大气科学

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

孙继松，舒文军

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大气科学

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

孙继松，舒文军

利用北京地区20个气象观测站最近30年（1975—2004年）冬季（12～2月）、夏季（6～8月）平均气温、降水量和降水日数资料，研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响.结果表明：（1）最近30年来，北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大，其中，冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10 A，夏季约为0.2℃/10 A.（2）在北京城区南北两侧，冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同：相对区域平均而言，在城区及南部近郊区，冬季降水日数和降水量都在明显增加；夏季，城区北侧的降水日数呈加速增长趋势，尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大，但降水量在相对减少.（3）城市热岛效应对不同季节降水分布的影响，可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果，就北京地区而言，地形的存在，强化了城区与北部郊区之间的温度梯度：冬季盛行北风气流，在北部郊区，热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少，城区及其南侧则相反；夏季盛行南风气流，随着城市热岛效应的增强，发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多.

热岛效应；年代际变化；降水；季节变化

来源出版物：大气科学，2007，31（2）: 311-320入选年份：2012

双/多基天气雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

张培昌，王振会，胡方超

摘要：首先导出小椭球散射的方向函数及侧向散射截面的表达式.然后，考虑发射水平偏振波与垂直偏振波这两种情况下，当小椭球粒子群旋转轴作一致铅直取向和在空间作均匀随机取向时，分别建立适用于双/多基地雷达接收子站的雷达气象方程.主要结果为：（1）当入射波以不同的仰角及方位角射到旋转轴任意取向的椭球上时，会在椭球的3个轴上产生不同的极化电偶极矩分量，使小椭球散射方向函数不仅与散射方向有关，还与天线和粒子两个直角坐标之间的配置情况有关.（2）无论入射波偏振方式是水平还是垂直，小椭球粒子的总侧向散射截面恒是散射波在该方向上造成的侧向散射截面之和.（3）双基地雷达气象方程与单基地雷达气象方程比较，其差别在于侧向散射截面与后向散射截面的不同，另外，有效照射体积不同，子站与单基地站天线方向性函数不同，使双基地雷达气象方程中多出与双基地角有关的一个因子.（4）主站天线辐射在半功率点内不论均匀与否，双基地雷达气象方程中的侧向散射截面均代表总的侧向散射截面且依赖入射波偏振方式.（5）给出了小椭球群旋转轴一致铅直取向情况下的双基地雷达气象方程，这些方程与入射波偏振方式、主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关.入射波为垂直偏振时一致铅直取向的椭球群的侧向散射截面可能由包含铅直分量在内的3个正交分量组成.这具体依赖于主站天线仰角.但入射波为水平偏振时到达子站天线处的回波功率与主站天线仰角无关.（6）给出了小椭球群旋转轴在空间无规则取向时的双基地雷达气象方程，这些方程与主站天线仰角、入射波偏振方式等无关，但与主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关.

关键词：双/多基地天气雷达；旋转椭球粒子群；雷达气象方程

来源出版物：气象学报，2012，70（4）: 867-874入选年份：2012

IAP第四代大气环流模式的气候系统模式模拟性能评估

孙泓川，周广庆，曾庆存

摘要：本文首先扼要介绍了基于中国科学院大气物理研究所（简称IAP）第四代大气环流模式的新气候系统模式-CAS-ESM-C（中国科学院地球系统模式气候系统模式分量）的发展和结构，之后主要对该模式在模拟大气、海洋、陆面和海冰的气候平均态、季节循环以及主要的年际变率等方面的能力做一个初步的评估.结果表明：模式没有明显的气候漂移，各分量的气候平均态整体上都比较合理.模式能相对真实地模拟出沿赤道SST的季节循环，海冰覆盖的季节循环.东亚季风降水的季节迁徙特征在模式中的再现，说明模式对东亚季风气候有着不错的模拟能力.除了ENSO周期略短，平均振幅偏强外，模式能够较好地模拟出热带太平洋SST的年际变率的各种特征.特别是得益于模式对于沿赤道SST的季节循环的较好模拟能力，国际上公认较难模拟ENSO的季节锁相特征在CAS-ESM-C中得到了真实的再现.模式最主要的问题是存在以“双ITCZ（赤道辐合带）”现象为代表的热带偏差，这是当今气候系统模式中常见的问题.进一步的分析表明：单独大气模式 IAP4对于降水和云的模拟存在一定的原有误差，这些误差耦合后在海洋一大气反馈作用下演变，最终形成了模式的热带偏差.CAS-ESM-C未来改进工作的重点宜首先放在云和降水过程，可以考虑对大气模式中的低云方案和对积云对流参数化方案进行改进调整.

