保定市“23·7”极端强降水过程预报服务复盘及思考

随着经济社会的发展,近年来暴雨造成的经济损失逐渐增加,政府决策、各行业(部门)防灾减灾联动,以及公众避险等方面的需求给气象部门的预报服务工作提出了更大挑战。能否成功提前、精准预报出暴雨等灾害性天气过程的演变并及时开展相关气象服务保障工作,直接关系到后续人民生命财产和经济社会发展所面临的灾害风险高低,也决定了后续防范应对工作的效益。

河北保定市“23·7”强降水过程的观测特征分析

利用常规、加密观测资料,风廓线、双偏振雷达探测数据等,对2023年7月29日至8月2日发生在河北省保定市的强致灾性极端强降水过程的阶段性演变、观测特征等进行了分析,结果表明:1)在大陆高压与副高形成“北方高压坝”、台风“杜苏芮”减弱低压北上受阻的环流背景下,“杜苏芮”倒槽、“杜苏芮”残涡东侧的暖式切变线以及副高外围南风气流先后造成保定3个阶段的降水,最长单站降水持续时间70 h,7月30日07:00(北京时间,下同)至8月1日03:00涿州上游、海拔高度介于0.1~1 km的浅山区内不断出现短时强降水、“列车效应”显著,导致该区域出现极端的洪灾。2)29日倒槽降水雨带呈东北—西南向并随时间西北移,最大降水强度39.4 mm/h;30日副高西移,倒槽东侧位势梯度加大,同时台风“卡努”北侧东南气流并入,冀鲁地区低空东南急流加强、北伸,雨带呈“人”字形,降水落区无变化但短时强降水频次增大、强降水范围集中,雨强增至82.2 mm/h。3)切变线降水阶段,对流不稳定层增厚,降水主要集中在西南风—东南风切变线与南风—东风切变线之间,多局地短时强降水,最大雨强为76.3 mm/h。4)“杜苏芮”影响结束后,副高外围的低层偏南气流有明显的风速辐合,引发暖区局地降水,雨带呈准南北向且分为多轮次,各轮次降水落区次第向东移动且强度不断减小,阶段内最大降水强度54.2 mm/h。5)双偏振雷达图像显示,在倒槽降水阶段,前期为低质心暖云降水,对流发展高度最低,暖云碰并机制明显,雨滴粒子直径最大;“卡努”东南急流并入时段,0°C层下降、-10°C层抬升,对流高度增加,霰粒子增长、冰相粒子聚合融化,雨滴粒子浓度增至最大。在切变线降水时0~-10°C层厚度减小而-10~-20°C层厚度增加,对流发展高度最高,霰粒子凇附增长更为明显。6)地形对降水有增幅作用,倒槽降水阶段东南气流加强、北伸时与偏东风在保定中、北部辐合抬升,保定浅山区开始有山洪出现;“卡努”北侧东南风气流并入时的倒槽降水阶段以及切变线降水阶段,东南风与太行山北段近乎正交,保定西南部山区30日08:00至31日08:00出现24 h降水量极值。

一次冷锋过境时引发多种天气现象的成因分析

利用观测数据、雷达产品、ERA5再分析资料对2021年4月15日河北保定一次天气过程进行综合分析,结果表明:(1)天气背景高层干冷,低层有暖脊,整层大气较为干燥。冷锋过境引起地面风力加大,锋面触发干对流后,冷池出流进一步加大了地面风速,湍流加强并出现扬沙。(2)对流云内存在水平弱风区,其径向速度近于0 m/s,弱风区后侧的雷达回波强度呈增加趋势。雷达低仰角0径向速度区的上方有水凝物粒子迅速集中、生长,生长区内径向速度为5~10 m/s,降雹区域上空各仰角均为0径向速度。(3)下击暴流和动量下传引发了干对流大风,降水粒子的蒸发、拖曳作用进一步加剧了气流下沉,其中蒸发作用的贡献更显著。(4)干对流消亡后,锋面东移,锋后西北风减弱,扬沙天气结束,较小的近地层风通量有利于沙尘粒子缓慢下降,地面能见度好转但PM10浓度依然较高。(5)夜间冷空气下沉,上游输送的沙尘粒子随之沉降,造成了浮尘天气。

