丽君...
    1113-1130页
    查看更多>>摘要：本文构建了基于主客观环流分型的强降水数值预报空间检验(MODE)方法框架,并利用该框架对欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)和中国气象局区域中尺度数值天气预报模式(CMA MESO)的2019年暖季东北地区强降水预报进行检验.结果表明,2019年暖季东北地区54个强降水日的环流型可分为:西风槽型(15个)、副热带高压影响型(13个)、急流型(5个)、西部(12个)和东部冷涡型(9个).其中,西风槽型和急流型以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力强,TS评分较高;西部、东部冷涡型强降水的局地性强,模式对其强降水发生与否的预报能力差,TS评分低;副热带高压影响型也以区域性强降水为主,模式对其强降水发生与否的预报能力也比较强,但是对其强降水质心位置、强度、面积等属性预报偏差较大,TS评分也相对较低.另外,从两种模式预报性能对比看,CMA_MESO强降水强度和面积预报较实况普遍偏强,虽然其预报的TS评分一般高于ECMWF,但其对强降水预报的空报率也都比ECMWF大,对强降水的属性预报偏差一致性一般也低于ECMWF,其预报的可订正性整体上不及ECMWF.

    主客观融合环流分型东北冷涡客观识别强降水数值预报MODE检验

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    秋季北大西洋马蹄型海温异常与初冬我国气温年际变化的联系

    李忠贤王庭轩曾刚邓伟涛...
    1131-1143页
    查看更多>>摘要：本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验 正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解和相关分析等多种统计方法,研究了 1951～2020年秋季(9～11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响.结果表明:秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5％.研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温偏高,反之,我国大部分地区初冬气温偏低.进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬.当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温异常通过加热(冷却)异常能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出南、北两支Rossby波列.其中,北支波列由北大西洋副极地向东北方向传播至巴伦支海附近,然后沿西伯利亚向东南方向传播至我国上空;南支波列由北大西洋副热带向东传播至我国上空.在南、北支波列的影响下,我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温偏高(偏低).利用NCAR Community Atmosphere Model version 5.3(CAM5.3)模式模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化.

    北大西洋海温初冬气温非绝热加热年际变化

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