台风“达维”不对称结构特征分析

利用地面加密观测资料、FY-2E卫星TBB和水汽图像资料、NCEP 1°×1°再分析资料综合分析了2012年第10号台风"达维"的不对称结构特征及成因。结果表明:台风"达维"登陆后在云系结构、降水落区、高低层风场等均表现出不对称分布,其中暴雨主要分布在台风中心北到东北侧;通过FY-2E水汽图像分析清晰地揭示了这种不对称结构的演变,台风西侧干下沉暗区切断了西南侧水汽输送,使得台风中心西侧和南侧对流云系减弱消失,而东南侧一直存在一水汽羽伸入台风环流为其提供水汽和能量。同时,强高空辐散、弱垂直风切变以及明显的上升运动,有利于台风"达维"北到东北侧对流云系的发展维持,引发强降水;高空槽带来的冷空气侵入台风环流内部,破坏了它的暖心结构,使得台风"达维"在渤海海面填塞消失。

海雾预报研究综述

从统计预报和数值模拟预报两方面回顾了过去几十年国内在海雾预报技术上的主要研究进展。统计预报方法是中国沿海气象台站预报海雾的除天气学方法外的主要工具,一定程度上能提高海雾预报准确率,但无法摆脱自身经验统计的缺陷。随着计算机技术的飞速发展,海雾数值模拟和预报应用越来越广泛,并将成为海雾预报主流方法。海雾数值预报模式的发展经历了从一维到三维、从单一大气模式到海气耦合模式的过程。而研发先进的数据同化技术,同化更好的卫星资料弥补海上观测缺少的不足,选择最合适的边界层与微物理参数化方案,进行高分辨率三维数值模式集合预报,将使海雾预报准确率明显提高。

影响天津地区两次北上热带气旋过程对比分析

利用FY-2E卫星TBB资料、日本GMS卫星TBB资料及NCEP的1°×1°再分析资料对两次登陆后北上影响天津地区的热带气旋(0421号"海马"和1210号"达维")进行对比分析。结果表明:影响天津地区的两个热带气旋北上之后造成的降水呈不对称分布,分别发生在热带气旋"海马"中心北到西北侧(移动路径前方)和热带气旋"达维"中心东北侧,与动力条件(上升运动)和热力条件(暖平流)的不对称分布有关。两个热带气旋在北上过程中不同程度与西风槽产生相互作用,区别在于热带气旋"海马"遇到的高空槽比较深厚,与槽前偏南急流产生耦合作用,同时高空有高位涡下传至对流层低层,诱使地面气旋发展;而热带气旋"达维"遇到的高空槽比较弱,仅靠近高空槽底部,耦合作用不明显,高空也没有明显的正位涡下传至低层,不利于地面气旋的维持发展,导致热带气旋"海马"在登陆后减弱情况下又发展加强,而热带气旋"达维"则一直减弱直到消散在渤海海面。

一次黄海入海气旋爆发性发展的诊断分析

对2013年11月一次黄海入海气旋的爆发性发展过程进行了诊断分析,结果显示:此次气旋入海发展过程中始终位于500 h Pa高空槽前,槽前正涡度平流和强烈暖平流是气旋爆发性发展的主要原因。对流层高层有明显正位涡下传至低层,引起地面气旋性涡度发展,对气旋爆发性发展有重要作用;气旋发展过程中始终位于高空急流出口区左侧,高空辐散、低空辐合以及强上升运动提供了气旋发展的动力条件;除了低空急流输送,海洋和大气之间耦合作用为气旋爆发性发展提供了必要的热量输送。

中国东部近海热含量季节变化及影响因素分析

利用实测海水温度、盐度资料和SODA,NCEP/NCAR再分析资料,分析了渤、黄、东海热含量和海气界面净热通量及海洋平流输送热量的季节变化。结果表明,用SODA资料与用实测资料计算得到的热量输送的变化趋势比较一致。计算海域中海水热含量具有明显的季节变化特征,最大值出现在9月份,最小值出现在2,3月份。海表净热通量与海洋平流热量输送在不同的月份对海域海水热含量变化的作用与季节有关,5~8月渤、黄、东海通过海气界面获得的净表面热量大于通过海洋平流输送的热量,两者都使热含量增加。从9月到次年3月,海气界面净热通量为负,海洋通过海表面失去热量,特别是在冬季,海水失去热量比较多,而平流输送就弥补了部分热量散失。

