海河流域一次大到暴雨天气过程的预报分析

利用数值预报、常规天气图、各种物理量场、卫星云图、雷达资料等,对2005年7月22—24日影响海河流域的典型暴雨天气过程进行了综合分析。该过程是由高空槽、副热带高压边缘的暖湿气流和5号台风海棠减弱后的低气压云系的共同作用下产生的;其触发机制是冷空气从近地层楔入暖空气中,在高温高湿、层结不稳定等诸多有利条件下,冷空气前沿的上升气流在暖区激发出几个较旺盛的中小尺度的强对流云团造成此次的降水过程;数值预报在对流层中部冷平流入侵海河流域的时间和地点,对于强降水出现的时间和落区预报有一定的指示意义,日本模式和T213在此次海河流域强降水的落区预报上存在优势,德国模式在强降水量级的预报上最接近实况,但三家数值模式预报西太平洋副高西伸的位置不够准确,导致海河流域的降水预报的时空分布有一定误差。

用多普勒雷达对三次强对流天气的短时预报对比分析

利用2006年6月12日夜间、7月12日凌晨和7月12日夜间天津地区3次强对流降水过程的多普勒雷达产品资料,对比分析发现:在降水的开始和成熟阶段,多普勒雷达径向速度场的变化一般先于回波强度场的变化,在做降水短时预报时应重点关注多普勒雷达径向速度场的变化,同时还可参考Auto-nowcaster系统的预报结果,通过判断未来雷达回波的强度变化及移动方向,提高对强对流降水过程的短时预报准确率。

WSR/98D与WSR-81S天气雷达应用对比分析

通过对两次冰雹天气过程的两部天气雷达产品的对比分析,表明WSR/98D产品精细、准确,对弱回波探测能力强,在揭示由海风锋造成的强对流冰雹天气的生成演变机制上明显优于WSR-81S。文章还从信息获取原理以及资料加工等方面剖析了WSR/98D的优越性。将新一代天气雷达与旧的业务雷达进行对比分析,比较其探测的优越性。

一次雷暴大风的中尺度结构特征分析

应用天津新一代天气雷达产品和255m气象铁塔资料等,分析了2004年6月22日20:00～21:40时(北京时)出现在天津地区的一次雷暴大风天气过程。分析证实:不仅具有弓状回波的对流系统能够产生雷暴大风,而且阵风锋也能够产生雷暴大风;只是弓状回波顶部和向前突起部分产生的大风更强烈。另外还探讨分析了雷暴大风的中尺度结构特征。

暴雨的多普勒天气雷达速度辐合风场特征

多普勒天气雷达探测大范围强降水时,其多普勒速度回波特征既不同于单纯的暖(冷)平流的特征(S或反S形)也不同于纯粹的大尺度辐合(散)运动特征(弓状),而是暖(冷)平流和辐合(散)两种运动相结合的风场(称之为复合风场)所产生的多普勒速度特征。应用天津塘沽新一代天气雷达资料,并结合自动气象站资料和改进的EVAD技术,分析2005年8月16日发生在海河流域的一次大范围、长时间的强降雨天气过程的多普勒天气雷达资料。结果表明:(1)当低层出现暖平流和辐合运动相结合的复合风场特征时,即多普勒天气雷达速度场产品表现为自雷达中心开始,在同一距离圈上,一侧的零速度线弯向正速度区的顺转程度明显大于另一侧的零速度线弯向负速度区的顺转程度,即负速度区面积大于正速度区的面积时,降水就增强或维持。(2)当低层出现暖平流和辐散运动相结合的复合风场特征时,对应降水减弱或停止。这种对雷达速度场的辐合辐散分析将对大范围强降水的形成、发展、维持和消散具有很好的临近预报指示作用。

热力不均匀场对一次冰雹天气影响的诊断分析

将天津地面自动观测站资料与850 hPa以上北京探空资料结合,组成新的探空资料,对2008年8月27日凌晨发生在天津的一次冰雹过程进行了诊断分析。此次冰雹过程有两处降雹区,一处位于天津北部的蓟县山区,另一处位于临海的汉沽地区。通过对热力和动力对流参数的水平分布和逐时变化研究,结果表明:(1)各对流参数可以反映出强对流天气的中尺度分布特征,尤其是CAPE高值区和LI低值区与强对流天气的发生区域对应较好,这对局地强对流天气的短时临近预测具有一定指示意义,表明边界层内的热力、动力特征对强对流天气的发生具有重要作用。(2)汉沽地区热力参数CAPE(LI)随时间增大(减小),而蓟县地区热力参数的变化则相反,表明两地冰雹的成因存在较大差异,前者的热力作用显著,后者的热力作用则不显著。汉沽地区热力不均匀分布造成的次级环流和上升运动使水汽凝结并释放潜热,触发了冰雹的发生。蓟县山地的抬升作用,使东移系统的上升运动得到加强,触发了冰雹。

