倒伏是影响夏玉米产量的重要气象灾害。深入研究夏玉米乳熟期倒伏对群体水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)及产量的影响,对于准确评估倒伏灾害损失并合理指导夏玉米生产具有重要意义。基于郑州农业气象试验站2016—2017年夏玉米生长季的作物、气象、灾害调查及CO2/H2O通量观测数据,选取2016年8月25日郑州地区发生的一次大风倒伏过程,利用2017年无倒伏年份的数据构建夏玉米净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)与蒸散量(Evapotranspiration,ET)模型,进而模拟夏玉米群体WUE。通过通量观测数据对模型进行验证后,利用经检验的模型分析倒伏对WUE的影响。结果表明,正常年型WUE模拟值与通量观测结果偏差较小,日平均WUE的模拟绝对误差为-0.08 mg C·g-1 H2O,相对误差为-5.39%。倒伏发生后,夏玉米WUE显著降低,日平均WUE减少0.31 mg C·g-1 H2O,降幅达20.37%,对应产量水平下降3.87%。倒伏导致NEP与ET均减少,且NEP的降幅大于ET,从而引起WUE下降。倒伏后百粒重较未倒伏降低2.8%,株籽粒重降低10.8%,导致田块总产量减少约5.0%。
2023年第5号台风“杜苏芮”(2305)造成福建省莆田市罕见特大暴雨。本文利用福建省地面气象观测数据、雷达和卫星等多源观测资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)再分析资料,分析“杜苏芮”引发的莆田市特大暴雨的阶段性和强度特征。结果表明:本次过程由3个暴雨阶段以“无缝衔接”的形式组成,第一阶段为台风眼壁暴雨,具有短时雨强较强、空间分布均匀的特点;第二阶段为螺旋雨带暴雨,具有小时雨强差异显著、雨峰明显的特点;第三阶段为季风暴雨,具有暴雨范围广、持续时间长的特点。“杜苏芮”引发的莆田暴雨极端性显著,具体表现为:暴雨强度强、特大暴雨影响范围广、累计雨量大、短时强降水发生频次高且持续时间长。其中,莆田站24 h雨量达561.7 mm,突破福建省历史最高记录,极端性特征尤为突出。台风暖式切变线、低空南风急流和季风等系统持续维持,是三个阶段暴雨实现“无缝衔接”的重要天气背景,兴化平原“三面环山、向南开口”的地形对南风急流的抬升和收缩作用是暴雨中心位于兴化平原至东北部山区的重要因素。
针对2021年7月发生在内蒙古地区的一次显著性大暴雨过程,开展了一组对流尺度集合预报(Convection-Allowing Ensemble Prediction,CAEP)试验,以评估其对强降水过程的预报能力,并与欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium range Weather Forecasts,ECMWF)全球集合预报、美国国家环境预报中心全球集合预报(National Centers for Environmental Prediction Global Ensemble Prediction System,NCEP-GEFS)以及中国气象局区域集合预报(China Meteorological Administration Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)进行对比分析。结果表明,全球集合预报的集合平均对强降水中心的强度预报偏弱,其中ECMWF对强降水中心位置预报较准确;CMA-REPS和CAEP预报的降水强度与实况接近,但存在一定位置偏差;NCEP-GEFS在降水中心及强度的预报中均表现较差。概率匹配集合平均可有效改善集合平均的降水强度预报,TS评分较传统集合平均明显提高,其中ECMWF和CAEP的提升最为显著。CAEP在单站降水量级及其发展趋势的预报中优于全球及区域集合预报。客观检验结果显示,ECMWF、CMA-REPS和CAEP集合成员对25 mm·(6 h)-1降水具有一定预报能力,而NCEP-GEFS表现较差;对于60 mm·(6 h)-1降水,CAEP集合成员的TS评分最高,概率预报的Brier评分最低且可辨识度最高,表明CAEP在内蒙古地区强降水过程的预报中具有显著优势。