利用欧氏距离函数评估海河流域暴雨灾害

考虑气象数据的特点和灾后评估的时效性,针对暴雨灾害的平均降水强度、最大降水影响范围、持续时间,利用欧氏距离等数学方法,研究了海河流域暴雨灾害的气象评估模型。利用该评估模型对1960-2008年间的海河流域暴雨进行了评估,结果表明,等级划分合理,所评估的暴雨气象等级级别与海河流域历史上对应的洪灾事件影响程度非常吻合。

黄、渤海恶劣天气影响船舶安全的风险预估技术初探

在黄渤海船舶类型调查和事故调查的基础上,将船舶航行作为由人-船-环境组成的多因素复杂系统,将气象海况条件作为操船环境因素之一,依据风险决策ALARP准则,调查得到黄海、渤海海区大风浪条件下5 000 t以下货船和客滚轮的不同风险等级标准,具有一定的可操作性。依托精细化的数值预报产品,建立气象保障支持系统,并加工不同船舶的风险预估产品。对实际出现的海难事故进行风险预估,证明了方法的可用性。还需要研究更多船型的风险预估方法和黄海、渤海海区航行船舶的风险区划;已有方法也有待深化。

渤海湾一次罕见持续性海雾过程的成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR日平均再分析资料、NCEP提供的FNL客观分析资料以及NOAA提供的最优海温插值资料,诊断分析了2013年1月27-31日渤海湾罕见持续性海雾的成因。结果表明:这次罕见海雾发生在中纬度高空暖性高压脊、大气层结稳定的气象背景下。渤海湾位于中国东部海域高压后部,有利于低纬度暖湿水汽向渤海湾输送和汇合,为海雾的形成、发展提供有利水汽条件。低空西南急流迅速发展,近海面层大气湍流发展加强,渤海湾位于急流左侧的辐合气流中,导致大量水汽和暖湿平流往渤海湾输送、聚集,渤海湾海气温差出现明显的由正向负转折,由平流蒸发雾转为冷却雾,边界层内逆温发展加强且逆温层高度增高,上述因素是海雾发展加强和长时间维持的重要原因。31日白天水汽通量、温度平流、水汽辐合及垂直运动的空间配置达到最好,特强浓雾天气因而形成。

天津地区一次大到暴雪天气的诊断分析

应用常规探测资料和NCEP再分析资料,对2011年2月下旬典型华北回流形势下天津地区一次大到暴雪天气进行诊断分析。结果表明:回流降雪过程中,华北上空西风环流以纬向型为主,冷空气主体偏北,影响系统为华北回流冷高压和低压倒槽。同时,回流降雪中有浅薄的冷空气垫,其上有暖湿气流爬升,爬升高度为650 hPa。回流降雪期间,有来自西南和东北两个方向的水汽在天津地区交汇,西南方向的水汽较为暖湿,东北方向的水汽相对干冷;低空和超低空为一致的东北气流,900 hPa存在超低空急流,700 hPa以上为西南暖湿气流。降雪过程中,对流层低层至高层均为一致的强上升运动,高度达200 hPa,对应于低空和超低空有强辐合。降雪开始前,天津及其周边地区有较强的对流不稳定能量和对称不稳定性,有利于对流的发展。

一次大暴雨过程中尺度涡旋系统特征分析

利用常规观测资料与加密自动站资料、卫星云图、多普勒雷达与微波辐射计资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2011年7月29—30日发生在天津及华北东部的大暴雨过程进行了分析。结果表明:在有利的环流背景下,迅速发展北上的低空中尺度涡旋是此次大暴雨的直接影响系统。高空槽前正涡度平流加强,造成低层减压、中尺度涡旋发展;涡旋中心向负变压梯度绝对值最大方向移动。分析中尺度涡旋垂直结构表明,开始时涡旋内斜升气流明显,随其发展,低层辐合明显加强、涡旋内转为一致的垂直上升运动,且最大辐合中心与正涡度中心相对应,均位于900 hPa以下。随低层东南气流加强,涡旋右前侧偏东入流显著加强,其不但为涡旋发展提供了有利的动力条件,也为暴雨发生和维持提供了充足的水汽。此次降水的强回波高度较低,钩状回波及中尺度气旋均在低层发展,造成强降水和短时大风,有别于典型钩状回波。水汽密度及液态水含量变化与降水对应非常好,强降水前15～30 min低层大气水汽密度和液态水含量会迅速增大,这可为强降水提前预报预警提供参考依据。

