北京“23·7”极端强降雨特征和成因分析

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明:“23·7”极端强降雨累计降水量(331 mm)和单点最大降水量(1025 mm)均打破历史纪录,最大雨强(126.6 mm·h^(-1))排名历史第二位,具有显著的极端性。强降雨可分为5个阶段,其中第Ⅱ和第Ⅳ阶段降水量分别占过程累计降水量的37.1%和39.7%,第Ⅳ阶段雨强更大,对应急流更强,高温、高湿特征也更明显。地形对降雨的增幅作用显著,降水量在海拔100~300 m山区迅速增加,极大值出现在海拔约400 m的山区,第Ⅱ(第Ⅳ)阶段山区平均降水量和小时雨强分别是平原的2.1(3.0)倍和2.0(2.7)倍;第Ⅱ阶段主要为地形对急流的直接抬升,第Ⅳ阶段为地形绕流辐合和直接抬升共同作用。7月31日上午(第Ⅳ阶段)边界层急流出口区与低空急流入口区耦合导致低层上升运动增强,促使西部山前β中尺度对流系统由块状发展成线状并有γ中尺度涡旋产生,该β中尺度对流系统北上时形成短暂的列车效应,引发了西部山区8个站次100 mm·h^(-1)以上的极端短时强降水。

北京智能网格温度客观预报方法(BJTM)及预报效果检验

基于欧洲中心中期天气预报(ECMWF)精细化数值预报模式产品资料,采用一元线性回归以及克里金插值,发展了北京地区智能网格温度客观预报方法(Beijing intelligent grid temperature objective prediction method,BJTM),并对2017年1—12月北京地区55个考核站进行检验。结果表明,BJTM对ECMWF细网格模式的温度预报订正能力有显著提升,日最高、最低气温预报准确率分别提高25.4%和11.2%。2018年1—6月的业务运行结果也表明BJTM预报产品的预报结果优于同期ECMWF模式、中央台指导预报及预报员主观预报产品。BJTM可以有效提升北京地区温度预报的精细化能力和水平,有较好的业务应用价值。

多元动态逐步回归方法在北京地区能见度预报中的应用

基于2016年冬季的观测资料和ECMWF细网格240 h气象要素预报资料,选用与能见度变化相关的水汽、动力、热力等因素作为预报因子,利用多元动态逐步回归方程对北京地区未来10 d的能见度进行预报研究。同时将能见度分为3个等级:<1 km、1~10 km(低能见度)和≥10 km,并从区域平均、空间分布及3次低能见度过程个例进行预报效果检验。多元动态逐步回归方法对北京地区的能见度及其变化趋势均有一定预报能力且效果稳定,其中≥10 km等级的能见度预报效果最好,TS评分为64.2%,其次是1~10 km,TS评分为53.1%,最后是<1 km,TS评分为51.3%;两个低能见度等级中平原地区预报效果优于山区,表现为从东南向西北递减的特征;而≥10 km等级的呈相反变化,预报效果山区优于平原地区;北京地区3次雾霾过程个例预报也证实动态逐步回归方法能够较好预报北京地区持续性低能见度过程。

孟加拉湾热源与中国夏季雨带分布的关系——Rossby波的作用

应用水平非均匀基流下球面行星波的传播理论,分析了夏季风爆发后孟加拉湾热源产生的Rossby波的频散路径及其与中国夏季大范围雨带分布的关系。研究结果表明:10—20d周期的Rossby波从孟加拉湾往北穿过中南半岛到达我国西南地区、进一步穿过长江流域到达华北和东北地区,其传播路径与我国夏季降水逐渐北移路径非常吻合,Rossby波的能量7—10d可以频散到当月的雨带区域;而30—60d周期的Rossby波传播路径主要分为两支,一支与10—20d周期的波路径一致,另外一支从孟加拉湾东传到菲律宾附近然后转向西北太平洋、到达日本及其以东沿海,之后继续往北美洲传播,与准定常Rossby波的传播路径一致,可以解释东亚-太平洋遥相关波列,其直接影响的范围主要分布在我国东部沿海及日本一带。对影响我国夏季降水的Rossby波传播过程中能量变化特征的分析表明:夏季低层850hPa上Rossby波传播过程能量不断衰减,扰动动能向基本流动能转化,而高空200hPa上Rossby波能量以振荡为主,波流之间相互转换。

波射线理论在大气正压不稳定中的应用

应用球面上Rossby波射线理论初步探讨了基本流为急流的大气中正压扰动的动力学行为,对正压不稳定的条件进行了再思考,指出存在一个准地转位势涡度梯度bM的负区,在这个区域中向北传播的扰动振幅增长很大,为扰动发展的不稳定区,此外扰动能量无法穿越β_M=0的线,据此称之为陷波线.在90°E,20°N给定一个初始扰动,应用包含急流的理想风速廓线分析指出,对于非定常波,扰动的行为依赖于初始的纬向波数k和经向波数l.k值较小的大气长波经向传播范围大,向北传播容易被陷波线捕获,而尺度较小的短波不能到达陷波线,因此能够在西风中南北振荡并向下游传播.对k=1,l=8的大气长波,向北传播时波能量增加,在急流以北波能量达到最大值,当靠近陷波线时能量迅速减小,最终在陷波线中能量衰减为零.向北传播时波能量的增大,意味着扰动从急流以南的基本风场中获得的能量传到急流以北,在陷波线附近能量又还给了基本流,完成了大气中能量的南北输送.进一步计算了1和6月500 hPa上实际纬向风速廓线下扰动能量的传播,其结果大体和理想基流的结果相同,不同之处在于冬季低纬度向南的扰动容易被东风带阻挡,不能传播到南半球;而夏季低纬非定常扰动可以穿越东风带到达南半球,并且在东风带中形成西传的波动.