南疆铜场水库是库车河流域的中型拦河水库,研究水库的气象水文量化指标对水库涨水的预报预警有重要意义。选取库车河流域19个自动气象站小时降水量、三源融合降水产品(China Meteorological Administration Multi-source Merged Precipitation Analysis System,CMPAS)以及水库入库流量、水位等数据,筛选水库9场暴雨洪水过程进行环流分型,并分析2场水库典型雨洪过程的气象和水文特征。结果表明:(1)水库雨洪过程的环流形势分为低涡(槽)-切变线型(简称“I型”)和低涡(槽)-气旋型(简称“II型”)两类环流型。(2)降水强度、发生区域、历时长短决定水库涨水速度,I型过程为短时强降水型涨水,II型过程为长历时弱降水型涨水,I型过程涨水速度快于II型。(3)入库流量增幅与小时面雨量大小相关,小时面雨量<0.5 mm时,入库流量变幅不大;小时面雨量>2.0 mm时,入库流量明显增大。(4)水库涨水与雨情存在滞后性响应,I型过程涨水开始时间和入库洪峰流量出现时间落后于降水开始时间3~4 h,水库最高水位出现时间落后于降水开始时间4~5 h,落后于入库洪峰流量1~2 h;II型过程涨水开始时间、入库洪峰流量和最高水位出现时间均不同程度晚于I型。
全面认识极端降水时空特征、探究其关键影响因子,有助于更好地防御极端降水带来的不利影响。利用1961—2022年甘肃58个国家基本气象站均一化逐日降水数据,选取12个极端降水指数,分析甘肃极端降水时空特征;并运用地理探测器,量化大尺度气候因子对极端降水的贡献率。结果表明:1)近62 a甘肃持续干燥和湿润日数呈减少趋势,其余表征极端降水强度、频次的指数以不显著上升为主,强降水事件频次上升速率最大,达2.38 次·(10 a)-1;河西地区极端降水呈显著增多增强趋势,并主要在2010年前后突变增多;甘肃强降水事件出现在3—11月,以7月和8月最多最强,强降水呈增多增强趋势的月份居多,且以6月上升速率最大。2)极端降水指数呈上升趋势的站点主要出现在河西地区大部、兰州大部、白银中北部、临夏、陇东地区东南部和陇南南部。3)热带印度洋全区一致海温模态和东部型ENSO指数分别对河西(29%)和河东(33%)地区极端降水贡献率最大;热带印度洋海温增暖有利于河西地区极端降水增多增强,而东部型厄尔尼诺事件不利于河东地区极端降水发生发展;此外,双因子交互作用对极端降水的贡献率明显大于单因子作用。
开展短时强降水的天气学环流分型研究,有助于提高短时强降水的预报预警能力和气象防灾减灾水平。利用2005—2022年5—9月逐时降水资料和ERA5再分析资料,基于倾斜旋转T模态主成分分析法,研究了沙颍河流域不同类型短时强降水的环流形势、降水特征及物理量差异。结果表明,沙颍河流域暖季短时强降水可分为槽前西南气流型、副高外围西南气流型、西北气流型、低涡切变型和台风低压型5类,其中槽前西南气流型占比最高,台风低压型最少。降水强度方面,槽前西南气流型分布较均匀,副高外围西南气流型局地性特征显著,西北气流型在西南部较强,低涡切变型在北中部较大,台风低压型在西部及北部高海拔地区较大。降水概率方面,低涡切变型在山区高于平原、北部高于南部,其余型与之相反。5月以槽前西南气流型为主,6月西北气流型最多,7月槽前西南气流型和低涡切变型占主导,8月西北气流型显著,9月则以副高外围西南气流型和槽前西南气流型为主。日变化特征显示,槽前西南气流型、副高外围西南气流型和低涡切变型呈双峰型分布,峰值频次与持续时间存在差异;西北气流型呈午后单峰型,台风低压型无明显日变化。单因子分析表明,副高外围西南气流型和台风低压型水汽条件充沛;副高外围西南气流型与西北气流型热力不稳定显著,分别表现为较高的对流有效位能和较大的850 hPa与500 hPa温差;低涡切变型和台风低压型低层辐合抬升明显;5类短时强降水的垂直风切变整体较弱。联合物理量高概率密度分析进一步表明,不同类型短时强降水倾向于发生在不同的物理量组合背景下,对应不同的降水机制。
