西北气流下一次暖区强对流天气特征及触发机制分析

2020年5月19日贵州在西北气流影响下发生了一次混合性强对流(冰雹、大风、强降水)天气过程,各家数值模式均漏报了此次过程。本文利用地面和高空观测资料、多普勒雷达资料、NCEP 1°×1°和ERA50.25°×0.25°再分析资料对该过程的强对流天气特征、中尺度环境条件、中小尺度对流系统演变和结构、触发和维持机制等进行分析。结果表明:(1)本次过程是在500 hPa西北气流背景下发生在低层南风气流里的一次暖区强对流天气过程,由从孟加拉湾途经云南和从北部湾途经广西的两支暖湿气流交汇于贵州西北部触发形成,过程风雹特征显著,局地性强;(2)环境场特征表现为大气层结上干下湿、不稳定度大、对流有效位能(Convective Available Potential Energy,CAPE)较高、对流抑制(Convective Inhibition,CIN)能量较低以及垂直风切变较强;(3)雷达回波上表现为一个超级单体自西北向东南移动,出现了钩状回波、低层弱回波区、中高层回波悬垂、中气旋、垂直累计液态水含量高等典型特征;(4)边界层的中β尺度气旋性涡旋叠加地形影响造成的动力强迫抬升利于对流触发,用气块理论分析发现边界层动力强迫造成的气块抬升高度与水平辐合强度、垂直方向辐合高度、辐合持续时间密切相关,本次过程通过定量取值计算出的边界层动力强迫气块上升高度远大于大气自由对流高度,大气动力强迫转化为热力强迫,上升运动发展,对流风暴触发;(5)各家数值模式漏报主要原因为大气热力物理量,特别是CAPE值预报存在较大偏差。

贵州秋季暴雨时空分布特征及其与大气环流的关系

利用2010—2021年NCEP/NCAR月平均再分析数据和贵州省84个地面气象观测台站9—11月逐日降水数据,分析贵州秋季暴雨的时空变化特征,并探讨其与大气环流的关系。结果表明:(1)近10 a来,贵州秋季暴雨主要发生在9—10月,其中9月最多,11月没有;暴雨频次和持续时间整体呈明显上升趋势,均具有3 a的周期振荡特征,2020年秋季暴雨持续时间最长、范围最大且强度最强,2012年秋季暴雨过程次数、影响范围和持续时间均最少。(2)贵州秋季暴雨高发区和累计降雨量高值区分布基本一致,高值中心主要集中在中西部地区,低值中心主要集中在东南部和西北部,其中降雨量高值中心也出现在东北部边缘。(3)贵州位于高层南亚高压(东部型)北侧,中层西太平洋副热带高压的西北侧。低层中西部地区主要受来自西太平洋和南海的东南暖湿气流影响,充沛的水汽有利于暴雨形成;而其余地区为大陆小高压后部的东南气流,地面受弱冷空气影响,不利于暴雨形成。

贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析

利用地面常规观测资料及加密自动站观测资料、FY-2G卫星云图、多普勒天气雷达产品和ERA5再分析资料,对2021年5月10日贵州东部和北部的一次辐合线锋生极端暴雨过程中尺度特征进行分析,初步探讨其形成机制。结果表明:此次极端暴雨过程发生在低涡切变背景下,低层强盛的南风为中尺度对流系统发生发展输送了充足的水汽和不稳定能量,地面辐合线及锋生提供了触发条件,暴雨区主要位于云团云顶亮温低值中心西侧或南侧梯度大值区,并沿地面辐合线呈东西向带状分布,最强降水发生在对流云团合并阶段。辐合线锋生作用在其西侧频繁触发对流单体,新生对流单体沿地面辐合线东移发展,持续影响贵州东部和北部地区。在降水最强的两个阶段,雷达回波呈现暖云和悬垂结构特征。地面辐合线及其锋生、上游降水带来的降温增压以及持续增强的南风有利于暴雨区水汽辐合增强,而垂直方向上纬向、经向中尺度次级环流上升支正好位于特大暴雨中心附近,有利于中尺度对流系统维持和增强。

