2024年2月17—23日中国大范围强寒潮雨雪冰冻强对流过程涉及的若干问题

2024年2月中下旬我国出现一次多灾种高影响天气过程。这是一次几十年一遇的过程,出现了大范围强寒潮雨雪冰冻天气并伴随强对流发生,涉及到强寒潮、沙尘、降雨、降雪、冻雨,以及强对流和伴随的大冰雹和雷暴大风,多种高影响天气在一次过程中都有所呈现,其过程之复杂异常罕见。本文针对此次过程中值得深入探讨的问题、高影响天气发生发展可能机理、相应的预报挑战等进行简要梳理,为后续对此次过程的细致和深入分析研究做一个引子。

山西极端暴雨环流特征及水汽异常研究

研究山西极端暴雨发生规律对开展预报预警、灾害防御具有重要意义。本文利用常规观测资料和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),采用标准化距平作为异常度,运用环流分析和物理量诊断等方法,研究1981—2018年6—9月山西17次极端暴雨的气候特征、环流影响系统和水汽异常特征。结果表明:山西极端暴雨主要出现在7—8月,暴雨区主要位于中南部,2010年以来极端暴雨明显多发;影响系统主要是700 h Pa低涡和台风系统,有偏南和偏东两支水汽通道。极端暴雨过程中,低层水汽含量明显偏高,从暴雨区平均比湿的过程最大值看,大部分过程850 h Pa超过14.2 g·kg^(-1),700 h Pa则可超过9.8 g·kg^(-1)、对应暴雨区平均异常度达1.6以上;水汽的极端性在低层水汽通量辐合中心表现突出,17次极端暴雨700、850 h Pa暴雨区水汽通量辐合中心过程最大值的异常度均值分别达-8、-6,其中台风减弱低压影响下的极端暴雨850 h Pa水汽通量辐合中心最大异常度达-12。根据以上环流和水汽特征建立极端暴雨概念模型,并给出极端暴雨低层水汽含量和水汽通量辐合强度预报参考指标。

一次冷涡背景下次天气尺度系统对强对流环境场的影响

在同一东北冷涡背景下,2016年6月12—13日山西境内连续2 d出现强对流天气,12日为分散性对流而13日为大范围强对流。基于多源资料通过对比探讨次天气尺度系统及其演变对风暴环境进而对风暴结构的影响,得出以下结论:(1)两日风暴强度和风暴结构差异显著。6月12日对流孤立分散且回波强度小于55 dBZ,而13日准线性风暴发展成尺度较大的弓形回波引发大范围强对流天气,回波强度达60 dBZ。(2)此次过程的关键影响系统为冷涡背景下的次天气尺度低涡。12日次天气尺度低压扰动开始出现,距离远而未影响山西;13日低压扰动东移发展为次天气尺度切断低涡,低涡相关的地面冷锋及850 hPa切变线触发山西上游对流。(3)12日低层水汽含量低,0~3 km垂直风切变弱,13日低涡前偏南水汽输送使低层显著增湿,叠加中层干冷空气形成不稳定层结,受低涡影响0~3 km风垂直切变增强至5.0×10-3s-1,冷锋触发的对流风暴在上述环境下强烈发展并产生阵风锋,阵风锋组织风暴形成飑线,冷池与0~3 km风切变相互作用使飑线维持。(4)13日有利于飑线发展的环境要素与东北冷涡西侧的次天气尺度切断低涡系统密切相关,次天气尺度低涡是飑线形成发展的关键系统。

气象部门职工网络培训数智化转型研究

气象事业高质量发展离不开新技术的应用和从业者经验的推广,这些都要依赖于气象职工自主学习和参加职业培训。近些年,随着网络新基建的加速发展,以及人工智能、大数据、区块链技术的广泛应用,快速和随时获取知识已经成为在职职工提升岗位技能的必选方式。任何新技术从出现到落地应用都需要一定的时间,建立一个全新的网络培训模式也许相对容易,但是在原有基础上改造会存在一定的困难。气象部门培训的主要方式气象网络培训正处在这样的转型期。通过分析目前气象职工网络培训现状及存在的问题,探讨运用新一代数字技术创新培训管理方式、实现气象职工远程培训数智化转型、提升网络培训效率、促进气象网络培训高质量发展的方法。

