天津市暴雨内涝灾害风险分析

分析了城市化对暴雨内涝灾害风险分布的影响 ,介绍了天津市暴雨内涝灾害仿真模型的基本原理及实际暴雨过程的验证情况。在分析天津市暴雨频次分布的基础上 ,根据天津市的暴雨特点和汛期排水运作规则 ,利用天津市内涝灾害仿真模型 ,对不同类型的降水过程进行了数值模拟 ,并对暴雨引起内涝灾害的风险进行了初步的量化评估。

天津市多模式气温集成预报方法

在遗传算法和粒子群算法的基础上,采用权重分配方法开展基于混合演化算法的多模式气温集成预报方法研究。利用2012年5-10月中国气象局GRAPES模式、北京市气象局BJ-RUC模式、中国气象局T639模式、天津市气象局TJWRF模式24 h预报时效的逐6 h地面2 m高度气温和35个天津区域自动气象站点资料,通过逐日滚动建立集成预报模型,对混合演化算法的多模式气温集成预报方法进行了绝对误差在2℃以内的分级、分类及分站检验分析。结果表明:使用该方法建立的气温集成预报模型具有比较可靠的预报能力,预报误差明显小于任一成员,预报准确率高。按绝对误差不大于2℃的检验标准,2012年35个站逐6 h气温、最低气温、最高气温的集成预报平均准确率分别为76.34%,77.88%,78.00%。

天津市6—9月气温与供电量的关系分析

为探讨不同气温指标对城市夏季供电量的影响,对2002—2004年6—9月天津市区逐日供电量、日最大负荷、日最小负荷与02、08、14时和20时,日平均、日最高和日最低气温共7种气温指标的相关性进行综合统计分析,并对相关系数作假设检验。结果表明:平均气温与夏季逐日供电量、日最大负荷相关性最好,02时气温与最小负荷的相关性最高。日平均气温和02时气温是影响城市夏季供电量的主要气象要素。

天津市太阳辐射能资源的精细估算研究

本文根据天津市区１９５９～１９９４年共计３６ａ逐日实测总辐射资料，建立了用其它气象要素（日照百分率及空气湿度）估算不同尺度（年、季、月、旬、候及逐日）太阳总辐射量的系列经验公式，其平均拟合精确度可达９０％～９７％。

天津市花粉预报服务效益评估探讨

[目的]为了推进花粉预报的开展,预防花粉过敏性疾病的发生,提高人民健康水平,降低医疗费用。[方法]通过召开医学专家座谈会及进行患者问卷调查,从预报准确率、预报时效、信息覆盖率、患者预防能力4个方面对花粉预报的社会效益进行初步评估。[结果]对花粉预报有需求的占88%,满意和较满意的占75%,社会效益比较显著。[结论]开展花粉预报是社会发展的需要,是预防花粉过敏性疾病的有效措施之一。

天津市夏季最大电力负荷过程个例分析

用天气学方法分析了天津市2002—2005年夏季最大电力负荷过程的天气背景场、气象要素场和人体舒适度指数。结果显示,在电力负荷上升阶段,高空由低压槽转为高压脊,副热带高压逐步北抬,地面气压、气温回升,风力减小;峰值阶段,副热带高压完全控制华北地区,地面均压,最高气温多日维持在35℃以上,综合反映气温、相对湿度和风速的舒适度指数超过1200。当高空槽再次临近,副热带高压南撤退出天津地区,强降水过程出现,气温、气压急剧下降,电力负荷极值过程宣告结束。分析表明,夏季最大电力负荷过程与天气系统的高低空配置、气象要素、舒适度指数存在一定规律性。

