西北干旱区夏季水汽收支特征及对气温异常的响应

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2016年ERA-Interim再分析资料分析了西北干旱区(35°N~48°N,80°E~106°E)夏季水汽收支特征,并通过环流合成分析进一步揭示了气温异常对西北干旱区水汽收支的影响。结果表明:西北干旱区夏季大气水汽含量和水汽净收入均为增加趋势。气温和东边界、北边界以及南边界的水汽通量均在20世纪90年代后期发生显著调整。升温主要使西北干旱区东、南边界的水汽支出减少,进而导致水汽含量增加。气温异常调整环流异常,从而使对流层中下层风速变化,进一步影响西北干旱区各边界的水汽输送。其可能影响机制为气温偏高时,印度西南季风加强,使南边界偏北风减弱,导致水汽支出减少;蒙古异常反气旋加强使东边界、南边界东部和北边界的中低层风速减小,导致东边界、南边界东部水汽支出和北边界水汽收入减少。

弱天气系统强迫下一次突发性大暴雨成因分析

2021年7月18日西安东北部、渭南南部等地出现突发性暴雨、大暴雨及局地特大暴雨天气,全球模式和多个中尺度模式漏报,为了深入认识此类暴雨天气发生发展机制,提高其预报准确率,本文利用高空、地面观测、ERA5再分析、FY-2G云顶亮温TBB、临潼激光雷达风矢量、泾河雷达及微波辐射计等数据对此次大暴雨发生的环流形势、环境场条件、中尺度对流系统发展演变及触发机制进行分析。结果表明:(1)此次大暴雨天气是在弱天气系统强迫下发生的,大暴雨区位于500 hPa大陆高压边缘,850 hPa和700 hPa无切变线和暖平流、无较大风速输送水汽,地面无冷锋或暖锋。(2)大暴雨发生前环境场有着有利的抬升、充沛的水汽和不稳定能量等条件。地面弱降水造成低的大气抬升凝结高度和云底高度,有利于中尺度对流系统的生成及提高降水效率;低层偏东风风速增大并维持较大风速为大暴雨区输送充沛水汽及能量,大气有一定的对流有效位能,中低层弱上升运动使得暴雨区有着较厚的湿层和较大的整层可降水量。(3)突发性大暴雨由准静止孤立的中-β尺度对流系统造成,中-β尺度对流系统由多个中-γ或中-β尺度对流单体组成。对流单体最先在骊山附近生成,结构松散,组织性差,单体反射率因子有较低的质心及高效率暖云降水特征。(4)地面弱冷空气造成的地面辐合线与骊山地形抬升、灞河谷地狭管效应共同作用触发对流单体,产生强降水,形成地面冷池。冷池出流形成地面辐合线主要在泾河东侧高温、高湿、高能区触发多个新的对流单体。大暴雨区中-β尺度对流系统后向传播,其中多个中-γ或中-β尺度尺度对流单体自东北向西南方向缓慢移动,形成“列车效应”,经过泾河造成大暴雨天气。(5)对于弱天气系统强迫下的暴雨预报,需要增强对其形成机制的认识及新型观测资料的使用,密切关注前期弱降水对近地面增湿和抬升凝结高度的影响,增大的低层风对暴雨区水汽和不稳定能量的输送,地面弱冷空气及地形的触发作用,结合多家中尺度数值模式预报的极值,综合考虑突发性大暴雨的可能性。

宝鸡市2020年8月16日降雨地质灾害动态危险性评估

降雨诱发的群发性黄土崩滑灾害具有发育面积大、数量多、破坏力强的特征。为有效防控该类群发性灾害风险,需探索建立相应的危险性评估技术流程。在陕西宝鸡市1∶50000地质灾害详细调查与群发性灾害阈值调查研究的基础上,以2020年8月16日持续性降雨事件为例,探索完成了24 h内降雨诱发地质灾害危险性评估。计算分析显示:基于灾害发生的降雨量与持续时间阈值关系式,叠加1∶50000精细的易发性分区结果,可实现市域24 h内降雨诱发地质灾害动态危险性评估,其结果能够较好地反映高危险区域的动态扩展趋势。若继续探索完善降雨量阈值判别模型与评估技术流程,可提高地质灾害风险区划的时效性。

