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[硕士论文] 谢佩妍
气象信息技术 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:西北太平洋热带气旋是影响我国的主要气象灾害之一,其路径研究一直是气象学界的热点问题,但是对路径进行细致、客观的分类并对机理与特征进一步的研究相对较少。基于数据挖掘技术与TC路径、气候环流形势数据集,不仅能发现不同气候状态下TC路径的变化规律,还能提高对突发性天气的防御能力,减少灾害带来的损失。因此,本文主要利用STI整编的1951-2015年6-11月西北太平洋的TC路径数据集、NCEP/NCAR每6h间隔与月平均的2.5°×2.5°再分析资料、HadISST月平均SST等资料,采用FMM算法、季节EOF等方法,分析了在ENSO发展年、衰减年TC路径的变化规律,以及登陆我国TC不同路径发生发展的规律、源地与消亡阶段的特征,研究成果从以下三个方面进行说明:
  (1)本研究发现运用FMM算法将西北太平洋TC路径分为七类、将登陆我国TC路径分为三类时结果较为合理,验证了聚类算法对TC路径聚类相对客观的科学性。
  (2)通过对ENSO不同位相下TC路径的变化规律进行探讨,验证了ENSO事件对西北太平洋地区的TC生成地、强度等有不同程度的影响,进而也引起了路径的变化:El Nino发展年,第六类路径(西北太平洋东南海域生成、琉球群岛附近转折型)最为活跃;El Nino衰减年,第二类路径(南海西移型)居多;LaNina发展年,第七类路径(距吕宋岛1900km生成、距台湾岛1500km转折并于阿拉斯加湾附近消亡型)占比最大;La Nina衰减年,第三类路径(菲律宾生成、我国沿海转折型)活动最频繁。
  (3)利用FMM算法对1951-2012年夏秋季(6-11月)登陆我国的TC路径进行聚类,聚为三类时最为合理,且与传统分类结果较为吻合,即有三种类型:第一类近似登陆转向型,第二类近似登陆西移型,第三类近似登陆西北型。在夏季,第一类与第二类出现的频次高于第三类,在秋季尤其是11月份,这两类TC鲜少活动,而第三类在秋季时出现频次最高。第一类生成、消亡时辐合程度最强且副高脊线西伸脊点位置偏北,第二类消亡时低层辐合最弱且位置偏西,第三类生成时纬向风垂直切变最强且位置偏东南。
  以上工作与结论不仅丰富了热带气旋路径领域的研究,也为气候诊断提供参考以及数据挖掘和气象领域的科研问题提供了新思路。
[硕士论文] 胡派
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要选取了南印度洋1980-2014年12-4月的热带气旋(TC)资料,全球海表温度(SST)以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,通过运用最新发展的统计-动力诊断分析方法——广义平衡反馈分析(GEFA),诊断显著影响南印度洋TC生成频数气候变率的海表温度异常(SSTA)模态,并研究了关键SSTA模态对南印度洋TC生成频数变化的强迫作用及其影响机制;通过对比分析南印度洋TC生成频数对各相关SSTA模态的多元线性回归、EFA以及GEFA反馈响应特征,探讨各SSTA模的线性相互作用及其对南印度洋TC生成频数变率的调制作用。主要结论如下:
  (1)GEFA诊断结果显示,南印度洋TC生成频数对北太平洋第一模态(NP1)和热带大西洋第二模态(TA2)有显著响应,响应振幅分别为0.67和0.49个TC。当NP1出现类似于太平洋年代际振荡(PDO)的正位相时,850hPa相对涡度在15°S附近的印度洋海域上有一个自西向东的显著正异常响应带,垂直风切变在马达加斯加以东的大部分海域都表现为显著的负异常响应,600hPa相对湿度在马达加斯加以东的部分海域表现为显著的正异常响应;当TA2的时间系数为正异常时,850hPa相对涡度和600hPa相对湿度在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的正响应,垂直风切变在澳大利亚的西北部印度洋海域表现为显著的负响应。
  (2)南印度洋TC频数异常多年和多年代时,850hPa相对涡度以及600hPa相对湿度在马达加斯加以东海域都为正响应值,200hPa-850hPa垂直风切变在整个南印度洋海域都为负响应值,提供了有利于南印度洋TC生成的环境场。
  (3)对比GEFA和EFA结果发现,北太平洋第二模态(NP2)和南大西洋第二模态(SA2)对南印度洋TC生成的强迫作用受其它海盆的影响较大;对比GEFA和多元回归结果发现,热带印度洋第一模态(TIO1)大气的内变化较强,该地区SSTA对大气的强迫作用相对于大气对SST的反馈作用要弱。
[硕士论文] 蔡敏敏
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文通过中尺度数值模式WRF ARW,利用2km的高分辨率数值模式资料对台风“珍珠”螺旋雨带结构以及其发展机制进行了研究讨论。验证结果表明,模式很好地再现了台风的路径,强度和基本结构。台风“珍珠”的螺旋雨带可以分为四类:主要雨带,次级雨带,远雨带和内雨带。主要雨带相对台风中心准静止,呈现1波特征。次级雨带位于主要雨带径向内侧,围绕台风中心运动。主要雨带和次级雨带在径向方向上随着高度向外倾斜。远雨带位于主要雨带径向外侧,低层存在冷池,内部对流较深厚,径向方向上随着高度向内倾斜。内雨带仅仅存在于台风眼壁外侧,围绕台风中心做切向运动的同时还做径向向外运动,其随着高度倾斜程度并不清楚。
  台风“珍珠”中螺旋雨带由对流单体组成,这些对流单体在不同螺旋雨带中形态结构也有所差别。在主要雨带和次级雨带逆风区,对流单体主要是切向排列的正负涡度对,远雨带逆风区中对流单体是径向排列的带状正负涡度对,而在内雨带中几乎没有负涡度。随着对流运动过程中,所有雨带中的对流单体汇入台风中心。通过涡度收支方程定量分析发现,在对流单体运动过程中,主要通过水平涡度倾斜为垂直涡度和上升运动拉伸垂直涡度两种方式得到发展。
  对于螺旋雨带中内雨带的发展机制,发现内雨带的发展和重力波以及涡旋Rossby波都没有明确关系,可能是和眼壁产生的对流有关。
[硕士论文] 陈俊
