主办单位:中国气象局沈阳大气环境研究所
国际刊号:ISSN 1673-503X
国内刊号:CN 21-1531/P

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2022年, 第38卷, 第2期 刊出日期:2022-04-28 上一期   
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2022 (2):  0-0. 
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论文
辽宁东南半岛两次北上台风暴雨特征及成因对比分析
崔曜鹏,杨磊,孙丽,高艳波,魏海宁,华婧婧,崔景轩,刘春溪
2022 (2):  1-11.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.001
摘要 ( 28 )   HTML ( 2 )   PDF(4936KB) ( 7 )  

利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料、卫星和雷达资料等对2012年台风“达维”(过程1)和2017年台风“海棠”(过程2)导致的辽宁东南半岛两次极端暴雨过程的降水特征及成因进行对比分析。结果表明: 两次过程的降水特征存在差异,过程1是大范围的稳定持续性暴雨,受台风倒槽触发的多个中尺度云团造成的列车效应影响,持续时间长达30 h; 而过程2的小时雨强更大,最强达到113 mm·h-1,小尺度积云不断新生并涌入到中尺度云团中,雷达图存在后向传播特征,强风暴基本反射率达到50—60 dBz,中尺度辐合风场伸展高度达到9 km,对流云发展更旺盛,过程2的对流性降水特征更明显。过程1暴雨在台风倒槽里发展,过程2在台风输送的暖湿空气与对流层干冷空气的相互作用中产生。两次过程中,台风残涡与副热带高压间均形成了横跨10个纬距的水汽输送带,850 hPa水汽通量均达到20—25 g-1·cm-1·hPa-1·s-1,比湿和水汽通量散度达到辽宁登陆台风暴雨物理量的预报阈值; 远距离台风对阻挡副热带高压南落和建立北上台风引导气流起到关键作用。过程1受“达维”残涡倒槽影响,辐合层由地面伸展到500 hPa,动力抬升条件更强; 过程2中850 hPa假相当位温达到354 K,由于中层干空气侵入,位势不稳定较强,在大尺度辐合和地形强迫抬升作用下,形成更为深厚对流云,对流性降水特征明显。

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基于频率匹配法的江西省ECMWF降水预报订正研究
包慧濛,郭达烽,李葳
2022 (2):  12-20.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.002
摘要 ( 15 )   HTML ( 2 )   PDF(2048KB) ( 7 )  

利用2016—2019年ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)降水预报资料和江西省93个国家气象站降水资料,基于频率匹配法进行降水偏差订正,采用4种方法统计降水频率对降水预报进行订正试验(不分区试验),根据江西省汛期暴雨气候特征对汛期降水进行分区订正试验,并对典型强降水个例进行分析。结果表明: 频率匹配法降低了模式预报小雨的空报率和大雨、暴雨的漏报率,预报技巧改进明显。在4种降水频率统计方法中,准对称滑动平均法效果最好。分区试验对强降水的订正效果优于不分区试验,该试验对模式预报正技巧暴雨过程的订正能力大于无技巧过程。对于模式预报效果差(TS=0)、一般(0 < TS < 0.2)、好(TS≥0.2)的暴雨过程,分区试验改善的概率分别为40.8%、89.1%和65.3%。频率匹配分区订正后强降水面积更加接近实况,但强降水落区不能得到明显的改善。订正方法对模式预报强降水形态、位置与实况较接近的过程,效果较好。

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三种气温预报产品黑龙江省预报效果检验
孟莹莹,李树岭,赵玲,白雪梅,闫敏慧
2022 (2):  21-30.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.003
摘要 ( 11 )   HTML ( 0 )   PDF(2760KB) ( 5 )  

