廊坊地基微波辐射计大气温湿廓线反演产品评估分析

利用2017—2020年廊坊市大厂县QFW-6000型微波辐射计和北京探空资料,对08时和20时2个时次共737组有效样本垂直方向的气温、湿度进行对比检验。结果表明:(1)整层气温均方根误差在5℃以内,相对湿度均方根误差为20%~30%,气温的相关系数明显高于相对湿度,即前者的探测精度更高。(2)1 km以下08时和20时温度和相对湿度的误差差异显著,08时误差均小于20时,1 km以上气温误差稳定在3℃左右,相对湿度误差廓线随高度先增大后减小。(3)夏秋季温度误差总体小于春季和冬季,但夏季贴地层误差明显大于其他季节,而相对湿度误差在冬季更为稳定。(4)晴天微波辐射计的探测精度明显优于云天和雨天,且随着云量的增多,探测精度逐渐下降。(5)降雨量级的差异对微波辐射计的探测精度产生不同影响,雨量越大,温度和相对湿度的误差越大;小雨时温度的相关系数在贴地层以上为0.60~0.90,但整层相对湿度的相关系数普遍在0.50以下,中雨及以上的降雨出现时,08时和20时温度的相关系数表现出显著差异,而相对湿度的相关系数在大雨及以上时波动最大,表现出极不稳定的探测性能。

廊坊空气重污染的大气环流形势和气象条件

利用2013-2014年廊坊环境监测站空气污染资料、廊坊气象观测站气象资料以及NECP/NCAR再分析资料和倾斜旋转T模态主成分分析法,分析了廊坊空气重污染的大气环流形势和气象条件。结果表明:空气重污染主要有5种大气环流配置形式,其中廊坊850h Pa高空为高压脊前,地面分别处于弱高压场或低气压场中是最主要的2类,当地面为低气压场控制时,容易造成严重污染;空气重污染的有利气象条件是:地面风力≤2级,风向静稳以及偏西、西西南及偏东风;空气相对湿度在50-95%之间;日降水量≤1.8mm;气温、气压接近各自平均值。

廊坊市短时强降水特征分析

利用廊坊市2006~2010年自动站逐时降水量资料、necp再分析资料、micaps资料,根据气象学原理分析了廊坊市短时强降水的时空特征和强度变化特点,短时强降水发生时伴随的其他强对流天气、短时强降水发生的主要天气形势、短时强降水与物理量场之间的关系。结果表明:廊坊市短时强降水年发生次数的多年平均值为13d,大部分降水日和降水站次出现在主汛期,高峰期在7月下旬~8月上旬;每天的12时、17时、23时前后是短时强降水的高发时段。一天中平均分钟降水量有两个大的峰值,一个出现在凌晨1~2时,一个出现在午后的13时。影响短时强降水的天气系统有低涡、西来槽、地面倒槽、地面冷锋、副高边缘西风急流、局地强对流天气等;短时强降水一般都伴随雷暴的发生,有时还会出现大风、冰雹、飚线等强对流天气;在短时强降水发生前,螺旋度、水汽通量散度、相对湿度、假相当位温等物理量与短时强降水中心有很好的对应关系;短时强降水出现站次、降水强度均是南部大于北部地区,短时强降水出现的最早时间也是南部较早。

河北省廊坊市城市积涝动态预报预警系统研制

结合廊坊城区地形地貌、市政工程、排水设施现状等,应用二维非恒定流基本方程和一维明渠非恒定流方程算法,构建城市积涝模型,结合区域自动站雨量实时监测数据、数值预报和预报员主观精细化降水预报,建立廊坊城市积涝动态预报预警系统,可实时估算、预报城市积水深度、积水时间等,预报并进行了业务试运行。系统以2012年7月21日廊坊市特大暴雨引起的城市积涝过程为例对系统进行了验证,结果表明:预报积水深度与实际积水情况比较接近,预报结果对城市防洪减灾有指导意义。