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。

冷空气入侵对0509号台风“麦莎”变性的作用

利用地面和高空的实况观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及FY-2C卫星云图资料,并通过中尺度Barnes滤波和物理量诊断分析,对台风"麦莎"变性过程进行研究。采用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3.7)对"麦莎"北上变性,影响京津地区降水的全过程进行了60 h模拟。结果表明:"麦莎"登陆北上过程中,西北侧冷空气先随着"麦莎"环流由北向南旋转,尔后冷空气又从台风低压中心的偏南侧向北侵入,逐步侵入"麦莎"暖心结构;在垂直方向上,对流层中高层不断有系统性的冷空气倾斜向下补充,冷空气从对流层低层侵入台风环流,最终使"麦莎"变性。在接近华北地区时,"麦莎"云系发生分裂,偏西侧云系的出现和发展与低层850 hPa流场上中尺度辐合线的产生密切相关,其中冷空气的作用显著。

干侵入对2005年8月16日华北暴雨的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料、自动站观测资料以及中尺度数值模式MM5V3.7输出结果,对2005年8月16—17日发生在华北的一次暴雨过程的成因做了诊断分析。结果表明:在暴雨产生过程中有干冷空气的入侵,对这次暴雨过程的发生、发展有重要作用,高层干冷空气的侵入有利于低层中尺度气旋的发展,使暴雨过程得以维持和加强。

江淮入梅异常的强信号及其对入梅的影响

江淮入梅具有显著的年际变化特征。利用NCEP/NCAR再分析数据集以及NOAA提供的全球射出长波辐射(OLR)和扩展重建海温(ERSST)等资料,采用相关分析和合成分析等方法研究了江淮入梅异常的前兆强信号,并初步分析了其影响入梅的可能机制。结果表明,ENSO事件是影响江淮入梅早晚较强的前兆信号。前期冬春季出现ENSO暖位相时有利于入梅开始偏晚,ENSO冷位相出现时入梅往往偏早。前期冬季2月和春季Nino4区的海温异常能较好地预测入梅早晚,具有短期气候预测的指示意义和实用性。ENSO暖位相年,亚澳"大陆桥"、菲律宾、西太平洋暖池以及印度半岛附近对流偏弱,不利于西太平洋副热带高压北跳和印度夏季风爆发,东亚地区大气环流季节转换偏晚,入梅因而偏晚;ENSO冷位相年情况则相反。

海面风场订正对风暴潮数值模拟的影响

海洋模式在模拟风暴增水时对于风场的依赖性比较大,准确的风场模拟是正确模拟风暴潮的重要前提。用渤海海域4次典型的风暴潮个例,检验改良的渤海风场推算模式对风暴潮数值模拟的影响,分别用订正前后的风场驱动风暴潮数值模式得到逐时的渤海增水场,并与塘沽实测值比较表明:在4个过程中海面风场订正后风暴潮模式的模拟结果均得到了明显的改进,模拟的风暴潮增水极值、增水过程曲线以及渤海增水场都与实测值吻合很好。与风场订正前相比,计算结果的精度均有明显提高。研究结果表明通过采用合适的海面风场订正办法提高数值模式模拟的风场精度后,海洋模式可以模拟出与实际比较接近的强风暴增水。

对一次温带气旋引发渤海风暴潮过程的数值模拟

利用三维非静力中尺度大气模式—MM5(Version 3.7)输出的黄渤海海面风场和气压场预报资料,用三维斜压陆架海模式—HAMSOM对2008年8月22日温带气旋造成的渤海风暴潮过程进行了模拟,得到逐时的渤海增水场、渤海风暴潮流场,并与验潮站的观测数据进行比较。结果表明:在渤海西部已经转为西北风的情况下,塘沽出现了121cm的高增水,造成这种现象的原因很复杂,其中远距离的气旋作用产生的北黄海海域偏东大风导致北黄海水体大量涌入渤海应该是一个主要原因。这也是今后预报业务中必须特别关注的产生风暴潮的重要因素。数值模拟的塘沽测站风暴潮增水极值及增水过程均与实测值符合较好,应用数值预报可以较好地模拟出这种特殊的风暴潮。在离岸风的情况下产生风暴潮,仅靠预报员凭经验主观分析判断较难,数值预报可以弥补预报员主观分析的不足。

天津地区雨季降水异常年大气环流特征分析

利用1958—2009年天津地区和中国160站月总降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析数据资料集,采用相关分析和合成分析,分别研究了天津地区雨季降水的变化特征以及异常年同期(7—8月)和前期(前一年1 2月至当年6月)大气环流的特征。结果表明:天津地区的降水大部分集中于雨季且雨季降水存在着年际变化和年代际变化。天津地区雨季降水偏多年同期,西太平洋副热带高压主体偏北,天津地区西北部有低值系统发展,对流层低层有正涡度发展,辐合上升运动较强,南亚高压和高空副热带西风急流偏北,西南暖湿气流输送较强;雨季降水偏少年同期情况正好相反。此外,天津地区雨季降水与前期夏季6月SAM(南半球环状模)存在显著的反相关关系,这为天津地区雨季降水的短期气候预测提供了有参考意义的前兆信号。