云贵静止锋影响下的地面气温差异分析及预报研究

为探索静止锋减弱北抬时气温预报准确率偏低这一特性,选取2010—2021年11月至12月的ECMWF细网格700 hPa、850 hPa和2 m温度预报资料以及地面综合观测资料,对其间贵州境内静止锋减弱北抬个例进行选取并对相应72 h的逐日最高、最低气温预报展开研究。通过静止锋减弱北抬时主要因子逆温层的定量化建立多元线性回归客观预报模型(DY),发现其结果相对于一元线性回归客观预报模型(YY)、ECMWF数值预报(EC)及其在静止锋北抬减弱时(JZF)的气温预报,无论平均均方根误差还是预报准确率均有大幅度改进。72 h内YY气温预报相较于JZF平均准确率提升7%~10%,平均RMSE下降0.6~0.7℃。DY在24~72 h各阈值上,相对JZF平均RMSE下降1.5~1.8℃,平均预报准确率提升24.7%~29.6%;在48 h预报中,贵州省的西北部和南部地区RMSE下降3.5℃以上,准确率在省的西部、中北部改进可达30%以上,大幅度超越EC平均状态,改进和提升了静止锋减弱北抬期间贵州省气温预报性能。

站点气温格点化方法在贵州区域的研究与应用

利用2019年1—12月国家气象信息中心实况格点资料、贵州地面观测站资料以及ECMWF 2 m气温起报场资料,讨论了相同插值方案下站点数对空间分布的反演效果以及相同测站数下不同插值方案的表现,同时对国家气象信息中心实况格点场进行检验,并对本地建立的气温格点分析场进行初步评估。结果表明:相同的插值方案下,站数越多越能反映要素场的实际分布状态;基于贵州特殊地形,在相同站数下双线性插值法优于邻域法;通过对国家气象信息中心实况格点分析场评估,日最高、最低气温在贵州区域均存在明显误差,其平均绝对误差分别为1.6℃与1.1℃左右,平均RMSE分别达2.2℃与1.6℃。采用Cressman方案对离散观测资料重建的本地化气温格点分析场进行评估,其最高、最低气温平均绝对误差降至0.2℃与0.1℃左右,大幅度降低了与测站观测值的差异,基本可以代替国家气象信息中心下发的气温格点分析场,并将为今后贵州省业务或研究工作中格点预报的客观订正提供新的更符合实际的参考。

云贵高原东段初夏辐合线锋生型暴雨研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、探空资料和红外TBB卫星资料对2012年5月11 12日一场典型的初夏暴雨展开分析。结果表明,此次暴雨过程属于贵州典型的辐合线锋生型暴雨类型,地面中尺度辐合线和850 h Pa切变线耦合是对流发展的主要原因,中尺度对流系统在云图上表现为一MCS对流云团自西向东移动。整个暴雨过程中,贵州大部具有高温高湿的层结不稳定特征,低层维持正涡度辐合,高层维持负涡度辐散。锋生函数揭示此类型暴雨天气过程存在明显的锋生现象,水平辐散项F2是引起地面锋生主要的动力因子,而水平辐散项F2和水平变形项F3对850 h Pa锋生有明显的正贡献。用气块理论及其运动学方法来分析对流的触发机制,发现对流的触发与自由对流高度LFC、天气尺度环境场水平辐合的强度、垂直方向辐合高度、辐合持续时间有关。

2008年贵州两次大暴雨过程雷达回波演变特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料,分析贵州2008年2次典型的大暴雨过程。分析表明,这2次大暴雨过程呈现雨量大、雨强强,降水成片等特点,其回波演变特征出现了低质心回波、逆风区、低空急流等一般暴雨的雷达回波演变特征。降水直接影响系统为中尺度对流系统(MCS),在雷达回波图上表现为对流型降水和混合云降水,混合云降水贡献相对较大。

