一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25-29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究，结果表明：1）东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋。初期，气旋性涡度出现在对流层中层，然后向中低层及高层伸展。而低涡加强阶段，气旋性涡度在对流层高层增加得最快，并逐渐向中低层传播，诱发地面气旋的发展；由于高低空锋生的相互作用，在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的“弓形”锋区。2）对涡度收支的计算表明，水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用。但在不同阶段，这两项的作用和大小各不相同。3）对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播，有利于低涡的发展加强，与低涡暴雨的落区位置较为接近。此外对卫星云顶亮度温度（TBB）的分析，发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应。4）低涡暴雨的水汽初期主要来自北部，随着低纬地区西南季风的增强，沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带，东北地区水汽收支以南北向的辐合为主。5）将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较，发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系。

20世纪90年代以来东北暴雨过程特征分析

使用1990～2005年全国730站日降水资料和NCEP格点分析资料对1990～2005年东北地区大暴雨过程进行了分类研究,探讨21世纪前后夏季东北暴雨的主要特征。按照东北地区日降雨量大于50 mm的站点数不少于5个的标准,统计出1990～2005年东北地区的69个暴雨个例(共90天)。在统计的基础上,进一步对造成大范围暴雨过程的天气形势进行分类研究。考虑阻塞高压、热带、副热带系统和西风带之间的相互关系,将暴雨过程的主要影响系统大致分为6类:(1)台风与西风带系统(西风槽、东北低涡)的远距离相互作用(20个,28.9%);(2)登陆台风(或南来低涡)北上与西风带系统(西风槽、东北低涡)相互作用(16个,23.2%);(3)台风直接暴雨(1个,1.5%);(4)低槽冷锋暴雨(16个,23.2%);(5)低空切变型暴雨(2个,2.9%);(6)东北低涡暴雨(14个,20.3%)。在所有个例中与台风有关的共有37个,超过一半,占总数53.6%。台风的远距离水汽输送或登陆台风北上与西风带系统相互作用是东北地区产生大暴雨或持续性大暴雨的重要环流条件。此外,东北低涡和西风槽前系统造成暴雨个例也比较多,也是东北地区大范围暴雨的重要影响系统,低槽冷锋暴雨和东北低涡暴雨也各分为4小类。低空切变暴雨的切变线一般在低层较为明显。上述分析表明,夏季东北地区暴雨过程种类繁多,情况较为复杂,且进入新世纪以来该区降雨过程较为活跃,值得深入研究。

不同嵌套方式下的积云对流方案对上海崇明极端暴雨高分辨率模拟的影响研究

使用1980~2017年共38年崇明站逐日降水资料对崇明站年降水量及暴雨日数的特征进行分析,并使用中尺度数值预报模式WRF3.9.1.1(Weather Research and Forecasting model)针对崇明年降水量及暴雨日数异常年份2015年的最强降水过程进行数值模拟,结合站点降水观测资料使用统计方法来系统验证模拟结果。通过敏感性试验着重研究尺度自适应的GF(Grell–Freitas)与传统的KF(Kain–Fritsch)、BMJ(Betts–Miller–Janji?)积云对流参数化方案在不同比率的网格嵌套方式下对于本次过程极端降水总量及逐时变化预报的影响。研究结果表明:使用大比率(9:1或15:1)的双层嵌套可以更真实地模拟强降水区累积降水量分布和逐时变化情况,而使用传统的小比率(3:1或5:1)三层嵌套网格会导致大暴雨和特大暴雨的TS(Threat Score)评分降低,小时降水峰值模拟偏弱等问题;模式外圈使用传统的KF、BMJ积云对流方案比尺度自适应的GF方案对于内圈高分辨率的极端降水总量、逐时变化模拟更有优势,特别是使用KF方案,可以更真实地模拟出极端降水中心的日变化强度;而使用GF方案对于入海口降水模拟偏弱,大暴雨和特大暴雨的TS评分普遍偏低,小时降水峰值也被严重低估。

不同云微物理方案对上海特大暴雨模拟影响的分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.5,采用36、12和4 km三重嵌套,在积云参数化方案为BMJ条件下,选用WSM5、WSM6和Lin三种云微物理参数化方案,对发生在上海地区的两次典型特大暴雨(简称"0913"和"0825")进行模拟试验和对比分析,探讨不同云微物理参数化方案对上海暴雨模拟的影响。结果表明:三种方案总体上都较好地模拟出两次特大暴雨过程,但在降水落区、降水中心、降水强度等方面仍存在差异。再利用地面自动站、观测站的实测雨量以及自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据,结合K指数、相对湿度、垂直速度和涡度散度等物理诊断量,从降水落区、降水中心和降水强度等方面对三种云微物理参数化方案的模拟结果进行对比分析。此外,通过对三种方案主要参数的比较以及三种方案模拟的冰、雪、霰粒子混合比的垂直廓线对相应的模拟结果进行解释。结果显示:WSM5微物理方案能更好地模拟出强降水的范围,其模拟的降水量较实测偏大;WSM6方案模拟的降水落区略有偏移,降水量偏小;Lin方案模拟的降水落区偏移较大。

