辽宁省区域性大雾预报研究

通过对1994—2002年9年辽宁区域地面图的普查,得到了辽宁区域性大雾天气(大于等于5个地市,能见度小于0.5 km)共有73次。分析近10年区域性大雾天气过程得到了区域性大雾的时空分布特征。普查区域性大雾过程发生时的常规气象资料,进行区域性大雾天气分型。分析辽宁省各种区域性大雾的成因及要素演变特征,从中提取预报指标,建立预报流程,用PP法建立区域性大雾的客观预报方法。

辽宁两类降雪过程的对比及定量降雪预报指标

利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°资料,普查辽宁省最近10 a来区域性暴雪、大雪、中雪天气过程,大致可分为北上水汽型和东北上水汽型两类。从环流背景、水汽和动力条件方面对比分析了2004年12月19日和2002年12月16日两次不同类型的降雪过程,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大,水汽条件强,动力条件相对弱;而东北上水汽型的降雪过程850 hPa比湿和水汽通量相对小,但动力抬升和辐合作用强。通过分析10 a来辽宁不同类型5场区域性暴雪、8场区域性大雪、9场区域性中雪的水汽条件和动力条件物理量阈值区间,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大于东北上水汽型同级别降雪过程,在降大雪量级时的850 hPa比湿和东北上水汽型暴雪过程相当;东北上水汽型降雪过程的最大螺旋度、850 hPa散度、最大垂直速度和850 hPa急流要强于北上水汽型,而且降雪级别越高差距越明显,其中暴雪量级最大垂直速度、850 hPa急流已经达到产生暴雨的动力条件。

一次东北南部特大暴雪的动力机制分析

应用常规观测资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了2007年3月3-4日东北南部特大暴雪的动力机制，结果表明：850hPa低涡切变线附近对应着强降雪中心，其辐合抬升作用最明显，是本次过程的主要影响系统和成功预报的关键；涡度变率更能准确反映出暴雪切变线生成、发展的物理机制，且对于强降雪中心的位置和强度变化具有一定的预报意义；在涡度变率的各影响项中，700～900hPa正涡度区的强辐合项是正涡度倾向的主要强迫源，低层涡度增加，在强上升运动的作用下向上输送，使系统发展，从动力机制上进一步说明本次过程中主要影响系统的作用；涡度变率中绝对涡度平流项与各层高空槽移动或强度变化有关，反映了暴雪过程中各高度影响系统的垂直结构变化；而扭转项在低层一直产生负贡献，说明上升运动在水平方向的不均匀形成负涡度倾向，不利于系统的发展。

1961—2010年5—9月东北冷涡气候特征及其对辽宁气温的影响

应用1961—2010年5—9日辽宁地区逐日气温和NCEP 2.5°×2.5°资料,分析了东北冷涡的气候特征及其与辽宁气温短期变化的关系。结果表明:近50 a东北冷涡气候趋势变化不明显;年平均东北冷涡过程为8.3次,平均每次过程持续3.97 d;5月东北冷涡过程次数最多,9月东北冷涡过程次数最少;5—7月平均每年受东北冷涡影响分别为7.3、7.5 d和7.4 d;东北冷涡过程次数存在13、9 a和5 a的年际变化周期。按照结构,将东北冷涡分为深厚冷涡和浅薄冷涡。受深厚北涡、中涡和南涡过程影响时,辽宁地区气温距平均为负值,而深厚中涡负距平最明显,且深厚冷涡过程持续时间越长,辽宁地区气温负距平越显著;浅薄北涡影响时,辽宁地区气温距平均为正值,浅薄中涡、南涡影响辽宁时,气温为弱负距平,没有深厚中涡、南涡过程影响时负距平显著,而且浅薄冷涡过程日期长短对气温影响的差异不明显。