贵州舟溪2012年6月10日泥石流灾害的气象成因

利用加密地面自动气象站、常规MICAPS资料、每6 h一次的1°×1°NCEP再分析资料、FY-2E气象卫星云图、多普勒天气雷达回波等多源实测资料,综合分析了2012年6月10日凌晨发生在贵州省凯里市舟溪镇的泥石流灾害的气象成因。结果表明:造成这次泥石流灾害的气象触发因素是一场短时特大暴雨所致;此次局地暴雨天气过程是在高空西南气流、近地层切变线及地面辐合线的共同作用下发生的。FY气象卫星资料揭示出中β尺度对流云团是特大暴雨发生的直接影响系统,并与泥石流灾害点的位置有密切关系。多普勒天气雷达资料分析得到此次舟溪暴雨属于暖云性质的降水,并且先后受到4个雷暴单体的影响,造成了类似"列车效应"的强降水。来自孟加拉湾的暖湿空气是本次暴雨的主要水汽来源,泥石流灾害点发生在最强上升气流的东侧,大气层结不稳定是产生强对流天气的重要前提条件。

贵州地区一次持续性暴雨天气成因及预报误差分析

该文利用NCEP1°×1°再分析资料、常规和非常规观测资料、全球及中尺度数值模式产品对2018年7月4—6日出现的一场持续性暴雨个例展开分析,重点分析了持续性暴雨的天气成因、数值模式产品的检验评估以及相关的订正技术。结果表明,此次持续性暴雨过程是华南地区维持稳定少动的高压环流影响下,西风带短波槽和北方南下的东西向横切变受高压环流阻挡长时间维持在贵州地区,切变北侧南下的干冷气流和高压环流西北侧北上的暖湿气流交汇形成的持续性暴雨,中低层切变辐合是主要的动力强迫,华南地区高压后侧的西南暖湿气流在降水前夕和降水过程中输送了充沛的水汽和不稳定差动平流,为暴雨的持续发生提供了较好的水汽和能量条件。选取了3家数值模式(EC、华东、华南)进行了检验评估,模式降水产品落区和量级与实况偏差较大,华东模式降水产品在本次过程中有一定参考价值,EC模式7月4日20时—6日20时的风场结构预报准确,预报员充分利用该产品对这一时间段降水落区和量级进行了正技巧订正,但7月6日20时—7日20时对中低层的风场结构预报和实况有较大偏差。充分利用数值模式产品和实况当前时段的检验评估结果,采用外推法对未来时段的数值模式产品进行适当订正,能有效提高暴雨预报的精准度。

贵州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

该文利用常规观测资料、自动站资料及卫星雷达资料分析了贵州铜仁梵净山地区的一次中β尺度大暴雨,本次暴雨尺度小,且降水受地形影响明显,对局地性暴雨的研究是一个比较好的个例。通过分析可知,本次暴雨是高空浅槽过境,弱冷空气侵入梵净山地区以及地形抬升的共同作用,产生强降水,地面有明显的辐合线,地面、低层水汽含量大值区为特大暴雨的产生提供了必要的水汽条件。卫星云图、雷达上表现为一个较小的对流单体向西北移动到梵净山地区后加强发展,降水增大造成特大暴雨,且降水为浅对流,云顶高度不高。回波上表现为暖云降水,降水率高,降水强度大。

贵州雷电时空分布及强度特征分析

该文用2004、2005、2007年3a的闪电定位资料，结合贵州的天气气候背景，利用曲线模拟和网格插值统计方法初步分析贵州省雷电的时间、空间、强度分布特性。结果表明，贵州雷电主要发生在4—10月，且午后属于多发时段，空间分布呈不均匀状态，西部多，东部少，特别是省的西南部雷电较为频繁。雷电的强度一般正闪比较强，且基本集中在15～45KA这一强度段，负闪强度较弱，分布相对比较均匀。

