降水和风对苏州地区PM_(2.5)浓度影响分析

为了解降水和风对苏州地区细颗粒物(PM_(2.5))质量浓度的影响,利用2018—2022年逐日降水量、风向风速和环境空气质量数据,分析苏州市降水和ρ(PM_(2.5))的月变化特征及日降水强度、降水时长和风向风速对ρ(PM_(2.5))变化的作用。结果表明,降水对PM_(2.5)存在一定湿清除作用,全年雨日ρ(PM_(2.5))平均值较非雨日低21%,1—2月和11—12月最为显著。降水的湿清除效率受日降水量级和日降水时长等因素的影响,当日降水量达到中雨及以上量级时,ρ(PM_(2.5))下降样本数超过总样本数的60%,降水的湿清除效率随着降水量级的增加而显著提高;当日降水时长>6 h时,降水对污染物浓度的改善作用明显,ρ(PM_(2.5))下降样本数超过总样本数的50%。不同风向、风速的清除作用也有差异,静风或微风状态下,高温高湿的西南风最易造成苏州地区的霾污染;当西北风速>4 m/s时,受到冷锋前的污染气团南下扩散影响,ρ(PM_(2.5))升高;对于东北风、西南风和东南风这3个风向,当风速达到5 m/s时,对污染物具有有效的干清除作用。

苏南一次梅雨锋大暴雨的环境条件及对流系统演变特征

受梅雨锋及梅雨锋上中尺度低涡影响,2020年7月6日江苏省苏州市出现大暴雨,造成城市内涝等灾害。利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料及自动气象站、多普勒天气雷达、风廓线雷达等多种观测资料,分析了此次大暴雨过程的天气背景、环境条件、对流系统演变等特征。结果表明:(1)高空西风槽东移,中低层冷式切变线南压,冷暖空气在苏南上空汇合使低层辐合增强,中低层西南急流加强以及地面梅雨锋维持为此次大暴雨过程提供了有利的天气背景条件。(2)最强降雨时段回波中心强度超过60 dBz,顶高超过14 km,强反射率因子区对应差分传播相移率达7°·km-1高值区,强回波垂直伸展高度平均在6 km以下,为典型的低质心暖区降雨。(3)苏州上空抬升凝结高度低、中等强度的对流有效位能、中低层强垂直风切变和对流不稳定层结,为大暴雨的产生提供了有利的环境条件。不断增强的低空急流向下传播形成超低空急流,急流出口区强烈的辐合抬升和切变线上空次级环流的上升支叠加,为强降水的产生提供了动力抬升和触发条件。水平方向和垂直方向强烈的梅雨锋锋生,使强降水得以维持。

“090603”强飑线过程动力结构特征的观测与模拟分析

利用各种观测资料和数值模拟结果,分析了2009年6月3-4日黄淮地区一次罕见强飑线过程的中尺度动力结构演变特征和发展机理。结果表明,在稳定的东北冷涡环境下,冷涡后部与短波扰动相伴的冷平流叠加于对流层低层暖脊之上,为飑线的发生构建了有利的大气不稳定层结;飑线的发生、发展与地面中尺度辐合线密切相关,两者相互依存、促进;飑线的移动对应着对流层低层水平涡管的传播。在传播过程中,水平涡管的倾斜会使垂直涡度向水平涡度转化,促进飑线的发展;在飑线发展的不同阶段,动力结构有显著的差异,发展成熟阶段的飑线结构具有较强的组织性,而当其减弱、消散时,动力结构逐渐松散,各因子间不再有密切的配合,其特定的对流组织作用就会不复存在。另外,在飑线的发展过程中,地面气压场呈明显的中尺度扰动特征,飑线后部产生的中尺度雷暴高压与风场的辐散中心相伴是地面大风形成的主要原因之一。

