佛山地区一次重污染过程的气象影响因子研究

2017年1月初佛山地区出现珠三角有AQI观测以来最严重的一次污染天气,该文利用风廓线雷达、激光雷达等多种观测资料对该过程的气象成因进行了深入研究。结果表明:PM_(2.5)是此次污染过程中最主要的首要污染物,小风、高湿的气象条件对此次污染的形成具有重要作用,当风速介于0.5~1.5 m/s之间、相对湿度>70%时,PM_(2.5)的浓度基本处于100μg/m3以上,空气质量明显较差;当湿度>90%时,PM_(2.5)>250μg/m3,污染严重;垂直风场小风层的存在、底层乃至整层的下沉气流、底层逆温等均阻碍了污染物的垂直扩散,促进了污染物的累积;地面气流的辐合,进一步加剧了污染的形成。

一种X波段相控阵天气雷达反射率因子订正算法

不同雷达观测相同目标的反射率因子差异会影响雷达组网应用效果,对无波束阻挡的X波段雷达而言,这种差异主要由雷达定标偏差和信号衰减引起,其中衰减包含降水导致的衰减以及天线罩水膜导致的衰减。为了订正定标偏差、天线罩水膜衰减以及降水衰减,设计了一个基于相控阵雷达组网的订正方法。首先,将天线罩水膜导致的衰减看作定标偏差的一部分,使用组网衰减订正算法做初次衰减订正;然后,通过构建一个雷达网观测偏差函数,使用梯度下降法求解各雷达之间的定标偏差;最后,将订正了定标偏差的原始反射率因子再次使用组网衰减订正算法进行二次衰减订正。对上述订正方法,用于广东省佛山市7部X波段相控阵天气雷达探测的一次冷空气降水过程进行检验。结果显示,传统的PIA(Path-integrated attenuation)算法订正结果与广州S波段天气雷达观测结果相关系数为0.53,均方根误差为9.0 dB,而该算法这两项数值分别为0.64和8.4 dB,优于PIA;在台风外围的局地强降水过程中也得到了相同的结论。

1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析

2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18km,持续时间23min,平均时速47km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5min降压/升压幅度达-2.5hPa/+2.1hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1km以下,可以考虑发布龙卷预警。

1415号“海鸥”台风龙卷天气过程分析

2014年9月16日夜间,第15号台风"海鸥"外围螺旋雨带中产生龙卷,袭击了广东省佛山市三水区白坭镇。通过现场灾情勘察、群众走访、新一代雷达观测等资料的综合分析,确定这次龙卷强度为EF1级。分析其发生发展的环境背景、雷达回波特征,并与相似台风路径下无龙卷产生的1409号超强台风"威马逊"环境条件对比,结果表明:龙卷发生在登陆台风"海鸥"移动方向的右后侧,对应上空200 h Pa为辐散区,500 h Pa为副热带高压和"海鸥"之间的强东南气流汇合处,从925 h Pa到500 h Pa强东南急流轴走向一致、上下叠加在珠江口附近,地面存在触发对流的东路弱冷空气和中尺度辐合线。环境条件呈弱的条件不稳定,对流有效位能(CAPE)小、抬升凝结高度(LCL)低、垂直风切变和风暴相对螺旋度(SRH)大;产生龙卷的对流风暴属于低质心的微型超级单体风暴,速度图上低层存在强中气旋,中气旋中心伴有TVS,中气旋和TVS尺度比较小、垂直伸展高度比较低,强中气旋、TVS分别早于龙卷14 min、8 min出现。龙卷出现在微型超级单体风暴右后侧钩状回波顶端、TVS附近。分析还表明,相似台风路径下,台风"海鸥"(有龙卷出现)和超强台风"威马逊"(无龙卷出现)的环境条件明显差异主要体现在0~1 km的低层垂直风切变和SRH上,后者的0~1 km垂直风切变和SRH均明显偏小,不利于微型超级单体风暴的出现。

广州2014-2019年气象条件对O_(3)污染影响的定量评估

O_(3)质量浓度受气象因子和污染源排放共同影响,为了定量化评估污染控制措施减排对广州市O_(3)质量浓度影响的效果,需将由污染源排放的O_(3)质量浓度数据分离出来。利用Kolmogorov-Zurbenko(KZ)滤波将广州市2014—2019年逐日O_(3)质量浓度数据和同期气象数据分解为长期分量、短期分量和季节分量,计算各分量方差对原始时间序列方差的贡献率;结合多元线性逐步回归方法建立O_(3)质量浓度各分量与相应尺度气象要素的线型回归模型,将气象因子和污染源排放对O_(3)质量浓度的贡献分离开来,得到仅由气象条件影响的O_(3)质量浓度贡献。分析结果表明:(1)广州O_(3)质量浓度长期序列总体呈波动上升趋势,季节分量和短期分量波动基本一致,季节分量表现为春末夏初O_(3)质量浓度出现高值,夏末秋初出现次高峰,冬季谷值;(2)分析各分量方差对O_(3)质量浓度原始序列总方差的贡献率发现,短期分量方差贡献率最大,其次为季节分量,长期分量方差贡献最小,表明广州O_(3)质量浓度的波动主要由前体物排放和气象条件的季节和短期变化引起,长期排放及气候条件的变化并不是引起监测波动的主要原因;(3)从解释方差来看,气象变量对O_(3)质量浓度长期分量的解释能力最高,季节分量其次;(4)经逐步回归消除气象条件影响的O_(3)质量浓度长期分量有波动下降趋势,结合2014—2019年O_(3)污染有所加重,表明这几年广州气象条件对O_(3)扩散不利。

华北地区夏季降水的气候特征分析

利用1960-2011年基准站54511的夏季降水数据,结合NCEP/NCAR再分析资料和GPCP降水资料,分析了夏季降水的气候特征。结果表明:单站数据显示夏季降水有着明显的年际和年代际变化特征,其中年代际变化特征主要由7月和8月降水决定。降水序列与华北区域平均的夏季降水序列显著相关,说明单站数据对华北地区夏季降水有着很好的代表性。夏季降水占全年降水的比重在1996年有年代际的突变,由之前的74.4%降低到62.1%。与此同时,春、秋季节的降水占比增加,而冬季基本不变。夏季降水与200h Pa的经向风之间的相关呈现丝绸之路型,背后的物理机制可能是丝绸之路型影响了东亚夏季风,进而影响了华北地区的降水。

强台风“纳沙”外围环流引发佛山强雨带的成因分析

采用Micaps观测资料、广东省中尺度自动站及广州多普勒雷达资料,分析2011年登陆强台风"纳沙"外围环流引发的佛山市强降雨带成因。结果表明:副热带高压和冷空气共同作用使得"纳沙"稳定西北西行;在其外围环流影响下,佛山具备低层辐合、中高层辐散的有利动力抬升条件,同时南海到珠江口的水汽输送强烈并在珠江口西侧到粤西存在水汽通量辐合,而东路冷空气的入侵为强降水发生提供了触发机制。中尺度观测表明,对于浅薄的冷空气入侵,河谷地形作为气流通道的作用是明显的。该次过程就是在有利的环流背景下,冷空气经北江、东江河谷入侵,与珠江口北上的强盛东南暖湿气流交绥,形成地面中尺度辐合线,触发了强降水过程。