贵州中东部地区一次锋后强对流天气成因分析

强对流天气常常出现在锋前不稳定层结区或锋面附近,对于锋后的强对流天气往往容易出现漏报现象。利用常规观测资料、雷达卫星资料,对贵州中东部地区2009-02-26夜间出现的锋后冰雹天气形成机制进行分析。结果表明,该次过程主要是由于冷空气势力加厚增强抬升中层相对较暖空气,造成中层出现对流不稳定,加上低空急流脉动效应与其最大风速中心前的辐合上升运动共同影响,引发对流的产生和发展。强的垂直风切变对强对流发展与维持也起到促进作用。

梅雨锋西段持续性暴雨的环境场特征及贵阳极端降水成因

利用多种资料分析了2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程的中尺度环境场特征及贵阳极端降水成因,并以多个时次不同要素资料进行合成分析,构建此次梅雨锋西段持续性暴雨的天气学模型。结果表明：（1）此次贵州持续性暴雨发生在单阻型梅雨稳定的背景下,当地持续3~4 d的强降水由中低层低涡切变、低空急流及地面静止锋（梅雨锋）共同作用造成。（2）梅雨锋雨带的建立、维持及移动造成贵州不同区域出现强降水。此次过程梅雨锋雨带对贵州的影响分四个阶段,其中,第三阶段梅雨锋西段缓慢南压过程中多个β中尺度云团更替、合并及缓慢移动造成贵阳及周边部分县市降水量突破历史极值。（3）中低纬度系统相互作用使水汽输送异常偏强。7月16日白天当年第9号超强台风“威马逊”进入我国南海海面后促使副热带高压西侧向北输送的水汽加强,该水汽与来自孟加拉湾的强盛西南暖湿气流在贵州上空汇合、加强,形成异常偏强的水汽通量及水汽辐合中心,这可能是贵阳极端降水发生的重要原因。（4）相比2010—2014年5—9月贵阳发生的另外4场大暴雨过程,该过程更长的降水持续时间可能是贵阳极端降水发生的另一重要原因。（5）贵阳强降水期间,强降水的雷达回波表现为层状云-积云混合降水回波,并具有低质心暖云降水特征,同时径向速度图上可见强劲西南急流及中尺度气旋性辐合。

基于WRF模式物理量参数的雷电潜势MOS预报方法研究

该文采用ADTA闪电定位仪资料和WRF模式输出资料,利用MOS方法开展雷电潜势预报研究。通过研究获取了对贵州地区雷电潜势影响较大的几个物理量因子,也利用这几个物理量因子建立了雷电潜势预报方程,通过检验此雷电潜势预报方程对贵州地区的雷电潜势预报有一定的参考作用。

基于SCMOC的贵州最高气温预报方法研究

为探究最高气温预报准确率偏低这一现象,采用2013—2018年SCMOC精细化指导预报资料及气象站观测资料,对贵州省85站24~72 h最高气温预报开展研究。通过建立横向预报模型(F1)、纵向预报模型(F2)以及横向与纵向预报相整合的预报模型(Fzh),对贵州日最高气温进行预报试验。结果表明,无论平均均方根误差还是预报准确率,各模型预报效果均有不同程度改进,三种客观订正预报中Fzh表现最优;相对于SCMOC,F1春、夏季的预报优于秋、冬季,且贵州省北部地区改进较南部明显,F2四季均有改进,总体较平稳;Fzh预报结果明显优于F1和F2,均方根误差得到明显改善,平均RMSE下降1.0~2.0℃,准确率平均提高11%~13%。