对流云是南方人工增雨开发利用空中云水资源的重要对象,结构复杂多变;通过数值模式合理评估催化作业过程,进而研究其催化机制,是建立和改进催化作业技术的必要途径,也是评估实际人工增雨作业效果的有效手段。利用耦合了碘化银(AgI)催化的WRF(Weather Research and Forecasting)模式,对2021年5月4日福建古田人工增雨随机化试验个例开展催化模拟,分析AgI核化机制、催化对云系宏微观特征、降水机制的影响以及增雨效果评估。结果显示,AgI播撒后呈带状扩散,催化前期(09:00—11:00)(世界时,下同)地面降水增量缓慢增加;随后(11:00—13:00)降水增幅加大并出现剧烈波动;13:00后降水增量以负值为主。AgI主要核化机制为凝华核化,核化持续约40 min。AgI播撒后主要通过凝华核化使冰晶数浓度大幅增加(增量约3~9个·L-1),增长的冰晶大部分转化为雪晶,再通过雪晶融化增加云中雨滴质量浓度。此次过程催化影响时间持续约4 h,催化部位绝对增雨量约-0.78~1.24 mm,增雨率约-8.3%~12.1%,总降水增量为4.64×105 t,增雨效果显著。
在气候变暖背景下,昼夜非对称性升温和大气CO2浓度升高成为气候变化的重要特征与驱动因素。气候变化影响水热资源分布,驱动三大粮食作物(小麦、玉米、水稻)的种植结构、种植界限等发生改变,研究主要粮食作物对气候变暖的响应,对保障粮食安全具有重要意义。基于高密度气象台站资料,采用统计方法分析1990年前、后30 a热量资源变化及其对中国三大粮食作物潜在种植区的可能影响;同时,汇总“大田条件下的自由空气增温实验(Free Air Temperature Increase, FATI)”和“控温控CO2的开顶箱实验(Open-Top Chamber, OTC)”多站点试验结果,结合文献荟萃方法,探讨气候变暖对三大作物生育期和产量的影响。 结果表明:1)中国农业热量资源总体在增加,农耕期持续天数和积温显著上升,无霜期延长;极端高温日数普遍增多,部分地区(如陕甘宁)农耕期极端低温日数亦有所增加,极端气象灾害风险加剧。2)三大作物种植北界发生了程度不一的北移,潜在适宜种植面积增加。3)气候变暖初期利于冬小麦生长,过度升温将致发育提前、霜冻风险上升,春小麦生育期缩短、产量受限;CO2浓度升高虽有增产效应,但难以抵消高温带来的不利影响。4)气候变暖通过缩短玉米生育期、减少穗粒数和千粒重,抑制产量形成,夜间增温加剧产量下降;CO2浓度升高对玉米生长与产量的作用有限,增温为主导因子。5)单纯增温对早稻产量有抑制作用,对晚稻则有促进作用;早稻增温削弱CO2的增产效应,晚稻则表现为协同促进,提升产量。
黄淮海地区是我国粮食主要产区,气候变暖使该地区气温升高、蒸发加剧,冬春季干旱化趋势愈发明显,给冬小麦生产带来极大威胁,农业灌溉是保障冬小麦丰产的主要举措,而灌溉成本大小直接影响农业从业者的生产积极性,探讨冬小麦抗旱灌溉效益对于制定惠农政策、切实提高农民种植收益具有现实意义。以该地区冬小麦为研究对象,基于1981—2020年冬小麦发育期数据和同时期气象数据,应用缺水指标k划分干旱年型,并以河南3个站点为例应用世界粮食研究(World Food Studies,WOFOST)模型模拟分析不同干旱年型下灌溉抗旱的成本和收益,以期为提升农业产值和农业保险业务提供参考。结果发现,3站点在冬小麦生长期内均受到不同程度的水分胁迫,并以生长季中后段(4月上旬到收获)出现的干旱对产量形成影响最大。河南北部地区严重干旱年需灌5水,一般干旱年灌4水即可达到最大收益;河南东部水分条件相对较好,一般干旱年灌3水即可,严重干旱年出现概率低暂不做考虑。
