“12·14雷打雪”过程的闪电特征及成因

2023年12月14日在山西和河北南部、河南北部、山东西部出现一次大到暴雪过程,并伴随频繁的闪电活动。利用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(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料以及闪电、大气电场仪、双偏振多普勒天气雷达等观测资料对此次“雷打雪”天气过程进行详细分析,得到以下研究结果:(1)此次“雷打雪”是一次明显的高架对流天气过程,低层一直存在逆温层,850~600 hPa为显著的暖湿平流,925 hPa以下近地面东北风形成的“冷垫”楔入到条件性对称不稳定层结下方,抬升暖湿空气,触发对流天气,释放不稳定能量,产生较强的上升运动。(2)降雪过程的雷电活动比较活跃,闪电频数高达99次·(10 min)^(-1),云闪和地闪比例为1.7∶1,正地闪的占比为19.4%。此次“雷打雪”天气过程的闪电空间分布和走向与强降雪落区表现出良好的一致性,闪电密集区域对应强降雪区域,74%的暴雪站周围30 km范围内出现闪电,100%的大暴雪站周围30 km内发生了闪电。(3)高空正K_(DP)区域与地面降水率的增大密切相关。总闪电与6 km等高层雷达回波的空间一致性很好,基本分布在大于20 dBZ的云区内,闪电落区的回波顶高几乎都在5 km以上。雷达发现在5~8 km的高度范围出现Z_(DR)和K_(DP)的正值区,揭示云内存在明显的垂直上升运动和过冷却液态水,存在良好云内起电条件,结合地面电场观测资料和闪电资料,推测此次降雪云系的电荷结构为上正下负的电荷结构。

四种检验方法在山东暴雪预报中的应用对比

利用山东122个国家级地面气象观测站2017—2021年中1—3月和11—12月“24 h降雪量p≥10.0 mm”的暴雪实况资料,采用二分类法、邻域空间检验法(以下简称“邻域法”)、时间偏移法和量级模糊法等4种方法对山东暴雪预报进行检验与对比。结果表明:(1)山东暴雪具有明显的时空分布特征,暴雪主要出现在半岛北部地区,鲁东南和半岛南部产生暴雪的概率最小;暴雪出现次数的年际变化和月际变化较大,最多年份出现98次,最少年份仅有5次,2月是高发月,占全年暴雪总次数的38.5%。(2)现行业务中应用最广泛的二分类法检验的预报命中率较低,其中24 h预报命中率仅为12.08%,主要原因是该方法受到空间、时间和量级的多重影响,不能精细准确地反映预报能力。(3)邻域法、时间偏移法和量级模糊法对24 h的暴雪预报命中率分别为14.40%、14.69%和30.05%;相较于二分类法,这3种检验方法的预报命中率均有较大幅度提高,空报率和漏报率均有较大幅度下降。(4)融合邻域法、时间偏移法和量级模糊法的综合检验法,能从空间、时间和量级3个维度区分出预报差异,检验结果更加精细准确,有利于引导预报员放下“检验评分低”的思想包袱,做出更加科学客观的预报,进一步提升预报服务效果。

2008年7月23日日照市大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料对2008年7月23日发生在山东省日照市的大暴雨天气过程进行了综合诊断分析,结果表明:低涡切变及地面气旋是此次日照大暴雨的主要影响系统;低层辐合和高层辐散为此次过程提供了有利的抬升条件;高空西南气流和低层偏东气流为大暴雨提供了丰富的水汽;潜在不稳定能量和强烈的垂直运动等因素的共同影响,也是此次大暴雨天气过程形成的重要因素。

山东冰雹时空分布特征与分类预报指标研究

利用冰雹实况资料、高空探测资料、地面观测资料和EC细网格数值预报资料,统计分析了2012-2021年79次对山东造成较大灾害的冰雹过程的时空分布特征,总结了不同区域、不同大小以及关键月份降雹的关键环境参量特征及阈值。结果表明:(1)山东降雹具有明显的时空分布特征,降雹主要出现在鲁中地区和鲁北地区;降雹日数年际变化较大,最多年份可达14 d,最少仅为5 d;降雹主要出现在春末夏初,占全年降雹日数的65%;14:00-20:00是冰雹高发时段,占全天降雹的63.3%。(2)鲁中地区年平均出现大冰雹的次数最多,但半岛地区出现大冰雹的概率更大;大冰雹主要出现在5—6月,占全年大冰雹日数的68.6%。(3)山东降雹具有较大的对流有效位能、中等及以上强度的深层(0~6 km)垂直风切变、显著的条件不稳定层结和适宜的特征层高度/厚度。(4)不同区域、不同大小以及关键月份的物理参量的特征和潜势预报阈值都有一定的差别,主要体现在内陆地区、6月降雹、大冰雹较沿海地区、5月降雹、小冰雹的对流有效位能明显偏大、干暖盖指数偏小、深层垂直切变有所增大、抬升凝结高度略偏高、-20~0℃层的厚度偏薄。