利用T639模式预报产品和黑龙江省83个国家气象站气温实况观测资料,采用最优预报因子方法选取预报因子,应用多元回归方法建立逐站日最高气温和日最低气温的MOS预报方程; 对MOS、中央气象台指导预报(SCMOC)和T639三种气温预报产品的日最高气温和日最低气温预报效果进行对比检验分析,并用EOF方法检验预报与实况的时空变化特征一致性。结果表明: 与实况的时空变化一致性方面,MOS和SCMOC较好,T639略差; 预报效果方面,MOS和SCMOC对日最高气温和日最低气温的2 ℃预报准确率普遍高于T639,MOS的预报准确率在日最高气温方面高于SCMOC,在日最低气温方面低于SCMOC; MOS对T639气温预报产品改善效果明显,尤其对冬季日最低气温的预报改善效果十分显著; MOS较T639气温预报改善效果与T639模式预报效果呈负相关关系,主要表现为,MOS预报改善效果在T639预报准确率低的山区明显优于平原,在春、夏季,预报准确率较低的日最高气温明显优于日最低气温,在冬季,预报准确率较低的日最低气温优于日最高气温; MOS气温预报方法的预报性能较理想,SCMOC对黑龙江省预报难度较大的日最低气温预报效果较好。

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1961—2019年黑龙江省冬季气温季节内变化及环流异常特征
娄德君,王冀,周显伟,李治民
2022 (2):  31-39.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.004
摘要 ( 12 )   HTML ( 0 )   PDF(3036KB) ( 6 )  

利用1961—2019年黑龙江省冬季气温、NCEP再分析资料和环流指数资料,采用多变量经验正交函数分解、合成分析、相关分析等方法,分析黑龙江省冬季气温季节内变化及其环流异常特征,并进一步对比了主要环流因子在冬季气温季节内演变不同模态中的相对贡献。结果表明: 季节内变化是黑龙江省冬季气温变化的基本特征。黑龙江省冬季气温存在季节内一致变化、12月和翌年1—2月反位相变化、12月至翌年1月和2月反位相变化三个主要模态。当冬季气温处于第一模态分布一致偏暖(冷)时,环流呈现北极涛动(AO)正(负)位相的分布特征,东亚冬季风(EAWM)偏弱(强)。当冬季气温发生季节内冷暖转换时,季内极涡、高空急流、西伯利亚高压(SH)和EAWM强度、中高纬环流经向度等均有明显调整。第二模态1月和第三模态2月环流场分别呈现类似极地欧亚型(PEA)和东大西洋型(EA)遥相关的分布特征。AO、SH、EAWM、PEA和EA是冬季气温季节内演变的重要影响因子。

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1979—2019年持续性东北冷涡过程特征分析
阎琦,李爽,陆井龙,滕方达
2022 (2):  40-45.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.005
摘要 ( 13 )   HTML ( 0 )   PDF(1118KB) ( 107 )  

利用1979年1月至2019年12月的ERA5资料,采用小波分析、突变M-K检验等统计方法,对1979—2019年持续时间在3 d及以上的东北冷涡过程特征进行分析。结果表明: 持续性东北冷涡过程的年平均发生次数为32.8次,最多41次,最少22次; 其中5—6月最多。年总频次存在17 a、9 a、5 a和3 a的变化周期。东北冷涡过程持续时间越长,出现的几率越小,持续时间最长的一次为13 d; 持续3 d的东北冷涡过程最多,持续9 d和10 d的过程出现频率接近十年一遇,出现10 d以上的冷涡过程6月最多。南涡出现的频次明显少于北涡和中涡,中涡最多; 北涡各月频次差异不明显,中涡、南涡5月和6月明显多于其他月份。在120°—130°E、45°—55°N的区域冷涡中心相对密集。夏、冬半年东北冷涡极端偏多月份东亚地区均为两脊一槽型。

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2021年3月沈阳地区一次污染过程气溶胶垂直变化特征及成因分析
李潇潇,赵胡笳,马雁军,刘晓初,李思绪,李晓岚,王扬锋,洪也
2022 (2):  46-54.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.006
摘要 ( 13 )   HTML ( 0 )   PDF(3418KB) ( 7 )  