2009年2月辽宁一次暴雪过程动力条件诊断

应用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2009年2月12—13日辽宁暴雪过程的主要影响系统(850 hPa切变线)进行动力诊断并研究其演变特征。结果表明:辽宁中西部切变线东南侧、江淮气旋顶部暖锋附近对应强降雪中心;切变线与正涡度区相对应,正涡度带合并、发展并向偏东方向移动,影响切变线的加深发展和东移;850 hPa正涡度中心先于强降雪出现,具有一定预报意义;正涡度带及其中心的生成与发展的动力机制主要受总涡源的影响,涡度变率较涡度更能提前并准确地反映暴雪切变线生成、发展的物理过程;涡度垂直输送和绝对涡度的散度效应对于正变涡的贡献显著,而绝对涡度的散度效应是正涡度变率的主要强迫源;正变涡的减弱主要来自扭转项,抑制了系统的发展。

辽宁省一次强对流天气的地闪特征

利用闪电定位系统、多普勒雷达和加密自动站资料对辽宁一次冷涡天气中暴雨、冰雹过程的地闪变化特征进行分析。结果表明,暴雨和冰雹过程均出现了地闪密集区,冰雹过程中正地闪占总地闪比例高于暴雨过程;暴雨过程以负地闪为主,主要分布在45 dBz以上的强回波区内,和暴雨持续时间相当,负地闪最密集区位于风暴的核心部位。负地闪频数比强回波面积提前30至70分钟到达峰值,对于短时暴雨预报预警具有一定意义。冰雹过程中,负地闪集中在雹云前部,正地闪位于雹云核心部位,与降雹区一致,正、负地闪发生区域分离。正地闪提前降雹30分钟左右发生,总地闪、正地闪频数在降雹前明显增加;降雹出现在总地闪、正地闪频数和强回波面积达到峰值及从峰值迅速下降时间段内;雹云减弱消散阶段总地闪次数减少但正闪增加。

辽宁沙尘暴天气预报方法研究

通过对1971～2002年辽宁3站以上44个强沙尘暴个例进行分析,从辽宁沙尘暴的天气形势、影响系统入手,确定沙尘暴气象要素场及物理量场演变特征;分析辽宁沙尘暴的影响路径,结合地面观测资料对辽宁沙尘暴关键区进行监测预警;利用数值预报产品制作辽宁沙尘暴客观预报产品,并建立辽宁沙尘暴预报流程。

2002年辽宁春季透雨环流形势特征分析

针对 2 0 0 2年春季第一场透雨天气过程 ,利用常规资料 ,分析高空环流形势特征和地面系统演变特征 ,以日本数值预报产品和T2 13等数值预报产品为依据分析形成透雨的各种物理量场配置 。

雷达定量降雪估测方法的设计和订正

从降雪预警业务实际出发,设计了基于最优化法的雷达估测降雪方法,对2007年3月4日特大暴雪过程开展雷达降雪估测试验,并分析估测结果的误差。针对温度变化、雪花末速度、与雷达的距离和计算方法等方面的误差因素制定了3种改进方案。改进后的估测降雪量与实况降雪量的相关系数提高到0.6(6超过99%信度检验),平均相对误差降低至48.74%,对于0.3 mm/h的较弱降雪和5 mm/h以上的强降雪均具有估测能力。其中距离雷达50～100 km的样本估测降雪量与实况降雪量的相关系数达到0.82。在3种改进方案中,考虑降雪末速度影响的改进效果不明显,这可能与本次暴雪过程的回波较均匀有关;按雷达与样本距离分类进行雷达降雪估测的效果最明显,不仅可以增加相似程度,还减小了雷达近距离高估和远距离低估的误差;而算法的改进进一步提高估测精度。本次雷达降雪估测对于1.6～2.5 mm/h的较强降雪和2.6 mm/h以上的强降雪平均相对误差较小,分别为31%和27%,但雷达降雪估测高估了1.5 mm/h以下的降雪而低估2.6 mm/h以上的强降雪。一方面说明雷达回波对于降雪强弱变化不是很敏感,另一方面在业务实际工作中有可能利用这种一致性的误差进行订正,以提高降雪估测精度。