地理学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文采取中国气象局整编的2000-2014年共15年台风资料,统计分析得出台风路径大体有四类:西移路径、西北路径、转向路径、特殊路径,并依据这四类台风路径对这15年台风归类和分析。针对地形影响较大的转向路径台风,选取对我国影响较大的1410号台风“麦德姆”为研究个例,“麦德姆”台风受台湾中央山脉地形影响,在其强度快速减弱的阶段,出现了较大的暴雨增幅。数值模式的设计上,本文考虑了模式自身的陆面参数化方案和地形分辨率对“麦德姆”台风模拟的影响,选取了Thermal diffusion scheme(热量传播方案)、Unified Noah land-surface model、RUC land-surface model、Pleim-Xiu Land Surface Model等四种陆面参数化方案,以及对5m、2m、30s的地形分辨率数值模拟结果进行比较分析,得出较合适的数值模拟方案。最后,利用WRF模式,针对台湾中央山脉局部地形,设计精细化地形试验,数值研究了“麦德姆”台风登陆台湾前后台湾岛地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实地形能相对较好地模拟和再现“麦德姆”台风的演变过程;台湾中央山脉地形对登岛“麦德姆”台风的路径有重要的影响,较低的台湾地形试验导致台风路径向西南偏转,而较高的台湾地形则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾地形影响“麦德姆”台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。
[硕士论文] 徐梦婷
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:季风涡旋是热带气旋(TC)生成的重要途径,季风涡旋与TC的相互作用会引起TC路径的突变。使用CMA热带气旋最佳路径数据集、NCEP/FNL全球分析资料,选取2000-10年的29个TC个例,将其按照路径特征分为北折和西行两类,进而简单地统计分析了两类TC的强度特征以及其相关的季风涡旋结构。
  利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF_ARW(V3.3.1)模拟季风涡旋中TC生成的过程。从动力和热力作用两方面分析大尺度季风涡旋对TC生成的影响。结果表明:从动力学角度来看,能提供较大环境场涡度的季风涡旋不利于扰动涡旋快速发展成TC。初始阶段,由于季风涡旋尺度大,垂直涡度径向梯度弱。而垂直涡度径向梯度的强弱可以通过“涡度隔离效应”影响对流单体向涡旋中心的聚集合并过程。随着扰动的组织化,径向入流对涡度的平流作用越来越重要。从热力学角度来说,较大的环境场相对湿度有利于TC的生成。
  通过改变季风涡旋的垂直结构,模拟季风涡旋的强度对TC路径突变的影响。通过诊断分析北折、西北行两种类型的TC,发现TC与季风涡旋相互作用的过程中存在“藤原效应”,台风中心与季风涡旋中心会互相打转,并且慢慢靠近。北折TC的中心会与季风涡旋中心重合,再分离,而西北行TC的中心则不会重合。季风涡旋对称环流能够改变非对称引导气流的方向。北折TC中,初始阶段季风涡旋的气旋性环流更强,这会使得非对称引导气流的方向更偏西,有利于TC更快地向西移动。而随着两个涡旋中心的不断靠近,甚至重合,涡旋结构对称化加强,会减弱向西的非对称引导气流,从而使得TC向西移动减弱。此外,北折TC中心与季风涡旋中心的重合,会加强东南象限的Rossby能量频散,促使南风分量增强,从而有利于路径向北突变。
[硕士论文] 符彩芳
气候系统与气候变化 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:1979-2012年西北太平洋存在70个形成于0°-5°N的低纬度地区的热带气旋(TC),占TC总量的8%,其中达到台风等级的个数占64%。而针对此类缺少一定科氏力作用而形成的罕见TC生成的研究相对较少。本文利用JTWC的TC最佳观测资料、ERA-Interim再分析资料,以及NOAA-OISST海温资料,以西北太平洋近赤道TC为研究对象,统计诊断了其年际、年代际、季节分布特征,分析了其大尺度环境背景场。重点探讨了近赤道TC与总TC季节分布特征相反的产生原因,以及近赤道TC生成前的天气尺度扰动场的分类与演变。研究结果如下。GPI
  近赤道TC具有明显的年际与年代际变化,并且近赤道TC具有与西北太平洋总TC恰好相反的季节变化。近赤道TC生成的大尺度环境背景场是东北冬季风与其在近赤道地区偏转形成的西北风之间的气旋性环流。对流层低层的绝对涡度动力项与对流层中层的湿度热量项是近赤道TC生成的主要贡献因子,并且相对于5°-10°N生成的TC,近赤道TC对对流层低层的正涡度与对流层中层的湿度条件的要求更高。
  对于生成在西北太平洋的TC,活跃季(8-9月)的近赤道TC生成频率最小(平均每月生成2个TC),而在不活跃季(12-5月),近赤道TC生成频率最大(平均每月生成7个TC)。结果表明,近赤道区域大气低层绝对涡度的显著增加对近赤道TC频率的增加有显著的贡献。尽管减弱(增强)的VWS会对近赤道TC生成区域东部(西部)产生正(负)影响,但是由于同时包括了正负影响,所以VWS因子的平均贡献相对较小。
  西北太平洋近赤道TC生成的大尺度环流背景场和天气尺度扰动场与西北太平洋台风季中TC生成的大尺度环流背景场和天气尺度扰动场有所不同。西北太平洋冬半年的近赤道气旋性涡度为近赤道TC的生成提供了有利的大尺度环境场,且大部分近赤道TC生成与此气旋性涡度中心附近。西北太平洋近赤道TC的天气尺度扰动场可以分为西传型(westward propagation type)、东传型(eastward propagation type)、越赤道北传型(cross-equatorial northward propagation type),与传播缓慢型(slowly propagation type)。西传型的天气尺度扰动最多,主要包含西传的东风波与西北方向传播的天气尺度波列。越赤道北传型的天气尺度扰动生成于南半球,在大尺度气旋环流东南部的越赤道西南气流的引导下北传发展成TC。东传型具有东西两个不同强度的大尺度气旋性背景环流,天气尺度扰动在两个环流之间形成,后东传至东部环流中心附近发展成TC。传播缓慢型TC最少,主要产生于大尺度气旋性环流中心附近,围绕大尺度环流中心传播较慢。
[硕士论文] 王迪