利用地面大气颗粒物质量浓度观测资料、探空和NECP再分析资料以及地面激光雷达探测资料,对2021年3月13—15日沈阳地区污染事件过程展开分析,探讨大气污染物质量浓度、大气环流背景与气溶胶垂直分布等特征。结果表明: 3月13日PM2.5质量浓度最高值出现在06:00—07:00,约为220.0—230.0 μg·m-3,15日12:00开始显著降低,而PM10质量浓度在15:00出现显著增加,为258.3 μg·m-3。SO2和NO2浓度较高值均出现在3月13日10:00时左右,分别为40.1 μg·m-3和101.3 μg·m-3。CO质量浓度最高值出现在13日16:00—17:00,约为8.8 mg·m-3。沈阳地区臭氧的最高值均出现在午后,13日和14日午后(12:00—16:00)臭氧最大值为102.4—113.7 μg·m-3。蒙古气旋东移过程中逐渐发展加强,其后部西北风将沙尘向东南方向输送。沈阳地区沙尘发展旺盛时存在不稳定层结,同时伴有显著的上升运动,有利于沙尘粒子的垂直混合和向下游输送。3月15日02:00(北京时间15日10:00)气溶胶消光最大值出现在0.7 km处,消光系数约为6.0 km-1。近地面激光雷达退偏比显著增加至0.4—0.5,近地面以非球形粒子(粗颗粒物)为主的沙尘或浮尘。

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贵州安顺市PM2.5气象输送条件及贡献源空间分布
曹青,谷晓平,张翅鹏,陈贞宏,吴哲红
2022 (2):  55-61.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.007
摘要 ( 8 )   HTML ( 2 )   PDF(1318KB) ( 4 )  

利用贵州省安顺市2015—2019年大气污染物资料和气象资料,分析安顺市空气质量特征和主要大气污染物特征,通过TrajStat软件中HYSPLIT模型的后向轨迹模式,结合GDAS气象数据、PM2.5浓度,分析不同季节输送途径及其污染轨迹,采用潜在源贡献作用和浓度权重轨迹分析方法,分析研究期内所有PM2.5污染日(PM2.5日浓度高于75 μg·m-3)输送轨迹垂直与水平方向分布特征。结果表明: PM2.5是安顺城区主要大气污染物,冬季输送污染轨迹占比较大,输送方向主要为贵州东北方向、偏南方向; 污染日PM2.5输送路径以贵州东北方向近距离输送为主,该类轨迹基本分布在880—980 hPa高度; 潜在源高值区主要集中在贵阳整个地区、毕节织金县、黔西市、金沙县等,高贡献值区主要集中在安顺紫云县、镇宁县、毕节织金县、大方县等。

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2016—2019年唐山市臭氧污染及其与气象条件的关系
张晓东,王冠,王秀玲,崔粉娥,郑艳萍
2022 (2):  62-69.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.008
摘要 ( 16 )   HTML ( 0 )   PDF(789KB) ( 8 )  

利用2016—2019年唐山市逐时O3浓度和气象数据,分析了O3污染特征及其与气象条件的关系。结果表明: 2016年唐山市O3超标天数为53 d,2017—2019年O3超标天数每年在70 d以上,污染程度偏重。O3月平均浓度值呈双峰型分布,6月O3平均浓度值最大,达112.26 μg·m-3,9月次之。O3浓度超标日分布在3—10月,夏季超标天数最多,其他依次为春季、秋季,具有明显的季节变化特征。O3日均浓度为15:00最大,日变化呈单峰型分布。O3浓度与温度、风速正相关,与相对湿度负相关。气温高是导致O3浓度超标的重要因素,日最高温度超过25 ℃时要考虑O3浓度出现超标现象。相对湿度在50%左右及60%—80%时,O3浓度超标率均大于30%,在60%—70%时O3-8h浓度平均值达到最大。夏秋季O3浓度超标率高与地面小风、较低的混合层高度有关。当日均风速1<V≤4 m·s-1时,O3浓度超标率较高。容易产生中度以上O3污染的天气形势场为500 hPa高空受西北气流或高压脊影响,850 hPa有西南或偏南气流经过,地面大多处在高压后部、低压前部或低压辐合区内。