天津地区雨季降水异常的前期强影响信号研究

利用1958—2007年天津地区4站月降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析数据资料集,采用相关分析和合成分析,研究了天津地区雨季降水异常的前期强影响信号。结果表明:天津地区雨季降水量在很大程度上决定了全年的降水量,雨季降水存在显著的年际变化和一定的年代际变化。天津地区雨季降水与前期冬季2月NAO存在显著的反相关关系,前期冬季2月异常的NAO可能是天津地区雨季降水异常的前期强影响信号。NAO偏弱年,天津地区上游有强低值系统发展,南亚高压、高空副热带西风急流和热带东风急流位置偏北,阿拉伯海到孟加拉湾一带有季风低压和季风槽发展。上述系统的配置有利于天津地区雨季降水偏多。NAO偏强年上述情况则相反。

不同校准方法检验雷达定量估测降水的效果对比

应用雷达低仰角基本反射率资料和地面加密自动站降水量资料,采用最优化方法,根据天津地区降水特点和不同降水类型,建立适用本地的雷达Z-I关系。经实际应用检验,积混降水类型Z-I关系具实用性。在天津本地化Z-I关系基础上,通过了对比分析6种不同校准方法在天津夏季降水估测中的检验效果。结果表明:Z-I关系校准法和最大集成法对降水的估测偏高,误差较大;最优插值法的估测精度最高,平均绝对误差和均方根误差最小;但计算不同校准方法与实况相关性表明,变分校准法的估测效果与雨量计降水量的相关性最好。同时,所有估测校准法对小雨量级的降水均出现了不同程度的偏高估测。

对台风“麦莎”风暴潮过程的数值模拟

利用NCEP再分析资料和中尺度天气数值预报模式MM5/V3.7,模拟2005年8月8日第9号台风"麦莎"减弱的热带风暴造成渤海风暴潮的天气过程,得出与风暴潮发生相关的气象要素预报场,即风场和气压场;将其输入HAMSOM海洋模式模拟出本次渤海风暴潮过程增水的格点场。选用塘沽、京唐港2个验潮站的实际增水与HAMSOM模拟的增水进行比较、分析。结果表明:①用大气与海洋模式结合的方法客观定量地计算风暴增水是可行的,HAMSOM能够模拟台风风暴潮的增水过程。②本次过程中,HAMSOM对渤海西部(120°E以西)的增水模拟得比较好,对渤海东部增水的模拟与实况差距较大。③HAMSOM对塘沽增水高峰时段(8日12:00～20:00)及京唐港整个过程增水的模拟都很接近实况,绝对误差均在15cm以内,对本次风暴潮的预报有很好的参考作用。④HAMSOM对塘沽和京唐港2站的最大增水模拟的精度都较高,出现时间也与实况基本同步。

热带气旋“尤特”(2006)南海突然减弱的机理分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋"尤特"(2006)在我国南海突然减弱的机理进行了分析。结果表明:水汽通道的切断是热带气旋"尤特"突然减弱的必要条件,"尤特"突然减弱对水汽来源切断的响应时间约为12 h;对流层中低层水汽辐散区的出现,抑制了低层水汽向高层输送,导致"尤特"突然减弱。在其减弱过程中,贯穿对流层的位涡柱高值区不断向对流层中层收缩并加强,同时与平流层高位涡区迅速分离;在热带气旋"尤特"突然减弱前6 h,环境风垂直切变突然增大,同时在"尤特"不断减弱的过程中,环境风垂直切变呈总体逐步增大的趋势。

一次天津地区暴雨过程的中小尺度分析

用NCEP再分析资料、雷达资料以及地面自动站每小时资料对2005年6月28-29日发生在天津地区的局地暴雨天气进行诊断分析,研究结果表明:高低空急流耦合是暴雨发生发展的有利背景,由天津市西南方向移来的中尺度系统与市区地面中尺度辐合线共同作用是产生这次局地暴雨天气的直接触发机制。天津市区的局地条件在这次局地降水的过程中起到了相当重要的作用。

气象条件对天津港爆炸事故应急救援服务的影响分析

利用多普勒雷达资料、高分辨率地面自动站资料以及常规探空气象资料,对2015年天津港爆炸事故进行分析,结果表明:爆炸事故发生在全月极端高温日,干热天气成为爆炸事故发生的直接原因;危化品爆炸事故导致有毒气体或者污染物扩散,风向风速起到决定性作用;降水对爆炸事故救援的影响分为两方面,一是小雨的影响,二是强降水的影响。

2012年7月末天津暴雨过程的扰动特征

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及后侧下沉气流紧密相连,表现出较好的对流组织性,也预示强降雨将持续发展。逆风区的维持与伸展的高度可作为暴雨预报的先兆信号。2)地面辐合线与雷达回波上对流单体出现"列车效应"的区域有很好的一致性。地面形成的气旋性闭合环流和中小尺度环流辐合作用的稳定维持是产生大暴雨的重要因素。3)由风廓线资料可详细分析出暴雨过程中低空急流及边界层急流的扰动过程。在强降雨发生前,急流强度明显增强,与雷达回波上的"列车效应"是一致的,但比雷达更早出现。风廓线资料中低空急流和边界层急流的增强态势,对大暴雨短时临近预报具有很好的指示意义。