天津一次重污染天气过程气象成因及预报分析

利用NCEP/NCAR和FNL再分析资料以及NOAA扩展重建海温资料,结合2014年2月观测资料,探讨了2014年2月21-26日天津重污染天气过程的气象成因及预报分析。结果表明,重污染期间,东亚大槽和东亚冬季风呈现偏弱的态势,天津出现明显东南风异常且河北以南地区存在大范围高湿区,近地面层存在弱气流辐合且维持弱偏东或偏南风,对流层中低层为弱辐散下沉气流和西南气流,同时也存在逆温层结,这种静稳条件有利于黄渤海及河北以南的水汽和污染物平流输送至天津且在近地面聚集。HYSPLIT模式模拟显示污染物来源于河北省中南部,以平流和弱辐散沉降的方式输送至天津。湿度条件对于重污染天气的产生仅是必要条件,污染物大量聚集才是重要条件。WRF-CMAQ模式短期内能较好模拟重污染期间PM_(2.5)浓度空间分布及重污染天气结束时间;重污染同期及前期秋季阿留申群岛南部海域持续出现显著正海温距平,可以用作中长期预报的一个参考因素。

天津电力负荷特性及其与气象因子的关系

利用天津近30年来的逐年电力负荷数据以及2002—2005年逐时电力负荷资料,分析了天津电力负荷的变化特征,研究了电力负荷与气象因子的关系。结果表明:近30年来,天津电力负荷的长期趋势基本受当地GDP的影响,气温等气象因子的作用不明显;在季节和日尺度上,气温的影响十分显著,7、8月气温每上升1℃,气象负荷将增加120MW左右;除气温的影响外,夏季、初秋相对湿度对电力负荷的影响非常显著,此外,4月、6月、7月和12月还得考虑风的影响;一般来说,夏季最高气温在30℃以上,平均相对湿度大于65%时,才可能出现极端电力负荷。

从“812”天津港特别重大火灾爆炸事故论应急决策气象服务

应急气象服务是指为配合突发公共事件的应急处置实施的气象监测、预报警报、评估、防范建议等服务[1]。由于其服务对象是政府部门,应急气象服务保障工作已经成为科学有效地应对重大突发事件的重要环节。2015年8月12日天津港瑞海公司危险品仓库发生爆炸,损失极其惨重。本文从"812"天津港火灾爆炸事件应急气象服务入手,对重大突发事件应急气象服务进行分析、评估,讨论应急决策气象服务的重要性,提出提升应急决策气象服务能力的对策建议。

天津秋冬季重度霾天气过程气象特征分析及海风的作用

利用常规气象观测资料、加密自动站观测资料、污染物PM2.5质量浓度数据等,对近3年天津秋冬季出现的重度霾天气过程进行分析。主要从重度霾天气发生的天气形势、气象要素特征、减弱消散条件等方面进行分析。结果表明:秋冬季重度霾天气发生时500 h Pa环流形势基本为弱西北气流或偏西气流,低层850 h Pa为高压脊前偏北气流或暖高压脊或高压后部西南气流等控制;地面气压场较弱,多为鞍形场、低压或高压后部控制,风力较小。重度霾天气发生时,海平面气压值基本在1 023~1 028.5 h Pa之间,地面多为南到东南风,风速<1.0 m/s,水平能见度较差(基本在2.0 km以下),当空气湿度较大、雾和霾同时存在时能见度会降至1.0 km以下,另外霾天气发生时在850 h Pa以下均存在较强逆温层或双层逆温现象。对于重度霾天气减弱消散条件,除冷空气东移南下能对污染物起到很好消除作用外,当地面西南风明显加大、出现浓雾天气近地层空气达到饱和以及受偏东路径冷空气影响时,也会对重度霾过程减弱消散起到较好的作用。另外受海风环流影响时,天津大气污染扩散条件会好转、污染物浓度降低、重度霾过程会减弱消散;但因存在海风锋锋前累积增长特征,受海风影响地区会出现霾污染加重的现象(一般为3 h左右,与海风强度及移动速度有关)。