气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文首先利用国家气候中心提供的160站温度资料计算了初夏东北冷涡指数(NECVI,North-East Cold Vortex Index)。通过Mann-Kendall,经验正交分解,相关分析等方法,分析其存在年代际,年际的变化,与欧亚大陆地表热力因子进行相关性计算发现其与西亚地表热力因子(地面2m气温;地表气温;第三层土壤温度)成明显负相关关系。然后分析了二者之间在两个时间尺度上的可能机制,还简要分析了西亚地表热力因子异常升高的可能原因。结果表明:
  (1)1979-2015年间初夏东北冷涡强度具有明显的年代际变化特征,2000年之前,冷涡活动总体偏强。1979-1999年第一时段内6月500hPa的环流背景场,有利于偏强东北冷涡活动,后一时段不利于我国东北冷涡活动。春季西亚地表热力因子在1999年前后发生了明显的转变,1999年前偏冷,之后表现为明显的增暖;地表热力异常的年代际变化与NECVI的变化有很好的对应关系。西亚地表异常偏冷阶段,对应东北冷涡强度偏强,反之亦然。西亚地表热力因子影响东北冷涡强度年代际变化的可能过程为:春季西亚地表热力因子升高,使对流层从低层至高层整层位势高度场增加,高空波动中心加强,波动沿西风急流向东亚地区传输至我国东北地区的南部。初夏,波动向我国东北地区传输,影响东北冷涡强度,进而使冷涡强度在年代际尺度上发生变化。
  (2)1979-2015年间初夏东北冷涡强度具有明显的年际变化特征,存在一定的周期性振荡。将初夏冷涡年际变化情况与春季欧亚大陆地表热力因子进行相关性分析时发现,春季西亚地区地表热力因子与初夏NECVI仍然存在明显的负相关关系,与年代际尺度分布情况相似。大陆在年际尺度上影响初夏NECVI的过程与年代际时间尺度上的影响机制基本一致,但年际尺度上二者在可能机制的关联程度上表现得更加明显。
  (3)春季地表热力因子的时间系数与同期的降水,土壤湿度,潜热呈现负相关关系,而与同期的感热成正相关关系,我们认为由于春季降水减少导致土壤湿度减少,使得蒸发产生的潜热减少,从而使地表升温成为热源,感热增多。降水减少,土壤湿度降低,蒸发减弱,上空的云量也有所下降,导致地表接收太阳净短波辐射增加,使得地表热力因子异常升高。
[硕士论文] 刘煜麟
建筑与土木工程 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:台风灾害是我国东南沿海城市主要的自然灾害之一,它发生频率高,破坏力强。因此在对我国东南沿海地区进行建筑结构设计时,风荷载是主要的控制荷载,其取值主要取决于当地的基本设计风速大小,而基本设计风速的取值依赖于长期准确的台风观测资料。由于现存的历史台风观测数据质量不高,因此基于一定的风场模型采用数值模拟的方法模拟台风路径和风场进而推算基本设计风速成为主要方法。
  风场计算模型主要分为动力学模型和经验参数模型,国内对经验参数模型研究较少,本文主要研究了风场经验参数模型中包括粗糙度调整参数,径向调整参数,风场不对称调整参数,梯度高度调整参数等参数的具体取值方法,确定了适于我国东南沿海地区的台风风场计算参数模型。并基于该风场模型对厦门地区进行基本风速推算。
  在进行计算点的台风基本设计风速推算时,通过作模拟圆的方法选取对计算点影响较大的历史台风关键参数作为样本,分析了台风关键参数中的台风年发生率、台风中心移动速度、最大风速半径、台风移动方位角和台风中心气压差等参数的最优概率分布模型。采用蒙特卡罗模拟随机模拟了该模拟圆内100年的台风,基于参数模型计算了极值风速序列,进而采用极值分布推算了厦门市不同重现期下的设计风速。
[硕士论文] 李斯文
软件工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:随着信息化在气象事业的快速发展,越来越多的气象仪器在日常的预报预警业务中得到应用,同时产生了大量的相关业务数据;防雷业务在气象部门主导下也得到了快速的发展,各种各样的业务需求也应运而生。但是,如何有效把相关防雷数据和业务结合使用,产生更好的服务和社会效益是我们要考虑的问题,因此,雷电综合业务平台的设计与实现在这种需求背景下产生。作为公益事业的气象服务事业,随着社会技术的快速发展,相关的对雷电灾害的业务服务需求也呈现多元化,比如电力部门,石化行业,通信企业等对雷电预警有强烈的需求;遭受雷击的项目现场需要闪电定位仪的闪电具体区间资料来配合调查等等。防雷部门迫切需要一个综合业务平台来管理当前业务,科学合理的服务社会,服务群众,利用科学的气象资料加以说明,达到服务准确性,科学性,合理性。
  本文在绪论里介绍雷电灾害造成的影响和课题研究的背景和意义,引出国内外研究的现状,然后课题涉及到的相关理论和关键技术进行了阐述,重点介绍了目前气象部门防雷相关仪器设备技术和结合闪电资料进行日常防雷综合业务的具体方法以及平台数据存储数据库的ADO技术。接着对综合业务平台的需求进行了详细分析从总体到具体模块一一分析,并对课题涉及的系统数据库的设计和需求ER图进行了详细介绍,以平台数据库为基础对系统平台的逻辑设计、模块设计进行阐述。
  作为气象部门的防雷业务,有日常工作的常规防雷检测,申报项目的雷电灾害风险评估,针对设计图纸的图纸审核工作和跟踪、竣工验收的防护保障工作等具体业务,结合日常业务对平台进行设计和实现,并加以界面展示和具体代码实现。最后对业务平台进行了总结和展望,对业务平台进行了功能和需求的总结,对平台后续开发和设计进行展望。
[硕士论文] 马建勇
自然地理学 新疆师范大学 2016(学位年度)
摘要:利用2005—2014年塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边14个气象台站沙尘暴资料,根据塔中发生沙尘暴时周边台站响应数和范围,划分出影响塔中的区域性与局地性沙尘暴,从持续时间、能见度、类型、时间变化等对区域性与局地性沙尘暴强度特征进行分析。然后选取2008年7月—2014年12月的塔克拉玛干沙漠大气环境观测实验站80m观测铁塔近地层观测系统资料,分析区域性与局地性沙尘暴来临前和持续中地面风速、气压、温度特征值变化,同时分析2014年间典型的区域性与局地性沙尘暴过程地面气象要素变化和近地层风速、温度、相对湿度廓线特征,研究表明:
  (1)10a塔中发生沙尘暴170d比沙漠南北缘14站平均值高,比肖塘少,其中区域性沙尘暴80d,局地性沙尘暴90d;区域性沙尘暴不论是持续时间还是能见度总体上比局地性沙尘暴持续时间长,能见度低;区域性沙尘暴可按盛行风向分为5类,但各类沙尘暴在区域性沙尘暴中表现出季节分布不均;区域性与局地性沙尘暴10a波动增长,区域性沙尘暴多发生在春季,局地性沙尘暴多发生在夏季,区域性沙尘暴年际和年内变差系数都小于局地性沙尘暴,一日中区域性与局地性沙尘暴白天发生频率大于夜晚,局地性沙尘暴主要发生在午后,区域性沙尘暴各个时间段均可发生。