江苏夏季逐月高温日数与西太平洋海温场相关分析及预测模型建立

夏季高温的发生是多个因子共同作用的综合反映,其中大气环流背景对高温的出现起到重要作用,而根据海气相互作用的研究,海温变化和大气环流之间有一定相关关系,决定了海温对陆上温度具有一定的可预报性。基于此原理基础,本文利用1978—2007年30年西太平洋海温和江苏各区域的高温日数资料,运用区域平均方法、场相关分析法,探讨了与江苏不同地区区域平均高温日数相关的强信号海区,分析了利用海温进行逐月高温日数预报的可能性。然后运用最优化相关处理技术将西太平洋海温作为长期预报因子,建立了江苏不同区域夏季逐月高温日数长期预测模型,模型均通过了α=0.01显著性水平检验,拟合效果理想,同时并进行了实际预报试验,预报效果较好,可以投入业务使用。此研究对江苏高温的长期预报及高温灾害服务具有重要指导意义。

一次秋季强降水超级单体风暴过程分析

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳定建立的主要原因。(2)超级单体风暴低层强烈的后侧入流,不断为其输入暖湿气流,其前侧为强烈的上升气流,而高空有较强的后向流出。在这种流场的作用下,超级单体风暴的发展得到加强和维持。(3)对流首先在700 hPa相对湿度梯度大值区与地面中尺度辐合线相交处被触发,整个过程中强对流回波出现在地面中尺度辐合线附近,并伴随其东移。东移的地面辐合线与盐城东部局地生成的对流风暴所造成的地面辐散出流相遇,演变为一条新的地面辐合线,地面辐合显著增强,导致短时强降水的发生。中尺度地面辐合线的移动和增强在这次超级单体风暴过程中起到了触发和维持、加强的作用。(4)对流发展初期,地面辐合区对应着未来对流回波生成区域,有很好的超前性;随着对流发展,地面负散度大值区与对流回波区逐渐重合,当散度场出现临近正负散度中心对时,对流发展达到最强。

SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季降水的可能影响

澳大利亚高压是东亚夏季风系统的重要成员之一,其对中国夏季气候存在显著影响。为了进一步弄清年际时间尺度上的澳大利亚高压变化对中国东部夏季降水的影响,利用澳大利亚海平面气压和中国夏季降水站点资料,使用SVD和线性回归方法揭示了澳大利亚高压的年际变化与中国夏季降水异常的联系,得到:SVD的第1模态的时间系数与通常使用的澳大利亚高压指数相关可达到0.98。在有无考虑ENSO的影响时,SVD的第1模态均反映出澳大利亚高压的年际变化与中国江南地区夏季降水存在密切联系,也即澳大利亚高压增强(减弱)时,江南地区降水增多(减少)。澳大利亚高压对中国夏季降水的可能影响途径为:澳大利亚高压通过影响赤道纬向气流和越赤道气流并通过类似PJ波列的方式影响到中国东部地区:澳大利亚高压增强时,造成西太平洋副热带高压偏南、偏西,同时,105°E处越赤道气流显著加强,为江南地区提供充足水汽源,利于中国江南地区降水;澳大利亚高压减弱时,情况相反;在强(弱)澳大利亚高压年,印度尼西亚及热带辐合带海区SSTA负(正)异常使得低层风场的异常辐散(辐合),激发了澳大利亚南部以及西太平洋地区异常反气旋(气旋)环流,同时江南地区出现异常辐合(辐散),引起大气异常上升(下沉)运动,有利于中国江南地区夏季降水异常偏多(偏少)。

华北夏季降水异常与南太平洋夏季海表温度变化主要模态的可能联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF(empirical orthogonal function,经验正交函数)展开方法提取了南太平洋12—2月海表温度变化的主要模态,其第一模态反映了ENSO(El Nino-Southern Oscillation)的信号,周期为3～5a;第二模态与南半球环状模(Southern-Hemi-sphere annual mode,SAM)相联系,周期为准两年。结果表明,南太平洋EOF1时间序列处于正(负)相位时华北地区后期5月多(少)雨,同时注意到南、北太平洋EOF1对中国5月降水的影响区域基本一致。南太平洋EOF2时间序列处于正(负)相位时江南地区的夏季平均降水减少(增多)。去掉EOF1和EOF2的线性趋势后,这种显著相关仍然存在,只是显著相关区域有所缩小。利用南、北太平洋EOF1时间序列作为预报因子,建立回归预报方程,可为预测中国华北地区5月降水提供依据。