天津市气象因素和大气污染物对慢性阻塞性肺疾病就诊人次的影响及其交互效应

目的探讨气象因素和大气污染物对慢性阻塞性肺疾病(COPD)就诊人次的影响及其交互作用,为开展健康气象预报与服务以及COPD的防治提供依据。方法COPD疾病数据来源于天津市某三甲医院2012年1月1日至2021年12月31日共10年的就诊数据。同期气象数据来自于天津市气象信息中心天津城市气候监测站2012至2021年逐日气象数据。大气环境资料来自于天津市生态环境监测中心。采用R 4.1.2软件应用广义相加模型分析气象因素和大气污染物对COPD就诊人次的影响及其交互作用。结果基于广义相加模型的单因素分析结果显示,24 h内平均气温下降幅度超过5.0℃时,每降低1℃,1 d后COPD日就诊人次增加3.98%;气温日较差大于13.2℃时,每升高1℃,3 d后COPD就诊人次增加1.44%;PM_(10)>233μg/m^(3)或PM_(2.5)>128μg/m^(3)或O_(3)>175μg/m^(3)时,每增加10μg/m^(3),5~7 d后COPD日就诊人次增加1.00%~2.53%。交互作用分析结果显示,冬季24 h内平均气温下降幅度超过5.0℃,PM_(10)浓度≥227μg/m^(3)时,PM_(10)浓度每升高10μg/m^(3),COPD日就诊人次增加27.39%(95%CI:0.50%~63.04%)或PM_(2.5)浓度≥147μg/m^(3)时,PM_(2.5)浓度每升高10μg/m^(3),COPD日就诊人次增加8.83%(95%CI:1.41%~20.24%)。春夏季气温日较差<9℃、O_(3)浓度>193μg/m^(3)时,O_(3)浓度每升高10μg/m^(3),COPD日就诊人次增加4.69%(95%CI:1.71%~7.65%)。结论24 h内平均气温下降幅度、气温日较差以及中度以上环境污染对COPD就诊人次有影响,且气象因素和大气污染物对其影响存在交互作用。

弱天气背景下天津三次局地突发暴雨中尺度特征及触发机制

利用ERA5再分析(0.25°×0.25°)、加密自动气象站、多普勒天气雷达和变分多普勒天气雷达分析系统等高时空分辨率资料,对比分析了2018年7月22日、2019年7月18日、2021年8月23日天津中心城区三次局地突发性暴雨过程的中尺度特征及其触发机制。结果表明:三次局地突发性强降雨均无明显天气尺度系统主导,但环境大气具备较高的对流不稳定能量和较小的对流抑制能量,抬升凝结高度仅0.2~0.4 km,且低层均存在一定的湿层。局地突发性暴雨的发生与城市热岛及海陆下垫面特征差异造成的中小尺度系统有关,暴雨发生前天津中心城区与沿海地区之间的温差和气压差增大,中心城区附近温压场具有明显的非均匀分布特性,中尺度暖低压及其东侧的高温度梯度为局地对流发生提供了有利的中尺度环境条件。此外,暴雨发生前沿海地区均出现了明显的海风加强,城市热岛暖低压辐合与海风风速辐合共同作用使得中尺度辐合强度明显加强,是局地突发性暴雨发生的主要原因,初生的γ中尺度对流单体均位于地面强辐合中心边缘上空。

天津一次夜间极端短时强降水的中尺度特征及成因探究

为研究天津夜间极端短时强降水的中尺度特征及成因,利用加密自动气象站资料、分钟降水资料、多普勒天气雷达资料、风廓线资料及ERA5再分析资料,对2022年7月3日夜间发生在天津的一次极端短时强降水进行了分析。结果表明:此次强降水发生在500 hPa无明显低值天气系统、低层也无天气尺度低空急流背景下,主要由中小尺度天气系统强迫造成,具有明显的局地性、突发性、极端性。造成降水的β中尺度对流系统以组织性较高的多单体风暴形式呈现,其由零散回波组织合并形成,呈现出大陆强对流型回波特征。高温高湿环境下,边界层暖式切变线的增强与地面中尺度辐合线相配合,加之中层干冷空气入侵导致不稳定性增强,对流得以触发。初始对流形成的冷池与环境风构成清晰且不规则的出流边界,冷池强迫作用导致出流边界前侧有γ中尺度涡旋形成。夜间边界层惯性振荡导致的非地转风顺转以及逐渐形成的逆温层结,促使来自海上的东南暖湿气流不断加强为边界层急流,并造成0.1~2.5 km垂直风切变相应增大,低层风切变与逐渐增强的冷池之间相互作用并达到短暂平衡,因而使得出流边界前侧涡旋不断增强并自下而上发展,与涡旋相伴随的强动力辐合直接导致分钟级雨强快速增长并持续数分钟,最终导致了极端短时强降水的出现。研究结果为预测华北地区夜间局地短时强降水并探索其发生发展机制提供了一定的参考依据。