河北廊坊近地面层O_3特征及其影响因素

利用2013—2015年廊坊市环境监测数据及同期气象资料,采用相关分析等统计方法,分析廊坊市臭氧浓度的日变化特征、超标规律以及气象因素对其的影响。结果表明:臭氧浓度的日变化特征明显,为"1谷1峰"型,每日07:00—08:00左右达到谷值,15:00—16:00达到峰值;臭氧超标只集中出现在春季、夏季与秋季的部分月份,1—3月、11—12月不存在臭氧超标情况,超标现象日变化特征明显,主要出现在11:00—20:00。气象因素对臭氧浓度的影响很大,风向为西南风与东南风时臭氧超标率较高;臭氧超标时,地面天气类型主要为高压后部或高压底部,高空天气类型主要为脊前西北气流或平直西风环流;臭氧浓度与相对湿度呈显著负相关,与温度、日照呈显著正相关。

京津冀连续雾霾及重污染天气特征分析

2015年12月19日至26日京津冀多地出现持续性雾霾及重污染天气,部分时段能见度不足50m、AQI值达到500。分析此次过程的成因发现,雾霾期间高空主要影响系统为短波槽和冷涡底部偏西气流,地面为弱气压场。边界层逆温、暖平流及弱的地面风场是雾霾持续的关键原因,其中逆温强度达4.6℃/100m,近地面多风速小于1.5m/s的西南风和偏东风。北京和衡水混合层高度均较低,混合层高度(MLH)普遍在1km以下,尤其是衡水站21~25日MLH普遍不足500m,非常不利于雾霾的消除和污染物的扩散。加之地形影响,容易使污染物堆积在河北平原,形成重污染。

2011年夏季京津冀一次暴雨天气的诊断分析

利用常规气象资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2011年6月23日-24日华北一次局地暴雨天气过程进行分析。结果表明:暴雨是暖湿空气与低层冷空气配合引起的;湿位涡的分布对暴雨的落区有较强的指示性作用,暴雨发生在MPV1的的正负过渡带,MPV与MPV2的负值区内;位于中低层(500hPa以下)的强烈水汽辅合层以及深厚的湿层为暴雨的产生提供了充沛水汽;高能区的垂直分布,有利于强降水的发生发展;低层辐合、高层辐散的散度场以及涡度的动力耦合作用表明此次暴雨具备了较强的动力上升运动条件。

廊坊市春季气温精细化预报订正

利用廊坊市2001-2012年云量、降水、光照时间、气温等地面观测资料根据统计学分析方法对廊坊市阴雨、雾霾、大风等5种天空状况进行分类,讨论相应天气类型下气温的时空分布特征。分析表明不同天气类型下,最低气温和最高气温分布差别明显,尤其是最低气温,晴天微风天气时,郊外站点最低气温比市区低2℃以上,而阴雨天气时各站温差却小于1℃。此外,本文通过差值统计对各种天气型的欧洲中心温度预报进行经验性订正,得到相应的修正值区间。结合数值预报和统计出的本地气候特征,对廊坊市各站最低、最高气温进行逐步订正,最终得到廊坊市气温的精细化预报,预报准确率有了明显的提高。

河北廊坊“恒温”天气特征及其可预报性分析

利用河北省廊坊市气象观测站2000-2014年常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和倾斜旋转T模态主成分分析法,在分析廊坊＂恒温＂天气的天气气候、大气环流形势特征的基础上,探讨了＂恒温＂天气的可预报性,并通过一个＂恒温＂天气预报个例对其可预报性进行验证。结果表明：廊坊＂恒温＂天气主要发生在秋冬季,以阴沉（日照时数〈1 h）、有雾或雨雪天气、小风（地面风力等级为1-2级）以及偏东风或西南风为主要气象环境背景;＂恒温＂天气产生时,尽管各气象要素条件特征显著,但发生比例仅为1.5%-13%,其中地面风力等级为1-2级气象条件下最低,在阴天伴雨或雪的气象条件下相对最高;当廊坊市500 hPa上空为西南、偏西气流控制,地面处于辐合场、高压场底部和高压场后部时最利于＂恒温＂天气产生;依据＂恒温＂天气产生的各类气象条件,将大气环流形势场与各气象要素条件进行匹配筛选,可明显降低＂恒温＂天气的极端性分布,对其进行准确预报成为可能。

