两次秋季北上台风引发东北地区暴雨的水汽特征

利用ERA50.25°×0.25°高分辨率再分析资料、实况融合降水资料、台风最佳路径数据集、HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model)后向轨迹追踪模型等资料,对2019年13号台风“玲玲”和2012年15号台风“布拉万”引发东北地区暴雨的水汽特征进行分析。研究表明:两次台风最大湿层厚度达200 hPa附近,700 hPa以下比湿大于10 g·kg^(-1),高比湿主要集中在850 hPa以下的低层,台风的水汽分布具有明显的非对称结构特征。整层积分水汽通量散度与暴雨落区有一定的对应关系,尤其和降水强度对应。东北地区周边海域的水汽对东北暴雨的水汽供应很关键,源在日本群岛东部的西北太平洋的东南水汽通道是最重要的水汽通道。西南太平洋或阿拉伯海,包括欧拉方法研究发现的孟加拉湾较远距离的水汽输送存在,但是并非是东北台风暴雨的主要贡献者。

2020年11月吉林省罕见冻雨天气成因分析

利用常规地面观测资料、探空秒数据、微波辐射计资料、ERA5再分析资料等,对2020年11月17—20日吉林省冻雨天气成因进行分析。结果表明:此次冻雨天气过程受高空槽东移加深、蒙古高压向南入侵和地面气旋北上共同影响。低空急流为吉林省输送了充沛的水汽,比湿为3~7 g·kg^(-1)。同时,受850 hPa暖脊影响,0℃等温线长时间停留在吉林中部并缓慢移动,导致冷暖气团持续作用,在对流层中低层形成稳定的逆温层,为长春市、吉林市等地冻雨天气的发生提供了有利温度层结条件。通过分析长春站和吉林站冻雨发生时的温度、湿度层结可知,冻雨发生于自下而上的冷—暖—冷温度层结中,冷垫高度高于950 hPa,厚度为0.7~1.0 km,1000 hPa温度为-3~0℃,850 hPa温度为1~3℃,暖层厚度为950~750 hPa,约1.5 km,中心最高温度大于3℃。同时,中高空(800~350 hPa)固态水含量需高于0.2 g·kg^(-1),中低空(900~700 hPa)液态水含量需大于0.2 g·kg^(-1),上升气流越强,含水量越高,降水越大。通过观测10 m风速骤降为0 m·s^(-1)或缺测,可大致推算冻雨发生时间,以订正或补充人工观测结果。

两次北上相似路径台风导致的暴雨湿位涡诊断分析

利用2012年8月28—29日和2019年9月7—8日水平分辨率为0.25°×0.25°的ERA5再分析资料、地面观测资料和中国气象局热带气旋最佳移动路径数据,对两次北上相似移动路径的台风“布拉万”和“玲玲”导致东北地区暴雨天气过程的湿位涡进行诊断分析。结果表明:台风导致的强降水与假相当位温的密集带对应较好,降水主要位于假相当位温密集带偏暖一侧,锋区越强,降水量越大。两个台风过程均在降水前期存在对流不稳定层结,为台风降水提供初始能量积累。初始时刻出现湿对称不稳定,是台风中心西北侧暴雨出现的主要因素。降水增强时刻,大气对流不稳定再次参与,说明低层对流不稳定提供了降水快速增强的主要能量。低层湿正压项(MPV1)和湿斜压项(MPV2)的绝对值均出现先增大后减小再增大的趋势,强降水主要分布在两个极值中间过渡时段。两次北上台风引起的吉林省中部暴雨带均与低层850 hPa的MPV2负值区和MPV1的正值区有较好的对应关系。

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。

热带大气对非绝热加热的响应及其与ENSO循环关系

通过求解赤道β平面上的线性运动方程,研究了热带大气对主要由海洋热状况异常导致的大气非绝热加热的响应,并探讨了该过程与ENSO循环的关系。结果表明,非绝热加热的直接作用及其产生的Kelvin波、Rossby短波是大气零阶的扰动位势和纬向风速变化的原因。在El Nino期间,大洋西部首先发展出正的大气位势异常。但随着海洋热状况的正异常的持续,随之在大洋西部即开始孕育和发展,导致热带太平洋海气耦合系统回归正常状态,甚至是转向La Nina的大气异常状态或系统,其标识是非绝热的异常加热所激发的大气Kelvin波的产生和东传,并伴随正位势异常的大值向东移动和大洋西部正的位势异常减弱,信风由此而增强。在La Nina的盛期,海洋热状况存在负异常(即弱于平均状态),则将有相反的过程。

