“23.7”河北罕见特大暴雨过程降水演变与中尺度特征分析

2023年7月29日至8月2日,受台风“杜苏芮”北上减弱低压影响,河北出现罕见特大暴雨天气过程(以下简称“23.7”暴雨过程),其中位于冀南的邢台市梁家庄自动站52 h累积降水量高达1003.4 mm。利用常规地面与探空资料以及区域自动站资料、雷达拼图与ERA5再分析资料等,对“23.7”暴雨过程的降水演变特征、环流形势与环境条件、中尺度特征进行了初步分析。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计雨量大、覆盖范围广等特征;台风“杜苏芮”登陆北上后,受500 hPa华北北部“高压坝”阻挡而停滞,河北大部地区整层水汽总量达到其气候平均态的2倍以上,环境大气具有低的抬升凝结高度和自由对流高度及一定的对流不稳定能量,以及850 hPa倒槽切变线稳定少动提供的持久辐合抬升条件,使得降水回波长时间维持在河北西南部太行山前和河北中部。边界层东南风急流伴随台风倒槽向北发展,急流核风速在河北中部超过22 m·s^(-1),大暴雨过程中地形作用明显。边界层急流影响河北西南部期间,回波强度30~40 dBz、质心高度低于6 km的多个对流单体先后移过梁家庄站上空,造成梁家庄站累计出现24 h的短时强降水;边界层急流北移后,8 m·s^(-1)左右的偏东风使太行山前层积混合云降水回波继续长时间维持造成雨区重叠,是梁家庄站52 h累积降水量超过1000 mm的主要原因。

河北“23.7”极端暴雨过程特征及成因初探

2023年7月29日—8月1日,河北省发生了致灾严重的极端暴雨事件,气象观测站3 d(72 h)最大累计降水量为1003.4 mm(邢台临城梁家庄),河北、北京多站突破了历史纪录。利用高空、地面、卫星云图和多普勒天气雷达等观测资料以及ERA5再分析资料,对此次极端暴雨的极端性和成因进行了初步分析。结果表明,此次极端暴雨过程是在对流层高、中、低层以及中、低纬度多尺度大气系统共同作用,并叠加地形影响下产生的。(1)中纬度大陆高压东移并与北上西进的副热带高压连通,在河北北部形成稳定的西北—东南向高压坝,台风“杜苏芮”登陆后北上西行到河南境内时,受阻于高压坝,速度减慢,导致台风残涡降水长时间维持。(2)台风“杜苏芮”北上自身携带的水汽以及副高南侧的台风“卡奴”远距离输送的水汽,为河北极端暴雨的发生提供了充足的水汽;台风北上减弱过程中结构不变,边界层东北风急流和东南风急流辐合,加上太行山地形的辐合抬升作用,共同为极端降水提供了强盛的动力条件。(3)太行山中段的强降水时段集中在29日夜间至30日夜间,主要是减弱台风残涡的螺旋雨带、东到东北风急流在迎风坡抬升以及喇叭口地形、“狭管效应”增强辐合共同作用所致,250 mm以上的强降水出现在太行山东麓300~800 m的迎风坡上,以稳定性、低质心的暖云降水为主。(4)与太行山中段的极端降水相比,太行山北段的降水时间更长,主要降水时段集中在29日夜间至31日夜间,250 mm以上的强降水范围更大,既包括北段山脉东麓300~600 m的迎风坡一侧,也包括相邻的东部平原,但迎风坡上的降水强度小于太行山中段迎风坡,而平原地区的降水强度则高于太行山中段迎风坡。强降水主要受与山脉平行的东北急流和东南急流辐合以及地形作用所致,山脉东侧浅山区和平原降水对流性更强。(5)此次极端降水的水汽、动力、热力等物理量场都表现出了较强的极端性,偏强2~6倍样本标准差。

