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中国气象局2016年 第27卷 第5期
摘要
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2016, 27(5): 513-526.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160501
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摘要:
该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展，包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化，中国冬季降雪特征，气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响，外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布，引起大气环流异常，进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果，对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明，CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。
该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展，包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化，中国冬季降雪特征，气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响，外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布，引起大气环流异常，进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果，对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明，CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。
2016, 27(5): 527-533.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160502
摘要:
针对气候变暖采取稳健的适应措施已成为国际社会共识。该文综合了当前适应气候变化的国际谈判进展及已有的农业适应气候变化措施，指出适应资金严重不足，技术研发、应用与转让难以实施，以及适应气候变化行动实施能力的不足严重制约着适应气候变化行动的有效实施；关于农业适应气候变化的技术措施仍缺乏系统的理论研究与应用示范。在此基础上，提出了未来中国农业适应气候变化需要重点开展的研究任务，即农业气象灾变过程的新特点及其风险管理, 农业适应气候变化的大数据决策管理系统研发及适应气候变化的农业气候区划与减灾保产技术研究，以切实推进农业适应气候变化，为确保国家粮食安全与农业可持续发展提供支撑。
针对气候变暖采取稳健的适应措施已成为国际社会共识。该文综合了当前适应气候变化的国际谈判进展及已有的农业适应气候变化措施，指出适应资金严重不足，技术研发、应用与转让难以实施，以及适应气候变化行动实施能力的不足严重制约着适应气候变化行动的有效实施；关于农业适应气候变化的技术措施仍缺乏系统的理论研究与应用示范。在此基础上，提出了未来中国农业适应气候变化需要重点开展的研究任务，即农业气象灾变过程的新特点及其风险管理, 农业适应气候变化的大数据决策管理系统研发及适应气候变化的农业气候区划与减灾保产技术研究，以切实推进农业适应气候变化，为确保国家粮食安全与农业可持续发展提供支撑。
2016, 27(5): 534-549.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160503
摘要:
对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳，主要进展包括：业务全球模式对于降水的预报能力持续提升，而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径，且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势；统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成，而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展；为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题，多种新的检验技术得到发展和应用，如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等；预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限，但在预报流程中仍将处于核心地位，其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出，定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。