一次下击暴流过程形成机制的模拟分析

利用常规观测资料,多普勒天气雷达产品,基于多源数据的RMAPS模拟结果等,对2017年7月9日发生在河北顺平县的一次由下击暴流引发的极端大风过程进行了分析和模拟。结果表明:(1)对流云中及云下方的西北气流受降水影响,动量下传且伴有地面的辐散风,近地层的下沉中心位于地面大风区上空。(2)云中水成物微物理特征模拟结果显示雨水和霰/冰雹的比含水量大,雹胚生长主要与雪和云水有关,而霰/冰雹融化后增加了雨水粒子。(3)比较不同水成物的等效冷却温度,发现雨水蒸发冷却对大风形成的贡献最大,冰雹的融化机制和拖曳作用贡献量相当;在700 hPa以下,随着高度降低雨水拖曳的贡献逐渐大于冰雹融化与冰雹拖曳贡献之和。(4)下沉气流叠加在地面辐散风场和冷池密度流上,导致地面辐散中心的东南侧出现了43.1 m·s^(-1)的极端强风。极端强风的下游,由于云水凝结、雹胚生长等凝结潜热释放过程抵消了部分水成物的冷却效应,以及冷出流减弱等因素,使得地面风速有所减弱。

基于气块法的冀中回流东风温湿特征个例分析

针对2014年2月6—7日发生在冀中地区的一次典型回流降水过程,利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料等,基于HYSPLIT后向轨迹模型,以气块法分析其冷、暖空气的运动轨迹。结果表明:源自西西伯利亚和蒙古国西部、泰梅尔半岛及其南部的新西伯利亚,以及中蒙边界的三支气流组成了东路冷空气,它们原本为高空的干冷气团,干绝热下沉并移动至渤海湾后气流转向,东路冷空气变形为“湿冷”气团;欧洲地区是西路冷空气的主要源地,它与暖湿空气相遇后,在风场中形成了气旋性环流,进一步加强了动力条件;700 hPa暖湿空气来自青藏高原南部,此外,900 hPa以下边界层中的本地气块在东路冷空气上爬升后,在700 hPa附近转变为“湿”气团。

雄安新区及上游极端降水特征分析

选取1981—2019年河北省雄安新区及上游保定地区共19个国家观测站的逐日降水资料,基于百分位法和线性倾向估计法,对上述地区极端降水的时空分布和演变趋势等进行了分析。结果表明:各百分阈值具有相似性,以第95百分位数作为极端降水阈值得到的各站年平均极端降水量及其在总降水量中所占比例的分布情况大体一致,大值区集中在山区到平原的过渡地区。2001年起极端降水总站次在波动中上升;7—8月极端降水最为频繁,10月平均极端降水日站次最多。年平均极端降水量、日数及其在总降水量中所占比例的变化趋势较为一致,阜平、西南部浅山区以及雄安新区北面的高碑店呈递增趋势;年平均极端降水强度呈增加的站点分布较为广泛。浅山区极端降水强度最大;山区年平均极端降水日数最多;平原年平均极端降水量最小。5—8月浅山区的年均极端降水强度均为各区域中最大;平原次之;山区最小。7月各区域年平均极端降水日数均在1 d以上;山区5—9月年平均极端降水日数均为最多。

冷涡背景下冀中致灾冰雹天气过程诊断分析

利用常规地面观测资料、ERA5再分析资料,对2020年6月25日发生在冀中地区的一次致灾冰雹天气过程进行多角度诊断分析,结果表明:500 hPa东蒙冷涡底部大风核携带冷空气东移,与低层暖温度脊和高湿区叠加,形成上干冷、下暖湿的大气不稳定层结,具备出现强对流天气的潜势。较强的垂直风切变有利于强对流天气的加强和发展,适宜的0°层和-20°层高度,符合华北地区降雹高度指标。高空冷涡东南象限的低层切变线附近由于热力和动力的共同作用触发了午后的对流性天气。低层偏南风气流作为入流气流为对流云的发展提供了源源不断的水汽,保障了对流活动的长时间维持。

