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《应用气象学报》投稿模版
中国气象局2018年 第29卷 第2期
摘要
PDF 705KB
2018, 29(2): 129-140.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180201
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摘要:
利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异，定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数，通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明：该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上，高指数年江南春雨偏多，而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日，我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强，江南地区对流层高层辐散增强，低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件，有利于春季江南地区降水的产生；低指数日，西北太平洋副热带高压位置偏南，江南至华南地区对流层低层存在弱辐散，这种形势配合下不利于江南春雨的产生。
利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异，定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数，通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明：该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上，高指数年江南春雨偏多，而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日，我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强，江南地区对流层高层辐散增强，低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件，有利于春季江南地区降水的产生；低指数日，西北太平洋副热带高压位置偏南，江南至华南地区对流层低层存在弱辐散，这种形势配合下不利于江南春雨的产生。
2018, 29(2): 141-153.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180202
摘要:
以湖南省油菜为研究对象，综合洪涝与连阴雨的致灾因子，利用历史灾情数据反演涝渍过程样本，构建临灾、受灾状态样本，采用均值t检验方法，定量分析不同降水累积衰减系数w情况下，降水因子差异的显著性，构建有效累积降水量PE。基于Fisher判别准则，计算涝渍灾害临灾与受灾的临界线，构建逐日动态的油菜春季涝渍过程灾变判别指标y，并进行涝渍过程样本反演及独立样本验证。分析春季涝渍受灾频率与相对气象产量的关系，构建灾害影响评价模型。结果表明：当w=0.899时，受灾与临灾样本PE的差异最显著。灾变判别指标y可逐日动态监测涝渍灾变过程及灾害后续影响，为动态监测区域油菜涝渍过程提供了数据支撑；指标指示的灾变范围与实际受灾情况基本一致，为区域防灾减灾提供了科学参考。开花期及结荚期湖南油菜涝渍受灾频率较高，成熟期较低。湖南省油菜春季涝渍灾害影响指数呈东南高西北低，长沙东部、株洲中部及北部、湘潭、永州及郴州中部油菜产量受涝渍灾害影响最重。
以湖南省油菜为研究对象，综合洪涝与连阴雨的致灾因子，利用历史灾情数据反演涝渍过程样本，构建临灾、受灾状态样本，采用均值t检验方法，定量分析不同降水累积衰减系数w情况下，降水因子差异的显著性，构建有效累积降水量PE。基于Fisher判别准则，计算涝渍灾害临灾与受灾的临界线，构建逐日动态的油菜春季涝渍过程灾变判别指标y，并进行涝渍过程样本反演及独立样本验证。分析春季涝渍受灾频率与相对气象产量的关系，构建灾害影响评价模型。结果表明：当w=0.899时，受灾与临灾样本PE的差异最显著。灾变判别指标y可逐日动态监测涝渍灾变过程及灾害后续影响，为动态监测区域油菜涝渍过程提供了数据支撑；指标指示的灾变范围与实际受灾情况基本一致，为区域防灾减灾提供了科学参考。开花期及结荚期湖南油菜涝渍受灾频率较高，成熟期较低。湖南省油菜春季涝渍灾害影响指数呈东南高西北低，长沙东部、株洲中部及北部、湘潭、永州及郴州中部油菜产量受涝渍灾害影响最重。
2018, 29(2): 154-164.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180203
摘要:
结合我国东北地区春玉米生长发育的实际情况，以观测年份较多、观测地点较广为原则选取4个春玉米品种，分别为东农248、龙单13、四单19和丹玉13，利用生长发育观测资料和同期气象观测资料，判断4个玉米品种的相对熟型并对沈国权非线性积温模型（简称NLM）进行参数拟合，讨论参数的生物学意义及其与品种熟型的关系，对NLM进行有效改进及验证。结果表明：4个春玉米品种NLM均不存在无效参数，参数K与参数Q存在显著的相关性，说明K可能仅是一个统计参数，没有明确的生物学意义；积温在品种间存在显著差异，全生育期模型参数Q与多年站次平均有效积温或活动积温有较好的相关性，由于不同的积温意味着不同的玉米品种熟型，说明Q与玉米品种的熟型有关，将模型参数Q和K用反映玉米品种熟型的参数（有效积温、活动积温）表示，建立了适用于不同品种的通用积温模型，取得较好的应用效果。