食品强化剂EDTA铁钠制备新工艺研究

文章以氧化铁为原料,开发了一种EDTA铁钠生产新工艺,通过实验得的最佳工艺条件:反应助剂为铁粉和硫酸铁混合物,其加入量为氧化铁质量的5%,原料配比为n(EDTA)∶n(氧化铁)∶n(碳酸钠)为1∶1∶0.5,反应温度为90℃,反应时间为120min。制备的样品纯度高,其铁含量达到13.31%。母液循环利用,产品收率可达到90%。该工艺流程简单,产品铁含量高,制备成本低,产品收率高。

“23·7”河北太行山东麓罕见特大暴雨特征及成因

受台风杜苏芮北上减弱的低压影响,2023年7月29日至8月1日,京津冀地区遭受了历史罕见的特大暴雨,海河发生流域性特大洪水并造成人员伤亡和经济损失。利用高空观测、地面自动站、S波段多普勒天气雷达、风廓线雷达、ERA5再分析资料等,对此次天气过程进行了初步分析。结果表明:特大暴雨过程具有累计降水量大、持续时间长、地形作用明显等特征。台风杜苏芮、卡努提供了极为有利的水汽条件,华北北部形成的高压坝阻挡了台风环流北上,华北地区先后经历了阵性降水、台风倒槽降水和倒槽减弱阶段对流性降水三个阶段,降水落区的叠加效应是形成罕见特大暴雨的主要原因。台风倒槽阶段850 hPa切变线受太行山阻挡移动缓慢,降水持续时间长,初期大气处于近中性状态,雨强整体平稳,30日午后对流开始加强,河北中部降水区冷池出流的偏北风与偏东风形成地面辐合线,使得河北东南部高能区中触发的对流单体发展加强为MCS,移入保定后形成“列车效应”;太行山冷池出流的偏北风与地面东南风形成辐合线触发不稳定能量释放,是30日夜间河北西南部降水维持的原因。31日早晨超过20m·s^(-1)的东南风急流再次建立,造成北京南部超过110 mm·h^(-1)的强降水。

苯酚与异丙醇烷基化合成异丙基苯酚的热力学和动力学

基于Benson基团贡献法研究苯酚与异丙醇烷基化反应过程，确定了主、副反应的反应热、平衡常数及平衡转化率，得到反映热力学性质的反应方程式并建立反应的网络结构，为该体系的工艺设计提供热力学依据。在苯酚与异丙醇物质的量比为0．5～2．0、温度（513．15-573．15）K、空速8h^-1“和催化剂颗粒（40-60）目[相当于粒径（0．45-0．30）mm]条件下进行本征动力学实验。选用幂数型动力学模型，对参数进行估值。用Runge-Kutta法进行数值积分，Simplex法对参数进行优化，F统计法对模型进行检验，最终得到能较好描述反应的本征动力学模型。

京津冀地区雷暴大风天气的统计分析

根据灾情观测资料、重要天气报告资料,从多角度对京津冀地区雷暴大风进行了统计分析,结合MICAPS资料、NCEP资料、自动站资料以及多普勒天气雷达资料,讨论了雷暴大风形成的天气条件、类型和风暴特征,结果表明:雷暴大风主要分布在北京西北部山区、沿海地区以及西北部高原,平原相对较少,近30 a演变趋势为振荡减少。雷暴大风最早始于3月中旬,最晚终于11月上旬,6月下旬达到顶峰,6、7月份为最多月份,14—20时为日高峰期。雷暴大风的旬、月分布与冷空气活动、南支急流的位置有关;雷暴大风的形成,5、9月份需要更高的热力条件和动力条件,6、7、8月份需要更高的不稳定条件和能量条件;西北气流型和低涡型是产生雷暴大风日数最多的天气类型。各类型天气系统的月分布与冷空气活动、副热带高压位置以及南支急流的强度、位置有关;雷暴大风的范围与影响系统的尺度和强度有关,冷锋和低涡出现区域性雷暴大风天气的几率最高,且级别越高,冷锋的优势越明显;雷暴大风过程多单体风暴最多,飑线次之。雷暴大风的范围与风暴的强弱有关,飑线、超级单体风暴是出现区域性雷暴大风几率最高的对流风暴,且级别越高,飑线的优势越明显。