关键词：气候系统模式；模式评估；气候平均态；热带偏差；季节循环；年际变化

来源出版物：大气科学，2012，36（2）: 215-233入选年份：2012

我国东部夏季一次强对流活动过程中对流层上部大气成分变化的分析

易明建，傅云飞，刘鹏，等

摘要：利用星载微波临边遥感探测结果，对2006年6月28～29日江淮地区的一次强对流天气过程中对流层上部一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、水汽（H2O）和冰水含量（IWC）的分布特点进行了研究.强对流天气过程前后的对比分析表明，CO混合比增大，在200 hPa处增加了0.12 ppm（1 ppm=10-6）；O3混合比减小，在70 hPa处减少了0.30 ppm；H2O混合比在250 hPa处增加了400 ppm；IWC在强降水发生之前有大幅增长，在200 hPa处最大含量可达0.03 g/m3.CO和O3含量与垂直运动速度两者的相关变化表明，对流垂直输送作用可能是造成对流层上层和平流层低层大气成分变化的机制之一.而H2O和IWC含量的增加主要局限于对流层顶以下，这表明对流层上部水物质的质量和形态是由垂直输送作用和对流系统内部的微物理过程共同决定的.

关键词：对流；大气成分；微波临边遥感

来源出版物：大气科学，2012，36（5）: 901-911入选年份：2012

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

江志红，陈威霖，宋洁，等

摘要：利用中国区域550个站点1961—2000年日降水量资料，考察参与政府间气候变化委员会（IPCC）第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下（20C3M）5个极端降水指数的模拟能力，同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估，结果表明：最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势，且模式集合模拟能力优于大部分单个模式，但在青藏高原东侧、高原南部存在虚假的极端降水高值区，模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低，区域平均序列年际变率的模拟能力也较低.中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势，极端降水强度可能增强，干旱也将加重，且变化幅度与排放强度成正比.

关键词：极端降水指数；IPCC AR4；模拟评估；情景预估

来源出版物：大气科学，2009，33（1）: 109-120入选年份：2013

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

蔡榕硕，谭红建，黄荣辉

摘要：本文首先利用1979—2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法，分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系.分析结果表明：当东中国海及邻近海域为暖（冷）异常时，长江中下游、江淮地区夏季降水减少（偏多），而东北南部的降水偏多（减少）.并且，本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验，结果表明了东中国海及邻近海域的暖（冷）异常，将使得我国长江、黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少（增加），而华南地区、东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加（减少）.此外，本文还利用 NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析，分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响.当东中国海及邻近海域升温时，除了在该海域东部引起低空辐合，高空辐散，产生上升运动外，还在其西部的长江、黄淮流域和华北地区引起低空辐散，高空辐合，产生下沉运动，这将引起长江、黄淮流域和华北等地夏季降水的减少；并在华南、东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合，高空辐散，从而产生上升运动，这使得华南地区、东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加.反之，当东中国海及邻近海域降温时，上述区域出现相反的现象.这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一.

关键词：降水；东中国海；海温；气候模式

来源出版物：大气科学，2012，36（1）: 35-46入选年份：2013

2009年秋至2010年春我国西南地区严重干旱的成因分析

黄荣辉，刘永，王林，等

摘要：我国西南地区从2009年秋季到2010年春季发生了严重干旱，这次干旱无论持续时间和发生区域或降水减少程度都是近50年来所罕见的，因而本文利用ERA-40再分析资料和海温资料从热带西太平洋和热带印度洋热力异常对热带西太平洋和南亚上空大气环流的影响来分析了这次西南地区干旱发生的成因.分析结果表明：从2009年秋到2010年春季，热带西太平洋和热带印度洋处于升温状态，它使得热带西太平洋上空产生反气旋异常环流，造成了西南气流异常在我国东南沿海加强，而华南和华中地区上空处于低槽控制，因而在高原东部为槽后西北气流和下沉气流所控制，造成了从孟加拉湾来的水汽很难到达云贵高原，从而引起了此区域降水长期偏少.并且，分析结果还表明了中高纬度地区的环流异常对此次严重干旱也有重要影响.由于从2009年冬季到2010年春季中高纬度准定常行星波传播的极地波导偏强，而低纬波导偏弱，这导致波的E-P通量在60°N附近对流层和平流层为辐合，而在35°N附近对流层中、上层为辐散，从而引起纬向平均西风在60°N附近对流层和平流层减弱，而在35°N附近对流层中、上层加强，造成了北极涛动（AO）为很大的负值.由于AO为负值，东亚冬季冷空气活动强且路径偏东，使得到达西南地区冷空气偏弱，从而引起西南地区持续性严重干旱的发生.