  (2)区域性与局地性沙尘暴来临前存在低风速状态,而局地性沙尘暴比区域性沙尘暴更明显,极小风速分别在0-2m/s和0-4m/s,局地性沙尘暴即将爆发时比区域性沙尘暴风速强劲,平均风速分别在≥8m/s和≥6m/s,区域性与局地性沙尘暴持续阶段风速强劲,波动较小,平均风速和极值差分别都在8-12m/s和0-5m/s;局地性沙尘暴来临前温度比区域性沙尘暴高,平均温度分别在≤40℃和≤30℃,区域性即将爆发时比局地性沙尘暴降温明显,降温幅度分别在0-20℃和0-10℃,区域性与局地性沙尘暴持续阶段温度继续降低,降温幅度在0-10℃;区域性与局地性沙尘暴来临前气压较高,存在降压现象,局地性沙尘暴比区域性沙尘暴降压明显,降压幅度分别在3-7hpa和0-5hpa,而持续阶段区域性与局地性沙尘暴气压升高,且区域性沙尘暴比局地性沙尘暴增压幅度大,增压幅度分别在3-7hpa和1-3hpa。
  (3)3次区域性沙尘暴过程风速廓线变化基本相似,都在沙尘暴持续阶段风速增加最快,且在80m处风速达最大。但有无天气现象对各个梯度层风速廓线影响较大,在沙尘暴结束后风速廓线比沙尘暴来临前倾斜率更大。区域性沙尘暴在来临前温度廓线没有局地性沙尘暴变化迅速,且逆温层厚,局地性沙尘暴温度大,但逆温微弱;在沙尘暴持续阶段区域性沙尘暴逆温消失,温度随高度减小,且比局地性沙尘暴梯度变化迅速。区域性沙尘暴在各阶段相对湿度均大于局地性沙尘暴,在塔顶80m以上最大;在持续阶段,区域性沙尘暴相对湿度从高到低缓慢增加,且变化幅度大于局地性沙尘暴,局地性沙尘暴在沙尘暴结束后湿度廓线基本垂直,梯度变化微小。
[博士论文] 张肖剑
地理学·自然地理学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:亚洲气候在空间上存在显著的差异,大致可以划分为亚洲季风控制的湿润区和西风环流影响的亚洲内陆区(主要为干旱区)。在时间演化上,这两个区域的气候变化也存在明显的差异。在过去几十年温室气体驱动的全球变暖背景下,亚洲夏季风强度持续减弱,尤其是在东亚夏季风控制的中国华北地区出现严重的干旱化,而在亚洲内陆区却出现由暖干向暖湿的转型。亚洲季风区与内陆区干湿变化的时空差异在过去千年的百年时间尺度气候变化中被进一步证实。然而在全新世千年—轨道时间尺度上,亚洲季风区和内陆区湿度变化的位相关系却充满争议。亚洲内陆区大范围湖泊记录的集成分析显示它们具有错位相的变化关系,而亚洲内陆核心区湖泊记录的集成分析显示它们具有反位相的变化关系,亚洲内陆核心区的石笋氧同位素记录却显示它们具有同位相的变化关系。近千年以来尤其是最近百年的气候变化除受控于地球气候系统自然规律外,还受到人类活动的严重干扰,更远的古气候变化信息(如全新世以来的气候变化)是研究气候变化自然过程的基础,是评估人类活动对气候变化影响程度的重要前提,并进一步为预测未来气候变化提供依据。鉴于此,本文利用气候模式对全新世以来气候的模拟及其与代用记录的对比,探讨全新世亚洲季风区与内陆区干湿变化的位相关系及其物理机制。全新世以来,不同代用记录显示印度夏季风强度呈现一致的减弱趋势,响应持续减少的夏季太阳辐射。东亚夏季风强度的变化在不同代用记录间存在一些差异,石笋氧同位素显示东亚夏季风自早全新世以来持续减弱,而湖泊和黄土等代用记录却显示早全新世东亚夏季风强度弱于中全新世。但总体来说,东亚夏季风强度受控于夏季太阳辐射的变化。
  本研究主要内容包括:⑴亚洲内陆西风控制区和季风区的范围并非固定的,在早全新世,亚洲夏季风非常强,赤道辐合带位置明显偏北,亚洲季风区的范围也明显扩大,而亚洲内陆西风控制区的范围则相应地缩小。随着亚洲夏季风的逐渐减弱,亚洲季风区的范围也逐渐缩小,而亚洲内陆西风控制区的范围则逐渐扩大。而目前的一些研究依据现代季风边界线划分亚洲内陆西风控制区和季风区的范围,一些在早、中全新世受东亚夏季风影响的代用记录被划分到亚洲内陆西风控制区中,使得集成的亚洲内陆西风控制区的干湿演化历史受到东亚夏季风信号的干扰,表现为亚洲内陆西风控制区在中全新世最湿润,与东亚夏季风演化历史非常一致。⑵亚洲内陆区(科桑洞)石笋氧同位素的指示意义与季风区具有明显的差异。现代观测记录显示亚洲内陆区(科桑洞附近的乌鲁木齐气象站)降水δ18O在降水较多的夏季明显偏重,这与季风区的降水δ18O完全相反。进一步分析显示科桑洞(乌鲁木齐气象站)强降水的水汽主要来源于较近的印度洋沿着青藏高原东部和河西走廊输送,并在输送过程中混入δ18O值非常偏重的局地蒸发水汽,降水δ18O值偏重,而弱降水的水汽主要来自北大西洋通过西风环流输送,同时混入δ18O值较偏轻的局地蒸发水汽,降水δ18O值偏轻,这与季风区中“雨量效应”影响的降水δ18O值变化(降水δ18O值与降水量显著的负相关关系)完全相反。因此,科桑洞石笋δ18O自早全新世以来由偏轻逐渐变为偏重表示亚洲内陆区由干旱逐渐变为湿润,与亚洲夏季风降水变化完全相反而非一致。⑶模拟结果显示亚洲内陆区冬、夏季降水在全新世逐渐增加,这与以上分析的代用记录完全一致。亚洲内陆区和季风区湿度变化呈现完全相反的变化趋势。⑷亚洲内陆区夏季降水与 circumglobal teleconnection(CGT)型遥相关密切相关。CGT型遥相关主要由印度夏季风激发,当印度夏季风较弱时,CGT型遥相关处于负位相,青藏高原东北部的西南风减弱,青藏高原东部的印度季风水汽较易被引导到亚洲内陆区并形成强降水,反之则相反。CGT型遥相关与亚洲夏季风降水也有显著的正相关关系。全新世以来,CGT型遥相关逐渐由正位相向负位相转换,使得亚洲内陆区降水逐渐增加而季风区降水逐渐减少。因此,CGT型遥相关很可能是亚洲内陆区和季风区湿度变化反位相关系而石笋δ18O值变化同位相关系的重要原因。CGT型遥相关主要受夏季太阳辐射、印度夏季风、印—太暖池海温和北大西洋海温的影响,从而可以将亚洲季风区和内陆区的气候变化与全球气候变化相联系。⑸冬季降水对全新世亚洲内陆区的干湿变化有很重要的贡献,它主要受西风强度、上游(北大西洋、地中海、里海和黑海)水汽含量和东亚冬季风强度的影响。西风强度则与中高纬温度梯度密切相关,从而受到中纬度太阳辐射梯度的控制;上游水汽含量与气温影响的蒸发强度密切相关,从而受到中纬度太阳辐射的控制;东亚冬季风与海陆热力差异密切相关,从而也受中纬度太阳辐射的控制。全新世以来,中纬度太阳辐射及其梯度均呈现增加的趋势,导致亚洲内陆区冬季降水逐渐增加。因此,轨道参数变化引起的太阳辐射季节分配差异也是亚洲内陆区和季风区湿度变化反位相关系的一个重要原因。
