太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。

华北地区一次长生命史超级单体雹暴特征观测

对2020年6月25日河北南部从保定涞源到沧州东光的超级单体雹暴环境条件、雷达观测及风场反演特征进行了分析。结果表明:(1)本次超级单体雹暴是在水平对流卷上触发起来并经过不断加强形成的。(2)超级单体雹暴长时间处于中等到强的基本顺时针旋转环境风的垂直风切变环境中、中气旋维持时间超过3 h以及较强冷池作用,是本次超级单体雹暴维持长生命史的可能原因。(3)对流单体VIL持续7 h基本维持在55~80 kg·m^(2)区间,与单体移动路径上降雹时段一致,超过4 h持续出现三体散射长钉或旁瓣回波特征,与本次过程中灾情调查和气象站观测到的大冰雹时间段基本一致,对大冰雹有较好指示意义。(4)超级单体雹暴出现钩状回波(低层)、回波悬垂“穹隆”结构、风暴顶辐散、ZDR柱和KDP柱等特征。“穹隆”顶部为65 dBz以上反射率因子,该处风场以垂直上升为主,水平风分量较弱,呈现出“穴道-零域”结构,利于大冰雹增长。超级单体垂直速度随高度增大,利于中气旋形成和维持。

河北省中南部暴雨雨滴谱特征

基于2016—2017年河北省中南部暴雨过程的OTTParsivel激光雨滴谱仪观测资料,对3种类型暴雨过程的降水微结构特征参量、不同尺度降水粒子对雨强的贡献、分雨强下的雨滴谱分布、速度谱等进行分析。结果表明:河北省中南部暴雨不同雨强下雨滴谱基本呈现单峰型分布,低槽冷锋类暴雨雨滴谱谱宽最窄,低涡类暴雨次之,暖切变线类暴雨最宽。不同类型暴雨过程粒子平均直径和峰值直径平均值以低涡类最小,低槽冷锋类次之,暖切变线类最大。雨滴体积中值直径和质量加权平均直径均值以低槽冷锋最小,低涡类次之,暖切变线类最大。河北省中南部暴雨过程主要以直径D<1.0mm的小雨滴为主,其中1.0≤D<3.0mm的雨滴雨强对总雨强贡献接近70%,D>4.0mm的大雨滴数浓度占总数浓度百分比最小,其雨强对总雨强的贡献也最小。3种类型暴雨分雨强对应雨滴谱多呈单峰型分布,呈双峰分布时对应雨强不同。速度谱上不同类型暴雨雨滴数极大值中心位置一致,且位于经验曲线下方。与目前雷达系统采用的标准Z=300I1.40关系相比,河北省中南部暴雨过程Z-I关系低估低槽冷锋类暴雨降水,高估低涡类和暖切变线类暴雨降水,其中低涡类暴雨偏差最大。

邢台市近61年降水变化特征及其对生态环境的影响

根据邢台市国家气象观测站1954—2014年的逐日降水资料,运用线性倾向分析、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验等方法对邢台市的降水气候变化特征进行了分析。结果表明:近61 a来,邢台市月不同等级降水日数随着降水等级的升高而快速下降,月雨日和月雨量的峰值均出现在7月份,平均为18.67 d和150.46 mm;小雨日和小—中雨日分别呈-3.17 d·10a^(-1)和-0.61 d·10a^(-1)的显著性下降,其他等级降水的雨日也都呈不明显的下降趋势,年总雨日呈-4.37 d·10a^(-1)的显著性下降,其中在夏季的下降趋势最明显;年总雨量的气候倾向率为^(-1)8.23 mm·10a^(-1),其中小雨量呈-5.22 mm·10a^(-1)的显著下降;总雨量下降的原因一方面是雨日的减少,另一方面是小雨日和小—中雨日雨量在夏季的显著性减少。检验证明小雨日、小—中雨日的突变时间分别在20世纪70年代中后期和60年代末,总雨日和小雨量的突变时间分别发生在20世纪70年代初和80年代初。

一次重污染天气过程的激光雷达探测数据与颗粒物浓度变化

根据河北邢台市2015年10月11—23日一次重污染天气过程的激光雷达探测数据,对大气污染物浓度和雷达反演得出的大气边界层(PBL)高度、气溶胶光学厚度(AOD)和消光系数的变化进行分析。结果表明:在剔除降水因子的影响后,PBL高度对PM_(2.5)浓度有显著影响,PBL高度越低,PM_(2.5)浓度越高,且两者的相关性夜间好于日间;大气污染物浓度的增加会导致AOD和气溶胶消光系数的显著升高,且AOD与PM_(2.5)浓度的相关性日间好于夜间,在降水的湿沉降效应和大气相对湿度增加的影响下,会出现大气污染物浓度下降,但AOD升高的现象;300 m高度的气溶胶消光系数与地面污染物浓度的日变化趋势较为一致,贴近地面处消光系数相对较小。整体而言,随着PBL高度下降、AOD上升和消光系数增加,环境大气质量逐步趋于恶化。

