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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

    长江三角洲地区高空云过程气溶胶—云相互作用的观测研究

    陈怡欣杜荣光张佃国滕晓咪...
    1283-1296页
    查看更多>>摘要：气溶胶—云相互作用过程对于评估大气云和气溶胶的寿命及气候效应至关重要.目前关于气溶胶—云相互作用的研究主要以飞机航测、卫星反演和模式模拟为主,地基直接观测由于布置难度大、实验时间长、人力物力耗费等原因开展得较少.当前针对气溶胶—云相互作用机制的理解还比较低,亟需外场观测资料深入认识其过程.本研究以长江三角洲地区高山站点的云雾为背景,利用雾滴谱仪、地用逆流虚拟撞击器、混合凝聚核粒子计数器、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪等仪器,研究了大明山顶(海拔 1483 m)7月份多云雾期间云滴和气溶胶的特性,探讨了气溶胶对云形成和发展的影响以及云对气溶胶颗粒物的清除作用.云形成初期对气溶胶颗粒物的清除率约为 20%～50%.研究显示水汽过饱和度越高且颗粒物粒径越大,清除率越高,这表明粒径较大的吸湿性颗粒物容易活化为云凝结核.对比同一云雾事件中气溶胶数浓度差异较大的三个阶段,我们发现较低的气溶胶数浓度有利于形成液态水含量高的浓云,此时云团由数量相对较少而粒径大的云滴组成,而大气颗粒物数量增多会使云雾变淡,此时的云团由大量细小的云滴组成.本研究分析了 8μm以上云滴的云凝结核数量分布特征,发现大云滴的云凝结核几乎都是 100 nm以上的颗粒物;随着气溶胶数浓度升高,8 μm以上大云滴的数量减少,且大云滴云凝结核的平均直径变大.这些结果显示气溶胶数浓度升高会促使云滴的数量增多而等效直径变小,在水汽有限的自然环境中,气溶胶数浓度越高,颗粒物的临界活化直径越大.总之,我们发现大气气溶胶的数浓度—粒径分布特性影响着云滴的数量和粒径,云的形成和发展也对气溶胶颗粒物有较强的清除作用.

    云气溶胶外场观测云清除作用粒径分布液态水含量

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    基于不同再分析资料南海夏季风爆发的气候特征和年际变率

    段亚楠刘伯奇
    1297-1310页
    查看更多>>摘要：南海夏季风爆发标志着东亚夏季风的全面建立,其对我国主汛期雨带分布具有重要指示意义.本文对比了日本气象厅JRA-55、欧洲中期数值预报中心ERA5、中国气象局CRA-40和美国国家环境预测中心NCEP1四套再分析资料中南海夏季风爆发的气候特征和年际变率.结果表明,在四套再分析资料中,南海夏季风爆发期间大气环流和降水场突变的气候特征基本一致,但CRA-40资料的高空暖中心和降水均明显强于JRA-55、ERA5和NCEP1资料.同时,本文分别采用850 hPa纬向西风(U850)盛行、对流层中上部平均经向温度梯度(MTG)反转和南海地区对流建立来定义南海夏季风爆发时间.基于不同的定义指标,四套再分析资料所确定的南海夏季风爆发时间在大多数年份一致,表现为高、低空环流的调整伴随着南海季风对流的建立,环流和降水场完全耦合,且U850定义指标对资料的敏感度高于MTG定义指标.但在个别年份,三种指标所确定的南海夏季风爆发时间差异明显,这时高、低空环流和降水场的耦合关系不明确.当U850、MTG和OLR所定义南海夏季风爆发时间的年际变率一致时,4～5月海温异常场呈现典型的ENSO型分布特征,说明这些年份南海夏季风爆发可能受热带海—气相互作用影响,其中 5月孟加拉湾的海温异常可能是ENSO影响南海夏季风爆发时间的关键.而当三种定义方式所得南海夏季风爆发时间的年际变率不一致时,最明显的海温异常信号出现在北太平洋加州沿岸,说明中纬度海—气相互作用对南海夏季风爆发时间也存在潜在调制作用.

    南海夏季风气候特征年际变率资料对比

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    云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量特征