近10年保定夏季暴雨过程中地面水汽压的分布特征

文章选取了2010—2019年保定19个国家站的238站/次暴雨过程,对降水发生前地面最大水汽压的分布状态进行了分析,并以1981—2010年的区域平均作为气候值,结果发现:3个以上台站的地面最大水汽压在7月中旬—8月中旬超过气候值4 hPa、其余时段超过5 hPa可作为暴雨预报的指标;配合不稳定形势,1—2个台站在7月中、下旬达到气候值,或其余时段超过气候值2 hPa可作为单站暴雨的参考依据;7月中、下旬,暖区降水和高空槽降水叠加时,地面最大水汽压达到25 hPa和29 hPa分别为50 mm和150 mm降水的预报指标;8月下旬,山区地面最大水汽压达到气候值时台站可能出现可暴雨。

冀中一次干对流过程的成因分析

利用常规观测资料、自动站加密资料和ERA5再分析资料等,诊断分析了2021年4月15日发生在河北保定的一次漏报干对流过程,结果表明:低槽冷锋系统自太行山东移进入冀中平原时,850 hPa两短波合并加强、锋区强度增加,上升运动得以建立并在中性层结大气中稳定维持进而触发了干对流。短波槽后的西北风速加大,导致低层垂直风切变增加,有利于干对流风暴的加强。中层较大的水平风速有利于干冷空气被夹卷进入干对流风暴,最终导致对流大风出现。冷锋过境先引起地面风力加大,随后叠加了对流大风,地面风速最终达19.5m/s。较低的云水含量,使得过程降水量较小。相对湿度>80%的区域位于上升气流的边缘、-10℃层之上,有利于雹胚在此翻滚增长,但由于过冷水含量较少,雹胚无法增长为大冰雹。

冀中一次回流降雪过程的水汽条件分析

利用常规观测资料与NCEP1°×1°再分析资料,对2014年2月7日冀中南地区一次降雪过程的水汽特征进行诊断分析,结果表明:(1)降雪前地面水汽压有两次跃升,第一次跃升由低层大气反气旋环流后部的偏南风输送水汽造成,第二次跃升由高空槽前的西南气流与边界层偏东风共同引发。(2)边界层偏东风在降雪产生前,对应着较弱的湿平流,当降水产生后,偏东风表现为干气团。(3)水汽收支计算结果表明,当纬向水汽由净流出转为净流入时,降水随之产生。

保定近59年极端降水变化特征分析

利用保定气象站1961—2019年的逐日降水资料,采用百分位法以及线性倾向估计方法对保定极端降水的变化特征进行了分析。结果表明:年均极端降水量为199.7 mm,年均极端降水日数为3.6天;4—10月均有极端降水发生,7月、8月的极端降水强度为暴雨量级,6月、9月和5月的极端降水强度为大雨量级;年极端降水量、极端降水日数、极端降水强度、极端降水贡献率均呈下降趋势;2011年以来,极端降水量和极端降水日数表现为弱下降趋势,极端降水对总降水的贡献下降趋势明显,但极端降水强度为各年代际最强且依就保持递增趋势状态。

SL3-1型雨量传感器工作原理与故障排除

为了获取丰富详实的气象信息,创建稳定持续又具有长期性的天气、气候观测能力,运用先进的技术手段有效增强地面自动化气象观测水平越发凸显出其重要性.而目前现有基层台站在观测能力上存在着严重不足,自动站工作原理认知能力和故障处理能力亟待加强.本文针对雨量传感器的常见故障结合其工作原理进行了详细梳理和分析.

保定“6·25”致雹超级单体过程分析

利用常规气象观测资料、微波辐射计资料、多普勒雷达资料和欧洲中心ERA5再分析资料,对保定市2020年6月25日下午一次强冰雹过程的环境条件、降雹超级单体特征和物理量进行分析,找出此次冰雹天气的主要成因。结果表明:(1)此次冰雹天气发生在前倾槽环流背景下,属西北气流型冰雹天气;中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流和地面冷锋的配置为此次强对流天气的产生提供了有利的热力和动力条件。(2)高CAPE值、低层适当水汽条件及较强的垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区,超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。(4)通过分析微波辐射计资料发现,强降雹超级单体临近时气压涌升,温度骤降,液态水含量明显跃增;整层大气呈“上干下湿”结构,这种不稳定层结有利于对流风暴的发展加强;降雹开始后,边界层大气呈“上下湿、中间干”的3层结构说明有干冷空气向下侵入。