商洛金丝峡“6.26”极端短时强降水成因分析

受河套低槽和低涡切变的共同影响,2022年6月26日12∶00-13∶00(北京时,下同)陕西商洛境内商南县西部的金丝峡出现了极端短时强降水(简称“6.26”过程),小时雨强高达108.3 mm·h^(-1),是一次典型的由中尺度新生雷暴引发的局地强降水过程。局地性和突发性强、持续时间短、降水强度大,各家业务模式均出现漏报。本文基于常规气象观测资料及加密自动站观测资料、多普勒天气雷达资料与欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA5),对此次短时强降水成因进行了详细分析。结果表明:(1)该过程发生在500 hPa河套低槽配合700 hPa低涡切变缓慢东移的环流背景下,商南地区动力抬升条件和能量条件较好,对流发生前K指数达到42.83℃。(2)局地充沛的水汽加之低层较强的垂直上升运动可将水汽迅速向上输送,有利于在金丝峡形成极端短时大暴雨。(3)金丝峡附近热力非均匀下垫面造成的局地环流和变压风引起的局地流场之间形成的中小尺度地面辐合线是导致金丝峡极端短时强降水的主要原因。金丝峡特殊的河谷地形,一方面有利于触发对流,另一方面阻挡了低层东南气流沿山爬坡抬升,进一步加强了金丝峡上空大气的辐合,促使暴雨增幅。

西安市一次持续重污染过程的清除特征分析

对2019年1月发生在西安市的一次持续重污染过程气象条件进行研究,对污染清除阶段进行对比分析,研究冷锋活动对西安市污染物的输送和清除作用。结果表明:7日白天西风累积风速更大,污染清除速率较快,14日夜间—15日东风累积风速更大,持续半个月的污染状况消除。两次污染清除过程的不同是由冷高压的位置和移动路径不同所造成。关中盆地内的主导风向不同则是风场与地形相互作用的结果。小时加密风场表明污染清除可分为偏西路径和偏东路径。偏东风将汾渭平原的污染物输送至关中盆地,对本地污染状况具有先加重再清除的效果。污染持续期间逆温层维持,上午地面风加强导致近地面污染物浓度降低,午后晴空加热效应明显,贴地逆温减弱或消失,近地层大气垂直混合加强,污染物向上扩散稀释,地面污染物浓度迅速下降。

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

利用全球海洋—大气快速耦合模式(Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM),采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温"再现"过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。

基于暴雨动力因子的2011年9月秋淋天气预报检验分析

对2011年9月陕西历史罕见的强秋淋天气中的暴雨天气过程中暴雨动力因子的预报情况进行了检验分析,发现暴雨动力因子预报场有较好的表现,对系统的出现时间、位置和移动趋势均有较准确的预报;对流涡度矢量阈值能达20×10-8K/(Pa·s),湿热力平流阈值可达25×10-13K2/(m2·s),质量散度的阈值达10×10-6s-1。对不同的过程,动力因子的预报能力是不同的;对于区域性的暴雨和大暴雨过程,该系统的预报效果好;动力因子的移动趋势和强度变化表现较好,能反映出系统的生成和演变。集合动力因子综合热力、动力、水汽等物理量,能给出更多的预报信息,合理利用多种因子对天气过程进行综合分析,能协助预报员进行科学决策。

2017年陕西高温事件的大气环流异常及成因

利用陕西省自动气象站逐日气温资料、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°全球再分析资料,对2017年极端高温事件进行分析,研究大气环流异常特征及成因。结果表明:在全球变暖背景下,2017年7月陕西出现的极端高温天气过程,持续时间长、极端高温强,为历史同期罕见。通过对大气环流异常的诊断分析表明,西太平洋副热带高压(简称副高)较常年偏强并显著西伸、南亚高压偏东偏北是导致2017年7月陕西出现大范围极端高温天气的直接原因。垂直下沉运动较常年异常显著,副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用使整层气温持续偏高。水汽通量异常表现为北风通量,不利于水汽输送和降水天气形成,湿度条件较常年差,造成了陕西的高温少雨天气。