2007年3月3—5日辽宁特大暴雪过程物理量诊断分析

通过对2007年3月3—5日辽宁历史罕见特大暴雪过程天气形势及物理量场分析,探讨了同期的天气形势特征及相关物理量场与暴雪落区的对应关系。结果表明:500 hPa阶梯槽和地面江淮气旋是此次过程的主要影响系统。对流层中低层辐合、高层辐散及来自2个源地的充沛水汽在有利环流背景下汇合并被抬升是产生暴雪天气过程的主要原因。强降雪出现在850 hPa涡度和200 hPa散度大值区内。温度平流的强弱及冷暖过渡带位置能够较好地反映出降水的强度及落区。

1960—2009年辽宁区域性暴雪气候特征

利用1960—2009年辽宁58个测站逐日降水资料,分析了区域性暴雪气候变化特征。结果表明:辽宁区域性暴雪主要出现在每年11月下旬至翌年3月15日,2月为最多月。近50 a区域性暴雪过程次数呈上升趋势,并且存在9、5a和3a的周期变化;9a的周期变化信号一直存在,但强度自20世纪60年代末开始增强,70—80年代最强;5 a的周期变化信号自70年代初期开始出现,强度在70年代中期开始增强;3a的变化信号一直存在,强度在70年代中期、80年代最强。区域性暴雪过程次数和暴雪总量自东南部向西北部逐渐减少,空间分布有3个中心,分别为:沈阳—抚顺—本溪一带、鞍山附近和丹东凤城地区。辽宁区域性暴雪落区主要有4种分布,分别为中东部暴雪型、东部暴雪型、南部暴雪型和西部暴雪型。

登陆辽宁热带气旋特征统计分析

根据1949—2010年热带气旋年鉴资料和常规气象观测资料,对近62 a来登陆辽宁热带气旋的生成源地、移动路径、登陆地点、登陆强度和登陆后影响时间等进行统计分析,揭示热带气旋活动特征。结果表明:1949—2010年共有18个热带气旋登陆影响辽宁,66%以热带低压(TD)的强度登陆;61%在08—20时登陆,78%在辽宁境内活动时间为6—12 h;89%在其他地区登陆进入黄渤海后在辽宁再次登陆,大连是登陆次数最多的地区,33%登陆辽宁后减弱消失;登陆后移动路径主要有东北向、偏北向和西北向3种移动路径。在此基础上,根据业务需求建立了基于副热带高压、气旋源地和热带气旋前期路径等预报因子,确定登陆辽宁热带气旋后期移向的预报关键区,为热带气旋预报业务提供参考。

基于气象条件的沈阳市空气质量预报方法研究

空气质量受污染源排放和气象条件共同作用影响。为了定量评估气象条件对空气质量的影响,利用2014—2016年沈阳市取暖季气象与环保827个样本数据,在综合考虑湿度、风速、逆温强度、混合层高度等大气温湿压条件及稳定状况的物理要素基础上构建了沈阳市静稳天气指数,并分析其与空气质量关系。结果表明:通过静稳天气指数阈值9.1,可做为判断引发沈阳市出现重污染天气的条件。重污染天气形成的两种主要类型,一种是在静稳天气形势下出现重污染天气,另一种是在天气不静稳但外来输送明显时出现重污染天气。分析静稳天气指数和不同污染等级PM2.5浓度关系发现,静稳天气指数对空气质量有较好的指示意义,平均状态下,当静稳天气指数大于10.4时,空气质量容易出现污染且静稳天气指数越大,污染越严重。

近53年辽宁雾的时空分布及成因分析

利用1951-2003年辽宁12个代表站的雾资料。分析了雾的时空分布特征夏形成条件。结果表明：辽宁年平均雾日地域分布呈现两高三低的形势。雾日的年际变化曲线较平稳，雾日最多的年份和最少的年份相差17d。沈阳与大连雾日变化相反，大连呈下降趋势，沈阳则在平稳中略有上升。辽宁大雾每个月都可形成，但沿海地区和内陆又有所差异，沿海地区主要出现在5～8月，而内陆地区主要出现在8-11月。雾日的天气形势可分为5～7种类型，其中以倒槽型、锋面气旋型、地形槽型、冷高压前部型最为典型。

