青藏高原东坡地形对影响云南降水的高原涡的作用机理

利用常规观测资料、FNL分析资料及经质控后的自动站小时降水数据,诊断分析了青藏高原东坡地形在2017年7月2-3日高原涡影响云南降水过程中的作用,并利用数值模式WRFv4.0对此次过程进行了地形敏感性试验。结果表明:高原涡是此次云南强降水的重要影响系统;低涡中心及附近区域中高层维持暖心结构,并呈现显著的上升、下沉运动交替的分布;过程累积雨量分布表现为两条明显的与山脉走向平行的西北-东南向雨带,且具有强弱交错的分布特征,强降水集中出现在午后至傍晚及前半夜两个时段内,中心均位于地形边坡,并随着低涡向下游传播;南亚高压、西北辐散气流、西太平洋副热带高压及滇缅高压为低涡的东移发展提供了有利的高空环流场,500 hPa正涡度及700 hPa水汽通量辐合中心对强降水落区具有较好指示意义;低涡降水期间存在β中尺度重力波,波动由青藏高原东坡地形激发,沿着300~200 hPa的气层传播,高空的非地转平衡运动及垂直风切变为重力波的发展及传播提供了有利条件,重力波先于低涡及降水向下游方向移动及发展,波脊处对应上升运动及辐散中心,波槽处对应下沉运动及辐合中心,强降水及波脊均位于低涡西南侧强辐合上升运动区;地形高度降低后,其机械阻挡抬升作用减弱,重力波和高原低涡消失,雨带强度及空间分布特征发生显著改变。高原东坡地形对高原涡的形成和发展,以及高原涡影响下的云南降水具有重要作用。

江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的位涡比较分析

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出1979—2020年梅雨区共发生了24次持续性暴雨事件及24次极端强降水事件。事件合成分析表明,持续性暴雨事件最强雨带主要位于长江及其以南地区,而极端强降水事件最强雨带则位于长江及其以北地区。持续性暴雨事件与热带大气低频振荡密切相关,其中南亚高压偏东、西北太平洋副热带高压偏西,因而高空偏南的西风急流附近具有高值位涡的干冷空气向南和向低空入侵,在中低层与西南暖湿气流辐合并形成梅雨锋区。极端强降水事件更大程度地取决于偏北的西风急流南侧的高空辐散及位涡强迫的强冷空气。对于极端强降水事件位涡收支的定量诊断表明,在强降水达到峰值及之前,高层负的位涡倾向主要由负的垂直位涡平流所导致,而中低层正的位涡倾向则主要取决于垂直非绝热加热的位涡制造和垂直位涡平流。结合典型个例的垂直速度分解,进一步证实梅雨区上空水平位涡平流随高度增加的垂直分布激发的上升运动分量在极端强降水事件起着重要作用。

中国雪都阿尔泰山暖区暴雪水汽特征分析

为进一步做好中国雪都阿勒泰山冬季冰雪旅游暴雪预报预警服务,利用阿尔泰山固态降水数据、NCEP/NCAR再分析和GDAS数据,应用天气学诊断和不同水汽分析方法对2021年阿尔泰山区3次暴雪过程环流背景和水汽特征进行分析。结果表明:①3次暴雪过程均为新疆北部典型的暖区暴雪过程。②欧拉方法分析表明,该区水汽主要源于大西洋及其沿岸,阿尔泰山西边界为水汽输入,东边界和南边界为水汽输出,中、低层的水汽输入量与暴雪量关系密切,水汽通量散度辐合区位于对流层低层。③HYSPLIT(拉格朗日)方法分析表明,水汽源地主要来自北冰洋、欧洲,其次是中亚和加拿大,与上述结论明显不同;对暴雪区综合贡献较大的是对流层低层的水汽。④构建了阿尔泰山区暴雪过程水汽贡献模型,700 hPa及以上水汽自源地到达关键区后主要从偏西(西南)路径输入暴雪区,700 hPa以下水汽到达关键区后,在环流合适时主要从东南路径输入暴雪区,但从偏西(西南)和西北路径输入暴雪区的水汽也不容忽视;水汽主要在对流层低层聚集,并辐合抬升。