结合我国东北地区春玉米生长发育的实际情况，以观测年份较多、观测地点较广为原则选取4个春玉米品种，分别为东农248、龙单13、四单19和丹玉13，利用生长发育观测资料和同期气象观测资料，判断4个玉米品种的相对熟型并对沈国权非线性积温模型（简称NLM）进行参数拟合，讨论参数的生物学意义及其与品种熟型的关系，对NLM进行有效改进及验证。结果表明：4个春玉米品种NLM均不存在无效参数，参数K与参数Q存在显著的相关性，说明K可能仅是一个统计参数，没有明确的生物学意义；积温在品种间存在显著差异，全生育期模型参数Q与多年站次平均有效积温或活动积温有较好的相关性，由于不同的积温意味着不同的玉米品种熟型，说明Q与玉米品种的熟型有关，将模型参数Q和K用反映玉米品种熟型的参数（有效积温、活动积温）表示，建立了适用于不同品种的通用积温模型，取得较好的应用效果。
2018, 29(2): 165-176.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180204
摘要:
为探求未来气候变化对我国东北玉米品种布局的影响，基于玉米生产潜力和气候资源利用率，结合区域气候模式输出的2011—2099年RCP_4.5，RCP_8.5两种气候背景气象资料和1961—2010年我国东北地区91个气象站的观测数据，分析了未来气候变化情况下，东北玉米品种布局、生产潜力、气候资源利用率的时空变化。结果表明：未来东北地区玉米可种植边界北移东扩，南部为晚熟品种，新扩展区域以早熟品种为主，不能种植区域减少。未来玉米生产潜力为南高北低，增加速率均高于历史情景，水分适宜度最低，而历史情景下温度是胁迫玉米生产的关键因子。未来东北玉米对气候资源利用率整体下降，其中RCP8.5情景利用率最低。
为探求未来气候变化对我国东北玉米品种布局的影响，基于玉米生产潜力和气候资源利用率，结合区域气候模式输出的2011—2099年RCP_4.5，RCP_8.5两种气候背景气象资料和1961—2010年我国东北地区91个气象站的观测数据，分析了未来气候变化情况下，东北玉米品种布局、生产潜力、气候资源利用率的时空变化。结果表明：未来东北地区玉米可种植边界北移东扩，南部为晚熟品种，新扩展区域以早熟品种为主，不能种植区域减少。未来玉米生产潜力为南高北低，增加速率均高于历史情景，水分适宜度最低，而历史情景下温度是胁迫玉米生产的关键因子。未来东北玉米对气候资源利用率整体下降，其中RCP8.5情景利用率最低。
2018, 29(2): 177-187.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180205
摘要:
双极性窄脉冲事件（NBE）是一类特殊的大气放电现象，能产生强甚低频/低频（VLF/LF）和甚高频（VHF）辐射。为了探索NBE发生的气象环境和放电特性，选出重庆双频段闪电定位网络在一次雷暴过程中观测到的608次正极性NBE（简称正NBE）和82次负极性NBE（简称负NBE），对比发生位置和辐射强度。结果表明：正NBE主要分布于7~15 km高度处，归一化到距离辐射源100 km处的VLF/LF电场变化峰值的平均值为13.4 V·m-1，平均VHF辐射功率为73.5 kW。负NBE主要发生在两个高度范围，72例负NBE分布于16~20 km高度，它们倾向于发生在30~35 dBZ回波顶高大于18 km的对流云顶及附近，其平均归一化VLF/LF电场变化峰值为42.7 V·m-1，平均VHF辐射功率为76.9 kW。10例负NBE分布于4~8 km高度，全部发生于对流核内部。其平均归一化的VLF/LF电场变化峰值为2.7 V·m-1，平均VHF辐射功率为18.2 kW。从统计结果看，在VLF/LF频段，上部负NBE的辐射强度普遍强于正NBE和下部负NBE；在VHF频段，上部负NBE的辐射强度与正NBE基本相当，大于下部负NBE；下部负NBE在两个频段的辐射通常弱于正NBE。
双极性窄脉冲事件（NBE）是一类特殊的大气放电现象，能产生强甚低频/低频（VLF/LF）和甚高频（VHF）辐射。为了探索NBE发生的气象环境和放电特性，选出重庆双频段闪电定位网络在一次雷暴过程中观测到的608次正极性NBE（简称正NBE）和82次负极性NBE（简称负NBE），对比发生位置和辐射强度。结果表明：正NBE主要分布于7~15 km高度处，归一化到距离辐射源100 km处的VLF/LF电场变化峰值的平均值为13.4 V·m-1，平均VHF辐射功率为73.5 kW。负NBE主要发生在两个高度范围，72例负NBE分布于16~20 km高度，它们倾向于发生在30~35 dBZ回波顶高大于18 km的对流云顶及附近，其平均归一化VLF/LF电场变化峰值为42.7 V·m-1，平均VHF辐射功率为76.9 kW。10例负NBE分布于4~8 km高度，全部发生于对流核内部。其平均归一化的VLF/LF电场变化峰值为2.7 V·m-1，平均VHF辐射功率为18.2 kW。从统计结果看，在VLF/LF频段，上部负NBE的辐射强度普遍强于正NBE和下部负NBE；在VHF频段，上部负NBE的辐射强度与正NBE基本相当，大于下部负NBE；下部负NBE在两个频段的辐射通常弱于正NBE。
2018, 29(2): 188-199.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180206
摘要:
利用北京市道面自动气象站、国家级自动气象站等多种观测数据分析北京地区2007—2015年能见度及其主要影响因子, 并挑选两次典型低能见度事件过程进行详细分析。从空间分布看, 北京西北地区能见度明显高于中心城区和东南大部地区。从时间分布看, 北京地区平均能见度最大值出现在5月, 最小值出现在7月; 日间的最低值多出现在06:00(北京时, 下同)左右, 冬季略向后推迟; 最高值多出现在16:00前后, 冬季略有提前。整体而言, 2007—2015年北京地区发生低能见度事件的概率为62.14%, 且发生低能见度的事件集中于1~5 km, 霾事件中干霾、湿霾的发生频率分别为86.13%和13.87%。能见度的主要影响因子为相对湿度、风速和PM2.5浓度。其中, 能见度与风速呈正相关, 与相对湿度和PM2.5浓度呈反相关。需要指出的是, 当相对湿度增加至80%, 能见度受PM2.5浓度的影响程度在下降, 而主要受相对湿度的影响。基于所选个例, 当北京地区出现湿霾事件时, 能见度的恶化程度远高于干霾事件, 且PM2.5浓度需比干霾事件时下降得更低才能有效改善能见度。