天津一次突发性局地大暴雨中尺度分析

利用加密自动气象站、天津MM5、NCEP1°×1°的6小时再分析资料以及多普勒雷达等资料,对2007年8月26日出现在天津东部地区的局地大暴雨进行了天气学、动力学诊断和中尺度分析。结果表明,暴雨是在大尺度环流形势由经向调整为纬向时期产生的,中低层西风槽、切变线以及地面中尺度辐合线是其主要影响系统;强降水的时空分布有明显的中尺度特征;暴雨区上空形成的斜升气流,有利于强雷暴云的稳定发展;低空东南急流和地面偏东风为暴雨区输送了大量的水汽;地面中尺度辐合线的存在和维持不仅增强了地面的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件。多普勒雷达图中明显的列车效应以及强回波伸展的高度与当天0℃层高度的对应关系也是产生强降水的主要原因。

海陆风环流在天津2009年9月26日局地暴雨过程中的作用

利用常规天气资料、地面加密自动站资料、天津中尺度模式产品资料以及卫星云图和多普勒雷达等资料,对2009年9月26日出现在天津地区的局地暴雨过程进行天气学、动力学诊断分析和中尺度分析。结果表明,本次暴雨的天气尺度主要的影响系统是500 hPa高空槽,中尺度系统是由海陆风环流形成的地面中尺度辐合线。降水前天津市具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有利的动力条件,一定量级的水汽辐合,边界层的东风将渤海的水汽输送至天津市,是本次过程的主要水汽来源。天气尺度的积云对流与海风锋的碰撞触发不稳定能量的释放,引发第一阶段的强降水,边界层东风急流再度加强所产生的抬升效应引发第二阶段的降水。中尺度切变线通过提供带状辐合上升运动起着胚胎和组织积云对流的作用,使得降水回波和对流云团沿中尺度切变线发展、加强和移动,产生了明显的列车效应,导致了这场历史罕见的秋季局部暴雨过程,也充分凸显出海陆风环流对本次暴雨的重要作用。

天津地区城市热岛环流与海风环流相互作用的研究

利用中尺度数值模式(TJ-WRF)模拟资料及天津加密自动气象站资料等,选取几个典型天气过程(城区附近局地强雷暴天气过程、受海风影响明显的无天气过程)个例,分析研究天津城市热岛环流与海风环流的空间结构特征及相互作用;重点对城市热岛环流与海风环流相互作用触发局地强雷暴的机制进行分析。结果表明:城市热岛环流的伸展高度基本在800 hPa附近、空间范围约为20 km、环流内有弱的辐合上升;海风环流的伸展高度在800~750 hPa、空间范围40~60 km,海风环流前沿海风锋的伸展高度为950~900 hPa,垂直上升速度平均为0.2 m·s^(-1),略强于城市热岛环流。海风环流对城市热岛环流有明显消弱作用,城市热岛环流对海风环流有一定的阻挡作用,其阻挡的程度与城市热岛环流强度有关。随海风环流向内陆推进,海风环流与城市热岛环流相遇出现叠加,叠加后的辐合上升运动明显加强,最大上升速度可达0.6 m·s^(-1),并在不稳定天气形势条件下能触发局地强雷暴天气的出现。