为揭示干旱半干旱地区天气形势与气象要素对大气污染的影响机制,基于2016—2022年欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的第五代大气再分析数据集(ERA5),采用自组织映射神经网络(Self-Organizing Map,SOM)对700 hPa位势高度场和风场进行天气分型,并结合二次曲线拟合解析甘肃不同气候区典型城市气象要素与污染物的非线性关系。 结果表明:1)PM10和PM2.5质量浓度与气温整体呈负相关,而O3质量浓度随气温升高非线性增加;低风速(<1 m·s-1)和高风速(>4 m·s-1)下,PM10和PM2.5质量浓度较高,在静风及强风时分别因局地累积和沙尘输送导致颗粒物质量浓度升高,而1~4 m·s-1的风速有利于前体物积累,导致O3质量浓度升高;25%~75%的相对湿度条件下污染物质量浓度较高,但其影响存在区域差异,如干旱区的酒泉,在湿度小于25%条件下由于易发生沙尘天气PM10质量浓度较高,PM2.5由于吸湿增长作用,质量浓度随相对湿度升高而增加,O3在低湿条件下的消耗降低,其质量浓度随相对湿度升高递减。2)冬春季,以西南高压型和东部低槽型为主导,西南高压型下西部强西北风形成污染物输送通道,东部低压槽型下甘肃地区扩散条件差,其大气形势较为稳定,污染物易积累,导致PM10和PM2.5质量浓度显著升高。3)夏秋季,以高压型为主导,充沛的太阳辐射与高温条件促使边界层高度抬升,配合暖湿气流输送,为光化学反应提供有利环境,导致O3质量浓度较高。
基于三源融合降水产品(China Meteorological Administration Multi-source Merged Precipitation Analysis System,CMPAS)和中尺度数值预报系统(China Meteorological Administration Mesoscale Weather Forecast System,CMA-MESO)预报的逐小时降水数据,分析2021年6—9月京津冀特殊地形下降水的分布特征,进一步评估CMA-MESO的预报性能。 结果表明:(1)京津冀地区实况平均小时降水量大值中心主要位于太行山东部和燕山南麓山前迎风坡海拔100~600 m处,CMA-MESO预报的大值区位于山前迎风坡偏向平原一侧;实况小时降水频率大值中心在太行山山前迎风坡偏向山区一侧,降水强度大值中心分布在山前迎风坡和东部平原地区。(2)京津冀山前迎风坡地区实况平均小时降水量随时间呈现双峰型特征,主峰值出现在午后至前半夜,次峰值出现在凌晨;CMA-MESO预报的主峰值时间与实况接近,但平均小时降水量明显偏大。(3)京津冀山前迎风坡地区实况10 mm·h-1以上降水量占比大值时段在午后至前半夜和凌晨;CMA-MESO预报的午后至傍晚时段10 mm·h-1以上降水量偏大,凌晨时段降水量偏小。(4)山前迎风坡地区午后至前半夜降水事件以3 h内的短时降水为主,CMA-MESO较好地把握了这一特征,但预报的短历时降水事件偏多。(5)CMA-MESO预报出了山前迎风坡一侧地形对降水的增幅作用,和山地上空的次级环流,但850 hPa以下比湿预报偏小,14:00(北京时)对流有效位能值明显偏小,也是山前迎风坡降水量存在负偏差中心的原因。