    郭珊珊李剑东袁俊鹏冯涛...
    1311-1328页
    查看更多>>摘要：本研究应用 2001～2020年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)的气象场及卫星反演的降水和云量资料,研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征.研究结果表明:(1)云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈影响,有着明显的逐月变化.6月受来自孟加拉湾东部的西南气流水汽输送影响,云南季风雨季爆发,大气总热源(特别是降水凝结释放的潜热)和云量较 4～5月明显增强,而地表感热和大气辐射冷却作用减小.(2)基于Wang and LinHo(2002)方法计算的 2001～2020年期间云南夏季风雨季的平均爆发时间约为第 31候,区域大气总热源(潜热)和云量均与降水呈现出高度的时间相关性,而且云南区域大气热源和云量随夏季风雨季的时间变化呈现出与相邻的南亚热带季风区相似的单峰年变化特征.(3)云南夏季风雨季爆发时间存在明显的年际变化,雨季爆发偏早(晚)年的合成结果表明:在偏早年雨季爆发时,来自孟加拉湾东南部的低层西南气流可直达云南区域,该区域上空为辐散气流,有利于区域上升运动,云南区域大气总热源(潜热)和云量明显强于偏晚年;偏晚年同时段的孟加拉湾南支槽偏弱,西太平洋副高位置明显偏西,不利于云南区域上升运动和降水.在雨季盛期,偏早和偏晚年的区域降水率接近,偏晚年的区域大气总热源(潜热)和高云量值略高于偏早年.

    云南夏季风雨季大气热源云量

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    青藏高原地区一次深对流活动对平流层—对流层物质交换影响的模拟研究

    刘迪田文寿雒佳丽张如华...
    1329-1344页
    查看更多>>摘要：利用WRF-Chem模式分析了 2010年 8月 12日发生在青藏高原东南部的一次深对流过程中的平流层—对流层物质交换(STE)过程及其影响机制.结果表明,此次深对流系统具备穿透性对流特征,强上升气流能够直接将近地面含高浓度CO和低浓度O3 的空气输送至低平流层,使低平流层CO浓度升高、O3 浓度降低.同时,深对流活动激发了较强的湍流混合过程,在深对流活动结束后的 3～4小时内,湍流混合作用导致上对流层下平流层(UTLS)区域持续发生STE过程,将对流层的冰晶、CO和O3 输送至低平流层,但受凝结脱水作用影响,湍流过程向低平流层传输的水汽减少.

    平流层—对流层物质交换(STE)深对流青藏高原WRF-Chem模式

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    海河流域盛夏降水预测模型的研发和适用性分析

    洪洁莉陈丽娟
    1345-1356页
    查看更多>>摘要：海河流域初夏(6月)和盛夏(7～8月)的降水有显著的年代际变化差异,尤其在 2002年之后,海河流域初夏和盛夏的年代际变化特征相反,因此有必要分别针对夏季不同阶段建立预测模型.本文基于年际增量的思想,寻找影响海河流域盛夏降水异常的预测因子,以突出年际变化异常的影响信号.前冬欧亚中高纬度关键区域海平面气压指数SLPI(Sea Level Pressure Index)、6月热带中东太平洋海温Niño3指数以及表征厄尔尼诺—南方涛动现象(El Niño-Southern Oscillation,简称ENSO)演变速度的Niño3指数在 6月与 1月之差的年际增量作为三个关键预测因子,建立回归方程.进一步利用多模式的 2022年 6月Niño3指数的预报结果代入预测模型,对海河流域 2022年盛夏降水进行预报试验.相对各动力气候模式 3月起报的盛夏降水异常预测,基于年际增量的回归模型对海河流域盛夏降水异常拟合和回报的准确率更高,尤其是降水显著偏多年份,预测技巧更突出.进一步对预报偏差较大的年份复盘归因发现,前冬海平面气压指数对冬季风和夏季风转换关系的描述可能受到后期春夏热带太平洋和印度洋海温异常演变的干扰.当前冬海平面气压指数预示的后期海温演变与实际海温演变信号差异较大时,需关注动力模式对临近热带海温尤其是热带印度洋海表温度距平的预报以及海温变化对海河流域盛夏降水的可能影响.

    海河流域盛夏年际增量气候模式预测方法

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    非纬向基本流上的斜压扰动

    林一骅
    1357-1365页
    查看更多>>摘要：本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基本流的稳定性以及该基本流上斜压扰动的发展,并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用.从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基本流的稳定性条件,并用扰动能量方程研究了正压发展(衰减)和斜压发展(衰减)的扰动结构及其与基本流的配置关系.研究发现,以急流轴为中心,对于正压发展的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的下游倾斜,而对于正压衰减的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的上游倾斜.对流层大气中,斜压发展的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的上游倾斜,而斜压衰减的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的下游倾斜.经向基本气流的存在会促进并加强扰动的发展,令扰动更加不稳定.

    非纬向基本流稳定性斜压扰动发展经向基本气流

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    复杂地形对风速廓线的影响

    程雪玲贺园园朱蓉
    1366-1378页
    查看更多>>摘要：随着风电利用的发展,越来越多的风电场建立在复杂地形的山区,为了更好地进行风能评估和风电预报,就需要了解复杂地形对风速廓线的影响.本文基于薄翼理论和湍流边界层扰动的线性化理论,采用两层模型对坡度较小的山地在其二维横截面上的风廓线进行了预测,该模型能够较为准确地预报地形、压力、稳定度对风速增速的影响,但对于三维地形或其他因素产生的风速的复杂变化,需要进一步将其扩展至三维,并结合数值模拟进行研究.