近50a江苏梅雨量异常的时空分布及其环流特征

利用1961—2009年江苏66站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用EOF分解、小波分析、合成分析等方法,探讨近50 a江苏省梅雨量异常的时空变化和环流特征。结果表明,江苏梅雨量存在全区一致型、南北(以32°N为界)反位相型、江淮之间与淮北及沿江苏南反位相型三种主要空间型;江苏梅雨量异常均存在显著年际变化和年代际变化特征,并存在准2 a、准4 a和准6 a的振荡周期;近50 a江苏梅雨量呈一致的增长趋势,且淮北地区和苏南地区的正趋势明显,通过置信水平为95%的检验。此外,江苏丰梅年份,南亚高压中心偏东,强度偏弱,面积偏小;副热带高压西伸脊点偏东,588 dagmp线北界偏北,面积偏大;东北冷涡活动频繁,引导干冷空气南下,与强盛的西南暖湿气流相互作用,冷暖气流在江苏交绥,梅雨量偏多。枯梅年环流形势则与之相反。

苏南地区CO2本底浓度及源汇特征

基于2015-2018年苏州张家港站CO2在线观测数据,采用时序检查、选取稳定性数据、异常值剔除等质量控制方法获得可靠数据,并通过平均移动过滤(MAF)本底筛分法获得本底数据,讨论苏南地区CO2变化特征.结果发现:CO2本底浓度日变化为单峰结构,谷值和峰值分别出现在下午15:00和凌晨5:00前后;季节变化为双峰结构,峰值分别出现在12月和4月;日、季节变化的分布特征均与陆地生态系统气象条件和人类活动有关.此外,2015-2018年CO2浓度呈逐年上升趋势,抬升浓度占比逐年增加,吸收浓度占比波动较小,表明人类活动对CO2浓度的影响正在逐年增加;而陆地生态系统对CO2吸收汇的作用则相对稳定.源汇分析显示,CO2抬升浓度随季节小幅波动;吸收浓度则夏半年较低,冬半年较高;抬升浓度日变化为单峰结构,谷值和峰值分别出现在15:00和8:00前后,早晨正值上班高峰,机动车排放可能为早晨峰值的主要因素;吸收浓度日间低夜间高,这主要与植物光合作用及对流输送有关.分析CO2浓度与风的关系发现,所有季节静风情况下,CO2浓度偏高均最为明显,大部分方向CO2浓度高低与风速大小有明显的负相关,其中S-WNW方向偏高最为明显,这可能是因为SW-NW方向主要为内陆城市群,且测站周边建筑区主要位于W-N方向,弱风有利于本地排放累积的结果.此外,WNW方向风速较大时浓度仍偏高明显,可能与测站W-N方向为建筑区及内陆城市群有关;而测站偏东方向主要为农田和林区,受人类活动影响较小,且海上气流较为洁净,故偏东风较弱时浓度也不高;说明了CO2浓度除了与风速大小有关外,与周边下垫面类型及较远距离环境特征(城市群或海洋)也有一定的关系.

双偏振雷达在江苏“7.6”降雹过程中的应用分析

针对2019年7月6日发生在江苏徐州、宿迁、淮安、南京以及常州一线的一次大范围冰雹天气过程,利用再分析资料分析天气背景、不稳定机制和抬升条件。通过徐州和南京S波段双偏振雷达偏振参量及宿迁和淮安的双多普勒天气雷达风场反演技术对冰雹云的热动力结构和微物理特征开展了详细的分析。结果表明:此次大范围冰雹天气发生在高空冷涡南落、横槽南摆,低层暖湿气流北抬,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面低压缓慢东移南压,提供了辐合抬升条件。此次降雹天气过程中,雷达回波图上显示有典型的冰雹云特征——三体散射长钉、回波穹隆结构、强度超过50 dBZ,中层径向辐合,风暴顶辐散等特征。双偏振雷达各偏振参量也表现出冰雹云的特点,出现冰雹的地区展现水平反射率因子Z_(H)大、差分反射率因子Z_(DR)小、相关系数CC小的特征,Z_(DR)值为-1.0~0.5 dB,CC值小于0.85;超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷、Z_(DR)柱、差分相移率K DP柱等特征。Z_(DR)柱、K DP柱和CC谷等双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。双雷达风场反演表明此次过程降雹集中时段,冰雹云的穹隆空间结构,降雹时刻存在的明显下沉气流。