华北平原参考作物蒸散量对气候因子的季节响应分析

为探讨华北平原作物需水量在不同季节随气候变化的变化规律,对华北平原参考作物蒸散量（Evapotranspiration,简称ET_o）在不同季节对气候因子的响应情况进行了分析研究。首先利用FAO-56Penman-Monteith公式计算了华北平原48个气象站点1960～2012年的ET_o,其次分析了ET_o及温度（T）、日照时数（n）、风速（u）和相对湿度（RH）这4个主要气候因子在各个季节的年际变化规律,然后使用敏感性分析法分析了ET_o对气候因子变化的敏感程度,最后结合ET_o对气候因子的敏感性及气候因子的多年相对变化率分析得出气候因子的变化对ET_o变化的贡献。结果表明：1960～2012年,华北平原ET_o在四季的年际变化均呈下降趋势。气候因子除T呈上升趋势外,n、u和RH均呈下降趋势。ET_o对T、n和u的变化正敏感,对RH的变化负敏感。ET_o对T和n最敏感的季节为夏季,对u和RH最敏感的季节为冬季。ET_o在春季、秋季和冬季的下降主要受u下降的影响,ET_o在夏季的下降则主要归因于n的下降。

新时代我国综合气象防灾减灾的综述与展望

全球变化背景下,经济社会发展对综合气象防灾减灾提出了新的需求.聚焦我国综合气象灾害监测预报预警体系建设、气象灾害预警信息发布体制机制和综合气象灾害风险防范体系三大方向,本文系统分析了近年来我国综合气象防灾减灾工作的主要成就.在综合气象灾害监测预报预警体系建设上,全面回顾了气象灾害监测网络、国家突发事件预警平台建设、全球气象灾害监测能力建设、环境气象预报预警能力和气象防灾减灾救灾保障能力建设的主要进展.在气象灾害预警信息发布体制机制上,从重大事件和活动中的气象灾害服务能力、气象灾害决策服务智能化水平、气象灾害风险预警业务化和标准化、蓝天保卫战中的先导联动作用和机制和基层气象防灾减灾体系五个方面全面分析主要成绩.在气象灾害风险防范体系上,从新时代我国气象灾害风险防范体系顶层设计、农村气象防灾减灾建设、气象灾害风险治理能力和气象防灾减灾救灾责任体系4个方面介绍我国综合气象灾害风险防范体系的主要成就.在此基础上,从资源、业务、研究和理念上对我国未来气象综合防灾减灾进行了相应的展望和讨论.

探空和飞机观测资料联合同化对台风“苏迪罗”(2015)数值模拟的影响研究

基于中尺度数值天气预报模式WRF和WRFDA三维变分同化系统,针对2015年台风"苏迪罗"二次登陆过程,利用NCEP ADP提供的无线电探空、飞机报观测资料,同时同化两种资料,并进行36 h模拟预报,从台风移动路径、强度、降水及模式初始场改进等方面分析了同化模拟效果。结果表明,同时同化两种资料能够有效改善台风移动路径、中心附近最低气压的模拟。对浙闽降水关键区24 h降水的TS评分结果表明,该同化方案对台风降水的预报评分有一定程度的改进,尤其是中雨和特大暴雨的改进最明显。对于模式初始场的温度、相对湿度、纬向风、经向风在各高度上的均方根误差,除湿度外均有不同程度的减小。并且同化对于台风结构的模拟也有所调整。

基于百分位数法的中国不同强度小时降雨频次空间分异格局及其变化模态研究(1961-2013)

高分辨率的降水数据有助于科学认识全球增暖背景下不同强度降雨事件的空间分异特征。采用1961-2013年中国545个气象观测站的小时降水数据,基于50%和90%分位数,将小时降水事件分为弱降雨、中等强度降雨、强降雨和总降雨四类事件,从气候态特征、波动特征、变化趋势和时空变化模态四个方面诊断了上述四类小时降雨频次的空间演变特征。结果表明:(1)基于50%和90%分位数阈值的方法表明中国小时降雨阈值具有明显的东高、西低,沿海高、内陆低的空间分异特征。(2)中国不同强度小时降雨频次在1961-2013年呈现出东南高、西北低的空间分异特征,其中从东北至西南存在一个介于东南和西北之间的过渡带,其不同降雨频次介于东南和西北之间。(3)中国不同强度小时降雨频次波动特征首先呈现出东南波动小,西北波动大;其次呈现出南方波动小,北方波动大的空间分异特征。中国不同强度小时降雨频次均在长江流域呈现出增加趋势,强降雨和总降雨频次在京津冀地区也明显趋于增加。(4)基于EOF分析的结果表明中国不同强度小时降雨频次在长江流域趋于增加是最主要的模态特征,该模态小时弱降雨、中等强度降雨、强降雨和总降雨频次的方差解释率分别达62.49%、59.41%、46.26%和67.20%。