2014与2015年陕西首场暴雨对比分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料、汉中多普勒雷达资料,对2014和2015年陕西春季首场暴雨过程进行对比分析,结果表明:两次暴雨过程的环流形势和影响系统均属典型的陕西春季暴雨形势"南北双槽型";2014年暴雨过程水汽辐合强度较弱,700hPa和850hPa水汽辐合中心均位于陕南,2015年暴雨过程850hPa水汽辐合较强,是水汽的主要来源;2014年暴雨过程动力条件稍差,大气层结表现为对流稳定,是稳定性降水,2015年暴雨过程为对流性降水,与夏季暴雨过程相似,其能量条件和动力条件较好;从卫星云图和雷达回波上看,2014年过程以层状云降水为主,维持时间较长,2015年暴雨过程中尺度对流云团在陕南西部停留时间较长,汉中不断有新的云团生成,为明显的积层混合云降水。

一次高原低涡东移引发的陕西大暴雨天气成因分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和FY-2E卫星资料,对2010年7月22-24日发生在陕西中南部的一次持续性大暴雨天气进行了诊断分析.结果表明:此次暴雨过程的环流背景为稳定的经向环流型,东移到河套地区的高原低涡是主要影响系统.高原低涡从高空300 hPa到低层850 hPa表现为一个深厚的冷性低压系统,300 hPa以上为暖性低压系统,整层均为较强的上升运动.低空西南暖湿气流与冷空气交汇导致辐合流场的维持和加强,是低涡得以发展的重要因素.台风登陆后继续西行,造成大气环流经向度加强,西南暖湿气流加强,为暴雨提供了充沛的水汽.高原低涡附近的对流云团尺度相对较小,云顶亮温TBB比较高,主要分布在低涡南部或东部低层锋区附近.强雨带就出现在低涡的南部或东部.

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料(水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h),对2013年7月21—22日和2014年7月8—9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,"0721"过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区(延安)出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。"0721"过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。

配料法在暴雨精细化预报中的应用

利用欧洲中心高分辨数值预报产品提供的细网格气象要素场与陕西1 520个自动气象站降水资料相结合,采用配料法,选取对强降水有显著影响的3个气象因子比湿、垂直速度、温度,对陕西暴雨进行反演。在预报时效72 h内,提供网格点间距为0.25°×0.25°,时间间隔为3 h、6 h、12 h、24 h的强降水预报产品。该产品订正了EC强降水对陕西区域降水预报偏小的误差,提高了强降水预报的准确率,对暴雨的精细化预报具有一定的指导作用。

关中北部一次暴雨水汽条件及不稳定分析

2019年9月13-14日关中北部出现暴雨天气,这次暴雨开始时关中北部地区位于冷锋后地面冷高压中和700 hPa横切变线的北侧,探空图上中低层是锋面逆温稳定层结,中低层以下是深厚的冷垫,地面能量较低,没有对流不稳定,低层水汽不足,短期时效内暴雨漏报。为了研究此次过程中的水汽条件和不稳定机制,为今后此类暴雨预报提供有价值的预报思路,利用常规地面高空观测、欧洲中心细网格模式预报等资料对其水汽条件和不稳定进行诊断分析,结果表明:较强降水期间关中北部水汽的大值区集中在700 hPa,700 hPa随时间而增强的偏南风为其提供了充沛的水汽,700 hPa比湿大值区、切变线随着增强的偏南风北移至关中北部,这为关中北部暴雨提供了较强的水汽辐合条件,因此,为关中北部提供充沛水汽的偏南风能否随时间而增强是其暴雨能否发生的关键。而偏南风增强与高低空急流的耦合和凝结潜热释放有关,暴雨区高低空急流耦合形成的次级环流上升支有利于暴雨区中低层减压,西太平洋副热带高压和暴雨区之间的气压梯度加大,这将使西南低空急流加强并向东北方向移动,移动后的低空急流在其前方辐合上升造成新的暴雨区,这将形成低空急流和暴雨的正反馈,西南低空急流随着时间向东北方向移动,造成关中南部地区出现低空急流和关中北部偏南风增强;暴雨区凝结潜热释放有利于上升运动,使得中低层减压,这同样造成关中南部形成偏南风急流、关中北部偏南风增强。可见,高低空急流耦合和凝结潜热释放通过影响偏南风而间接影响关中北部暴雨区水汽条件。关中北部暴雨的不稳定机制是条件性对称不稳定。700~600 hPa关中北部暴雨区有着较强的垂直地转风切变和向北的水平地转风切变使得等地转绝对动量倾角较小,偏南暖湿气流输送水汽和能量使得等饱和相当位温面倾角较大,这一区域存在条件性对称不稳定即等饱和相当位温面的坡度大于等地转绝对动量坡度的区域。当冷锋上空偏南气流沿着锋面爬升至关中北部暴雨区辐合上升至700~600 hPa条件性对称不稳定区域,产生倾斜对流,使得降水强度增大,这也是造成关中北部暴雨天气的原因之一。在西太平洋副热带高压南撤东退及地面冷高压的形势下,暴雨预报需考虑西太平洋副热带高压的走向,高低空急流耦合、凝结潜热释放对低空急流及偏南风的影响,有可能出现的条件性对称不稳定机制,结合数值模式,综合考虑暴雨的可能性。