双分辨率集合卡尔曼滤波同化方案与模拟试验

对于高分辨率中尺度模式集合卡尔曼滤波实际应用的困难是集合预报会耗费大量的时间,而双分辨率集合卡尔曼滤波是由一组低分辨率样本提供同化所需的背景误差协方差矩阵,这种方法可以减少集合预报的时间。为了检验其有效性,利用模拟资料,与标准高分辨率集合卡尔曼滤波方法比较。结果表明:在第一个同化时次,两者对500 hPa水平风场和扰动位温场的分析增量场均与真实增量场的高低值中心位置一致,且结构与真实增量场接近,前者(高分辨率集合卡尔曼滤波)的增量值比后者(双分辨率集合卡尔曼滤波)的增量值更接近真实情况。在连续的预报—同化循环试验中,随着同化次数的增加,两种方法分析变量的均方根误差总体上都是下降的,均表现了较好的同化能力,但后者与前者相比仍存在一定的差距;而在相同的运行环境下,后者的运行时间仅是前者的1/6。

1979—2013年东亚中纬度春、夏温带气旋活动特征及其与东北地区同期降水的联系

基于ERA-Interim一日4次海平面气压再分析资料,利用气旋的客观识别和追踪方法分析了1979—2013年东亚中纬度地区春、夏温带气旋活动的变化特征,并探讨了气旋活动与同期东北地区降水的可能联系。结果表明,气旋活动在蒙古中部阿尔泰山脉以东地区至中国黑龙江省北部这一带状区域内活动最为频繁,气旋在移动过程中强度逐步增强,在大兴安岭以西地区达到最大值后减弱消亡。春季气旋活动范围比夏季大,并且强度更强,但两个季节气旋的生命史长短差异不大。近35 a在气旋活动的关键区(80~140°E,40~50°N)内春、夏季气旋数均呈现线性减少趋势。春、夏两季气旋活动均对东北地区同期的降水有影响,特别是在东北东部地区两者呈现正相关关系,但气旋活动强年两个季节造成东北东部地区降水增多的原因不同。在春季,东北东部地区低层存在气旋性环流,有利于该地区降水增多;在夏季,西风带水汽输送异常使得东北东部地区水汽偏多,降水增多。

基于Delphi和MapX组件的新一代天气雷达拼图系统

以辽宁省电子地图为基础数据,利用Borland Delphi为主要软件开发平台,基于COM技术的可编程OCX控件MapX开发了辽宁省新一代天气雷达拼图系统。该系统发挥了地图控件显示处理地理信息的优势和面向对象语言编程的灵活性,实现了新一代天气雷达拼图在电子地图上的"显示和缩放"、"漫游"和"图层控制"等功能。论述了雷达产品的坐标系转换原理、地图投影的选择、雷达重叠区域回波处理和栅格图像的配准以及MapX提供的数据绑定和临时图层生成方法,实现了雷达数据的地图加载。

2008年7月15日辽宁暴雨等熵分析

利用2008年7月14日～16日的NCAR/NCEP逐日再分析资料和辽宁省常规自动站降水资料,对于辽宁区域性暴雨天气过程进行等熵分析,根据等熵面上的等压线、等比湿线以及风场的变化特征,得出暴雨落区并且与等压面的分析结果做了对比。结果表明,330K等熵面上的暖湿输送带为暴雨产生提供了丰沛水汽条件,等熵面上气压与风场的分布有助于了解气流的升降。与等压面分析相比,等熵面上的分析更能直观的判断降水落区,预报效果优于等压面分析预报结果。

辽宁省水稻低温冷害发生规律及天气学成因

利用辽宁省常规气象观测站气温资料,1981—2010年美国环境预报中心(NCEP)500h Pa高度场、850 h Pa温度场、地面气压资料,依据辽宁省水稻各生长期低温冷害指标,从农作物秧苗期到分蘖成熟期,分析不同阶段低温冷害分布特征和致灾的天气学成因,总结低温冷害预报规律。