不同场景下的交通能见度估算模型的应用

能见度监测是交通出行安全的重要保障,尤其对机场和高速公路的大范围低能见度的监测和预警更为重要。在传统人工目测方法的基础上,以激光透射能见度仪为代表的仪器测量方法更为准确,但存在探测范围小、维护成本高、全覆盖耗资大的局限性。为了克服以上缺陷,使交通能见度的估计更为灵活、高效,本文基于机场气象站点观测数据、机场大雾以及高速公路低能见度图像,构建优化三种不同场景下的能见度估计模型,并探讨了不同模型的适用性。1)基于气象站点观测的能见度估计,运用相关系数矩阵和特征重要性分析筛选出相对湿度、温度、水平风速3个变量,并考虑昼夜分别构建三元三次多项式拟合模型,模型的决定系数(R^(2))可达0.9以上;2)基于机场大雾图像的能见度估计深度学习模型,利用尺度不变特征变换方法提取图像关键点的特征向量,输入全连接神经网络(fully connected neural network)模型,加快训练过程并提高模型的可解释性;3)基于高速公路图像的能见度估计的反演模型,根据暗通道先验理论和能见度测量基本方程,计算大气光亮度和透射率,并根据图像距离信息得到单目图像的能见度,该方法无须预置目标物和像机参数,也不需要训练样本。本研究考虑了基于气象观测的物理模型与基于图像特征的深度学习方法,建立分别适用于具有机场常规气象观测,以及机场大雾低信噪比图像或高速公路低能见度单目图像时对交通能见度的估计,有效降低了能见度监测对观测仪器的依赖性。

区域气候模式CWRF对我国极端温度时空变化的模拟评估

基于中国均一化气温数据集CN05.1的观测数据,结合暖昼指数(TX90)、冷昼指数(TX10)、暖夜指数(TN90)、冷夜指数(TN10)、暖日持续指数(WSDI)和冷日持续指数(CSDI)6个极端温度指数,从气候平均、概率分布、年际变率和年际趋势方面,系统评估区域气候模式(Climate–Weather Research and Forecasting model,CWRF)对1980~2015年间我国极端温度指数区域分布和年际变化的模拟能力,为改进并利用模式研究我国未来区域极端温度的预测提供科学依据。结果显示:观测的冷暖指数在北方的年际变率幅度高于南方,其中暖指数在我国大部分地区为增暖趋势,冷指数在北方地区的变冷趋势显著,尤其暖夜增暖、冷夜变冷,极端暖事件(WSDI)的持续性比冷事件(CSDI)显著。CWRF模式较好再现了极端温度指数的年均分布和年际变化趋势特征,尤其对暖日和冷日持续指数的模拟优势显著,但仍存在系统性的区域偏差,如低估暖昼和冷夜的极值强度;对华东地区暖(冷)指数变暖(冷)的趋势存在低(高)估;尤其是低估青藏高原地区暖、冷指数的强度,并且高估其暖昼变冷、暖夜变暖的年际变化趋势。因此,该模式对华东及高原地区极端温度的强度和年际变率的模拟仍亟需改善。

透视中国小时极端降水强度和频次的时空变化特征(1961～2013年)

极端降水事件具有小概率和高风险的特征,采用高分辨率数据有助于了解极端降水真实情况。采用1961~2013年中国小时降水数据,从极端降水的强度和频次特征出发,采用多种数理统计方法诊断中国小时极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)不同重现期下的中国小时极端降水强度具有明显的东南高-西北低的空间分异特征。不同百分位数下的中国小时极端降水阈值也具有东南高-西北低的空间分异特征。(2)不同百分位数下的1961~2013年中国小时极端降水频次变化趋势主要以增加趋势为主,且随着百分位数的增加,增加趋势趋于减小并向长江流域地区集中。中国小时极端降水频次波动特征则呈东南波动小-西北波动大的空间分异格局,且随着百分位数的增加波动大的地区从西北向东部和南部地区扩张,同时西部地区逐渐呈现出波动大小镶嵌的格局。(3)90%和95%分位数下的中国小时极端降水频次EOF分析表明,中国小时极端降水频次具有明显不同的时空变化模态,且前两个模态可以反映中国小时极端降水频次的主要时空变化模态。两种超阈值取样方法均反映了长江流域呈增加趋势的时空模态特征。