陕西一次持续性大雾天气特征分析

利用常规探测资料、自动站资料,对陕西2007年11月12~16日大范围持续性大雾产生的天气背景、温湿条件和大气层结等特征进行分析。结果表明,前期500 h Pa陕西为西西北气流,地面为均压场控制,辐射降温有利于近地层水汽凝结成雾;后期陕西处于高压前部等压线较密集区,形成锋前雾;1~4 m/s的地面风速、低层弱的垂直速度是这次雾形成的动力条件;上干下湿的高低空配置是大雾发生的水汽条件;大气层结稳定,低层有逆温、稳定少动的暖盖,阻碍低层水汽向上扩散,有利于大雾发生。

2005—2018年陕西短时强降水时空分布特征

利用陕西省99个国家级气象站逐小时降水量资料,分析了2005—2018年5—10月陕西短时强降水时空分布特征,结果表明:(1)2005—2018年陕西极值雨强呈振荡减小趋势,7月出现的强降水累计频次最多,而8月极值雨强最大;短时强降水主要发生在午后到夜间,日变化呈单峰分布,强降水频次峰值出现在17—00时,但极值雨强易出现在22—00时。(2)陕南为陕西短时强降水高发区,极值雨强可达40~80mm/h,镇巴、平利雨强可达90mm/h;榆林北部特别是西北部短时强降水日数少,极值雨强小,最大不超过50mm/h;关中平原地区短时强降水日数少,但极值强,最大可达101.5mm/h。5—10月陕西各地区短时强降水日、极值雨强有明显月际差异,7—8月短时强降水出现的范围广,日数多,强度大;5、6和9月范围、日数及强度均较小。(3)陕西各区域短时强降水日变化差异明显,陕北西部、关中西部呈单峰型,陕北东部、关中东部双峰明显,陕南日变化相对较小。陕西极值雨强主要出现在17—23时,关中东部、安康极值雨强多出现在19时,商洛极值雨强多出现在18时。

陕西省强对流天气气候特征分析与对流指标探讨

选取2007—2014年陕西省98个气象站降水和冰雹观测资料、1970—2013年数据完整的90个气象站的雷暴观测资料,采用统计方法分析陕西雷暴、冰雹、短时强降水的气候特征。结果表明:陕西强对流天气多发生于10—20时,其他时间发生的概率比较低。冰雹多发生在5—8月;短时强降水大多出现在6—9月,雷暴主要出现在6—8月。2007—2014年,陕西降雹天气年际变化不明显,短时强降水的年际变化较大。1970—2013年雷暴日整体呈减少的趋势,2007—2013年明显偏少。冰雹天气的高值中心集中在陕西北部,短时强降水呈北少南多的特点,雷暴为中部少、南北多。利用2007—2014年探空资料和MICAPS资料统计陕西省冰雹和短时强降水天气的物理量指标,为短时临近天气预报提供依据。