套管井固井质量声学检测技术现状与展望

套管井的固井质量检测在保护油气层和环境保护等方面具有重要的意义。在固井质量评价方法中,声波测井技术作为现代测井方法之一,因其对介质声阻抗大小、水泥环内部缺失及层间粘接状况敏感等优点被广泛应用。井孔声场理论是声波测井技术的基础,本文阐述了单层以及多层套管井的声场理论研究现状;介绍了几种国内外传统的声波测井技术,概括了不同技术的原理及特点。同时介绍了人工智能方法在固井质量检测中的应用,强调了多种机器学习方法在处理测井资料提供更大的函数空间,以及帮助测井专业人员以非线性方式从高维空间发掘知识等方面的优势。从5个方面展望了声波测井技术未来可能的发展趋势,为固井质量检测提供进一步的发展建议。

京津冀暖季短时强降水环境特征对比分析

利用2013—2021年暖季(6—9月)京津冀地区逐时降水资料和ERA5再分析资料,根据天气形势对短时强降水进行天气学分型,统计短时强降水发生的时空特征,对比动力、水汽和热力不稳定条件等环境要素特征。结果表明:短时强降水以冷涡型和副高型为主,占到55%,且主要发生在7月中下旬到8月上中旬,强降水主要集中在下午到前半夜。对比发现,不同类型短时强降水空间分布特征区别明显,分型合理;各类型大多表现为低层辐合和高层辐散,西南涡型动力强度表现最强,且随降水临近是增加的,弱天气强迫型在降水前各个时段动力表现最弱;副高型、台风型和西南涡型水汽最为充沛,副高型925 hPa比湿中位数达到19.14 g·kg~(-1),西南涡型在高低层相对湿度均较大,低层平均相对湿度中位数达到87%,弱天气强迫型相对较差,为74%,各类型整层大气可降水量在降水前随时间基本是增加的;弱天气强迫型的热力不稳定性最为突出,850 hPa和500 hPa温度差中位数最大为25.74℃,西南涡型最小,除弱天气强迫型外,各类型热力条件随时间是减弱的。

基于Biot-Stoll理论的充液管-海底沉积物导波的传播特性

研究海底沉积物的声学特性对海洋国防和经济开发具有重要的意义。该文基于Biot-Stoll理论对充液管-海底沉积物中激发产生的模式波的传播特性进行了分析,并数值仿真了海底沉积物声学参数测量的应用。首先,对该模型下的声场进行了求解,建立了模式波的频散方程,研究了管中纵向轴对称模式的传播特性。其次,在纵向L(0,1)模式波传播特性的研究中,数值模拟了接收波形,构建并求解了目标函数,论证了该模式波反演沉积物孔隙参数的可行性。研究结果表明:充液管-海底沉积物模型中的L(0,1)模式波的传播特性对沉积物孔隙参数变化敏感,数值仿真证实了可以利用L(0,1)模式波来反演沉积物孔隙参数。

下击暴流形成机理及监测预警研究进展

下击暴流指对流单体强下沉气流引发的地面或地面附近的爆发性辐散出流,单个下击暴流会导致千米尺度地面强阵风,而下击暴流簇可导致较大范围间断性地面灾害性强阵风,其形成机制亦不限于强下沉气流辐散。文章回顾了下击暴流的界定,然后分为孤立风暴产生的下击暴流和中尺度对流系统内嵌的下击暴流两种情况进行讨论,内容包括对流大风和下击暴流产生的物理机理、风暴结构特征以及基于多普勒天气雷达的预警技术。在上述回顾基础上,对下击暴流形成机理及监测预警难点进行了讨论,提出了与下击暴流相关的亟需研究的问题。

基于能量守恒框架下的波动力学理论研究

基于波动力学的基本概念,提出了在能量守恒框架下建立波动力学方程的新思路与方法.首先,回顾了用牛顿第二定律推导波动力学方程,同时回顾并分析了利用Hamilton变分原理,推导了在连续介质中的Lagrange方程、Hamilton正则方程,以及相应的波动力学方程;其次,在能量守恒的框架下,建立了连续介质的Lagrange方程、Hamilton正则方程和波动力学方程,并证明其结果与利用经典力学推导的结果的一致性,特别地,澄清了用Hamilton变分原理建立保守系统下连续介质的Lagrange方程和Hamilton正则方程时在边界条件应用时的一些模糊认识.在能量守恒框架下建立一系列动力学方程,为我们在不涉及泛函求极值的变分原理等基础上刻画和表述复杂介质中波动现象的演化规律提供了另一种途径,也深入探讨了最小作用原理的物理本质.最后,在能量守恒的框架下给出了建立黏弹性介质中的波动力学微分方程的应用.

