基于湍能耗散率的航空颠簸集成预报方法

为提升对飞机颠簸的客观预报能力,设计一种新的基于湍能耗散率(Energy Dissipation Rate,简称EDR)的航空颠簸集成预报算法,预报结果可实现与机载探测到的新型颠簸实况直接对比验证,且预报强度不受机型差异的影响。该算法利用中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)的基本气象要素计算多个代表晴空颠簸(Clear Air Turbulence,简称CAT)和山地波(Mountain Wave Turbulence,简称MWT)的预报指数,在各预报指数和颠簸实况EDR的概率密度函数均基本符合正态分布的假设条件下,利用前期各指数和实况之间的概率密度匹配关系,将原预报指数在实时数值预报中转换为以EDR为单位的预报值;再将其根据预报评分给予不同权重,集成为包含晴空颠簸和山地波的EDR颠簸预报产品。主客观检验结果均显示这种颠簸预报产品能够大致反映不同区域和类型的颠簸情况,多种算法的集成预报效果总体好于单一指数预报;相对作用特征检验(ROC)表明轻度以上颠簸的预报结果可以提高命中率并降低空报率,具有较高的预报正技巧。

中国澳门国际机场重着陆事件的天气背景分析

对2018年8月28日北京首都航空公司CBJ5759航班在中国澳门国际机场发生重着陆事件分析结果,显示:(1)机场位于低空切变线南侧,低空西南急流与海陆地形辐合作用下形成的暖区局地对流引发分散性短时强降水和弱雷暴;对流北侧突然增强的偏南风使机场跑道附近顺风增加,引发低空风切变;(2)高分辨率数值模拟结果表明低空风切变发生时段内存在西南急流脉动,急流北侧的风场由西南风转为偏南风,促使海陆边界的热力和动力不稳定条件加强,有利于局地对流系统发展和其辐散出流增强,加速边界层内风场变化;(3)当飞机在下降过程中经过对流系统前侧激发的偏南风急流区时,水平风的垂直切变形成的顺风切变大于垂直风变化,增加的顺风使飞机空速减小,导致飞机升力减小并造成重着陆;(4)此次事件中天气系统的变化通过影响对流的发展间接促进低空风切变的发生,因此可在对沿海机场的低空风临近预报时通过加强对海上风场变化的监测来预估一定风险。

GRAPES_MESO V3.3模式强天气预报性能的初步检验

本文针对2013年6月升级后的GRAPES_MESO V3.3模式预报产品进行了天气学检验。检验结果表明:模式能够较好地反映强对流过程发生发展的水汽、稳定度和垂直风切变等物理条件,8-10月期间,预报准确率随着季节的转换而有所不同,对于达到一定阈值条件的部分物理参数预报效果较好,对业务具有较好的参考价值。模式对于强降水以及华北雷暴大风和冰雹等强天气过程具有一定的预报能力,特别是高时空分辨率的产品能够在一定程度上较好地描述过程的发生发展,但对于极端强降水、受地形影响的强降水等,预报能力有限。

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。

冷涡对两类对流系统结构演变作用的个例模拟对比分析

2015年8月22日,在同一冷涡背景下,华北东北部形成了多单体风暴,而在黄淮地区出现飑线过程。本文根据观测资料给出冷涡对中尺度对流系统发生发展的动力和热力作用,并基于WRF中尺度数值模式的模拟结果,对比分析了两类对流系统的形态结构演变和运动过程的差异、差异产生的原因及冷涡的作用,主要结论如下:(1)两类对流系统均位于冷涡后部,但形态演变和运动过程差异显著,北部分散性对流受地面风辐合及地形抬升的共同影响发展形成多单体风暴,呈西北—东南排列,主要以前向传播的方式缓慢向东南偏南方向运动,带来短时强降水为主的天气;南部线状对流由山东西北部和河南北部形成的多个孤立单体合并后形成,随后在黄淮地区发展为飑线系统,在平流移动为主的作用下向东南方向快速运动,产生雷暴大风和冰雹天气。(2)北部多单体风暴在冷暖气团交界面形成,位于冷涡西南象限,低层水汽和能量充足;新对流单体在边界层被触发后,沿着低层切变线向高能区传播。(3)南部飑线系统在冷槽后的地面干暖区低压带中形成,中尺度对流系统产生的冷池和雷暴高压的出流与环境相互作用,低层水汽条件转好,使得单体不断传播和合并,发展为飑线系统。(4)中层后部入流的强度和环境水汽条件对两类对流系统组织化过程有不同影响,飑线中层后部入流的增强主要来自环境西风分量的增加,与冷涡发展演变使得环境风场增强有关;北部对流湿层深厚,所处的中层风场弱,不利于多单体风暴组织化发展;南部飑线系统位于更强的环境西风引导气流中,后部中层入流强、高层环境空气干,有利于强下沉气流形成,从而促进雷暴高压和冷池的发展,强下沉气流还使中低层的风速增加,垂直风切变增强,有利于对流单体组织化发展形成线状对流。

2014年5月大气环流和天气分析

2014年5月环流特征如下:北半球极涡成准圆形绕级分布,中心强度为524 dagpm,较气候平均的强度偏强4~6dagpm,北半球高纬500 hPa位势高度呈4波型分布,我国中东部大部地区受偏西气流控制,多短波槽活动;副热带高压较常年明显偏西偏北,南方地区出现多次强降水天气过程。另外,南海季风爆发较常年同期明显偏晚。5月全国平均气温为全国平均气温16.5℃,较常年同期(16.2℃)偏高0.3℃;全国平均降水量73.8 nm,较常年同期(69.5 mm)略偏多6.2%。月内,我国主要天气特点是:华南江南暴雨频发,华北黄淮出现极端高温。