基于城市内涝仿真模型的天津风暴潮灾害评估

基于城市内涝仿真模型,根据天津沿海地区的地形、地貌特征以及排水系统等对城市内涝仿真模型进行改进,在沿海边界和河口设置时变水位,使得模型拓展到既能模拟暴雨产生的内涝,也能模拟由于风暴潮侵袭造成的淹没情景。该模型对天津沿海地区历史上典型风暴潮个例以及10年、20年、50年、100年一遇重现期风暴潮产生的积水范围和积水深度进行了模拟,并对2012年8月3日台风达维(1210)造成的天津沿海风暴潮进行了业务试应用。将历史风暴潮个例模拟结果以及2012年8月3日的评估结果与实际灾情进行对比,结果显示模型具有较好的模拟能力,可应用于风暴潮灾害的评估和预估业务中,为相关部门和行业提供决策参考。

天津城市热岛效应对海风(锋)环流影响的数值模拟试验

利用中尺度数值天气模式TJ-WRF,通过对发生在天津城区的局地雷暴天气个例进行模拟,重点通过改变模式中下垫面土地利用类型进行敏感性模拟试验,研究天津城市热岛对海风(锋)环流强度及移动速度等的影响。结果表明:不同土地利用类型城市下垫面造成的城市热岛效应不同,当城市周边郊区下垫面土地类型改为城市建筑用地时,城市热岛效应更加明显且影响范围明显扩大;当城市下垫面改为旱作农地和牧场时,天津城区附近没有出现城市热岛效应。当海风(锋)环流向城区方向移动还未到城区附近时,城市热岛对其有明显加强和加速作用,城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的加强和加速作用越明显,海风(锋)环流移动加快的速度比没有城市热岛时快9.3km·h^(-1)。当海风(锋)环流移动到城区附近时与城市热岛环流相遇,海风(锋)环流受到城市热岛环流阻挡其移速又迅速减慢,其后侧气流南、北分支绕流和向上爬升现象变得明显,两环流相遇叠加后辐合上升运动也明显加强;城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的阻挡作用越明显,海风(锋)环流的移动速度减慢得越多,两环流相遇叠加后的辐合上升运动就越强。另外在向城区移动过程中,海风(锋)环流会使其经过地区低层空气增湿降温,但其后侧湿空气层厚度会因城市热岛效应的存在而明显减小;城市热岛效应越明显,海风(锋)环流后侧湿空气层厚度减小得越明显。

气候变化和人类活动对天津海岸带影响综述

21世纪全球海平面上升和区域地面沉降叠加所致的相对海平面上升速率存在加快趋势,将加剧天津沿海地区风暴潮、洪涝灾害和土地淹没的危害,影响沿海地区的城市抗灾功能、建筑物安全及生态资源。为此,本文综合讨论了气候变化导致的海平面上升和地面沉降对天津沿海风暴潮、海岸侵蚀以及港口码头的影响。建议滨海新区建设要高度重视海洋灾害的监测预警,提高沿海地区防潮和防汛工程的设计标准和城市抗灾能力,以有效实现滨海新区经济和社会可持续发展。

天津大气PM_(2.5)垂直特征及边界层影响

利用2006年12月17日至2007年1月1日天津250 m气象铁塔40 m、120 m、220 m高度PM2.5浓度监测资料及铁塔边界层气象资料,分析了不同天气背景下PM2.5随时间、高度变化的分布特征,研究了铁塔边界层气象条件包括逆温、特征摩擦速度、湍流动量和热量对PM2.5的影响,发现垂直PM2.5细粒子的浓度高低与天气背景及边界层气象条件是密切相关。边界层垂直动力和热力变化影响着PM2.5浓度的变化,冷空气过境时刻,PM2.5浓度达到最高峰值。40 m高度出现一个临界摩擦速度0.4 m/s,高浓度PM2.5比较集中在摩擦速度小于0.4 m/s的区域内,大于0.4 m/s这个摩擦速度,边界层的垂直湍流动量及水平和垂直方向的热量输送通量就会明显的变化,因而促使PM2.5在空中的扩散或沉降。也就是说,当摩擦速度小于0.4 m/s时,有利于PM2.5在空中的累积,PM2.5浓度趋于增高的趋势;反之,有利于PM2.5扩散,PM2.5浓度趋于减小的趋势。