对21世纪以来定量降水预报技术流程中的数值模式预报、统计后处理、检验评估和预报员作用4个方面的研究工作进行了归纳，主要进展包括：业务全球模式对于降水的预报能力持续提升，而发展高分辨率模式 (尤其是对流尺度模式) 和集合预报是提高定量降水预报精准化水平的主要途径，且将两者相结合以促进短期降水预报是发展趋势；统计后处理技术已发展到应用数据挖掘方法对海量预报数据中有效信息进行提取和集成，而再预报资料的出现将进一步促进统计后处理技术的发展；为解决评估精细化定量降水预报面临的新问题，多种新的检验技术得到发展和应用，如极端降水检验评分、空间检验技术及概率检验方法等；预报员在模式和后处理方法上能够提供的附加值越来越有限，但在预报流程中仍将处于核心地位，其角色将逐渐向帮助用户进行决策方向转变。文章指出，定量降水预报技术的发展所面临的挑战包括大气水汽观测及同化技术改进、暖区和复杂地形下暴雨预报等科学问题的解决。
2016, 27(5): 550-558.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160504
摘要:
高性能计算通过应用超级计算机与并行处理技术解决复杂的计算问题，是信息技术发展比较迅猛的领域之一。气象应用始终是高性能计算的重要领域，高性能计算技术有效地解决了高分辨率、高精度气象数值预报模式发展限制，在气象预报预测业务中发挥着核心支撑作用。数十年以来，由于数值天气模式研究和业务运行对计算资源的强烈需求，国内外气象领域高性能计算机及应用迅速发展起来。气象领域对高性能计算能力及系统的可靠性需求日益提升。高性能计算技术将与气象预报应用日益融合，相互影响促进，不断创新发展。为满足气象预报预测业务和科研工作需求，中国气象部门将进一步提升高性能计算能力，并致力于优化集约高性能计算系统布局，高效管理计算资源，发挥最大效益。
高性能计算通过应用超级计算机与并行处理技术解决复杂的计算问题，是信息技术发展比较迅猛的领域之一。气象应用始终是高性能计算的重要领域，高性能计算技术有效地解决了高分辨率、高精度气象数值预报模式发展限制，在气象预报预测业务中发挥着核心支撑作用。数十年以来，由于数值天气模式研究和业务运行对计算资源的强烈需求，国内外气象领域高性能计算机及应用迅速发展起来。气象领域对高性能计算能力及系统的可靠性需求日益提升。高性能计算技术将与气象预报应用日益融合，相互影响促进，不断创新发展。为满足气象预报预测业务和科研工作需求，中国气象部门将进一步提升高性能计算能力，并致力于优化集约高性能计算系统布局，高效管理计算资源，发挥最大效益。
2016, 27(5): 559-569.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160505
摘要:
华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点，特别是发生在锋前的暖区暴雨，由于其天气尺度斜压性强迫不明显，环境大气水汽含量丰富，热动力不稳定性强，边界层触发机制复杂，以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用，导致暴雨突发性强，地域性特征显著，也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限，高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果，针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析，并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验，总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型，以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。
华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点，特别是发生在锋前的暖区暴雨，由于其天气尺度斜压性强迫不明显，环境大气水汽含量丰富，热动力不稳定性强，边界层触发机制复杂，以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用，导致暴雨突发性强，地域性特征显著，也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限，高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果，针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析，并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验，总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型，以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。
2016, 27(5): 570-576.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160506
摘要:
雷暴中的闪电放电能够产生强静电场以及电磁辐射场，从而对空间电离层产生重要影响，引起电离层电子密度分布的扰动。研究表明：闪电放电引起电离层扰动的方式有两种:直接耦合和间接耦合。其中，直接耦合主要来自于闪电产生的准静电场及电磁场的作用，在甚低频 (VLF) 反射信号上表现出快VLF事件, 而间接耦合主要是闪电低频电磁波在传播过程中与磁层相互作用，在辐射带产生闪电诱导电子沉降 (LEP) 现象。雷暴闪电活动能够改变电离层从D层到F层的电子密度分布，影响对流层大气和电离层之间的场，导致中高层瞬态放电淘气精灵 (elves) 及红闪 (sprite) 等现象的激发。闪电VLF传输反射信号可用于反演电离层密度的变化，目前已成为一种探测电离层扰动的常用方法，而引起电离层扰动的强度不但和闪电放电参量密切相关，也和闪电放电过程、类型有关。该文重点阐述了闪电放电与电离层直接耦合和间接耦合作用以及导致的相关现象。