东北地区低温春涝事件是指春季(主要为3—4月)出现的温度持续偏低、降水偏多的气象现象,严重影响春耕春播顺利进行。本文利用1961—2020年东北地区104个国家级气象站逐月气温、降水资料和美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)逐月再分析资料,结合海温和相关显著的大气环流指数,通过个例分析,定义了春季低温春涝事件及其判定指标,初步揭示了跨季节尺度下温度、降水等多因子协同作用,以及同期、前期大气环流和海温异常的影响机制。结果表明,春季的持续低温多雨是关键影响因素,而前一年秋季累积降水异常偏多是形成严重低温春涝事件的关键因子;前期冬季北极涛动(Arctic Oscillation,AO)呈负位相、春季西伯利亚高压偏强,东北冷涡和寒潮活跃是重要动力条件;前一年秋冬季发生厄尔尼诺(El Niño)事件时,海温异常有利于东北地区低温春涝事件的发生;当低温春涝事件发生后,东北地区当年春末夏初、盛夏和冬季易出现“旱、涝、旱”交替的现象。
研究江西省短时强降水的变化趋势及其可能成因,以提升短时强降水等极端降水事件的预报预警能力。本文基于1979—2019年江西省84个国家气象观测站的小时降水资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5大气再分析资料,采用距平化处理、线性倾向估计、Mann-Kendall检验和相关性分析等方法,探究江西省短时强降水的变化趋势及其可能的影响因素。 结果表明:(1)江西省短时强降水具有显著的季节性特征,4—9月的短时强降水频次和占比分别为全年的95.7%和92.4%。(2)根据小时雨量(R),将短时强降水分为20≤R<30 mm(I级)、30≤R<50 mm(Ⅱ级)、R≥50 mm(Ⅲ级)3个级别。其中,I、II级短时强降水的空间分布整体表现为东多西少,山区多于平原和盆地,而III级短时强降水无明显空间分布特征。所有级别的短时强降水年均频次和年占比均呈增长趋势,且在21世纪初发生突变。(3)江西省大气可降水量高值频次距平、低层大气假相当位温距平与江西省短时强降水年均频次距平及其年占比距平呈显著正相关,且相关系数随着短时强降水量级的增加而逐渐降低。短时强降水高、低频年大气环流分析表明,当西太平洋副热带高压和乌拉尔高压异常偏强,并伴随低层异常强盛西南气流时,江西省短时强降水事件偏多,反之则偏少。
伴冻雨的极端暴雪在内蒙古较少出现,研究此类天气对预报预警和灾害防御有重要意义。利用常规气象观测资料、欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料和内蒙古通辽多普勒天气雷达资料,针对2023年11月5—6日内蒙古东南部一次伴冻雨的极端暴雪天气过程,深入分析其发生的环境条件和成因。 结果表明:500 hPa高空冷涡、700 hPa暖式切变线、850 hPa偏东风急流以及北上的地面江淮气旋是此次过程的主要影响系统。冻雨发生时,垂直方向呈现“冷、暖、冷”的层结结构,925~875 hPa存在融化层,雷达基本反射率图中出现零度层亮带;过冷却水粒子和冰晶经零度层亮带进入融化层,之后降落到地面,这一过程符合融化型冻雨的特征。中层西南暖湿气流在低层偏东风形成的冷垫上爬升,产生强烈的动力锋生作用,为极端降雪提供了强劲的动力抬升条件,而强上升运动的存在和长时间维持,是导致极端暴雪天气发生的重要因素。暴雪区低层比湿最大达4~6 g·kg-1,且低层强水汽辐合维持时间长,为极端暴雪提供了充足的水汽供应。综合来看,此次内蒙古东南部伴随冻雨的极端暴雪天气,是高低空系统相互作用、动力锋生触发的垂直抬升以及持续水汽输送共同作用的结果。