关键词：干旱；热带西太平洋；东亚冬季风；准定常行星波传播

来源出版物：大气科学，2012，36（3）: 443-457入选年份：2013

2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析

王东海，LIU CHONGJIAN，刘英，等

摘要：在欧亚大陆中高纬度长期维持阻塞形势的背景下，2008年1月11日至2月2日中国南方连续经历了4次低温雨雪冰冻天气过程（简称“0801南方雪灾”）.这次强天气事件过程范围广、强度大、持续时间长且灾害极为严重.其天气学特征表现为中高纬阻塞形势稳定少变，低纬系统活跃确保水汽输送，以及南方部分地区满足冰雪风暴形成的有利天气条件等.研究表明，导致大气环流异常从而促使这次低温雨雪冰冻强天气事件出现的主要因素包括：（1）北极涛动（AO）的异常活跃，有利于行星尺度波动的稳定维持；（2）阻塞上游50°N区域有极强的负涡度平流持续输送到阻塞区，使濒临崩溃的阻塞形势得以重新加强，从而使阻塞形势长时间稳定维持；（3）青藏高原以南低纬地区南支气流活跃，确保中国南方充沛的水汽来源；以及（4）长期存在有利于冰雪风暴生成发展的天气-动力-物理学条件等.“0801南方雪灾”事件一个突出的特征就是冰冻现象极为严重.文中借助新型卫星CLOUDSAT的星载云廓线雷达（CPR）资料对这次事件中典型云系进行天气-动力-物理学分析，揭示出西南暖湿气流沿锋面爬升，形成界限分明上下交替的两个冷暖气团，冷气团较浅薄；在2～4 km高度存在一个融化层，冰水不仅存在融化层之上，在近地面层亦含有丰富的冰粒子.结合常规观测资料分析发现，在此期间中国南方大部地区中层（大约在850-700 HPA）存在温度大约在0～4℃的逆温层，地面气温大致维持在-4～0℃且相对湿度在 90%以上，分析表明，此次大范围冰冻灾害天气是由于冻结、凝华和冰雾粒子的附着增长等物理过程共同作用的结果.“0801南方雪灾”事件持续时间较长，事件本身作为一个整体其成因可追溯到行星尺度系统.研究极涡异常及其随时间变化的结果表明，平流层极涡变化比对流层的超前，尤其是该事件前期平流层极涡进入12月后就趋于加强，而对流层的极涡加强则明显滞后，并且直到1月中至2月初才快速加强；这意味着平流层蕴含着对流层极涡变化及伴随的强天气事件的先期信号，这可能是中长期预报的一个值得深入研究的方向.

关键词：灾害性天气；低温雨雪冰冻；特征；成因

来源出版物：气象学报，2008，66（3）: 405-422入选年份：2013

新疆气候的干湿变化及其趋势预估

姜大膀，苏明峰，魏荣庆，等

摘要：利用新疆气象局提供的90个气象台站的连续观测记录，计算了1961—2003年新疆地区年平均和季节平均自适应PALMER干旱指数的气候态及其变化趋势，表明新疆地区气候就平均态而言整体上属于正常的气候条件，研究时段内年平均和季节平均气候以湿润化趋势为主要变化特征，定性的分析显示地表气温的持续上升倾向于引起干旱化，而降水的增加则有利于气候的湿润化趋势.在SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下，21世纪90年代新疆地区地表气温的升高会导致干旱化的发生，而降水的增加则有利于湿润化，在二者的联合作用下，新疆地区的干湿状况可能将发生一定程度的变化.

关键词：PALMER干旱指数；新疆；变化；预估

来源出版物：大气科学，2009，33（1）: 90-98入选年份：2013

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

丁一汇，张莉

摘要：基于1961—2006年中国地面观测气温和降水资料，对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较.结果发现，（1）地表气温：1961—2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势.年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖，但显著快速增暖的突变发生在90年代中期，该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚，与长江中下游和华南地区接近，不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同，但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚，中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异；（2）降水：1961—2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势，冬春降水量显著增加，而夏季降水有微弱的减少，秋季降水显著减少.降水突变的信号明显比温度突变的信号弱，年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生，降水突变方向（增或减）和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异.由上可见，青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象，尤其足冬春温度变化，这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致.

关键词：青藏高原；地表气温；降水；气候突变；比较

来源出版物：大气科学，2008，32（4）: 794-805入选年份：2013

大气气溶胶的辐射与气候效应

石广玉，王标，张华，等

摘要：大气气溶胶的辐射与气候效应是目前全球气候变化研究的一个热点，也是一个难点问题.该文从介绍一些基本概念和科学问题人手，比较全面地回顾了我国，特别是中国科学院大气物理研究所建所以来有关方面的研究工作，重点在于探讨一些有待解决的科学问题.