山西高原大冰雹与小冰雹的环境参量对比分析

本文利用1956-2017年山西省109个气象站的逐日冰雹观测资料研究了山西冰雹的空间分布特征,发现全省冰雹日数由东北向西南依次减少,与海拔有很好的对应关系,山地冰雹发生日数高于盆地,冰雹频发区主要集中在北部和东部山区。以冰雹直径2 cm为阈值,将冰雹分为大冰雹与小冰雹两类,统计了2008-2019年山西两类冰雹站的比例,结果表明山西高原以小冰雹为主,大冰雹仅占3.9%,盆地大冰雹比山区多,大冰雹容易发生在陡峭山地与盆地或河谷的交界处。为了进一步研究大冰雹与小冰雹产生环境条件的差异,选了2008-2019年山西的23个大冰雹日和44个小冰雹日,基于订正的观测探空对表征冰雹天气的动力、热力和水汽等环境条件的多个环境参量进行了统计分析,以箱须图的形式给出了环境参量的分布。结果表明:大、小冰雹日的水汽差异最为显著,大冰雹日对流层低层水汽含量相对丰富,中层则比小冰雹更干,二者地面露点中位数分别是16℃和14℃,700~400 hPa之间的平均温度露点差中位数分别是14.8℃和12.7℃,整层可降水量中位数分别为26.7 mm和23.7 mm;二者的垂直温度直减率差异不明显,但850 hPa与500 hPa假相当位温差的差异很显著,这是由于假相当位温包含了水汽信息;二者的干球温度0℃层距离地面的高度差异不明显,但大冰雹日湿球温度0℃层距离地面的高度更高,说明大冰雹日干、湿球0℃层的差距更小,0℃层附近的湿度更大。大冰雹出现在更大的条件不稳定和更高的低层露点条件下,因而对应环境有更大的CAPE值,大冰雹与小冰雹的CAPE中位数分别是2099 J·kg^(-1)和1588 J·kg^(-1);大冰雹出现在更大的环境垂直风切变中,0~6 km垂直风切变中位数分别为16 m·s^(-1)和12 m·s^(-1)。

汽车轮毂加工方法与工艺分析

以深槽轮辋为例,阐述兼具使用性能优点和加工成本优势的压力成形制造工艺。通过分析轮毂的材料、结构及加工方法,详细介绍了轮辋生产过程及所用装备,并展望未来生产技术的特点和发展方向。

吡咯替尼靶向治疗对不同CA125表达水平的乳腺癌患者的治疗效果

目的:探讨吡咯替尼靶向治疗对不同癌抗原125(CA125)表达水平的乳腺癌患者的治疗效果。方法:选取106例乳腺癌患者为研究对象,将CA125>16 U/mL的52例患者作为对照组;CA125≤31.47 U/mL的54例患者作为研究组,两组患者均采用吡咯替尼靶向治疗4个月。观察两组治疗前及治疗4个月后临床疗效,检测比较两组治疗前后免疫球蛋白、肿瘤血管生长因子、肿瘤标志物、炎症反应水平。结果:与对照组相比,研究组总有效率高于对照组(P<0.05)。治疗后,两组免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白A(IgA)、肿瘤特异性生长因子(TSGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、癌抗原153(CA153)、组织多肽特异性抗原(TPS)、癌胚抗原(CEA)、肿瘤坏死因子α(TNF-ɑ)、白细胞介素6(IL-6)、C反应蛋白(CRP)水平均降低,且研究组低于对照组(P<0.05)。与对照组相比,研究组皮肤破溃缓解、疼痛缓解、乳腺肿块缓解、淋巴结肿大缓解时间均较短(P<0.05)。结论:乳腺癌患者采用吡咯替尼靶向治疗后,可抑制肿瘤标志物表达,改善患者免疫功能,且相对于CA125高表达水平的患者,CA125低表达患者治疗效果较好,可改善患者临床症状,促使患者的恢复。