2012年11月吉林省东南山区两次雨转暴雪过程对比分析

利用常规资料、探空资料和雷达垂直风廓线资料,对2012年11月5—6日、11—12日吉林省东南部山区两次雨转暴雪过程进行了对比分析。结果表明,两次过程的影响系统是高空冷涡配合不同发展阶段的地面气旋东移发展,强降水性质分别为锢囚锋区降水和地面气旋的暖区降水。系统的动力抬升条件与长白山区地形抬升作用结合有利于强降水的产生和加强,当天气系统从不同路径进入山区,强降水的位置不同。低层充足的水汽是大到暴雪发生的重要条件之一,两次过程的水汽分别来自东南风带来的海上暖湿气流和槽前西南急流的水汽输送。雨转雪和纯雪持续的主要原因是系统带来的冷空气降温,气温的降低可以促使雨转雪的发生。

我国华南江南春季雷暴气候特征分析

基于我国华南江南地区274个基本地面气象观测站数据、全国闪电定位数据以及欧洲中心的全球大气再分析数据(ERA-Interim),对1981—2017年华南江南地区的春季雷暴日采用经验正交函数分解方法(EOF),并与气象要素场做回归分析。得出以下主要结论:(1)我国华南江南地区春季雷暴活动高发区主要在广西东部至广东西部;其高峰期在下午18:00和凌晨4:00左右,且大多数雷暴活动持续时间不超过3h;山区雷暴活动主要在傍晚至夜间;平原雷暴活动主要在白天,高峰在17:00及06:00前后;(2)华南江南地区的雷暴活动存在着3~5年的短周期和16年左右的长周期变化;(3)雷暴日距平EOF分析的前3个主成分累计方差贡献达到72.3%。按其向量场的方差贡献分型,Ⅰ型表现为华南江南雷暴活跃特征呈现较统一的变化规律。深厚西南低涡槽前、上干下湿的水汽层结、上冷下暖的温度层结为华南江南地区发生大范围雷暴天气提供良好的动力、水汽和位势不稳定条件,是华南江南雷暴活跃异常的主要模态;Ⅱ型表现为从华南南部到江西与浙江南部有一条西南-东北向、下宽上窄的雷暴活跃正距平异常区,而两侧为负距平异常区。其环流特征表现为温度整层偏冷,水汽整层偏湿,而西南槽前动力抬升有利于水汽抬升凝结触发对流形成雷暴;Ⅲ型表现为华南和江南地区雷暴活跃特征呈南北反位相异常,其分界线在26°N附近。其环流特征表现为较强的干冷空气南下与南方暖湿空气在南岭山区对峙形成异常的垂直环流圈。在其上升支,低层干冷空气被卷入中高层使得中高层暖湿空气凝结释放潜热形成对流,造成华南地区多雷暴发生,而江南地区处于垂直环流的下沉支,整层湿度偏干,造成江南地区雷暴相对偏少。

基于FLEXPART的稻纵卷叶螟迁飞路径及大气背景研究

在分析2008年我国稻纵卷叶螟时空发生规律特点的基础上,选取典型迁飞过程并对迁飞的大气背景进行分析,利用F LEXPART-WRF模式,对典型迁飞过程的路径进行逆推,以此明确大气背景对迁飞路径的影响。结果表明:(1)2008年稻纵卷叶螟发生峰型主要以双峰型为主,发生范围最广、程度最严重的北迁过程是7月15—18日过程。(2)通过FLEXPART计算逆推代表站,江苏淮阴的迁飞虫源来源于浙江中部至安徽中西部一线。(3)气压场上天气系统的分布、移动和强度变化对稻纵卷叶螟的迁飞和降落有重要作用;850 hPa风场上的盛行偏南风对稻纵卷叶螟的北迁有利;该高度上的反气旋环流对稻纵卷叶螟的迁入和降落十分有利;气旋性切变对稻纵卷叶螟的迁出有利。(4)稻纵卷叶螟迁飞路径上的降水对稻纵卷叶螟的降落有动力迫降作用。

中央气象台航空气象预报技术系统进展

航空气象预报技术是天气预报技术中涵盖范围最广、技术难点最多、要求最高的集成技术之一。国家气象中心基于气象大数据云平台与智能网格技术,面向抢险救灾、国防安全、民用航空、通用航空等需求初步建立了航空气象预报服务咨询技术体系。重点介绍了机场精细化天气预报、机场进近区危险天气预报和航路危险天气预报技术。阐述了中国气象局大数据云平台、智能网格技术、全球/区域高分辨率数值模式、深度学习、多源资料融合以及机场情报信息等在上述航空气象预报技术建设的重要作用。介绍了基于智能网格的能见度、降水、风等要素的机场精细化预报技术;采用传统外推及深度学习等方法,开展多源数据融合的强对流短时临近预报集成技术;基于高分辨数值模式的机场进近区低空风切变的潜势预报技术;以及基于我国全球/区域数值模式研发的颠簸、积冰、对流等航路危险天气预报技术等。分析了我国智能网格技术体系对航空气象专业服务的能力与不足,并对未来航空气象专业服务技术发展做出展望。