渤海中西部近海与沿岸海雾的特征分析

利用2004—2012年渤海湾埕北油田A平台的气象水文观测资料以及塘沽、秦皇岛、兴城和龙口4个环渤海沿岸观测站的常规观测资料进行统计分析,得出渤海中西部海雾的气候特征及影响因子,归纳了天气系统模型,并给出了相关气象要素的定量化指标。结果表明:渤海海雾年际变化明显,其中2005年出现频次最少,2007年最多,不同海区海雾月际变化特征有所差异,但都存在冬季高发期,且海雾高发期受到温度空间分布的影响,08时海雾出现频次最多,其日变化特征受太阳辐射和海陆差异影响;依据高低空环流形势和地面主要影响系统,将渤海海雾发生时的天气形势分为均压场型,倒槽冷锋型,低压场型和高压场型4种并分别给出概念模型,各海区均压场型出现概率最高,渤海湾和莱州湾海区倒槽冷锋型次之,辽东湾海区低压场型占比第二;渤海海雾在海气温差正负时皆可出现且差值多在2℃以内,总体盛行风向特征不显著,这些特征与黄海海雾预报差异较大;此外,沿岸相对湿度达到90%以上,近海相对湿度达到80%以上,风速在0—3级之间,低层大气存在逆温层时,有利于渤海海雾的生成和发展。

渤海海雾数值预报系统建立及应用

利用WRF中尺度数值模式,基于循环三维变分数据同化方案,选择合适的参数化方案,建立了渤海海雾数值预报系统并进行业务应用,为渤海海雾预报提供具有参考价值的海雾客观预报产品。经过对2016—2017年20次渤海海雾过程统计检验,发现海雾数值预报系统对海雾过程预报准确率达到60%,预报效果较好。

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。

2016年春季一次黄渤海明显海雾过程的大气海洋特征分析

利用FY卫星资料、自动气象站逐小时观测资料、ERA 0.5°×0.5°再分析资料对2016年3月3—5日黄渤海明显海雾过程形成机制进行了分析,结果发现:逆温层、低层上升中层下沉的配置提供了有利的层结条件;水汽条件源于黄海输送,南到东南风将暖湿空气向北输送,然后在偏东风作用下输送入渤海;降温条件源于海气界面湍流热交换,大气向海洋输送的湍流热通量使得湿空气降温凝结,达到饱和形成海雾。

黄渤海一次持续性海雾过程形变特征及其成因分析

2016年3月3—5日,渤海和黄海大部出现了一次大范围持续性的海上大雾天气过程。本文从卫星遥感监测上分析海雾在生成、发展和消亡三个阶段的形态演变特征。从海洋气象条件上分析了山东半岛东南近海没有海雾和海雾形态演变的原因。结果表明:(1)在海雾形成初期,在山东半岛东南海域有弱气旋性弯曲,大气层结不稳定,地面形势受低压影响,虽受偏南风控制,但湿度小,无水汽辐合,因此在山东半岛东南近海没有雾。(2)海雾的形成与低层的偏南暖湿气流有关,而这个偏南暖湿气流来源于西北太平洋,雾区对应着水汽辐合区,海气温差为0～1℃的区域与雾区吻合,在海雾发展成熟期,雾顶长波辐射导致雾体降温,出现气温低于海温的现象。(3)925～1000 hPa垂直风切变有利于海雾在逆温层内维持和垂直高度上的发展,形成有一定厚度的海雾。