幼儿园课程与儿童生活经验的融合探究

教育家陶行知曾言:“生活即教育。”幼儿园课程作为儿童早期教育的重要组成部分,其内容与儿童生活 经验的融合至关重要。本文旨在探讨幼儿园课程与儿童生活经验融合的意义、原则、策略与方法,以期通过具体实例分析, 为幼儿园课程设计提供理论支持和实践指导。

河南“21.7”极端暴雨过程天气尺度系统发展维持机制分析

利用实况资料和ERA5再分析资料对“21.7”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行了深入分析,揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明:本次极端暴雨过程中,河南位于西北太平洋副热带高压(副高)和大陆高压之间的鞍型场中,低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持;锋生作用主要发生在对流层低层且与θ_(se)密集区有较好的对应关系,水平散度项和水平变形项起主导作用,两者的贡献基本相当;视热源(Q_(1))和视水汽汇(Q_(2))水平分布与强降雨落区较为吻合,二者的垂直分布有明显差异,Q_(1)最强加热作用在对流层中高层,而Q_(2)垂直分布较为均匀但强度明显小于Q_(1),Q_(1)中位温垂直输送项起主导作用,而Q_(2)中比湿水平平流项发挥着主导作用,这表明本次河南极端暴雨中,区域性强凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花(2106)北侧偏东气流的不断加强西进,强风速切变及地形抬升引发异常强盛的边界层水汽辐合,总水汽收支主要受到东西向水汽净流入的主导,偏东路径边界层极强的水汽输送对极端暴雨过程的维持和加强起到十分关键的作用。

山东较大范围致灾雷暴大风的多普勒天气雷达特征

利用多源观测资料对2005—2021年山东和周边地区较大范围致灾雷暴大风事件及造成此类事件的对流系统的雷达回波特征从两个尺度进行了分析,结果发现:17年间共发生41次较大范围致灾雷暴大风事件,年均发生2.4次,主要发生在6月。发生前,对流层中下层具有明显的条件不稳定,湿度条件中等略偏干,中层具有明显干层,垂直风切变中等略偏强。就导致较大范围致灾雷暴大风的对流系统整体而言,可分为Ⅰ型(单体可分辨形)飑线、Ⅱ型(条形)飑线、多单体风暴群和弱回波型飑线四类。后侧入流急流携带干冷空气进入飑线通过蒸发冷却降温增强负浮力是Ⅰ型飑线和Ⅱ型飑线产生致灾雷暴大风重要机理。后(右)向传播的多单体风暴群均伴有超级单体,其阵风锋一方面能够触发新生风暴,另一方面本身也可以产生致灾雷暴大风。强对流风暴本身较快的移动速度和可能的后侧入流急流在系统内由降水触发的下沉气流作用下产生的动量下传,导致非对称的下击暴流,增加了出现极端雷暴大风的可能性。弱回波型飑线产生的致灾大风最易被忽视。直接造成120站次致灾雷暴大风的对流分系统包括弓形回波、非超级单体强单体、超级单体、阵风锋和混合型五类,占比分别为30%、26%、6%、23%和16%。弓形回波和超级单体产生的致灾雷暴大风极大风速平均值最大,分别为28.2 m·s^(-1)和29.9 m·s^(-1)。强后侧入流急流和显著中层径向辐合特征可提前约20 min预报弓形回波的形成。致灾雷暴大风主要出现在弓形回波移动方向的中间部分和左侧部分。阵风12级及以上的极端雷暴大风由镶嵌弓形回波的波动型线状回波、弓形回波与中尺度涡旋的组合以及超级单体产生。具有深厚中层径向辐合的非超级单体强单体、强烈发展的飑线的阵风锋、地面冷锋与阵风锋的叠加(常伴有高空动量下传)均可能产生30 m·s^(-1)左右的雷暴大风。

汽车轮毂加工方法与工艺分析

以深槽轮辋为例,阐述兼具使用性能优点和加工成本优势的压力成形制造工艺。通过分析轮毂的材料、结构及加工方法,详细介绍了轮辋生产过程及所用装备,并展望未来生产技术的特点和发展方向。