[博士论文] 周旭
大气科学·大气物理学与大气环境 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:本文利用地面观测资料,借助耦合了起沙模块的大气/化学全耦合模式(WRF/Chem),分析沙尘预报过程中的敏感因子,确定了适用于中国西北地区起沙参数化方案的敏感因子的取值,模拟了中国西北地区的强沙尘天气过程,分析了沙尘气溶胶的辐射强迫及其与边界层的相互作用。沙尘暴预报对防灾减灾非常重要,然而目前沙尘暴的模拟预报尚存在较大的不确定性,其中沙尘排放即起沙参数化方案是否适当是一个关键影响因素。本文将邵亚平2004年提出的起沙参数方案与WRF/Chem相结合,模拟了沙尘过程中沙尘粒子的排放、大气中PM10的沉降、输送和垂直分布特征,检验了模式在中国地区的适用性,表明模式能够很好的模拟中国西北地区的沙尘过程,PM10浓度模拟值和范围与观测结果符合很好。
  本研究通过敏感性实验分析了沙尘模式起沙参数化方案中土壤塑性压力P和起沙因子 cy对地表水平沙通量以及垂直沙通量的影响,结合发生在中国西北地区的沙尘天气过程,分析了两个参数对沙尘暴模拟的不确定性,选择确定了适用于中国西北地区的土壤塑性压力P和起沙因子cy的取值。模拟的强沙尘暴过程表明,沙尘排放区域集中在张掖-武威-民勤一线,排放最大值超过55000mg/m2,PM10在沙尘排放源地迅速沉降到地面,其中民勤地区干沉降占沙尘排放的约5%,银川地区干沉降量占72%,敦煌地区沙尘排放仅为4.01mg/m2,干沉降量为6.23mg/m2,而民勤地区排放量达到5040.79mg/m2,干沉降量为231.74mg/m2,西安地区沙尘干沉降为63.62mg/m2。此次沙尘天气的主要沙尘源地位于民勤,黑风暴过程中民勤PM10排放为5.04 t/km2;分析PM10不同地区的垂直浓度分布情况,发现PM10集中分布在3000m以下的大气中,并能够扩散到更高被输送到几千公里外。模拟分析了沙尘气溶胶对边界层内气象场的影响,结果表明沙尘气溶胶对地面温度的影响与沙尘层的高度、浓度和时段有关。在夜间,高浓度的沙尘气溶胶能够加热低层大气,可以使得低层大气升高1℃以上,沙尘气溶胶的这种“保温”作用还与地表反照率相关,地表反照率越大加热越强;而在沙尘气溶胶所在的中上层具有降温的作用。在白天,沙尘气溶胶使低层降温,地面温度降低约3℃。
[博士论文] 刘刚
大气科学·气候学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:东北冷涡是东亚中高纬度地区活跃的高空切断冷涡,一次冷涡过程多为3-5d,可谓天尺度系统。但是,东北冷涡过程频发与否对东北亚地区,乃至我国东部气候异常往往产生重要影响。因此,21世纪初叶,我国学者开始研究并且明确提出东北冷涡“气候效应”这个科学问题,丰富了东北冷涡理论研究的内涵。以往有关北半球中高纬度阻塞形势的理论研究,大都以阻塞高压为主。本文利用1948-2012年 NCEP/NCAR全球再分析逐日资料和国家气象信息中心提供的1960-2012年全国气象观测站日降水资料,着重从东北冷涡活动异常为主体出发,首先,研究如何采用机器自动识别的数量化方法,揭示其活动的天气与气候尺度特征,以此为基础进一步丰富其活动的“气候效应”,并开展基于冷涡因子的东北地区月降水预测应用研究。其次,运用同样方法给出亚洲阻塞高压活动的数量化检测结果;研究东北冷涡和阻塞高压活动的配置,尤其是重点探讨中高纬阻塞流型(以乌拉尔山-鄂霍次克海双阻型为主)与东北冷涡二者之间的相互作用及其形成、发展和消亡的过程机理。
  本研究主要内容包括:⑴给出1948-2012年5-8月东北冷涡活动天气过程,分析其统计学特征,得出冷涡活动以3-6d为主,主要位于121o-131oE,48o-53oN区间;东北冷涡发生频次和活动天数均存在显著增长趋势。5-6月和7-8月东北冷涡活动特多年高度距平合成场与特少年的主要异常区呈反位相分布,且这种反位相特征在对流层中、高层(200 hPa、500 hPa)均呈近半球尺度的波列分布特征;5-6月和7-8月冷涡活动特少年与特多年差值合成场分布相近,均呈现显著的南北向"+、-"波列分布,正负波列分别位于西北太平洋区域和鄂霍次克海至白令海区域,该波列对应高度层风场中的相对位置为气旋和反气旋式环流。7-8月东北冷涡活动异常多年份,贝湖至鄂海阻高与东北冷涡多同时发生,异常少年份,贝湖至鄂海阻高亦不盛行,以阻高先发生冷涡后发生年份占多数。⑵基于东北冷涡活动时间持续性探讨冷涡持续活动标准,通过强度指数进行定量描述,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强,5月乌拉尔山至贝加尔湖阻塞形势显著,6月的鄂霍次克海阻塞形势显著,7月中高纬阻塞流型不显著,8月份乌拉尔山-鄂霍次克海双阻活动明显。尤其在6月份,强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征;高层存在冷中心,低层配有温度槽,在中高层,西风带呈现明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈现出东北高、西南低的偶极子阻塞形势;6月弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。⑶基于冷涡活动地理分布特征,通过环流持续异常对冷涡的持续性进行了一种新的定义方法—广义“冷涡”,通过定量化描述,给出广义“冷涡”强度指数,得出东北冷涡活动具有显著年际和年代际周期振荡特征,广义“冷涡”强度指数较好刻画冷涡天气过程频发性及其大气环流特征,与东北地区初夏(5-6月)和盛夏(7-8月)冷涡降水分布具有较好对应关系。广义“冷涡”活动强(弱)年,欧亚中高纬环流特征有(不)利于东北冷涡形成、发展和维持,7-8月,东亚区域(不)易形成有利于南方水汽向北输送的环流形势。初夏(不)盛行乌拉尔山阻塞形势,盛夏(不)盛行鄂霍次克海阻塞形势;副热带高压面积偏小(大),向北推进时间偏晚(早),有(不)利于东北冷涡的维持。⑷初夏(5-6月)东北冷涡降水累计量占同时段总降水量62.5%,冷涡降水与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相似,均呈相似的四种空间分布型,即“全区一致偏多”、以东北平原为界限的“东北多西南少”、“东北少西南多”以及“全区一致偏少”。