2014年廊坊市空气质量与气象条件分析

利用廊坊市环保局提供的环境监测数据及常规气象资料,对2014年廊坊市环境气象特征进行分析。结果表明:廊坊市中北部县(市)的达标天数明显多于南部,2014年廊坊市区空气质量较2013年有较明显改善;廊坊市区首要污染物以PM2.5为主,其次为PM10,O3与NO2出现频率较低;PM2.5与PM10几乎各月均有可能出现,O3主要出现在5月至9月之间,NO2只出现在4月、7月、10月、11月;重度及以上污染主要发生在秋冬和初春季节;从小风速日数、静风出现频率与最大风频特征、接地逆温的发生频率以及逆温层强度等气象条件综合分析表明,2014年与大气污染密切相关的气象扩散条件总体与2013年同期相比略有不利。

廊坊市降水变化特征分析

利用1964—2015年廊坊市年、季、月、日等降水资料,采用数理统计分析方法,深入细致地分析了廊坊市自然降水的变化特征。结果表明:随年代变化,廊坊市旱、涝、正常年交替出现,年降水量≥600 mm的峰值次数呈下降趋势;夏、秋2季降水量正常年份多,春、冬2季异常年份多,其中春季偏少年份多,冬季偏少和偏多年份均多。随年代变化,春季降水量仍是偏少年份多;夏季为偏多、偏少、正常年交替出现;而秋、冬季降水量在20世纪90年代前以偏少为主,之后转为偏多趋势。廊坊市年降水日数随年代变化呈下降趋势,特别在2004—2015年的12年间,有11年均低于平均值,平均少9 d,各等级降水日数与年日数变化趋势一致,在2000年之后的近16年,各等级降水日数均出现了明显减少,平均少4 d。廊坊市春季透雨过程降水量,在2000年之后有减少趋势,平均少2.5 mm;秋季连续3 d连阴雨次数在2000年之后有增加趋势,平均增加2.2次/10年。

2009—2017年廊坊“倒降”温气候特征及气象背景条件分析

利用河北省廊坊市9个国家气象观测站资料和中国气象局CMA下发MICAPS资料,采用数学统计的方法,对廊坊市2009—2017年"倒降"温气候特征及其出现时的气象背景条件进行分析.结果显示:廊坊"倒降"温区域在三河、大厂最少,在廊坊中南部区域分布相对均匀,且站次年变化呈缓慢上升趋势;"倒降"温日数冬季最多,春季最少,站次秋季最多,春季最少;"倒降"温日数在1月、12月出现得最多,站次在1月和7月出现得最多.从"倒降"温出现时的气象背景条件看,500 h Pa形势占比排名前3的是脊前西北气流、平直西风环流和槽前西南气流,地面形势占比排名前3的是高压底部、回流、高压前部;日最大风速风向主要分布在偏北风和偏东风,日最大风速、风力集中分布在2~5级;天气现象中降雨和轻雾出现的频率最高.从频率直方分布、核密度估计和正态分布密度的分布特征看,日平均相对湿度呈"单峰型"或"双峰型"分布,850 hPa变温呈"单峰型"分布.

对新冠疫情严控期间河北省空气质量的评估

为探索2020年新冠肺炎疫情期间企业、工厂停工停产对空气质量的影响,利用2013~2020年间2、3月AQI、SO_(2)、NO_(2)、CO、PM2.5、PM10、O3等空气污染数据和风向风速、相对湿度等气象观测资料,采用比较分析法和克里金空间插值法对AQI等主要大气污染物的时、空特征及变化趋势等进行了对比分析。结果表明,2020年空气质量有明显的好转,中南部地区AQI指数和污染物浓度均有大幅度下降,北部地区有小幅上升;各首要污染物变化不同,其中NO_(2)、SO_(2)的站次和占比显著下降,而O3、PM10、PM2.5占比均有不同程度的增加;全省范围日平均浓度积聚速度和日增长比例均有不同程度的下降,消散速度变化不明显;小时平均浓度日变化振幅随年份逐渐减小,减小值从南向北呈递减趋势;重度、严重污染持续时间较往年显著变短,污染物高浓度值面积明显减小,以中南部和东部地区最为显著。调控的效果区域性差异较大,中南部和东部地区需完善调控措施、加大调控力度;另外,不同污染物的调控效果也有差异,应增加针对NO_(2)、SO_(2)的减排措施,为河北省重污染天气调控措施的完善提供了科学依据。