雷暴中的闪电放电能够产生强静电场以及电磁辐射场，从而对空间电离层产生重要影响，引起电离层电子密度分布的扰动。研究表明：闪电放电引起电离层扰动的方式有两种:直接耦合和间接耦合。其中，直接耦合主要来自于闪电产生的准静电场及电磁场的作用，在甚低频 (VLF) 反射信号上表现出快VLF事件, 而间接耦合主要是闪电低频电磁波在传播过程中与磁层相互作用，在辐射带产生闪电诱导电子沉降 (LEP) 现象。雷暴闪电活动能够改变电离层从D层到F层的电子密度分布，影响对流层大气和电离层之间的场，导致中高层瞬态放电淘气精灵 (elves) 及红闪 (sprite) 等现象的激发。闪电VLF传输反射信号可用于反演电离层密度的变化，目前已成为一种探测电离层扰动的常用方法，而引起电离层扰动的强度不但和闪电放电参量密切相关，也和闪电放电过程、类型有关。该文重点阐述了闪电放电与电离层直接耦合和间接耦合作用以及导致的相关现象。
2016, 27(5): 577-591.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160507
摘要:
基于气候变暖背景下中国南方旱涝时空格局发生变化的基本事实，回顾了中国南方降水的主要模态和旱涝年际年代际尺度变化特征及其成因的主要研究进展。研究指出，El Niño发展年，中国南方大部地区降水偏少，尤其在长江及其以南地区，而El Niño衰减年则相反。强调热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副热带高压增强，位置偏南，导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持，有利于中国南方降水加强。青藏高原冬春季积雪多，春夏季高原感热和上升运动较弱，导致夏季风偏弱，有利于长江流域降水偏多易涝，反之亦然。关于多因子协同作用对南方旱涝影响，指出南方旱涝是多因子协同影响的结果, 如菲律宾反气旋受冬季青藏高原积雪、El Niño与前期春季印度洋海温等多因子协同影响。南方旱涝与影响因子发生了年际关系的年代际变化，在气候变暖背景下，随着后者的年代际转型，其对前者的影响关系也发生了年代际变化。因此，提出了应该关注南方旱涝的预测策略与方法，提高旱涝预测技巧。
基于气候变暖背景下中国南方旱涝时空格局发生变化的基本事实，回顾了中国南方降水的主要模态和旱涝年际年代际尺度变化特征及其成因的主要研究进展。研究指出，El Niño发展年，中国南方大部地区降水偏少，尤其在长江及其以南地区，而El Niño衰减年则相反。强调热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副热带高压增强，位置偏南，导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持，有利于中国南方降水加强。青藏高原冬春季积雪多，春夏季高原感热和上升运动较弱，导致夏季风偏弱，有利于长江流域降水偏多易涝，反之亦然。关于多因子协同作用对南方旱涝影响，指出南方旱涝是多因子协同影响的结果, 如菲律宾反气旋受冬季青藏高原积雪、El Niño与前期春季印度洋海温等多因子协同影响。南方旱涝与影响因子发生了年际关系的年代际变化，在气候变暖背景下，随着后者的年代际转型，其对前者的影响关系也发生了年代际变化。因此，提出了应该关注南方旱涝的预测策略与方法，提高旱涝预测技巧。
2016, 27(5): 592-603.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160508
摘要:
该文回顾了环境气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器50多年的发展历程，从不同时期在轨运行的近百台 (套) 仪器中选择了12种作为代表，结合仪器功能性能技术指标和应用需求梳理分析了其历史发展脉络和主流业务发展趋势，并初步探讨了创新发展方向。50多年的发展可以分为3个阶段：早期探索20年, 美国第1代探索性仪器，开创了气象卫星对地观测的先河；初步应用20年, 基本形成初步应用格局，欧洲、中国等开始发展自己的环境气象卫星光学成像遥感仪器；稳定应用和进步发展10多年。新一代极轨卫星可见光红外光学成像遥感仪器，其典型特征是光谱波段20个以上，谱段带宽窄，光谱范围全面覆盖0.4~15 μm，辐射测量精度高，空间分辨率为200~1000 m，其改进型仪器代表了未来极轨气象卫星主流业务发展趋势。静止气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器未来主流业务发展方向的典型特点是光谱波段15个以上，谱段带宽较窄，光谱范围全面覆盖0.4 ~15 μm，辐射测量精度高，空间分辨率为500~2000 m，圆盘图成像速度可达到分钟级，区域扫描速度更快。
该文回顾了环境气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器50多年的发展历程，从不同时期在轨运行的近百台 (套) 仪器中选择了12种作为代表，结合仪器功能性能技术指标和应用需求梳理分析了其历史发展脉络和主流业务发展趋势，并初步探讨了创新发展方向。50多年的发展可以分为3个阶段：早期探索20年, 美国第1代探索性仪器，开创了气象卫星对地观测的先河；初步应用20年, 基本形成初步应用格局，欧洲、中国等开始发展自己的环境气象卫星光学成像遥感仪器；稳定应用和进步发展10多年。新一代极轨卫星可见光红外光学成像遥感仪器，其典型特征是光谱波段20个以上，谱段带宽窄，光谱范围全面覆盖0.4~15 μm，辐射测量精度高，空间分辨率为200~1000 m，其改进型仪器代表了未来极轨气象卫星主流业务发展趋势。静止气象卫星可见光红外光学成像遥感仪器未来主流业务发展方向的典型特点是光谱波段15个以上，谱段带宽较窄，光谱范围全面覆盖0.4 ~15 μm，辐射测量精度高，空间分辨率为500~2000 m，圆盘图成像速度可达到分钟级，区域扫描速度更快。