说明东北地区初夏冷涡“累积效应”产生的降水极大影响甚至决定整个初夏东北地区降水多寡及空间分布特征,可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征。从而进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。⑸基于多视角刻画的冷涡活动因子序列,结合5-8月东北地区月降水,一方面开展东北地区2012-2014年共计3年的月降水预测应用研究,另一方面将冷涡因子序列纳入FODAS降水预测系统中,进行2003-2012年共计10年的降水回报预测检验。降水预测应用结果能够客观反映实况降水的时空分布和降水多寡分布特征,得到较好的预测效果。FODAS系统降水回报效果良好,预测结果均能进行稳定的正订正,绝大多数指数订正结果高于系统自身系统订正值。通过预测应用研究,较好体现表征冷涡不同特点的冷涡指数在东北地区降水预测中的不同特征,同时为东北地区降水预测提供定量化指数产品,为进一步开展东北地区月降水预测工作提供一定理论和技术支撑。⑹冷涡活动受上下游阻塞系统的影响显著,阻塞高压活动有利于冷涡的维持和加强。阻高活动位置的不同对冷涡位置强度影响存在差异,二者不同配置所造成的东北地区降水亦存在差异,冷涡与不同类型阻塞形势配置下对我国东北地区降水均为正贡献,且以鄂霍次克海阻高与冷涡共存下更有利于东北地区产生降水。冷涡活动强,副高脊线位置偏南,西风指数偏强,冷涡活动弱,副高脊线位置偏北,西风指数偏弱。
[硕士论文] 姜政
交通运输工程 大连海事大学 2016(学位年度)
摘要:西北太平洋温带气旋是影响北太平洋上船舶安全航行的重要天气系统。温带气旋常引起狂风、巨浪、暴雨、低能见度等一系列恶劣天气,持续时间长,影响范围广,特别是爆发性温带气旋,对在航船舶的影响程度不低于台风。目前,越洋航行的船舶均采用气象导航公司的推荐航线,而温带气旋的天气资料恰好可以帮助驾驶员更好的理解气象导航公司的推荐意图,并积极与其配合,确保船舶航行安全。导航公司的推荐航线虽然是由大批经验丰富的各类专业人员依据详细的天气资料通过充分的分析得出的最佳航线,但也无法保证对大洋的天气与海况做出完全准确的预报。再加上导航公司远离现场,有时难免无法实时准确地掌握被导船舶附近的天气、海况以及船舶的操纵性能,恶劣天气突发情况下,有时不能有效地联络和指导船舶,可能造成导航失败。然而熟悉温带气旋的天气特征,驾驶员可以更好地理解和运用船上接收的短、中期数值预报传真天气图并结合现场情况进行船舶自导,来弥补气象导航的不足。因此研究西北太平洋温带气旋天气特征与活动规律具有重要意义。
  本文利用2006~2015年期间日本JMH台发布的最新温带气旋天气资料,对西北太平洋的温带气旋做了归类统计并进行了分析研究,总结了西北太平洋温带气旋的频数、强度、预报准确率以及西北太平洋爆发性气旋的源地、频数、强度、发展和移动路径、预报准确率。在统计分析的基础上,同前人对西北太平洋温带气旋的统计分析进行了对比,本文统计的主要特点表现为,用最新资料丰富了航海用途气象数据,统计分析针对性强,并且实用,能更好地为航海服务。统计结果与以往相比稍有不同,但结果基本一致。然后利用统计结果,探讨了在航船舶在温带气旋天气背景下的航线选择问题,对冷季节西北太平洋应对温带气旋航线选择,具有一定的实际参考价值;以西北太平洋爆发性气旋的天气特征为背景,提出了在航船舶预报爆发性气旋的方法以及面对气旋爆发性发展的避离对策。最后,对本文的工作进行总结和对未来的工作进行展望。
[硕士论文] 黄超
气象信息技术 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:热带云团(Tropical Cloud Cluster,TCC)如何发展成热带气旋(TropicalCyclone,TC)及其气候特征的研究对TC生成预报至关重要,但与其生成后的研究相比,TCC发展规律的研究较少。数据挖掘是一种新的数据分析技术,过去预测TC生成的统计方法普遍缺乏捕获规律的能力,而数据挖掘能够揭示数据中隐藏的规律,利用其对数据的分析能力建立分类预测模型并结合TC生成的动力学理论从中提取有用的信息,为TC生成研究提供新思路。
  本文利用决策树算法对TCC是否发展成TC进行分类预测,并从算法中提取影响TCC发展的关键因子,得到以下结论:
  (1)将TCC能否发展成为TC抽象为二元分类问题,使用CART和C4.5算法根据TC生成前24小时TCC数据对西北太平洋TC生成情况进行预测,并与判别分析的预测结果进行对比。结果表明C4.5算法比CART算法、判别分析的预测准确率高,其训练集准确率为85.69%,测试集为85.03%,能够较好地区分发展类与不发展类TCC的环境场特征。
  (2)决策树算法发现925hPa散度和700hPa相对涡度是区分发展与不发展TCC非常重要的环境场因子。进一步分析环境场发现,两类TCC的中低层相对涡度、低层与高层散度有显著差异,TCC发展十分依赖相对涡度和散度的配合。此外,算法还发现西北太平洋不同区域的TCC发展有很大的差异,西北太平洋不同区域热带云团生成率(Genesis Productivity,GP)的统计结果表明,NW(Northwestern)区域的GP最高,SE(Southeastern)区域GP域最低。
  (3)决策树算法中,海温是TCC发展的重要判断条件。夏秋季发展与不发展类TCC所处海温环境差异不显著,大气环境因子是影响其发展的主要因素,海温异常造成的大气环流场异常变化会对TCC发展产生重要影响。将GP分别与Ni(n)o3和EMI指数进行相关分析,结果表明夏秋两季GP与Ni(n)o3指数在SE区均显著正相关,在SW(Southwestern)区仅夏季显著正相关。夏季GP与EMI指数在SE区具有显著正相关关系,而在秋季关系并不显著,并且SCS(South China Sea)区GP与EMI指数在秋季负相关。上述结果表明两类El Ni(n)o事件对西北太平洋不同区域TCC发展产生了不同影响。
[硕士论文] 孙磊
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:本文选取西北太平洋热带气旋(TC)Haiyan(2013)为研究对象,利用中尺度数值模式WRF对其快速增强(RI)过程进行了数值模拟研究。分析了TC的路径,强度以及结构对不同积云参数化方案和云微物理参数化方案的敏感性;利用最佳模拟的高分辨的模式输出分析场,分别从环境要素,内核结构,对流爆发等方面探究了TC的主要特征与演变特点;最后,利用涡度方程对RI过程中TC内核区域的涡度收支进行诊断分析。得到如下主要结论:
  (1)Haiyan的路径模拟对积云参数化方案选择有着较强的敏感性。通过误差分析发现,不同参数化方案在RI开始之前对路径模拟效果相当,KF方案在RI开始之后模拟结果最为突出;云微物理过程对TC强度有重要影响,所以TC强度模拟对其参数化方案有较强敏感性,与观测对比分析发现:MO方案的强度模拟结果与实况非常接近;通过模拟亮温与FY-2E TBB资料的对比分析得到,TC的内部结构的模拟对云微物理方案有较强敏感性,MO方案的试验可以很好地再现TC的眼区,螺旋雨带等结构特征。
  (2)从环境要素,内核结构以及对流爆发等方面探究了TC的主要特征与演变特点。结果表明:较高的海温和湿度,较小的垂直风切变等适宜环境条件对TC的生成以及RI过程的产生十分重要;在RI过程中,TC环流明显增强并伴有眼墙收缩过程,沿墙处与眼区的相当位温差值不断减小,眼墙处雷达反射率明显增加;对流爆发(CBs)在RI开始前迅速增加,接着逐渐较小直至下一次增强过程。内核(外核)区域降水类型以对流(层云)降水为主。0-2ms-1垂直速度区间对内核区域质量通量贡献最大。不同高度(低,中,高)和降水类型区域垂直质量输送分布有明显差异,在RI过程中,对流(层云)降水区域的质量通量的增加主要在低(高)层。
  (3)利用涡度诊断方程对各个作用项在RI过程中在内核区域的演变诊断分析。结果表明:散度项(stre)在低(高层)层对涡度收支为正(负)贡献,RI开始后,其在低层的增强最为明显;倾斜项(tilt)其值在各层都以正值为主,RI开始后,其在低层对涡度收支的贡献的明显增加,其值在中高层出现正负交替的特点,且在低层的促进作用先减弱然后有迅速增加;涡度水平平流项(advh)的水平分布为正负交替的带状结构,其分布规律并不具有普遍性;涡度垂直平流项(advv)在低层对涡度收支为正贡献,在高层则为正贡献。RI过程中在低层和高层都有所增强。各个作用项的轴对称剖面结构分析与TC内核结构也存在密切联系。
[硕士论文] 滕方达
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:本文基于1979~2013年ERA-Interim一日四次的海平面气压再分析资料,使用气旋客观识别和追踪方法得到北半球温带气旋路径数据集,进而统计了东亚中纬度气旋活动的变化特征。然后通过扩展经验正交函数方法(EEOF)分解850hPa风场得到东亚夏季风的第二模态,并采用回归分析等常用的统计方法揭示了东亚中纬度气旋活动影响东亚夏季风的可能机制。最后利用多套地表气温资料简要分析了造成近35年气旋活动变化的原因。主要结论如下:
  (1)客观识别方法可以根据海平面气压的局地最小值和涡度的局地最大值来确定气旋的位置,并结合引导气流和自身移速来估计下一时刻的气旋可能位置,通过计算两者相匹配的概率来确定气旋的移动路径。通过对比气旋活动频率、强度与位势高度场天气尺度滤波方差的空间分布,发现两者在空间分布和季节变化上都具有很强的相似性,这说明对气旋客观方法得到的气旋路径数据进行统计分析,能够很好地描述北半球气旋活动的气候态特征。
  (2)蒙古中部不但是气旋活动最频繁的地区,也是气旋活动变化最剧烈的地区,可以认为蒙古地区是东亚中纬度气旋活动的关键区。该地区的气旋活动在1979~2013年中存在一个显著的减弱趋势和年代际变化,值得注意的是这一年代际转折出现在90年代初,在这之后东亚地区气旋活动减弱。EEOF方法分解东亚地区850hPa风场得到的东亚夏季风第二模态反映了夏季风在东亚地区南北一致的变化特征,时间系数很好的展现出夏季风在90年代初以后的年代际减弱。进一步的研究指出东亚中纬度气旋活动与东亚夏季风之间存在显著的正相关关系,当气旋活动强(弱)时,东亚夏季风增强(减弱)。
  (3)东亚地区异常的气旋活动通过天气尺度瞬变波活动产生的涡度通量向极输送,使贝加尔湖地区存在一个正涡度异常并伴随着气旋性环流,由于大气环流的调整作用使得在该地区形成异常的冷性低压,这一异常的低压也体现在瞬变波活动引起的位势倾向变化上。在贝加尔湖地区气旋性环流的东南侧和我国东南沿海地区反气旋环流的西北侧有一致的西南风异常,这有助于东亚夏季风的增强。90年代初之后情况相反,东亚中纬度气旋活动减弱,东亚夏季风也在同一时间减弱。
  (4)四套地表气温资料均能够反映出欧亚大陆地表非均匀增暖的变化特征,其中最显著的增暖区域位于贝加尔湖西南侧,在该区域南部经向温度梯度减弱,低层大气斜压性减弱,最终造成了气旋活动在90年代初之后显著减少。
[硕士论文] 冯佳玮
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:龙卷风是我国重要的天气灾害之一,因其常常与深对流天气相伴,具有局地性强、爆发突然、尺度小的特点,极难监测与预报,因此分析我国龙卷风的时空分布特点、与环境场的相互作用,对提高龙卷风发生发展条件的认识以及探讨其机理是有重要的实际应用价值的。本文利用2004-2012年中国气象灾害年鉴和CFSR再分析资料,根据统计和合成分析方法,系统分析研究了我国龙卷的时空分布特征和我国3个龙卷频发区的环流背景场特征和环境参量特征。主要结论如下:
  首先,在时空分布上,2004-2012年9年间,我国龙卷天数和龙卷频数总体呈现先减小后增加的特征,多发于春夏季,且午后傍晚较多,发生区域主要集中在我国华东、华中以及华南的平原地区,其中,江苏和广东龙卷发生的数量最多。
  其次,在背景形势上,我国3个龙卷频发区的环流背景有一定的差异,500hPa上的高空槽,850hPa上的切变线和西南低空急流为“江苏及其邻近地区”的龙卷发生提供了有利的环流背景场:“广东及其邻近地区”的龙卷发生,850hPa上受西南风控制,到了500hPa转为平直的西风气流;而“东北地区”的龙卷在天气不稳定的情况下,以深厚冷涡控制为主。
  再次,在热力结构上,“江苏及其邻近地区”和“广东及其邻近地区”龙卷频发区位于对流有效位能值和螺旋度值中心交界处。并且龙卷发生前,地面湿度平流使得低层湿度加大,层结不稳定。“东北地区”对流有效位能值和抬升凝结指数均值都很小,湿度均值远低于“江苏及其邻近地区”和“广东及其邻近地区”,但高低空的温度直减率、0-1公里螺旋度和中低层的垂直风切变大,强的动力触发条件使得该地区仍会产生龙卷。