2005—2019年河北省小时降水时空分布特征

利用2005—2019年河北省40个国家气象观测站逐小时降水资料,分析小时降水和小时强降水的时空分布特征,结果表明:(1)小时降水频率近年来是降低的,而小时强降水频次没有明显的变化趋势,小时降水量、降水频率、降水强度以及小时强降水频次的月变化均呈单峰型分布,小时强降水频次呈年差异化变大趋势,使得小时强降水事件发生的极端性更突出;(2)年降水量总体呈东高西低、南高北低的趋势,大值区主要位于东北和西南地区,降水频次和降水强度受地形影响较为明显,降水频次大值中心位于海拔较高的北部和中西部,平原频次较低,而降水强度大值区位于东北部,这是受副热带高压和地形作用共同影响造成的;(3)河北省降水主要集中在傍晚到夜间,降水峰值出现的时间有自西向东延后的特征,受午后局地对流天气的影响,最大峰值多出现在17:00前后,小时强降水发生频次较高;(4)小时强降水的高发时期是7—8月,主要集中在河北东部和南部,其最大值出现在东北部和石家庄一带;(5)南部降水量主要源于降水强度的贡献,北部、西部山区和西北部坝上地区降水量更主要的是受降水频率的影响;东北部降水量则是降水频率和降水强度的共同影响造成的。

廊坊市近50年气温的时空变化特征

采用1964—2013年廊坊市9个气象站的气温观测资料，分析廊坊市日平均气温、日最高气温、日最低气温的时空变化特征，并利用Morlet小波变化和Mann—Kendall突变检验等方法对廊坊市日平均、日最高、日最低气温进行周期分析和突变检验。结果表明：（1）平均气温、平均最高气温、平均最低气温和高温极值变暖趋势显著，年际增长率分别为0.38℃／10a、0.28℃／10a、0.38℃／10a、0.36℃／10a；（2）平均气温、平均最高气温、平均最低气温、高温极值、低温极值和高温日数均具有4～6a的短周期、9a的较长周期和一个年代际的长周期；（3）20世纪80年代中期到90年代中期平均气温、平均最高气温、平均最低气温、高温极值、低温极值和高温日数均存在一个显著突变；（4）平均气温、平均最高气温、平均最低气温、高温极值、低温极值和高温日数在空间分布上均呈现南高北低趋势。

河北廊坊冰雹天气特征统计分析

利用1964 2015年气象观测资料对河北廊坊冰雹天气的时空分布特征进行分析,并利用MICAPS资料、北京探空资料及多普勒雷达资料研究了廊坊冰雹日的天气形势、物理量特性及雷达回波特征。结果表明:廊坊冰雹日数整体呈下降趋势,20世纪80年代末至90年代初降雹达到高峰期。冰雹天气主要发生在15 19时,多持续1~5 min。廊坊冰雹有明显的地域特征,西北部较多。降雹日500 h Pa环流形势有4类,并对应3种地面形势。对预报冰雹天气有指导意义的物理量参数阈值为:冰雹开始前对流层中下层存在逆温层或等温层;对流参数SI指数或LI指数<0,中低层假相当位温随高度减小;0℃层高度多为3050~4702 gpm,-20℃层高度多为5996~8332 gpm,850 h Pa与500 h Pa温差为27~32℃,低层有大的垂直风切变,近地面925 h Pa垂直风切变为5.5~15.0 m·s-1·km-1。此外,廊坊冰雹云回波有块状单体和飑线两种结构,回波中心强度普遍大于60 d Bz,垂直结构上均有悬垂回波,速度场为逆风区或旋转速度>12 m·s-1的弱切变,VIL普遍大于35 kg·m-2,ET普遍大于11 km。