台风“摩羯”(1814)残涡经渤海突然增强成因分析

利用气象常规资料、自动站资料、FY-4可见光云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2018年14号台风"摩羯"残涡经渤海增强前后热力、动力和水汽特征进行分析,结论如下:台风登陆北上后变性为温带气旋,其热力结构呈非对称分布,垂直风切变具有温带气旋特征,台风残涡入海后高空辐散、整层涡度、水汽通量和水汽通量速度等物理因子均明显增强。利用Petterssen气旋发展公式探讨入海增强原因,台风残涡入海前,温度平流对台风发展起主要作用,涡度平流对台风发展起抑制作用,台风残涡入海后,温度平流和涡度平流皆有利于台风残涡增强。非绝热加热作用在整个研究时段有利于台风发展,降水释放潜热加热对台风入海增强有正反馈作用,这种作用表现为一种突发性增大的特征。海洋平坦下垫面和适宜的海温是台风残涡入海增强的原因之一。

一种能见度融合方法在黄渤海区域雾数值预报中的应用

建立了一种新的融合了相对湿度和液态水含量的能见度算法。采用WRF模式的黄渤海及沿岸地区两次大雾天气过程,通过相对湿度、液态水含量和新融合方法3种不同的能见度算法的比较,检验了能见度新融合方法衡量雾等级的能力。结果表明:新融合方法在相对湿度和液态水含量模拟准确的条件下,能较好表征出黄渤海沿岸大雾等级的分布和变化;单独采用液态水含量的算法能较好地预报浓雾的区域和强度,但是预报轻雾的效果较差;单独采用相对湿度的算法仅能较好拟合出1 km以上轻雾区域。

渤海海域风浪特征相关性分析

为提高对渤海风浪预报的准确率,为海上作业生产和船舶航行气象安全保障提供更有参考价值的风浪预报产品,利用2014—2016年渤海曹妃甸、潍坊港和烟台港浮标站实测资料,基于最小二乘法建立渤海浮标站3种风浪状态的风浪方程和误差订正方法,确定适合渤海海域的风浪协同预报方法。验证结果表明:该方法既可为气象和海洋部门进行渤海海域风浪预报提供技术支持,也能为海事部门进行大风浪条件下船舶航行风险评估提供更为准确的参考依据。

基于传统和深度学习技术的黄渤海域大风预报方法研究

基于黄渤海域站点风速观测资料以及TIGGE资料,选取欧洲数值预报中心(EC)、中国(CMA)、美国(NCEP)、加拿大(ECCC)4家集合预报产品,在综合评估各家性能的基础上,构建、优化和对比了海上大风集成平均(EM)、动态权重(WEM)、变权偏差订正(BCWEM)3类传统集成方法和长短期记忆神经网络(LSTM)方法。结果表明:LSTM在大风集成预报中性能最优。对于黄渤海域10 m风速预报,EC综合表现最好,NCEP在6级及以上大风段优势明显。各家预报误差均具有显著日变化特征,夜间预报能力弱于白天。优化训练期长度和去除表现较差成员可显著改善WEM和BCWEM的大风预报能力。相对EM的预报结果,WEM无明显改进,BCWEM和LSTM则有显著提升,后两者在全风速段和大风风速段上的预报误差均下降10%以上,且在夜间时段更为明显。BCWEM有效订正了EM和WEM方法对弱风速的预报偏差,LSTM则进一步减小了对强风速的预报误差,并提高了对大风站次的命中数和ETS评分。大风个例分析也表明,LSTM有效弥补了传统方法对低涡东移型大风漏报的问题,提升了对冷高压型大风的预报能力,优势明显。

基于机器学习的白天能见度检测方法

能见度检测在气象预报、自动驾驶等领域有巨大的研究和实际应用价值。与此同时,目前现有的能见度检测方法存在硬件设备价格昂贵、需设置特定标志物、计算量大等问题。该文将机器学习引入能见度检测模型,提出了一种基于计算机视觉和机器学习的能见度检测算法。该算法将通过暗通道先验法以及导向滤波算法得到的精细图像暗通道特征、图像梯度幅度和图像对比度幅度作为支持向量机算法的输入,进行了能见度检测模型的训练。实验结果表明此算法不仅有良好的能见度检测精度,同时无需摄像机标定,可利用原有监控设备,有较好的灵活性。