山东省雷电活动的时空变化特征

利用卫星观测到的闪电资料和山东省雷暴资料对山东省雷电活动进行时空变化特征分析。结果表明,雷暴日的空间分布特征与卫星观测到的闪电密度空间分布大体一致;雷暴日的季节分布特征与卫星观测到的闪电季节分布大体一致;山东省的雷暴日变化具有从20世纪60年代中后期开始,年雷暴日数具有明显的线性减少趋势,并呈现出在波动中下降的特点。

山东省闪电活动与降水关系的研究

利用TRMM卫星观测到的闪电资料、NCEP资料以及山东省闪电定位资料对山东闪电活动进行分析。结果表明,山东省的降水与闪电在季节尺度上,两者的变化关系较好,但峰值月份有所不同,闪电的峰值在7月,而降水则在8月。

DFC2型光电式数字日照计与暗筒式日照计对比分析

文章基于2019-01/06日照市3个国家站DFC2型光电式数字日照计与暗筒式日照计观测的日照时数,利用差值与相对差值、线性趋势等统计方法,对比分析了光电式数字日照计与暗筒式日照计逐月、逐日、逐时以及在不同气象条件下的日照时数差异。结果表明:光电式数字日照计日照时数较暗筒式日照计略偏少,2者数据一致性较好;光电式数字日照计由于仪器分辨力高、感光灵敏度高和人为因素影响小等优势,在日出和日落时段,能更客观地反映日照变化情况。研究结果为光电式数字日照计运行维护、资料统计及相关应用研究提供了参考依据。

鲁东南冰雹时空分布特征与分类预报指标研究

文章以鲁东南2000-2021年46个降雹日为样本分析了该地区冰雹的时空分布特征、冰雹发生前的天气系统背景及邻近探空站资料显示的环境参量特征,提出了该地区冰雹预报预警的各物理量阈值及冰雹发生临界拟合值。

台风“达维”对山东日照“08.03”暴雨天气过程的影响分析

利用2012 年8 月2 ～ 3 日高空、地面常规资料以及FY - 2D 卫星云图,从环流形势、物理量场、卫星云图等方面探讨2012 年10 号台风“达维”对日照“08. 03”暴雨天气过程的影响.结果表明：本次台风暴雨是由“达维”气旋性涡旋自身动力上升造成的.强降水主要发生在高能舌附近和台风移向的右前方;水汽通量中心区、水汽通量散度负值影响区、垂直速度强上升区对应强降水区;日照上空强烈的低层辐合和高层辐散十分有利于强降水的产生;台风“达维”的不对称结构是强降水出现在日照的重要原因,强降水云系位于台风移向的右前方,TBB、OLR 低值中心对应强降水中心.

山东省一次罕见强对流天气的环境场及雷达特征分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域自动站气象资料,分析了2019年8月16日山东省特大冰雹和雷雨大风强对流天气过程。结果表明:(1)此次强对流天气过程是在东北冷涡背景下由地面β中尺度辐合线、γ中尺度涡旋触发产生的。(2)中低层较大的温度垂直递减率、近地面层的逆温层、上干冷下暖湿、适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是雷暴大风和大冰雹出现的典型特征。(3)β中尺度辐合线触发的对流单体不断发展、合并,形成单体之间排列较为松散的飑线,而γ中尺度涡旋附近个别单体发展成超级单体风暴。(4)诸城强冰雹的超级单体风暴具有有界弱回波区、三体散射、旁瓣回波、中气旋等特征。另外,风暴强度达到鼎盛后迅速减弱、强中心高度快速下降、风暴低层左后方出现强反射率因子区、风暴低层右前侧气旋性旋转强度加强、深厚持久的中气旋、风的垂直切变强,均是造成日照极端雷暴大风的影响因子。

山东省城镇天气预报质量评估检验

根据中国气象局全国城镇天气业务产品检验评估报告和山东省预报质量评估系统检验结果,对2007年1月—2015年2月山东省城镇天气预报质量进行了总结分析。结果表明:(1)山东省晴雨(雪)和气温预报准确率、提高幅度均高于全国平均,降水预报准确率低于全国平均,技巧评分处于全国平均水平。(2)山东省内晴雨(雪)、最高气温、最低气温预报准确率最高的区域分别是鲁南、鲁西北和半岛,降水预报准确率半岛和鲁南明显高于鲁中和鲁西北地区。(3)山东省晴雨(雪)预报正确率夏季最低,冬季最高;气温预报准确率春季最低,最高气温预报准确率秋季最高,最低气温预报准确率夏季最高。(4)各市气象台预报相对省气象台指导预报有正的订正技巧,晴雨(雪)预报技巧评分鲁中地区相对偏低。

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。

山东省雷电灾害易损度评估

应用山东省1995～2005年的雷电灾害数据和雷暴日数据,并结合山东省的人口和经济情况,提出了山东省雷电灾害易损性分析指标,对山东省17个地市进行了易损度区划分析。结果表明:济南、青岛、淄博、枣庄及烟台为山东省雷电灾害极高易损区;东营、济宁、潍坊为雷电灾害高易损区;泰安、聊城、威海、滨州、日照和莱芜为山东省雷电灾害中易损区,临沂、德州和菏泽为雷电灾害低易损区。