    风廓线复杂地形薄翼理论两层模型风能

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    春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的关键作用

    杨占梅张井勇杜振彩
    1379-1391页
    查看更多>>摘要：全球变暖背景下,中国东北夏季洪涝干旱灾害发生频繁,对人类和自然系统造成严重影响.但是,目前东北夏季降水预测水平较低,远不能满足防灾、减灾的需求.中国东北汛期降水主要集中在盛夏(7～8月),其年际变率与年代际变率相当.本文聚焦在分析春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的作用.研究发现中国东北盛夏降水年际分量与欧洲中东部春季土壤温度年际分量存在显著负相关关系、与青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量存在显著正相关关系.春季关键区土壤温度异常对应下游地区盛夏土壤温度异常,从而引起东亚盛夏大气环流异常,高空西风急流偏强偏北、西太平洋副热带高压偏强偏北,进而造成中国东北水汽辐合与上升增强,引起中国东北盛夏降水增强.进一步采用欧洲中东部、青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量建立了中国东北盛夏降水年际分量的季节预测模型,1979～2021年留一法交叉检验时间相关系数在GLDAS-Noah、ERA5 和CRA/Land三套数据中最高可达 0.64,2012～2021年的后报试验时间相关系数在三套数据中最高可达 0.78,表明春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中起到关键作用.研究成果能够为提高中国东北夏季降水预测提供科学基础,并易于应用到实际预测.

    盛夏降水异常春季土壤温度年际分量季节预测模型

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    东北地区入春日期变化特征及前期信号场

    李尚锋邵祺多尹路婷高枞亭...
    1392-1404页
    查看更多>>摘要：本文利用 1961～2020年水平分辨率为 0.25°×0.25°的CN05.1日平均气温资料、NCEP/NCAR逐日再分析数据和NOAA逐日海表温度资料,对东北地区入春日期变化特征及前期信号场进行了分析,结果表明:(1)东北地区入春呈由南向北推进的特征,大部地区集中在第 26和 27候.东北地区入春日期近 60年来呈显著提前的特征.(2)入春偏早典型年份,3月份东北地区地表温度和降水均呈现正距平特征,入春偏晚典型年份则相反;500 hPa环流场上,入春偏早典型年份,西西伯利亚平原、贝加尔湖和勘察加半岛存在一个低压槽、高压脊和低压槽的Ω形态环流配置,而入春偏晚典型年份,乌拉尔山地区存在一个高压脊,其东侧为一个强的斜槽,槽底位于东北地区上空,该环流配置从第 22候持续到第 26候.(3)入春偏早典型年份,前冬北太平洋最明显的关键区海温信号为赤道中东太平洋呈现类La Niña的模态,北大西洋格陵兰岛以南的海域和西太平洋菲律宾以东的海域为明显的海温正距平,入春偏晚典型年份则位相相反,通过相关分析发现,前冬北大西洋和西北太平洋关键区海温均对东北地区入春日期有较好的指示性.

    东北地区入春日期前期信号环流配置

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    基于集合预报的浙江省积层混合云人工增雨数值模拟研究

    付远杨洁帆刘汉华程莹...
    1405-1419页
    查看更多>>摘要：目前人工増雨催化数值模拟研究较少考虑环境场误差对模拟效果的影响,结论往往具有很大的不确定性.有鉴于此,本文将初始场扰动集合预报技术与包含催化模块的柱状云模式进行单向耦合(One Way Coupling),利用中尺度模式所提供包含环境场扰动误差的多组热力、微物理量廓线实时驱动柱状云模式,对 2022年 1月 23日浙江省积层混合云降水过程进行多成员、单/多格点AgI催化数值试验,尝试从概率的角度探讨最佳播撒方案以及对应的增雨潜力.从单站(杭州站)的模拟效果来看,23日 15:00(协调世界时)在 3.6 km高度(-5.2℃)处使用AgI(碘化银催化剂量为 1.2×10-7～1.2×10-4 g kg-1)播撒时所有集合成员均能够取得正増雨效果,其中采用 1.2×10-5 g kg-1 剂量时増雨率最大,所有成员的均值为 4.67%,99%分位数为 7.77%.在单点模拟中,初始场扰动对于过量播撒是否导致减雨的判断有很大影响,例如,播撒剂量增加至 1.2×10-2 g kg-1 后,超过 50%的集合成员表现为减雨效果,但仍然有部分成员表现为増雨.针对这次过程,多格点催化试验表明增雨效果发生概率最优的区域位于浙西北和浙北北部区域,尤其在嘉兴东北部和临安附近,从概率预报的角度来说也往往对应着相对较高的平均过冷水含量和较低的冰晶数浓度均值.

    集合预报云模式催化效果增雨机制

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