热带气旋的温带变性过程对下游影响的研究进展

热带气旋(TC)在向高纬度地区移动过程中往往会转变为温带气旋,称之为温带变性(ET)过程。ET过程涉及到热带系统与中纬度环流的复杂相互作用,并对局地系统直至大范围环流均产生影响,这种影响甚至向下游延伸到半球的尺度。由于ET过程及其下游影响给中纬度地区带来严重灾害性天气,而对其的预报一直是一个难题,因而关于此问题的科学研究和业务预报是近年来国际上的一个热点,国内的有关工作也已开展。从TC在ET过程中与中纬度环流的相互作用、ET过程对中纬度下游环流的影响和ET过程及其下游影响的数值预报三个方面总结和分析了近年来国内外的有关研究进展,为国内学术界进一步开展相关研究提供参考。主要进展包括:(1)TC高层出流输出低位涡(PV)空气改变温带上层结构以及TC环流直接作用于中纬度流是TC-中纬度流相互作用的主要方式;TC相对于上游槽的位置对ET过程及其下游影响很关键;各种物理过程在相互作用中起到不同的作用;(2)TC所激发的Rossby波在与急流相联系的上层PV梯度上向下游频散是下游发展的主要方式;下游发展具有显著的边界俘获和上下层耦合发展的特征;(3)目标观测、集合预报和变分同化等技术的发展提高了ET及其下游影响的数值预报水平。

长春市2009年～2018年夏季高温特点及成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对近十年(2009年~2018年)长春市地面气温进行统计要。结果表明:近十年长春市高温呈现由多发期转为低谷期,至2015年开始又转为多发期的规律,且高温高发月份由6月逐渐转成7月,通过对2010年和2018年两个不同高温类型年份对比得到两次高温明显的异同点。

吉林省春季人工增雨潜力及指标的数值模拟研究

利用吉林省业务运行的中尺度数值模式WRF3.3.1,分析了2016年4月12日吉林省一次春季降水过程的人工增雨潜力,选取比湿、上升气流、K指数、冰面过饱和度、云水厚度共5种与人工增雨潜力密切相关的指标,作为吉林省春季人工增雨潜力判别的因子。结果表明:吉林省春季850 hPa比湿和K指数与降水量存在相关关系,比湿小于2.9 g·kg^-1几乎不产生降水,产生2 mm以上的降水比湿几乎均大于4.5 g·kg^-1,K指数大于22℃。将850 h Pa比湿大于4.5 g·kg^-1、K指数大于22℃、积分云水含量大于0.2 mm、高层冰面过饱和度大于0和低层垂直速度大于0.4 m·s^-1作为强增雨潜力区的指标,并利用春季其他个例对该指标进行检验,发现该指标基本能够表征云内的动力、热力和微物理条件,可以作为人工增雨潜力区的判别指标。

基于卡尔曼滤波原理对长春市温、湿度的网格预报试验

利用区域数值模式WRF和陆面同化系统CLADS数据,采用卡尔曼滤波、递减平均法,对长春市气温和相对湿度的格点预报进行订正预报建模试验,建立了两种时间分辨率为1h、空间分辨率为3km×3km的滤波模型。结果表明:两种滤波模型均具有显著的误差订正效果,且效果好于一元线性回归模型;在原始模式具有较大预报误差的情况下,滤波模型也能够通过快速调整,达到预报与实况基本吻合;采用递减平均法建立的滤波模型效果更好,选择其作为气温和湿度的网格预报模型,进行试报,气温预报的MAE在大部分时段内均在2℃以内,相对湿度预报MAE基本在5%以下。

台风变性过程中下游环流发展的个例对比研究

台风在温带变性过程(Extratropical Transition,ET)中与中纬度系统的相互作用会引起下游环流的发展,选取3个台风个例,通过分析涡动动能收支和理想化模拟实验对其下游发展机制进行研究。3个台风的变性过程所引起的下游发展都具有共同的机制,即首先在上层下游有脊和槽先后发展,随后激发低层涡旋生成,并与之耦合,形成一个贯穿整个对流层的深厚气旋系统。促使下游脊生成和发展的非地转位势通量源于台风,高层系统向下输送的垂直非地转位势通量在低层辐合,使得涡旋在低层发展。模拟实验表明,台风出流向中纬度急流区域输送低位涡(Potential Vorticity,PV)空气,使得其PV梯度增大和斜压性增强,从而激发了Rossby波在急流中生成并沿之向下游传播,而下游槽脊对引起更下游波型的发展也是通过Rossby波的频散而达成。

长春市城市内涝致灾因子危险性模型的建立及评估

基于自然灾害风险评估理论,利用长春市区自动站2018—2022年6—9月逐小时降水实况,结合自然环境和社会经济指标,选取日最大小时降雨量、日最大3 h降雨量、日降雨量作为致灾因子,利用熵权法确定权重构建城市内涝致灾因子危险性强度指数,采用百分位数法划分为5个等级并给出阈值,建立了长春市城市内涝致灾因子危险性模型。运用点密度分析方法对长春市城市内涝风险进行评估,结果表明,有4个致灾危险性非常高的区域,2个位于绿园区,1个位于二道区,最后1个位于朝阳区与南关区之间。