山东盛夏闪电活动特征及其与降水的关系研究

利用山东20062015年78月常规地面气象观测资料和闪电定位资料,统计分析了山东盛夏闪电活动时空特征及24 h、1 h降水量与盛夏闪电活动的关系,结果表明:山东盛夏地闪频数的最大值出现在鲁东南和鲁西北,高频数区呈东南西北向分布,鲁西南和半岛东部闪电活动较弱。地闪频数呈双峰特征,且存在明显的日变化特征,0207时和1418时为闪电高发时段。有闪电时,24 h降水量≤50 mm的样本占总样本的90%,1 h降水量≤20 mm的样本占总样本的92%;无闪电时相应的事件概率分别为97.0%和99.4%。有闪电伴随时1 h降水量均值明显大于同时次无闪电伴随的1 h降水量均值,短时强降水出现的概率在有闪电伴随的情况下明显增大。

基于树分类器神经网络的雷暴预测方法

针对基于机器学习的雷暴预测问题提出了一种新方法,该方法将应用于气象卫星图像的二维光流算法误差作为机器学习模型的特征。为了考虑空间邻近性,根据特征训练不同的树分类器模型以及神经网络,以预测未来几个小时内的闪电,即临近预报。通过比较不同模型的预测能力以及不同特征对分类结果的影响。研究结果表明,对于未来15min的预测,该方法准确率高达96%,随着预测时间的增加,准确率略有下降,但对于长达5h的预测,准确率仍然高于83%。该方法为雷暴预警预测方法选用提供了新的思路。

日照市强降水时空分布特征及预报指标

利用山东省日照市2007—2016年观测资料,统计了日照市49次强降水过程年际和月际变化特征。按照强降水发生时影响系统对日照市产生强降水的天气形势进行分型,并分析不同季节强降水关键环境参量。研究表明,7—8月强降水出现次数最多,且影响范围最大;日照市强降水天气形势可分为低槽冷锋型、低涡切变型、气旋型和台风型,其中低槽冷锋型是日照市产生强降水的主要天气类型;上游及青岛(T-Td) 850、青岛(T-Td) 700+(T-Td)850、850 h Pa水汽通量散度、850 h Pa假相当位温、K指数和850 h Pa的最大上升速度6个物理要素指标对日照产生强降水具有很好指示意义。

基于SPSS的日照市小麦产量年景预测模型

近30年来,日照市小麦总产量呈上升趋势,但是受气象条件影响单产波动较大,寻找对产量有影响的气象因子非常有必要。将小麦实际产量分离为趋势产量和气象产量,根据1979—2008年日照市气象资料和小麦产量资料,采用SPSS统计软件分别建立趋势产量和气象产量回归模型,最终建立产量回归模型:Y=-227174.54+115.245T+13.456X1+21.200X2。并对历年产量进行检验,预测精度最高为100%,最低为82%,平均精度为90%,预测模型具有较高的信度和实用性,可作为小麦产量定量预报的有效工具之一。

山东省一次强致灾对流性天气过程分析

利用常规气象资料、新一代多普勒雷达资料、区域自动站资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料对2016年6月13—14日山东省强致灾对流性天气过程进行诊断分析。结果表明:此次强对流天气是在东北冷涡和地面气旋共同作用下产生的,上冷下暖的形势有利于对流天气的发生,近地面层的逆温层为强对流发生积累了能量,适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是大冰雹出现的典型配置;大气对流有效位能和干暖盖指数等物理量对强对流天气产生有较好指示意义;较长时间的低层强烈的水汽辐合和大气可降水量激增预示着此次强对流天气过程伴随着强降水的产生;产生大冰雹的超级单体风暴具有较强的反射率因子、三体散射、有界弱回波区、旁瓣回波、回波悬垂和反射率因子梯度大值区等特征。

基于SPSS的日照市茶叶产量预测模型的建立

根据1993-2008年山东省日照市气象资料和茶叶产量资料,采用SPSS统计软件对气候因子和茶叶产量进行了相关性分析,从132个气象因子中筛选出年日照时数、7月份15 cm平均地温、7月份20 cm平均地温、7月份平均最高气温、8月份平均最高气温共5个相关性较高的因子,建立了多元回归模型。利用该模型对历年产量进行预测,结果表明,茶叶预测产量与实际产量拟合率较高,预测精度最高为100%,最低为86%,平均精度为94%。该模型具有较高的精度和实用性,可作为茶叶产量预报的有效工具。

日照市短时冰雹定时-定点-定量预报

利用 196 0～ 2 0 0 0年青岛、射阳、徐州 3站 0 8时探空资料及日照站 0 8时地面气象资料 ,分析了日照地区出现的 16次降雹天气的时空分布特征 ,在对降雹天气分型的基础上利用积云数值模式计算降雹因子 ,用降雹因子和单站要素因子建立历史降雹因子个例库 ,用历史实况资料建立实况个例库 ,用距离相似法实现日照地区短时冰雹定时、定点。