为提高浙江省夏季区域性暴雨预报的准确性及落区预测精度,基于2010—2023年浙江省75个国家气象站降水观测数据、欧洲中期天气预报中心第五代ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)及2020—2023年浙江省客观预报系统(Objective Consensus Forecasting,OCF)模式降水预报产品(0.05°×0.05°),针对187例浙江夏季区域性暴雨过程,进行天气分型,对各类降水的OCF模式产品进行调整,并检验订正效果。 结果表明:1)频率匹配法通过分级调整显著优化降水预报,对30 mm及以下量级降水向下修正,30 mm以上量级向上补偿,暴雨以上TS评分提升4.2%,命中率提高14.3%。2)通过天气形势分型将暴雨划分为静止锋雨带型、暖式切变型、副高型、台风型、台风倒槽型和冷槽型6类,发现不同暴雨类型对频率匹配法的订正响应存在明显差异。其中,暖式切变型、台风倒槽型和冷槽型暴雨的TS评分分别提升11.8%、39.1%和15.4%(OCF模式完全漏报),台风倒槽型暴雨的命中率提升至60.0%;暖式切变型与冷槽型暴雨的漏报率分别降低20.0%和26.0%。3)分类订正策略有效提升了各类型暴雨预报的TS评分和命中率,暴雨落区预测精度显著改善。
高时空分辨率的风廓线雷达资料在短时降水的临近预报预警中具有重要价值。基于常规气象观测、区域站资料、美国国家环境预报中心(National Center for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料及风廓线雷达组网数据,对2023年山东入汛以来首场大范围暴雨过程进行分析,结果表明,此次过程受高空槽、低涡、低空急流及中尺度切变线共同影响,6月27日为暖区对流,28日以低涡引发的短时强降水为主;强降水主要位于中尺度切变线右侧的正涡度平流区及辐合中心上空,低层辐合与高层辐散的垂直配置为强对流发生提供动力条件;1 km以下超低空风场变化对强降水具有指示意义,低空急流下探及水平风脉动与降水强度呈一定正相关;强降水前1.0 h内低空急流指数与垂直风切变明显增强,降水结束前风切变迅速减弱,近地层出现强切变,风廓线雷达在识别短时强降水临近特征方面具有明显优势。
为提升雷暴大风预警信号的有效性,并在准确率与时间提前量之间实现科学平衡,基于2016—2023年上海地区245个自动气象站观测资料及9个区气象台预警信号,采用百分位法与天气学分型方法,对雷暴大风预警信号进行系统评估。 结果表明,雷暴大风主要发生在4—8月,7月最为频繁;其日变化特征表现为午后至夜间高发;沿江沿海地区易出现特强雷暴大风;雷暴大风预警信号的集中发布时间较实况峰值提前约1 h。整体有效性评分为14.1分(总分100分),特强雷暴大风的平均得分为28.2分,其中暖式切变型得分最高(49.2分),静止锋切变型最低(12.1分)。副热带高压边缘型及静止锋切变型雷暴大风过程中,西北太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西。个例分析显示,东北冷涡影响下的高空冷涡型特强雷暴大风预警得分相对较高,但与其他过程类似,当风力达到12级以上时,预警发布时间往往滞后于实况。副高边缘型雷暴大风影响范围较广,各区预警发布普遍及时,有效性评分整体较高。
研究爆发性气旋背景下极端雨雪天气的形成机制,对冬季降水预测与雪灾防御具有重要意义。本文基于常规气象观测资料和ERA5再分析资料,从影响系统、水汽条件、动力机制及热力作用等方面,对比分析了2021年11月6—9日(简称“过程Ⅰ”)与2023年11月5—7日(简称“过程Ⅱ”)辽宁地区两次极端雨转暴雪过程的成因与特征。结果表明,高空冷涡与地面爆发性气旋的共同作用是两次过程形成和发展的关键,高低空急流耦合为极端雨雪天气提供了强动力支撑,强降水主要分布在地面气旋北侧;条件性对称不稳定是两次极端雨雪天气的主要动力机制,低层锋区明显,水汽辐合区与锋区配合,有利于强降水形成。低层抬升运动、锋区与水汽辐合区的相位差异,是导致两次过程降水中心强度差异的主要原因。动力与水汽条件的共同作用以及温度条件共同决定降水相态,其中,低层冷锋强度及冷空气入侵时间影响降水相态的转变及雨雪分布。