副高边缘西安地区一次短时暴雨分析

应用常规观测资料、卫星资料、西安雷达资料和NCEP 1°×1°逐6h再分析资料对2016年7月24日发生在西安的一次暴雨天气过程的特征和成因进行分析。结果表明:此次暴雨过程是在东移短波槽、副热带高压和低层切变共同作用下产生;强降水与对流云团活动密切相关,造成西安地区短时暴雨的β中尺度对流云团具有初生强度大、发生发展迅速等特点;暴雨区水汽通量辐合高值区的形成为暴雨的发生提供了有利的水汽聚积条件;暴雨发生前暴雨区低层暖湿条件增强;暴雨发生前和发生时大气层结维持对流不稳定状态;切变东侧上升气流发展,触发不稳定能量释放,为暴雨的发展提供了有利条件。

春节燃放烟花爆竹对西安空气质量的影响

利用西安泾河站气象观测资料和西安空气质量指数、污染物质量浓度等,对2014—2016年春节期间西安市空气污染特征和气象条件的影响进行分析。结果表明:除夕夜间大量燃放烟花爆竹导致PM10和PM2.5质量浓度短时内骤增,但对SO2和NO2质量浓度影响不显著,春节期间空气污染主要是由细颗粒物(PM2.5)造成。气象条件对空气质量有明显影响。在静稳天气下风速小,湍流弱,贴地逆温持续存在,大气扩散能力差,春节期间烟花爆竹集中燃放,强污染源和大气扩散能力差是春节期间出现空气重污染的主要原因;而冷空气来临时,大气相对湿度降低,风速增大,湍流增强,大气扩散能力增强,加上降水的沉降作用,是空气质量改善的主要气象原因。

低涡影响下的西北地区东部暴雨个例分析

利用常规气象观测资料、陕西区域自动站观测资料、多源融合逐小时0.05°×0.05°格点降水资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星探测资料对2019年8月2—4日西北地区东部一次由低涡向东北方向移动引发的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:500 hPa中纬度低槽、副热带高压、低槽携带的弱冷空气及来自台风外围和副高外围的暖湿空气为此次暴雨过程提供了非常有利的条件;大气整层水汽通量及水汽通量散度在本次低涡暴雨预报中具有一定的意义,水汽通量的突增对应降水的增强,水汽通量大值中心叠加强水汽通量辐合区对应强降水落区;500 hPa正涡度平流使低涡移动发展,对暴雨的发展和移动有很好的指导意义,对流层低层温度平流对低涡移动路径方面有良好预报指示作用;对流层上层高位涡向下伸展,分裂的高值扰动可促使中低层气旋涡度发展,影响低涡加强,对流层中低层700 hPa附近上正下负的分布形态促进了不稳定能量的释放,有利于低涡暴雨的发生;暴雨期间卫星云图上表现为逗点型云带,与低涡系统对应良好。

热力散度垂直通量在延安强降水过程中的诊断分析

利用NCEP1°×1°6h再分析资料对2013年7月22日延安地区强降水过程进行了热力散度垂直通量诊断分析,结果表明:当高空辐散区叠加在弱的低层辐合区上方时,促进低值系统的发展,使高低层的辐散辐合均加强,从而引起强烈的上升运动,为强降水的产生提供了有利的动力条件。在强降水区,广义位温等值线呈"漏斗"状,从对流层高层向下伸展到对流层低层,且在对流层低层垂直梯度比较显著。在此次降水过程中,高空主要有两股干冷空气影响延安地区,一股位于延安西侧的中高层,一股位于其东部的对流层低层,这两股冷空气夹击延安地区上空中层的暖湿气流,加强了降水区附近的湿斜压不稳定,为强降水的产生提供了有利的热力不稳定条件。热力散度垂直通量的垂直分布及整层积分的结果与地面6h强降水落区有很好的对应关系,它的变化趋势及移动方向与强降水区的变化趋势和移动方向也较为一致,对强降水落区预报有一定的参考意义。