1957—2010年石家庄城市闷热天气的影响因素分析

用石家庄站和同纬度城镇站(深州、晋州)1957—2010年的观测资料分析闷热日数、闷热指数的年代际变化和两站间的差异,以及14时气温、相对湿度和绝对湿度的年代际变化。结果表明:1957—2010年,石家庄的闷热天气呈增多趋势;城镇站则表现出多-少-多的双峰型演变。石家庄的闷热天气与14时气温的变化一致,闷热程度增强,气温起主要作用;深州的闷热天气与14时气温和湿度变化有关,且湿度起主要作用。受城市化的影响,石家庄的热岛效应自20世纪80年代末开始逐渐强于深州,干岛效应20世纪90年代中期以后明显加强。石家庄闷热天气主要由城市热岛效应和全球变暖引起,城市干岛效应引起的湿度下降抵消了一部分闷热天气发生的可能性。

河北暴雨的多普勒天气雷达径向速度特征

利用2004—2011年29次暴雨过程的多普勒天气雷达资料和常规天气资料,分类总结了河北中南部暴雨的主要雷达径向速度特征。发现形成河北中南部暴雨的主要雷达径向速度特征有5类:β中尺度辐合线、β中尺度辐合、γ中尺度辐合、高空急流和深厚持久的低空急流。深厚持久的低空急流是大范围暴雨的主要速度特征之一。高空急流是大范围暴雨和区域暴雨共有的速度特征。β中尺度辐合线、β中尺度辐合、γ中尺度辐合是大范围暴雨、区域暴雨和局地暴雨共有的速度特征和主要的中小尺度影响系统。列车效应是造成局地暴雨、大暴雨的关键原因。

一次超级单体分裂过程的雷达回波特征分析

2007年7月9日16—20时(北京时)在河北南部非常罕见地观测到了多个超级单体风暴在相近地点连续生成及分裂的过程。利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、地面自动站及常规天气资料,对超级单体分裂过程及环境条件做了分析。表明这次的多个超级单体风暴是在强的对流有效位能和垂直风切变的环境条件下发生的。由于垂直风切变矢量方向随高度逆时针旋转,因此,分裂后左移的反气旋风暴得到加强,发展成为具有深厚中反气旋的左移超级单体风暴,而右移的气旋性风暴受到抑制,与理论研究结果一致。但也有不同之处,沿着地面高湿区内热力边界偏暖一侧移动的气旋性风暴没有受到明显抑制,有利的地面环境条件抵消了气旋性风暴受抑制的程度,使气旋性风暴能够持续更长的时间。该强烈发展的带有明显中反气旋的超级单体风暴具有低层钩状回波和入流缺口、中高层有界弱回波区及位于有界弱回波区之上的高层具有反射率因子核心和强烈风暴顶辐散,与经典的气旋式右移超级单体风暴的回波特征非常类似,除了是反气旋涡旋外,其回波特征与气旋式超级单体近似成镜像。风暴分裂是在单体形成不久的发展初期开始的。分裂先从中高层开始,然后迅速向下延伸。分裂后相对于0—6 km风切变矢量,左侧的单体为反气旋左移风暴,右侧的为气旋性右移风暴。