2016, 27(5): 604-619.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160509
摘要:
霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害，受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题，国内外科研人员开展了大量研究工作，发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述，为将来相关研究提供基础。在霾污染方面，主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面，主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外，还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果，在文献综述的基础上，提出了未来研究中值得关注的几方面问题，包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究，特别关注光化学污染发展态势，加强长期观测资料的积累、分析与应用等。
霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害，受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题，国内外科研人员开展了大量研究工作，发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述，为将来相关研究提供基础。在霾污染方面，主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面，主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外，还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果，在文献综述的基础上，提出了未来研究中值得关注的几方面问题，包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究，特别关注光化学污染发展态势，加强长期观测资料的积累、分析与应用等。
2016, 27(5): 620-630.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160510
摘要:
农业气象灾害的监测预测是灾害评估和防控的基础和前提, 因此，农业气象灾害的监测预测研究长期以来一直是农业气象研究工作的重点领域。该文系统回顾了我国农业气象灾害的指标、监测技术和预测预警技术等方面的相关进展和成果，提出当前存在的主要问题：农业气象灾害的基础性研究仍然十分薄弱, 农业气象灾害指标对致灾因子的概括性尚不足, 农业气象灾害监测的精细化程度有待进一步提高, 临近预警技术缺乏, 气候变化背景下农业气象灾害的新规律揭示不够。该文同时指出未来应加强农业气象灾害综合指标的研究, 强化农业气象灾害的预测预报研究, 构建农业气象灾害实时预警技术体系, 构建农业气象灾害立体、动态监测体系, 关注气候变化背景下农业气象灾害风险变化评估研究, 加强气象或气候预测信息在农业气象灾害预测中的应用技术研究。
农业气象灾害的监测预测是灾害评估和防控的基础和前提, 因此，农业气象灾害的监测预测研究长期以来一直是农业气象研究工作的重点领域。该文系统回顾了我国农业气象灾害的指标、监测技术和预测预警技术等方面的相关进展和成果，提出当前存在的主要问题：农业气象灾害的基础性研究仍然十分薄弱, 农业气象灾害指标对致灾因子的概括性尚不足, 农业气象灾害监测的精细化程度有待进一步提高, 临近预警技术缺乏, 气候变化背景下农业气象灾害的新规律揭示不够。该文同时指出未来应加强农业气象灾害综合指标的研究, 强化农业气象灾害的预测预报研究, 构建农业气象灾害实时预警技术体系, 构建农业气象灾害立体、动态监测体系, 关注气候变化背景下农业气象灾害风险变化评估研究, 加强气象或气候预测信息在农业气象灾害预测中的应用技术研究。
2016, 27(5): 631-640.
DOI: 10.11898/1001-7313.20160511
摘要:
持续性极端降水过程会引发严重的洪涝灾害，是我国主要的灾害性天气之一，其形成机理和预报理论与方法研究受到广泛关注。近年来，针对持续性极端降水的形成机理和预报方法研究取得了一系列进展，主要包括：开展了我国区域性持续性极端降水事件的自动识别方法研究，研制建立了江淮流域持续性极端降水的大尺度环流概念模型，并提取了1~2周的前兆信号；从东亚—太平洋遥相关型 (EAP) 角度探究其对持续性极端降水的影响机理，并探讨利用EAP对江淮流域持续性极端降水进行预报的可行性。此外，在上述研究的基础上发展了基于关键影响系统的持续性极端降水的物理统计预报方法。
持续性极端降水过程会引发严重的洪涝灾害，是我国主要的灾害性天气之一，其形成机理和预报理论与方法研究受到广泛关注。近年来，针对持续性极端降水的形成机理和预报方法研究取得了一系列进展，主要包括：开展了我国区域性持续性极端降水事件的自动识别方法研究，研制建立了江淮流域持续性极端降水的大尺度环流概念模型，并提取了1~2周的前兆信号；从东亚—太平洋遥相关型 (EAP) 角度探究其对持续性极端降水的影响机理，并探讨利用EAP对江淮流域持续性极端降水进行预报的可行性。此外，在上述研究的基础上发展了基于关键影响系统的持续性极端降水的物理统计预报方法。
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