太行山东麓对流风暴下山演变气候特征

影响北京和河北的对流风暴多半由太行山山区移来,为增加对从太行山东麓下山的对流风暴强度变化和维持时间等演变特征的了解,基于全国雷达组合反射率因子拼图,对2011—2020年10年期间暖季太行山东麓对流风暴下山演变的气候特征进行了统计分析。结果表明:下山对流风暴在石家庄北部、北京南部、保定中南部和沧州市西部存在≥45 dBz的强回波高频中心,且下山对流风暴常在石家庄北部近山平原和沧州西部显著增强;对于下山增强的对流风暴,17时前后在山区最为活跃,18时至次日02时主要影响平原地区;对流风暴来向越偏西,下山对流风暴数越多,下山增强的对流风暴比例越高,移速也越快;下山过程中,大多数对流风暴变得更强和更加具有组织性,下山初始时刻回波强度≥45 dBz的对流风暴86%能成功下山,其中水平尺度大于100 km、结构密实的强对流风暴超过90%能成功下山;下山增强的样本在下山过程中风暴的强回波面积急剧扩大,到达平原前一个时刻其面积约为初始面积的3倍,在平原地区继续发展后其平均面积可达到初始面积的4.6倍;下山增强的对流风暴大多下山用时仅为1~2 h,而影响平原的时长可持续4~8 h,影响平原时长4~8 h的对流风暴的风暴类型以线性MCS(47%)和非线性MCS(30%)为主。

毛细管压力作用下的非饱和双重孔隙介质中弹性波传播

岩石孔隙中常常含有两相或多相流体,了解弹性波作用下流体压力扩散对弹性波频散和衰减的影响对于地球资源探测至关重要.本文建立了由一种骨架和两种流体组成的非饱和双重孔隙介质模型,推导了考虑毛细管压力作用的,包含宏观全局流和中观局域流两种机制的弹性波传播方程.利用平面波分析的方法分析了三种纵波(P1,P2和P3波)和一种横波(S波)的频散和衰减特性,并重点讨论了嵌入体半径、饱和度、渗透率和孔隙度等孔隙介质参数对其中P1波传播特性的影响.经理论分析验证,该模型在特定参数条件下可退化为经典Biot饱和流体孔隙模型.根据数值模拟结果,低频P1波速度会出现低于Gassmann-Wood低频极限的现象,这是由于在考虑宏观尺度上流体间毛细管力作用的情况下,全局流和局域流的耦合作用加速了孔隙压力的平衡过程,使得岩石不排水的基本假设不再成立;孔隙介质参数与弹性波频散和衰减之间是复杂的非线性关系;与仅考虑宏观全局流机制的Santos模型相比,本模型预测的岩石弹性模量在低频段与实际岩心测量数据较吻合,证实了该模型在地震勘探速度场建模方面具有更好的可靠性.

四川盆地西-南部沿山短时强降水环境特征对比分析

利用实况监测、再分析资料和模式分析场资料,分析了盆地西-南部强降水发展特征、天气配置、环境要素、对流触发机制等。结果表明:盆地西-南部强降水有三个发生源地,分别为峨眉山东坡沿山地区、四川盆地南部山区和盆地西北部沿龙门山脉。盆地西-南部的强降水生消发展主要表现为两种分布形势,一是发展型强降水,二是未发展型强降水。在中低层为强降水提供的能量和水汽条件相似情况下,500 hPa的影响系统是决定盆地西-南部强降水天气过程发展与否的关键因素。在中低层不显著的环流差异下,850 hPa风速的微弱变化是造成对流是否维持更长时间的关键,850 hPa风速越大越有利于对流进一步发展形成发展型强降水。影响盆地西-南部强降水发生发展的环境要素中,水汽因子尤为重要。首先,环境水汽含量不仅是深厚湿对流发生的水汽条件,亦在不稳定能量条件中扮演重要角色;其次,充沛的盆地水汽含量足以引发强降水出现,但水汽含量差异是对流性降水发展升尺度的关键因素;最后,水汽含量的差异导致了强降水发展趋势,反过来强降水发展也影响水汽含量阈值,两者相互反馈。盆地西-南部强降水对流触发配置模型可分为低压扰动型和地形辐合型,小尺度冷池、地形辐合和地面辐合线在其触发条件中尤为重要。

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.