为深入了解贵州省气候舒适度的时空演变特征,并为地方旅游产业发展规划提供科学依据,基于贵州省77个国家气象站1974—2023年逐日气象数据,采用综合舒适指数(Comprehensive Comfort Index,CCI)和室外天气舒适指数(Outdoor Weather Comfort Index,OWCI)评价模型,结合最小二乘法、皮尔逊相关分析与M-K突变检验等方法,分析了贵州省气候舒适日数的时空变化特征及其对环境变化的响应。结果表明,CCI与OWCI两种指数模型具有相似的时空变化特征,均能较好地反映贵州省气候舒适度,其中CCI可以更好地反映通过穿衣调节应对不舒适气候的能力,对年尺度气候变化响应更优,OWCI则对环境气象条件变化响应更迅速,在月尺度上表现更好。在气候变化和环境因素共同作用下,贵州省3月及11月的气候舒适日数显著增加,而6—9月则显著减少,其中3月气候舒适日数呈显著增加趋势的站点占比最高,7—8月呈显著减少趋势的站点最多。总体而言,贵州省1—3月及11—12月南部低海拔地区、5—9月西部高海拔地区、4月及10月大部分地区气候舒适度条件较好。
中国西北极端干旱区戈壁广布,风大沙多,灾害频发。充分了解戈壁沙尘运动基本规律是灾害预警与科学防治的重要前提。鉴于目前难以精准预测瞬时输沙率,探讨风沙事件中气流与沙尘特征物理量的统计规律,进而开展统计预测,也许是在秒及以下时间尺度上建立风和沙之间定量关系的可行之路。本研究借鉴湍流统计理论的思路和方法,利用Hilbert-Huang变换分析4个戈壁沙尘运动野外观测数据集。结果表明,沙尘事件中的风速、跃移沙粒动能与个数、粉尘浓度等时间序列的Hilbert边际谱均符合幂次标度律,沙尘特征量和风速的标度指数范围分别为0.78~1.51和0.59~1.47。
气候过渡区作为“陆-气耦合”热点地区,当前研究多集中于该区域陆-气耦合时空分布及水热条件的影响,缺乏对多因子协同作用及不同生态系统耦合度差异的研究。本文基于站点观测资料,聚焦陆面水、热、生因子与地表通量的耦合关系,对比分析不同生态系统之间单因子和多因子陆-气耦合度差异,评估各陆面因子对耦合度的贡献。结果表明,单因子耦合中,稀疏植被的潜热与叶面积指数耦合强度最强,农田的潜热与土壤温度耦合强度最强;草地、森林和农田的感热与土壤温度耦合最强。多因子耦合度明显优于单因子,多因子与潜热的耦合度在森林和稀疏植被有明显提升,与感热的耦合在稀疏植被明显增强。各因子对地表通量的贡献中,草地感热和潜热分别由热力和生态因子主导;稀疏植被潜热由水分、生态因子共同主导,感热由热力因子主导;农田和森林的潜热和感热由热力因子主导。干旱条件下,水分和生态因子对多数生态系统中潜热和感热的贡献增大。
研究山地突发性降雨过程的基本特征及其动力、热力引起的局地环流,对提高山地环境下突发性暴雨的预报准确性和及时性具有重要意义。本文选取绵阳地区两次山地突发性降雨事件,基于中国逐日降水快速融合实况分析产品(CMA Multi-source merged Precipitation Analysis System,CMPAS)、FY-2G卫星相当黑体亮温(Black Body Temperature,TBB)及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF)ERA5再分析资料,采用绕流、爬流和过山气流方程进行诊断分析和数值模拟试验。结果表明,两次突发性降雨均发生在西太平洋副热带高压控制的弱天气系统背景下,适宜的水汽条件、高温环境及冷暖空气交汇是暴雨触发的主要因素。山地阻挡作用促使过山气流产生绕流和爬流运动,在暴雨区形成上升运动和局地涡旋。在弱冷空气影响下,爬流运动占主导,爬流与绕流共同促进突发性暴雨的发生与发展;而在强冷空气影响下,二者对暴雨的促进作用减弱。暴雨区内绕流和爬流与降水强度耦合。降雨过程中,地面热源输入的消失导致降雨区附近地表热力扰动明显减弱,使盆地西部难以形成局地环流,进而削弱绕流和爬流,同时辐合区消失,导致数值模拟区域降水量明显减少,强降水中心消失。两次降雨过程中数值模拟试验结果均表明,相较于感热,潜热对降水起主要作用。