  最后,在发生条件上,能量螺旋度指数(EHI)和强龙卷参数(STP)的空间分布和3个龙卷频发区位置具有高度一致性。EHI和STF指数在“江苏及其邻近地区”中心值分布于江苏省中南部,在“东北地区”分布于辽宁、吉林和内蒙交界处,“广东及其邻近地区”的EHI和STF值中心分布于广东与广西的交界处,偏向于龙卷频发区的西南方向。因此尽管不同的区域,龙卷发生的环境背景有一定的区域差异,但它们的强天气指数,特别是螺旋度、垂直风切变和强龙卷指数对龙卷的发生仍然是有一定的指示意义和应用价值的。
[硕士论文] 戎辰
气象学 南京信息工程大学 2016(学位年度)
摘要:本文对2008-2014年我国东部海域海上发展气旋进行了统计分析,根据发生的季节将海上气旋分为两类:春季发展型与秋季发展型。分别对这两类气旋的基本统计特征进行了对比,然后利用动态合成分析方法对这两类气旋分别合成诊断并分析其合成结构特征。在海上气旋发展机制的研究中,重点分析气旋急流的动力促进作用以及环境因子在海上气旋发展过程中的影响作用,最后利用WRF模式模拟这两类气旋在海上发展过程中,气旋暴雨的时空演变,气旋急流的结构配置与强度变化,进而对海上气旋发展的作用。结果表明:
  (1)海上发展气旋并没有呈现出明显的年际变化,总体看来,春季海上气旋与秋季海上气旋是一类较浅薄的低值系统。进一步地依据气旋垂直尺度还可再分为两类,一类较为浅薄,垂直尺度大约在850hPa,另一类较为深厚,通常达700 hPa或以上。秋季海上气旋总体来说垂直伸展在700hPa。春秋季节海上气旋的水平尺度大多在1500km以内,只有少数可以达到2500km以上。春秋气旋在海上的移动路径主要有两条:偏东移东经过日本和向东北移动经过韩国。此类海上发展气旋与爆发性气旋的主要区别是发展时期强度变化仅2-3hPa/6hr,且活动范围主要在中纬度。
  (2)我国东部海域海上气旋发展前后伴随的灾害性天气为大风、大浪与强降水,春季降水范围大于秋季,春季降水较为集中,秋季降水较为分散。春季海浪高值区与大风区位于气旋东南或偏东;秋季海浪高值区与大风区在气旋中心区域。
  (3)春秋季节海上气旋发展的影响因子在热力方面主要为气旋中心附近的暖中心与中心附近上空的暖平流,相比较而言,春季暖平流较秋季更为强盛。海上非绝热加热对气旋降水分布有显著指示意义。对流不稳定在春季气旋发展中作用不显著,但却是秋季气旋发展的一个重要因子。
  (4)在动力方面,气旋急流是春秋季两类气旋海上发展的重要因子与水汽输送的重要载体,在气旋结构中,气旋急流轴区范围的平均强度在1000hPa上达到10m/s以上,850hPa上达到16m/s以上。气旋急流在垂直层次间的配置,构成了春秋季气旋上大下小的漏斗形状,并且在气旋东南部呈结构性强盛。低层气旋急流左侧为气旋式切变有利于气旋中心强度维持,高层气旋急流左侧气旋式切变对应低层气旋急流右侧,有利于气旋式抽吸。多层气旋急流配合,导致强的垂直上升运动区在气旋东南部扩展增强,而气旋的其它象限没有气旋急流,形成气旋漏斗形三维结构中的螺旋上升支较强,下沉支不明显。气旋在流场上是非对称结构。其它有利于气旋加强发展的主要因子有高空急流动量下传、下垫面海温感热加热等。
  (5)数值模拟结果显示,气旋东南部强降水的范围与雨强随着气旋增强而扩展,其潜热释放反馈气旋的增强。春季气旋降雨区大于秋季,有利于春季气旋的增强。而气旋急流的演变及其非对称结构的维持与增强,有力地促进了气旋在海上的加强。春季气旋急流的配置较秋季气旋急流尺度和范围更大,有利于春季气旋水平尺度的扩展。
[硕士论文] 衣娜娜
大气科学·大气物理学与大气环境 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:气溶胶气候效应是气候变化研究中的热点和难点问题之一,了解气溶胶辐射特性和时空分布是研究气溶胶气候效应的重要基础。中国西北干旱半干旱区受沙尘天气影响较多且对气候变化很敏感,因此对该地区气溶胶辐射特性和时空分布的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2006~2012年气溶胶自动监测网(AERONET)level2.0和太阳短波辐射计资料,分析了气溶胶的辐射特性并给出大气层顶(TOA)处辐射强迫为正的原因。利用WRF-chem耦合Shao04起沙参数化方案,模拟了2007年春季两次沙尘过程,定量给出连续的沙尘排放量、垂直柱总量、沉降量的时空分布。基于台站能见度和风速观测资料,统计1954~2012年强沙尘暴频数,分析气候变量与强沙尘频数的相关性。
  (1)西北地区气溶胶中粗模态气溶胶较多,地表(BOA)、TOA、整层大气(Atmosphere)的辐射强迫年均值分别是-59.43、-17.03、42.40W/m2,气溶胶光学厚度(AOD550nm)年均值0.37,单次散射反照率(SSA675nm)年均值0.93,不对称因子(g675nm)年均值0.68,复折射指数实部(675nm)年均值1.48。气溶胶对大气的加热率最大值出现高度在0~2km,冬、夏半年在地表加热率分别是2.6K/day和0.6K/day。地表反照率和SSA对TOA正辐射强迫贡献率分别是22.5%和77.5%。
  (2)WRF-chem对温度场和辐射场模拟较好,与实测相关系数分别为0.9和0.95。Shao04起沙参数化方案能准确地模拟沙尘时间演变过程,WRF-chem模拟的第一次强沙尘过程,沙源地分布在干旱半干区的沙漠,主要有巴丹吉林、毛乌素、腾格里以及张掖地区的戈壁沙漠。沙源地最大排放量2.8×107μg/m2,最大沉降速率154μg/m2/s。被西北风夹卷而起的沙尘输送到SACOL,沙尘最大垂直柱总量9.4×106μg/m2,PM10最大浓度6541μg/m3。第二次沙尘过程为强辐散下沉气流造成 SACOL近地面风速增加,局地沙尘被吹起,沙尘最大排放量1.0×107μg/m2,最大沉降速率141μg/m2/s,最大垂直柱总量1.3×106μg/m2,PM10浓度最大值为775μg/m3。
  (3)统计1954~2012年强沙尘暴频数,总频数241,其中190次(78.8%)发生在春季。自1954年以来,中国北方强沙尘暴频数逐渐减小,强沙尘暴年代际变化呈波浪式。合成分析高频年和低频年大气环流、降水和土壤湿度,表明高、低频年大气环流的差异主要表现在极涡强度和东亚大槽的强度与位置,高频年极涡减弱,东亚大槽加强,低频年,极涡增强,东亚大槽减弱东移。春季降水对沙尘频数有明显的影响,相关系数在-0.5以上。前期秋季负相关系数在-0.4以上,对秋季降水的分析有助于预测来年春季沙尘频数。
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