江苏近10a高架雷暴特征分析

对2007—2016年发生在江苏地区的冬半年雷暴进行特征分析,筛选出12次典型的高架雷暴天气过程,揭示江苏发生高架雷暴的时空分布特征和典型的环流形势,发现逆温层顶之上的不稳定浅层和上下层强垂直风切变分别为高架雷暴的发生提供弱热力不稳定和强动力不稳定条件。强垂直风切变、850 hPa附近强烈的锋生导致的锋面次级环流,高空槽前正涡度平流随高度增加以及高层辐散、低层辐合造成的抽吸作用,为高架雷暴的发生和维持提供逆温层之上的动力抬升条件。高架雷暴发生时高仰角反射率因子呈现出类似零度层亮带的环形特征,对流单体不断生成在圆环附近。初步归纳了江苏高架雷暴的预报着眼点:500 hPa先后高空槽东移,700 hPa有16 m·s^(-1)以上的西南急流,850 hPa切变线东伸,存在逆温层顶高于1. 5 km,逆温强度大于5℃的较强逆温,0～6 km垂直风切变超过18 m·s^(-1),700 hPa与500 hPa温度差在15℃以上以及700hPa的相对湿度高于80%,且比湿在5～6 g·kg^(-1)。

热带气旋衰减后造成区域性暴雨的气候特征及分型研究

利用客观分离方法及其改进方案提取得到热带气旋(TC)降水量,统计1965—2013年TC衰减成为热带低压后24 h内发生暴雨的个例,研究其气候变化特征,并进行天气学分型。结果表明:广西东部、广东、福建南部是TC衰减后24 h内产生区域性暴雨(简称WTCR24)量的主要分布区;49 a来WTCR24频次具有缓慢减少的趋势,且WTCR24频次与TC频次具有较好的相关性;北部高压坝、鞍型场、并入高空槽3类环流型中,TC是否越过副热带高压脊线、副热带高压是否减弱是降水预报的转折点;较弱的TC何时并入较强的TC环流,是双台风型WTCR24发生的关键。

基于微波辐射计和风廓线资料建立AQI预报

利用气象部门的常规和非常规(微波辐射计和风廓线)气象观测、环境监测中心站提供的空气质量监测,研究了空气质量指数(AQI)与气象要素的关系,在此基础上用多元线性逐步回归方法建立了AQI的统计模型,并结合气象预报的客观数值产品与主观订正产品,进行了苏州AQI预报。结果表明,常规和非常规气象要素与AQI有显著的相关性,其中微波辐射计和风廓线探测的大气垂直方向上的相对湿度、水平和垂直风速、上下层温差、以及物理量指数(A、I指数)与AQI显著负相关;建立的模型预报结果与AQI实况之间具有显著的正相关关系,模型预报在一定程度上改善了48 h主观预报效果,具有一定的参考意义。

2014年初春江苏一次高架雷暴成因分析

通过使用NCEP1°×1°客观分析资料,分析了2014年3月19日发生在江苏沿江苏南的一次高架雷暴天气过程。结果表明:此次雷暴过程是江苏初春一次典型的“高架雷暴”天气过程,前期500hPa高空槽引导地面冷空气南下,地面先后受两股冷空气影响,地面附近存在较强逆温,暖湿空气在冷垫之上爬升。850hPa存在浅薄的对流不稳定层以及0~3km强烈的垂直风切变,分别提供了弱热力和强动力不稳定条件。此次过程850hPa附近存在强烈的锋生。雷暴发生的水汽主要源自孟加拉湾,沿江苏南上空存在明显的水汽积聚。雷暴发生期间回波强度最大达55dBZ,移速达75km/h,使得沿江一带自西向东产生雷暴。垂直风廓线上可见此次对流天气有较强的西南暖湿气流。强回波质心发展高度在4.5km左右,强回波发展高度主要在0℃层高度之下,-20℃层高度高于江苏春季冰雹发生时的预报指标,以及垂直上升运动强度不强和伸展高度不高是此次过程没有产生冰雹的主要原因;0℃层高度、-20℃层高度以及大气可降水量均低于江苏春季发生短时强降水的最低指标,是此次过程没有产生大范围短时强降水的主要原因。