利用北京市道面自动气象站、国家级自动气象站等多种观测数据分析北京地区2007—2015年能见度及其主要影响因子, 并挑选两次典型低能见度事件过程进行详细分析。从空间分布看, 北京西北地区能见度明显高于中心城区和东南大部地区。从时间分布看, 北京地区平均能见度最大值出现在5月, 最小值出现在7月; 日间的最低值多出现在06:00(北京时, 下同)左右, 冬季略向后推迟; 最高值多出现在16:00前后, 冬季略有提前。整体而言, 2007—2015年北京地区发生低能见度事件的概率为62.14%, 且发生低能见度的事件集中于1~5 km, 霾事件中干霾、湿霾的发生频率分别为86.13%和13.87%。能见度的主要影响因子为相对湿度、风速和PM2.5浓度。其中, 能见度与风速呈正相关, 与相对湿度和PM2.5浓度呈反相关。需要指出的是, 当相对湿度增加至80%, 能见度受PM2.5浓度的影响程度在下降, 而主要受相对湿度的影响。基于所选个例, 当北京地区出现湿霾事件时, 能见度的恶化程度远高于干霾事件, 且PM2.5浓度需比干霾事件时下降得更低才能有效改善能见度。
2018, 29(2): 200-216.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180207
摘要:
统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。
统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。
2018, 29(2): 217-231.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180208
摘要:
采用多尺度时空投影(MSTP)预测思路建立广东月降水和季节降水预测方法。通过EOF分解、小波分析和Lanczos滤波方法进行周期分解, 采用MSTP方法进行预测。借鉴年际增量法, 对预报结果用最小二乘法进行误差订正, 得到降水预测结果。PS预测评分和均方根误差10年独立样本检验(2006—2015年)结果显示:订正后, PS预测评分起伏较小, 68.8%的月降水和季节降水PS预测评分明显提高的年份超过6年, 且有87.5%的月降水和季节降水PS预测平均分达到70以上; 在±0.5个标准差范围内, 订正后均方根误差在40%以上的概率分布明显高于订正前, 订正后的月和季节降水占81.3%, 订正前占31.3%;在±1个标准差范围内, 概率分布在70%以上的月季降水订正前后相差不多, 订正后占56.3%, 订正前占50%。
采用多尺度时空投影(MSTP)预测思路建立广东月降水和季节降水预测方法。通过EOF分解、小波分析和Lanczos滤波方法进行周期分解, 采用MSTP方法进行预测。借鉴年际增量法, 对预报结果用最小二乘法进行误差订正, 得到降水预测结果。PS预测评分和均方根误差10年独立样本检验(2006—2015年)结果显示:订正后, PS预测评分起伏较小, 68.8%的月降水和季节降水PS预测评分明显提高的年份超过6年, 且有87.5%的月降水和季节降水PS预测平均分达到70以上; 在±0.5个标准差范围内, 订正后均方根误差在40%以上的概率分布明显高于订正前, 订正后的月和季节降水占81.3%, 订正前占31.3%;在±1个标准差范围内, 概率分布在70%以上的月季降水订正前后相差不多, 订正后占56.3%, 订正前占50%。
2018, 29(2): 232-244.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180209
摘要:
利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料, 对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统, 短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段, 而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展, MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值, 地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%, 但其余地区相对湿度基本为80%~90%, 温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。
利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料, 对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统, 短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段, 而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展, MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值, 地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%, 但其余地区相对湿度基本为80%~90%, 温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。
2018, 29(2): 245-256.
DOI: 10.11898/1001-7313.20180210
摘要:
利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。
利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。
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