多种数值模式预报要素对比检验分析

检验分析了欧洲中心、福州模式、中央台指导预报、河北模式的多个预报要素,包括整点温度、整点湿度、风向、风速、最高温度、最低温度。通过对比分析误差、平均绝对误差、预报准确率得到以下结论:(1)整点温度预报误差除了个别预报时效外,普遍为负值,平均绝对误差随着预报时效的增加是波动式变大的,福州模式的平均绝对误差整体较低,而其预报准确率高于其他模式。(2)相对湿度的误差欧洲中心和福州模式普遍为正值,中央台指导大部分预报时效为负值,相对湿度的预报福州模式整体优于其他模式。(3)风向的预报欧洲中心最优,风速的预报福州模式和中央台指导最优,48 h时效之后福州模式更具有参考价值。(4)数值模式最高、最低温度预报都具有一定的系统性偏差,欧洲中心和福州模式表现得更明显,河北模式的系统性偏差最为收敛,但是误差的收敛程度不能决定绝对误差和准确率。最高温度和最低温度的平均绝对误差均随着预报时效的推移而增加。欧洲中心、福州模式和河北模式最高温度的预报准确率明显高于中央台指导,其中,3种模式24~72 h预报时效较接近,96~168 h预报时效以福州模式准确率更高;另外,最低温度的准确率则表现为福州模式整体优于其他3种模式。(5)欧洲中心和福州模式的最高温度、最低温度预报的误差区域性差异较明显。

廊坊市雾、霾分布概况及与重污染天气共存时的风场差异

综合运用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料(1°×1°)、风廓线雷达、气象观测资料以及环境监测数据,分析了2015—2018年冀中廊坊市的雾、霾分布概况,并对空气质量指数(AQI)达到重度污染以上时的雾、霾垂直风场结构进行深入探究。结果表明:廊坊市的年均霾日数(47 d)多于雾日数(31 d),空间分布存在一定差异,霾的月差异较雾显著;区域性雾全年均可发生,10月雾发生日数达到最多,霾集中于秋冬季爆发,1月霾发生日数最多;当AQI超过200时,出现雾时的污染程度较出现霾时严重,AQI日均值平均偏高43,地面平均风速偏小0.5 m/s,相对湿度偏高25%,雾时地面以静风或东南风为主,而霾时多为东南偏东风;伴随雾的重污染天气,低空多为西南偏西风,而伴随霾的重污染天气,低空以东北风为主;出现雾或霾时,1500 m(约850 hPa)以下低空均存在一个相对小风速层;3000 m以下风速增至6~10 m/s时对空气中污染物扩散有一定有利影响,西北风风速越大,所在高度越低,扩散作用越明显。

2015年冀中廊坊短时强降水的风场垂直结构特征

利用MICAPS、自动气象观测站、风廓线雷达资料和NCEP再分析资料,综合分析了2015年出现在廊坊市的短时强降水天气过程及降水开始前大气的风场特征。结果表明:(1)低空急流早于短时强降水6~114 min出现,平均提前量约46 min;强降水结束时,低空风向发生显著变化,由西南风迅速转为偏东风或西北风。(2)在强降水发生前的1 h,低空急流指数突增,极值达到46.3 m·s^(-1)·km^(-1),雨强减小至20 mm·h^(-1)后,平均低空急流指数迅速跌至1.3 m·s^(-1)·km^(-1)。(3)低空风切变指数增大约早于强降水1 h出现,极值可达0.139 s^(-1),达到了中等强度风切变。(4)上升气流早于强降水发生前约90 min出现,表明西南气流携带的水汽和能量开始在降水地区被强迫抬升,此后的约30 min上升气流达到最强盛,在强降水开始前60 min内高度抬升,厚度减小,强度迅速减小,直至降水开始后下沉气流占据绝对主导地位。

近50a廊坊地区气温变化及其与城市发展的关系

利用1964—2011年廊坊9个气象观测站的日平均气温数据,分别利用可行性倾向估计、累计距平、M-K检验三种分析方法,分析了廊坊地区近50 a气温的气候变化特征;并通过统计分析,研究了廊坊地区年平均气温与全社会固定资产投资总额、城市总人口数、国内生产总值三项城市发展指标的关系。结果表明:廊坊市人口、GDP、全社会固定资产投资总额均与年平均气温显著相关。近48 a来,廊坊城区站与郊区站的温度差成逐步减小趋势,受城市化影响,廊坊地区年平均温度呈缓慢上升趋势,空间分布特征郊区站低于城区站,城区站每10 a增温0.5℃,郊区站每10 a增温0.41℃,10 a总增温0.42℃。