关键词：大气气溶胶；气候变化

来源出版物：大气科学，2008，32（4）: 826-840入选年份：2013

MJO研究新进展

李崇银，潘静，宋洁

摘要：MJO与ENSO的关系、MJO的数值模拟（预报）以及MJO对天气气候的影响是近些年来国内外大气科学研究的重要前沿问题.本文将综合介绍国内有关MJO对天气气候的影响以及MJO的数值模拟（预报）方面的近期研究进展，因为过去已介绍过MJO与ENSO相互作用的研究结果.利用澳大利亚气象局的RMM-MJO指数研究MJO与西北太平洋台风活动的关系，结果表明大气MJO对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用，在 MJO的活跃期与非活跃期西北太平洋生成台风数的比例为 2:1；而在MJO活跃期，对流中心位于赤道东印度洋（即MJO第2、3位相）与对流中心在西太平洋地区（即MJO第5、6位相）时的比例也为2:1.对大气环流的合成分析显示，在MJO的不同位相西太平洋地区的动力因子和热源分布形势有极其明显不同.在第2、3位相，各种因子均呈现出抑制西太平洋地区对流及台风发展的态势；而在第5、6位相则明显有促进对流发生发展，并为台风生成和发展创造了有利的大尺度环流动力场.对多台风年与少台风年850 hPa的30～60 d低频动能距平的合成分析表明，在多台风年最显著的是低频动能正异常位于菲律宾以东15°N以南的西北太平洋地区，表明那里有强MJO的活动；而少台风年的情况与多台风年相反，菲律宾以东的西北太平洋上与季风槽位置对应区域是低频动能的负距平区，那里MJO偏弱.即赤道西北太平洋上MJO活动的强（弱）年对应西北太平洋的台风偏多（偏少）.对应MJO的不同活动位相，无论冬季、春季或夏季，中国东部的降水都将出现特殊的异常形势.在春季，MJO的第2、3位相有利我国东部长江中下游地区多雨、华南地区少雨；MJO的第4、5位相有利我国华南地区多雨而长江中下游地区少雨；在MJO的其它位相，我国东部地区都为降水负异常.在冬季，对应MJO的第1～3位相（特别是第2、3位相）中国华南降水偏多；而对应MJO的第6～8位相（特别是第6、7位相）中国华南降水偏少.在夏季，MJO位于印度洋时，MJO可以通过低层西风急流的波导效应影响到中国东南部地区，造成该地区降水偏多；当MJO位于西太平洋地区时，可以造成经向环流的上升支向北偏移，导致西北太平洋副高的东撤、以及中国东南部地区水汽输送减弱，降水减少.资料分析还表明，在年际变化尺度上，热带中、东印度洋 MJO指数的持续异常对云南夏季降水有明显的影响.大气环流和数值模拟都表明，MJO活动不同位相的强对流会在东亚/西北太平洋地区激发产生不同形势的遥响应（Rossby波列），导致在中国不同地区出现有利（或不利）降水的环流形势和条件，是MJO活动影响中国降水的主要机制.用数值模式对MJO进行数值模拟（预报）是尚未很好解决的困难问题，原因也没有完全搞清楚.我们的一系列数值模拟清楚表明，MJO的模拟（预报）效果对模式所用对流参数化方案有很强的依赖关系；模式能否很好描写（再现）热带大气非绝热加热廓线，是极其关键的问题，只有当加热廓线在对流层中低层有最大加热时，模式才能得到同实际观测大体一致的MJO及其活动特征.这些数值模拟结果与我们过去从理论研究得到的结论相吻合，彼此得到应证.

关键词：MJO（Madden-Julian；Oscillation）；西北太平洋台风活动；中国东部降水异常；MJO的数值模拟；对流加热廓线

来源出版物：大气科学，2013，37（2）: 229-252入选年份：2013

2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征

孙建华，赵思雄，傅慎明，等

摘要：本文采用观测和NCEP分析场资料对2012年7月21日发生在北京地区的特大暴雨过程的天气形势、水汽来源和中尺度对流系统的特征进行了研究.结果如下：“7.21”北京暴雨过程是高低空与中低纬系统共同配合的结果，暴雨发生在“东高西低”的环流形势下，低涡、切变线、低槽冷锋和低空急流为此次过程的主要影响天气系统；孟加拉湾至西太平洋地区热带辐合带（ITCZ）活跃，其中热带气旋的活动有利于水汽向东亚大陆输送，此次暴雨过程中华北地区的水汽源地包括孟加拉湾和我国东部的渤海、黄海等，低层的水汽主要来自东部，中层的水汽主要来自孟加拉湾；北京的强降雨有两段，第1段降雨虽然发生在冷锋前，但有明显冷空气的侵入，并与地形和东风的作用有关，第2段降雨对流的组织和增强与冷锋强迫相关.在有利环境下，中尺度对流系统频繁发生发展，持续时间长，且稳定少动是此次特大暴雨形成的重要原因.

关键词：暴雨；水汽来源；低涡；冷锋；中尺度对流系统

来源出版物：大气科学，2013，37（3）: 705-718入选年份：2013