江苏一次灾害性大风天气过程分析

利用江苏省自动站、NCEP再分析资料和连云港多普勒雷达等资料,对2017年3月1日江苏一次大范围灾害性大风过程进行了分析。结果发现,此次大风过程是黄河气旋后部冷锋迅速加强南下引起的一次系统性大风过程,具有明显的温度槽落后于高度槽的斜压结构,槽后急流和冷平流显著。强三小时正变压引起的变压风是阜宁产生大风的主要原因。此外,云台山地形造成的冷锋加强也对阜宁大风有一定的加强作用。

2019年江苏梅汛期一次强对流成因分析

利用FNL资料以及单、双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2019年7月6日发生在江苏的一次自北向南罕见的伴有冰雹、雷暴大风和短时强降水的大范围强对流天气过程。结果表明:江苏上空垂直方向干冷空气叠加在暖湿气流之上,600 hPa以下存在明显的对流不稳定,强烈的深层垂直风切变提供动力不稳定条件。大的对流有效位能、强烈的深层垂直风切、合适的0℃和-20℃层高度利于大冰雹产生。强对流发生过程中,冰雹云回波强度普遍在50 dBZ以上,顶高超过10 km,三体散射特征明显,同时存在气旋式辐合、回波悬垂等特征。双线偏振雷达各偏振参量表现出明显的冰雹云特征,下击暴流发生时低层速度图上出现强辐散区,预示着下击暴流天气的发生。随着Z_(H)的增大,K_(DP)值也有所增大,表明降水粒子尺寸增加,偏振雷达回波在水平和垂直方向的相位变化也增加,当回波强度超过45 dBZ时,83.2%的K_(DP)在1.5 (°)·km^(-1)以上,CC值也超过0.97,利于强降水发生。

2018年3月4日强对流过程多源资料分析

本文针对2018年3月4日苏州地区冬末春初的一次强对流天气过程,运用S波段多普勒雷达、C波段双偏振雷达、闪电定位仪和雨滴谱仪等资料对强对流天气中尺度特征进行分析,发现综合分析各种新型探测资料对于分类强对流监测预警有一定作用。分析表明:(1)冬末春初强对流发生的各种阈值与汛期强对流形成的阈值明显不同,虽然不稳定能量没有春夏高,但在动力条件下触发低层冷空气强烈抬升暖湿气流,继而引发局地冰雹、下击暴流和短时强降水的发生。(2)双偏振雷达可以有效识别强冰雹;下击暴流发生时反射率因子质心和VIL快速下降,低层风场为辐散及中层有径向辐合特征存在。(3)昆山短时强降水发生时雨滴数密度有突然增大特征。

苏南一次深秋局地强对流的多源资料分析

针对2014年苏南地区深秋一次强对流天气过程,运用雷达、闪电定位仪、风廓线雷达和雨滴谱仪分别对强对流天气过程进行分析,发现新探测资料对于强对流的发生和发展有一定提示作用。本次天气过程主要是在前期回暖明显,西南气流强盛,有高空槽引导冷空气南下,冷空气的入侵导致了局地强对流的发生。深秋强对流发生的各种潜势与汛期强对流形成的阈值明显不一样,虽然不稳定能量没有春夏高,但在动力条件下触发低层冷空气强烈抬升暖湿空气,继而引发局地冰雹。雷达数据与汛期强对流的各种指标对比表明:无锡地区冰雹回波结构与汛期发生的冰雹个例相比,垂直累积液态水含量和回波顶高明显下降,这与季节的不同有明显关系,热力条件已无春夏好,季节的原因导致回波顶高偏低。通过闪电资料的统计表明:闪电频数的突然上升说明超级单体有较强的上升气流。雨滴谱资料的应用说明,降水过程中不同雨强下雨滴谱分布均呈单峰型,随着雨强增加,雨滴谱谱型在大粒子端逐渐上抬。对流云降水谱宽明显大于层状云降水。对流云降水阶段的平均直径明显大于层状云降水阶段。

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θse随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率ZDR、差分相移率KDP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在ZH大、ZDR小、CC小的区域出现冰雹,ZDR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。

台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量诊断和微物理特征分析

采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了“利奇马”暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。