弱天气强迫下一次暖区MCSs发生发展研究

2017年7月21日上午,石家庄地区出现了一次局地暴雨过程,强降水主要集中在石家庄市区及其东部、北部,数值预报产品和主观预报均漏报了此次暴雨过程。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达观测资料、雷达风廓线、多普勒雷达四维变分分析系统(VDRAS)以及NCEP再分析资料,分析了造成本次局地暴雨的中尺度对流系统(Mesoseale Convective Systems,MCSs)的触发机制,讨论了该系统的传播方向和影响整体运动的主要因子。结果表明:1)本次强降水发生前受“副高”588 dagpm线控制,降水区高温、高湿,为降水的发生积聚了大量不稳定能量。由于太行山在石家庄附近由东北-西南走向转为西北-东南走向,东北气流在此处逆转为西西北气流,从而在山前形成东北风和西西北风的辐合线;河北东北部秦皇岛、唐山地区因强降水形成较强的雷暴高压、冷池,雷暴高压产生的气压梯度力影响东北风逐渐加强,加强的东北风气流引导冷池呈舌状逐渐西南方向移动到石家庄北部地区,在前述辐合线附近形成低层辐合、中层辐散的不稳定层结,与西部太行山迎风坡对东北气流的强迫抬升共同作用,触发了不稳定能量的释放。2)本次过程前期雷暴在发展加强过程中,MCSs降水形成的雷暴冷出流东北方向移动,移速缓慢,在与环境东北气流辐合的区域,不断有新的雷暴触发,使得雷暴向东北方向传播,此阶段风暴承载层平均风(即MCSs的平移方向)风速较小,MCSs的移动平流不明显,以“后向传播”为主,系统稳定少动,表现为“准静止状态”;随着风暴承载层平均风风速的增加,MCSs的移动方向可以通过Corfidi矢量法,由低空急流的反向矢量和1.5 km以上(850~300 hPa)的平均风速矢量合成得到,且此阶段MCSs自身冷池的移动方向与风暴承载层平均风(西北风)密切相关,对应的雷暴冷出流东南方向移动,使得西北偏冷风冷池出流与环境东南偏暖风形成辐合,在MCSs前部不断有雷暴单体新生,传播方向与平流方向一致,系统“快速”东南方向移动。

变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验

目前业务上0-1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016-2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0-1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:(1)京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。(2)通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率(POD)和临界成功指数(CSI)都明显高于交叉相关法,且虚警率(FAR)更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。

河北中部一次具有后向传播特征的副高外围暖区暴雨过程分析

利用常规观测、雷达、卫星、加密自动站资料、VDRAS系统(雷达变分分析系统)产品以及ERA-Interim再分析资料,对2013年8月11日发生在河北中部暖区中、伴有强降水和大风、具有后向传播特征的深厚湿对流过程进行分析。结果表明:这是一次发生在副高动力边界的外侧,水汽、热力及对流不稳定边界的内侧附近的过程,该区域有利的对流不稳定条件和触发抬升条件,容易产生对流天气。石家庄东部的对流雨带具有明显的后向传播特征,其发生机制为:受低空切变线和地面辐合线触发,廊坊—保定东部一线(辐合线的北侧)首先出现了雷阵雨,形成雷暴高压,在雷暴群后部(西南方)不断激发出新生雷暴,即有后向传播出现,新生雷暴并入雷暴群后,随引导气流向东北方向移动,造成列车效应,在暖区产生较强降水。

冀中南地区一次冰雹天气的中小尺度特征

利用2014年6月22日08:00及14:00常规探空观测资料,08:00—20:00自动站逐时风场资料、闪电资料、FY-2E可见光云图及石家庄站多普勒雷达逐6 min资料,对发生在河北石家庄的一次冰雹天气的中尺度系统特征及环流背景进行分析,探寻此类灾害性天气精细化预警着眼点。结果表明:高空冷涡东南象限中"上干冷下暖湿"的不稳定区域是强对流出现的潜势区,干冷空气入侵和边界层辐合线是河北中南部地区对流的触发条件;分散的对流云团在冷涡附近形成,外围的弧状云线逐步发展加强,弧状云线和上冲云顶的识别和分析有利于判断对流云团的发展变化趋势,其演变对短临预警有较大的参考意义。对流发生前中等偏强的垂直风切变有利于超级单体的发展;包含超级单体的多单体风暴是本次过程的直接影响系统,并伴有旁瓣回波、三体散射等典型雹暴回波特征;风暴向引导气流偏右侧方向移动,移速与平均环境风相当,为精细化落区预警提供参考;冰雹出现时正闪比例增加,其空间分布与雷达回波和冰雹路径对应,对冰雹短临精细化预警具有较好的指示意义,可作为雷达分类预警的有益补充。

京津冀一次对流性暴雨的成因和可预报性分析

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、ERA Interim再分析资料、多普勒天气雷达资料、风廓线雷达资料等资料,针对2016年8月12日影响京津冀的一次对流性暴雨进行了成因分析.仅供参考.