EC细网格10 m风场产品在青岛港区的预报检验和随机森林订正

利用2021年3月—2022年2月EC细网格10 m风场预报产品,对其在青岛港区的风场预报能力进行检验和订正。结果表明:对于大港码头、董家口港自动站和董家口港浮标站,EC细网格前48 h的10 m风速预报偏差离散程度相对较小,预报偏差中位数均大于0,表明模式风速预报较实况有系统性偏强的特征。EC细网格24 h预报的10 m风速与实况风速相关性较好,3个站点的相关系数分别为0.76、0.73、0.82。EC细网格对大港码头各风向的风速预报均偏大,在实况风向为东北风和偏东风时,EC细网格风速预报的均方根误差和平均误差最大;对于董家口港自动站和董家口港浮标站,不同风向下EC细网格的风速预报均方根误差差别不大。EC细网格对3个站点的风向预报偏差主要集中在-45°~45°,实况风速越小,风向的预报偏差离散程度越大。利用随机森林算法对青岛港区EC细网格预报风速进行订正,预报精度均得到提高。

影响山东的MCC分型及其差异性特征

利用2007—2022年卫星资料、常规探测资料和ERA5资料,对影响山东的中尺度对流复合体(mesoscale convective complex,MCC)的结构特征及降水分布进行分析。结果表明:(1)MCC多数在傍晚至次日凌晨发展成熟,早晨消亡,生命史较长,平均寿命为7 h,生命史为6~8 h的占88%。根据对流云团的生成源地和移动路径将MCC分为东移型、北上型和原地生成型,其中东移型最多。(2)MCC强降水与最低云顶亮温(也称黑体温度,black body temperature,TBB)和TBB梯度大值区密切相关。东移型MCC 500 hPa中高纬环流平直,强降水位于MCC的西—西北侧;北上型MCC环流为经向型,最强降水位于MCC的南—西南侧;原地生成型MCC引导气流弱,降水分布零散,范围小,分布在TBB梯度大值区。(3)东移型MCC和北上型MCC伴随冷暖空气交汇造成锋生,暖平流区中锋生最强区域通常对应降水大值中心,锋消区内无显著降水;而原地生成型MCC冷平流弱,强降水主要位于暖区一侧。

一次伴随高架雷暴的极端暴雪不稳定机制分析

利用常规观测资料、闪电定位监测、雷达资料和ERA5再分析资料等,分析了2023年12月14日山东地区的一次“雷打雪”天气过程的不稳定机制,利用锋生函数、假相当位温的密集区和地面温度的变化特征等,确定了地面冷锋的位置,结合物理过程的触发和不稳定机制,给出了高架对流暴雪的概念模型。结果表明:雷暴和强降雪出现在地面冷锋后部,低空有深厚稳定的冷垫,逆温层之上存在强盛的暖湿空气,具有产生高架雷暴的环境。暴雪发生期间,存在对流-对称不稳定机制,且对称不稳定和位势不稳定存在于不同层次上:对称不稳定主要位于700 hPa以下,当暖湿气流沿低层冷垫强迫爬升,倾斜对流发展;而位势不稳定位于700~500 hPa,是伴随中低层西南急流的推进逐步建立的。当对称不稳定导致的倾斜对流发展到700~500 hPa层次时,位势不稳定能量得以释放,发展出深厚强烈的垂直对流。位势不稳定的建立与700~500 hPa上20 m·s^(-1)风速前沿的向北推进在时间上具有高度的一致性,超前于最强降雪和雷电,提前1~2 h。高架雷暴的触发除了低层冷垫的动力抬升外,还与中层700~500 hPa附近风速的增强有关,700~500 hPa风速增强后,槽前正涡度平流加强,上升气流发展,进而触发对流,造成强降雪和强烈、高频的雷电活动。尽管本次高架雷暴强降雪时段的回波主要集中在20~35 dBz,但回波顶高超过了-30℃层高度,35 dBz回波伸展到达-10℃层高度之上,仍需高度关注冬季雷电的发生。

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。