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基于飞机观测资料的石家庄秋季对流层CH4垂直分布特征
麦榕,杨洋,范根昌,吕峰,董晓波,梁苗,姚波
2022 (2):  70-77.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.009
摘要 ( 12 )   HTML ( 2 )   PDF(1180KB) ( 3 )  

为研究石家庄秋季对流层内CH4垂直分布特征,2018年9月使用“空中国王350”飞机搭载Picarro温室气体在线观测仪和气象要素观测设备,对石家庄上空(600—5500 m)CH4浓度进行探测。探测期间共飞行7架次,取得7条CH4浓度廓线数据。结果表明: 石家庄上空近地面层(1000 m以下)CH4平均浓度与同时间段区域背景站上甸子站CH4浓度呈显著正相关(r=0.81,P < 0.03)。探测到的CH4浓度最小值为1898×10-9摩尔分数,最大值为2219×10-9摩尔分数,平均浓度为1981×10-9摩尔分数。观测得到的7条廓线均有较好的一致性,2000 m以上,浓度均随高度呈先增大后减小的趋势。利用后向轨迹模式(HYSPLIT)对探测时段内石家庄上空不同高度层主要气流传输路径进行统计分析表明,600 m高度输送路径较短,CH4浓度受本地排放影响较大; 3000 m受输送作用影响较大,偏西和西南路径可能将较高CH4浓度气团输送至石家庄上空; 5000 m气团传输对CH4浓度影响较小,浓度相对较稳定,对传输路径的变化不敏感。

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呼包鄂地区气候舒适度时空变化及其关键气象因子分析
赵迦琪
2022 (2):  78-88.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.010
摘要 ( 20 )   HTML ( 0 )   PDF(1484KB) ( 2 )  

基于1970—2019年呼和浩特、包头、鄂尔多斯(呼包鄂)地区25个气象站日值,以温湿指数、风效指数、着衣指数及舒适度综合指数为气候舒适度评价指标,利用趋势分析法、M-K突变检验法、通径分析法,对该地区的气候舒适度指数变化特征、影响舒适度指数的关键气象因子及舒适日数的空间分布特征进行分析。结果表明: 呼包鄂地区近50 a的温湿指数、风效指数、舒适度综合指数呈显著上升趋势,着衣指数呈显著下降趋势; 综合舒适期为4—10月,舒适日数在5—9月达到68%—93%,其中6—8月全月为舒适或较舒适日,在20世纪90年代内蒙古中部气候变化背景下,温湿舒适性和风效舒适性向暖转变,人体综合舒适度越来越高,适宜居住、旅游和避暑; 影响该地区气候舒适度的关键气象因子是温度和风速,其次是日照; 舒适和较舒适日数整体呈“北少南多”分布,舒适日数分布整体呈波动变化,较舒适级日数整体持续增多。工业生产、人类活动、生态环境在一定程度上影响气候舒适和较舒适日数。

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1971—2018年陕西省人体舒适度日数时空变化特征
雷杨娜,毛明策,李明,张侠
2022 (2):  89-96.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.011
摘要 ( 11 )   HTML ( 1 )   PDF(1216KB) ( 4 )  