贵州春季强冰雹天气定量化概念模型研究及试应用分析

该文利用贵州近13 a(2000—2012年)春季的气象资料,依据强对流天气发生的动力条件和层结稳定情况,将贵州春季强冰雹事件进行不同类型的分类研究,给出贵州强冰雹天气发生的有利环流形势类型为:西北气流型、高空槽型、锋前降雹型和高架雷暴型。选取有多普勒雷达资料以来的2009—2013年的强冰雹天气事件个例,采用基数据回放方式研究其降雹前3~15 min雷达回波形态、结构和类型特征,并通过这些特征来有效识别冰雹云,发现降雹前冰雹落区附近的雷达回波组合反射率因子的强度普遍在40 d Bz以上,最强回波为50~60 d Bz,冰雹云回波以块状回波为主;在垂直剖面上冰雹云回波基本都有明显的回波悬垂,部分个例存在有界弱回波区,其大于40 d Bz的回波伸展高度多数都在9~10 km。降雹的回波基本上以孤立的对流云回波单体为主,混合降水类型的冰雹回波对流单体夹杂在层状云中。冰雹落区主要发生在组合反射率因子的最强回波中心,或是有界弱回波区或回波悬垂的回波墙下方。将研究结果在2014年3月30日的一次强冰雹过程中进行试用,利用中尺度环境分析技术,对当日环境场及要素配置进行分析,对应以上环流分型的概念模型方法,确定此次过程属于高空槽型,中尺度环境及雷达分析与上述归纳特征十分吻合,利用此方法在当日冰雹潜势预报及临近预警方面都提前做出了较好的预报预警。

2008年年初贵州省罕见冰冻灾害过程简析

针对2008-01-13—02-02发生在贵州省中东部地区持续21d历史罕见的低温雨雪冰冻灾害过程,结合M I-CAPS资料,分析了大气环流形势演变、低层冷舌形成、地面静止锋位置、冷空气强度和水汽条件等因素,总结出导致此次罕见冰冻天气形成的主要原因。

一次台风倒槽暴雨过程中的锋生与湿对称不稳定分析

该文利用气象常规观测资料、卫星云图以及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对1822号台风“山竹”给贵州带来的暴雨天气过程中的锋生与湿对称不稳定进行分析。结果发现:①台风“山竹”登陆减弱后,其北部倒槽影响贵州,同时受贵州东低西高的地形影响,倒槽系统出现斜压性,在倒槽附近出现锋生现象,其东侧出现湿对称不稳定的发展,造成贵州暴雨天气。②锋生区的东侧即湿对称不稳定区与中尺度雨带有较好的对应关系。③锋生与湿对称不稳定的发展与增强过程中,伴随着降雨的长时间维持,雨强变化不大,降水率大多为5~10 mm·h^(-1)。当锋生与湿对称不稳定减弱西移后,降雨天气减弱停止。④锋生现象与对称不稳定的形成具有一定的关系,两者均主要是由假相当位温的经向密集区(∂θ_(se)/∂x)发展起来的,对称不稳定区位于锋生区的东侧,即东南暖湿气流中,垂直结构上对称不稳定区位于锋生区的上部,与倾斜的上升运动区相对应。

贵州2008-08-15强降水过程闪电特征浅析

利用闪电定位仪、常规地面观测、物理量场、雷达卫星资料来分析一次强降水过程的闪电特征。着重分析了地闪的时空分布、地闪潜势、地闪和雷达回波强度的关系,得出本次降水过程主要以负地闪为主,但不同降水时段正地闪所占比例不同,负地闪主要分布于贵州中部地区及东北部,正地闪分布较为分散,不稳定能量的积聚对闪电的发生起重要作用。雷达回波强度对闪电的发生有重要的指示作用,地闪主要发生在回波强度>40dB z的地区及周围,但不同降水时段回波值不同,有的时段地闪主要发生在回波强度>35dB z的地区及周围。

一次典型MCC卫星云图及雷达回波特征分析

2010年6月19日夜间,贵州北部普降暴雨及大暴雨,分析认为,这是由位于贵州中北部、重庆南部的一个中尺度对流复合体(MCC)造成的.利用常规的micaps观测资料、自动站资料及卫星tBB和雷达资料分析了这次MCC的云图和回波特征,结果表明,这次MCC系统造成的降水范围大、雨强强、分布较集中,卫星云图上tBB最小值达-90℃以下,-80℃冷云区面积和MCC的总降水量存在一定的正相关,-80℃冷云区面积越大,MCC总降水量也越大.MCC在雷达回波上表现出一条类似飑线的带状回波和零星的块状回波,带状回波造成的降水强度大,常常造成暴雨和大暴雨.