EC-thin资料在低槽冷锋类降水过程人工增雨潜力区识别中的应用

选取8次冀中南地区低槽冷锋类降水过程,基于实况资料、微波辐射计资料、毫米波测云仪资料,利用EC-thin模式资料,分析研究EC-thin资料在人工增雨潜力区识别中的应用。结果表明:低槽冷锋类降水过程的共同特征为中高层30°-50°N、100°-120°E低槽东移,地面冷锋以西北路径或偏西路径南下影响冀中南地区;无论平原还是山区,低云量、气柱总含水量、大气可降水量、850 hPa比湿总体上呈现随降雨量增大而增大的趋势;当冀中南地区受低槽冷锋类天气系统影响时,在平原地区,当低云量、气柱总含水量、大气可降水量、850 hPa比湿预报平均值分别为6成、31 kg·m^-2、37 kg·m^-2、6 g·kg^-1以上时可进行人工增雨作业;在山区,当低云量、气柱总含水量、大气可降水量、850 hPa比湿预报平均值分别为5成、21 kg·m^-2、29 kg·m^-2、4 g·kg^-1以上时可进行人工增雨作业;此外最佳人工增雨阶段为各物理量值达到最大并开始减小阶段。

数值预报产品在邢台市温度预报中的检验与分析

利用邢台市逐日最高气温和最低气温实况资料与T639模式、最优预报的数值预报产品进行比较分析，结果发现：T639预报准确率整体较最优预报的高，且在Td预报方面要明显好于Tg的预报，同时，预报的时段越近，预报的准确率越高。而模式温度与实况温度预报差距较大的原因主要有：冷暖空气的强度及冷暖空气入侵时间、天空状况、降水开始及降水结束的时间、地面风场。

激光雷达和微波辐射计对邢台市一次沙尘天气的探测分析

利用气溶胶激光雷达、地基多通道微波辐射计资料,反演得到邢台市2017年5月3 5日沙尘天气过程前后的消光系数、退偏比和高空的温度、湿度变化,结合后向轨迹模式等资料,分析了沙尘天气过程前后的天气形势、颗粒物污染特征及来源、消光系数、退偏比等的变化。结果表明:来源于新疆北部的沙尘气溶胶受地面冷锋东移南下影响,以西北路径远距离输送沉降是导致邢台市颗粒污染物浓度骤升的主要原因,而本地大风的出现会导致由地面向高空扩散形成的沙尘污染次高峰,其中细颗粒物PM10的浓度升幅远大于PM_(2.5)浓度升幅;在高空2 000 m附近集聚的沙尘气溶胶可以形成消光系数大于1 km-1的强值区,沙尘聚集区域的退偏比平均值为0.252,与下层退偏比平均值为0.041的区域形成一个明显的沙尘分界线,消光系数的强值中心和退偏比的高低值分界线可以很好地表征出高空沙尘粒子的沉降变化;在高空沙尘沉降和地面大风引起的沙尘天气时,地面温度都出现了升高态势,在地面颗粒污染物浓度出现剧烈增加前,整层大气湿度呈现陡降趋势,而在颗粒污染物浓度处于高值波动阶段,整层大气湿度均维持在一个较低的水平。

MWP967KV型微波辐射计对重污染天气的探测分析

利用MWP967KV型微波辐射计对温度、相对湿度和水汽密度廓线的反演数据,对2015-2016年秋冬季发生在邢台市的2次持续重污染天气过程进行了分析,结果表明:MWP967KV型微波辐射计能够较好的表征出垂直方向的气象要素变化;在污染物浓度和逆温强度之间存在着一定的正反馈机制,逆温强度的增加可以导致污染物浓度的增长,随污染物浓度的升高,4~5 h后的逆温强度出现增大;在局地污染源为主的天气过程中,550 m高度较地面处的逐时相对湿度与PM_(2.5)浓度的相关性更好,相关系数0.694 7;高空1 000 m以下的平均水汽密度较地面、不同高度层的平均水汽密度和不同浓度水汽密度在垂直方向的伸展高度与PM_(2.5)浓度的相关性更好,相关系数0.778 9;在外来污染源为主的天气过程中,逐时PM_(2.5)浓度与相对湿度、水汽密度廓线变化的相关性不明显。

2012年邢台市首场透雨过程中尺度分析

利用Micaps系统下常规资料和数值预报产品、物理量场，对2012年4月23—25日发生在邢台市的首次透雨过程进行综合分析，结果表明：西风槽东移加深并形成西南涡系统是强降水产生的大尺度环流背景；500-850 hPa风的切变是强降水产生的主要影响系统；暴雨发生在西南涡的东北象限，中尺度系统是强降水形成的直接影响系统。物理量场分析表明，此次强降水的发生伴有强烈的上升运动，强降水前中低层有充足的水汽供应和强的不稳定能量，导致了强降水的产生。

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料,对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明:(1)在河北南部,太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区,前者强度更强,体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。(2)本次过程中,3种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段,环境风维持强深层垂直风切变,相应的u风差也显著增强,有利于迎风坡降雨增强。降雨结束时,深层垂直风切变为弱垂直风切变。(3)强降雨阶段,水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变,且低层风垂直切变较大。降雨结束阶段,水平风垂直切变矢量方向变化复杂。(4)太行山脉高度以下的东风不断增强,最大东风分量达到8~28 m/s,有利于山区和山前降雨的增强。

国产MWP967KV型微波辐射计性能分析

为了对国产微波辐射计的性能及应用情况进行评估,选用MWP967KV型微波辐射计的反演产品与同址探空数据进行了对比研究,结果表明温度反演能力优于相对湿度,晴天反演能力优于雨天,液态水含量对反演湿度影响比对温度的影响大。温度和相对湿度与探空数据差异不显著,温度反演数据的误差呈现随高度增大而加大的趋势,相对湿度的反演数据在6.25km以下能力较好,6.25km以上反演能力开始下降。通过分析降水过程数据表明,当Q值和L值达到一定量值,同时L的增加率符合一定数值,降水出现的概率较大。