根据1971—2018年陕西省94个气象观测站逐日气象资料,采用线性倾向率、累积距平、小波分析和EOF分析等方法,对陕西省人体舒适度日数时空变化特征进行了统计分析。结果表明: 陕西全省大部分时间体感状态为从冷到舒适,日数占85.2%;体感状态为暖和以上日数较少,无炎热和酷热天气。1981—2018年陕西省平均人体舒适日数为132 d,呈显著增多趋势,线性倾向率为0.524 d·a-1,四季中春、夏两季人体舒适日数增加最为显著。人体舒适日数存在准4 a和准8 a的振荡周期,滑动T检验表明陕西省及三个地区的人体舒适日数均在1997年左右发生了明显的突变。陕西全省3—11月均存在舒适日,舒适日数主要分布在5—9月,陕北7—8月舒适日数较多,陕西中部6—8月舒适日数较多,陕西南部6—9月舒适日数较多。年人体舒适日数呈现南多北少的空间分布特征,陕南汉中和安康地区最多。EOF分析结果显示,年均人体舒适日数异常分布在全省存在一致性。倾向率空间分布表明陕西全省80%的地区人体舒适日数均呈增长趋势,仅榆林北部、延安北部和安康东部11个区县人体舒适日数呈减少趋势。陕西全省不舒适日数变化呈显著减少趋势,倾向率为-0.548 d·a-1,其中冷不舒适日数减少显著。陕西省人体不舒适主要表现为冷不舒适,主要集中在陕北西北部、南部山区和中部的太白和华山两个高山区; 人体热不舒适主要分布在在陕南的汉中和安康地区及关中的西安地区,且日数很少。

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快报
2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测
刘志刚,吴东丽,邵长亮,吴丽侠,胡树贞,宋树礼
2022 (2):  97-104.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.012
摘要 ( 9 )   HTML ( 0 )   PDF(663KB) ( 7 )  

在辽宁省喀左站、辽阳站和内蒙古满洲里站统一安装5种型号冻土自动观测仪进行外场试验,采集2019年3—6月逐分钟冻土数据,采用纵横极值集合法,对采样数据进行时间一致性质量控制,与3站的人工定时数据进行对比分析。根据同期人工观测数据,判断冻土自动观测异常可疑数据和异常数据阈值,分别为5 cm和11 cm,据此开展验证。结果表明: 冻土自动观测仪分钟数据完整率为99.59%;冻土自动观测仪平均冻土层数与人工观测基本一致,符合冻土业务数据分布特性; 5种类型冻土自动观测仪均能较好地反映不同气候区域的冻土的分钟数据变化,冻土自动观测分钟数据质量控制阈值合理可靠。

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春玉米根系原位成像图片自动识别研究
贾庆宇,谢艳兵,赵一俊,王荣,刘晶淼,温日红
2022 (2):  105-111.  doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2022.02.013
摘要 ( 7 )   HTML ( 0 )   PDF(1586KB) ( 2 )  

微根窗成像技术推动了植物根系表型研究,但是根系长度和直径仍然需要人眼识别再绘制轨迹,消耗大量的人力和时间。为了解决这一难题,本研究将U-Net语义分割技术引入到植物根系图像识别中,研发了基于机器学习的iRoot-V02根系自动识别软件。采用iRoot-V02软件识别微根窗法获得的植物根系成像图片的根长、直径、投影面积、根尖数等参数。结果表明: iRoot-V02软件批处理600 dpi图片的速度为每张26.6 S; 获取根系的骨架信息、总根长与人眼识别结果基本一致; 按直径每0.1 mm为一级,获得不同直径的根长,与人眼识别结果的根长决定系数大于0.76;精确捕捉到根系生长旺盛期不同直径根长的变化; 分析了300 dpi和600 dpi两种分辨率根系图片的参数,两种分辨率结果具有高相关性,因此可建立低分辨率根系参数和高分辨率根系参数之间的关系方程,采用低分辨率拍摄根系图像,通过方程转化成更准确的根系参数,减轻工作量。用iRoot-V02软件的根系生长信息近似于人眼识别,相比人眼识别在大批量根系图像智能识别、自动化、快速目标检测方面具有巨大优势。

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