云南冬季强降温过程冷空气路径及大气环流差异

基于云南125个测站日平均气温数据,判定了1961—2020年云南冬季95次强降温过程的4种冷空气路径,对比分析了不同路径冷空气对云南降温的影响及大气环流差异.结果表明,东北路径冷空气对云南降温幅度影响最剧烈、影响空间范围最广;偏东路径出现频率最高,偏东路径和偏北路径在降温幅度和影响范围上较为接近;东南路径降温幅度和影响范围最弱,出现频率最低.超前强降温日2 d时,东北路径欧亚大陆500 hPa位势高度场上正高度距平异常区域强度和面积、700 hPa反气旋距平环流强度和西伯利亚高压均为最强,东南路径最弱,偏东路径和偏北路径介于前二者之间.东北路径500 hPa上东亚槽横槽转竖特征最明显,偏东路径和偏北路径东亚槽槽底南压加深,但转竖特征不及东北路径明显;东南路径东亚槽底部较宽广;东北路径副高呈块状面积最小,其它3种路径副高则呈带状,偏东路径副高面积最大.700 hPa上东北路径和偏东路径在日本附近有较强海平面气压负距平发展,朝鲜半岛气旋距平环流较强,其西侧较强的偏北气流引导冷空气进入云南;东南路径和偏北路径在朝鲜半岛气旋距平环流及其西侧的偏北气流较弱.在200 hPa纬向风距平场上,东北路径急流轴附近正负距平区强度最强,偏东路径沿急流轴距平分布为西正东负;东南路径正负距平区强度最弱,负距平区主要分布在急流轴北侧,偏北路径负距平区分布在急流轴南北两侧.

2021年11月7—9日辽宁省极端雨雪天气分析

选用常规气象观测资料、人工加密观测资料和NCEP/NCAR格点资料,对2021年11月7—9日辽宁省极端雨雪天气进行诊断分析。结果表明:东北冷涡和地面气旋为此次极端雨雪天气的主要影响系统,对流层中低层辐合、高层辐散以及强的冷暖气流交汇,是产生极端雨雪天气的主要原因;高低空急流耦合和高空辐散抽吸作用,配合东北冷涡动力抬升作用,暖湿低空急流沿冷垫爬升,进一步加强了上升运动。暖湿急流为此次极端雨雪天气提供了充沛的水汽条件,暖湿急流的增强对应水汽辐合作用增强,配合低层冷垫和东北冷涡的动力抬升作用,对降雪有明显增幅作用;地面辐合线沿地形分布,触发了此次极端强降雪天气。地形阻挡导致地面冷空气堆积形成冷垫,是极端降雪天气发生的重要原因。温度层结差异是鞍山、岫岩雨雪相态差异的主要原因。具有冻结层特征的低层冷垫,为鞍山极端暴雪提供了有利的温度层结条件;融化层厚度和地面温度是岫岩出现冻雨的关键因素。

甘肃陇南两次暴雨天气过程对比分析

2017年8月甘肃陇南出现暴雨天气,礼县、武都气象站24 h降水量突破历史极值,极端性和局地性突出。应用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第5代全球大气再分析产品ERA5、雷达资料及地面加密观测资料,对2017年8月6—7日、19—20日发生在甘肃省陇南地区的2次暴雨过程进行对比分析,重点讨论2次过程的环流背景以及强降水时段雷达反射率因子、径向速度、物理量特征。结果表明,2次暴雨过程均发生在西风槽偏北气流与中低层偏南暖湿气流交汇处,但是2次过程的主要影响系统及触发条件不同;雷达回波显示8月6—7日由冷式切变线引起的暴雨系统对流性较强,反射率因子值较高、中心高度较低,降水率较大,持续时间短;19—20日暖区降水的反射率因子值较低、中心高度较高,降水率较小,持续时间较长。

2022年“2.13”冀中大雪过程多源气象资料分析

利用常规观测资料、era5再分析资料、风廓线雷达产品、地基GPS/MET大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)等,对2022年2月13日冀中大雪过程进行了详细分析。①降雪发生之前的36 h内PWV呈增长态势,0~12 h上升最快,12~36 h呈缓慢上升趋势。②降水量和PWV呈一定正相关关系,降雪期间PWV变化平稳,随着PWV出现连续下降,降水结束。③风廓线雷达的水平风向风速演变对降雪的预报有一定指示意义:3000 m突然出现20 m/s的西南低空急流,随着20 m/s的西南低空急流向下延伸至2500 m高度,降雪增强。④降雪之前,0.5 m/s及以上的正速度首先出现在1500 m以上,当2000 m以下突然出现1.0 m/s以上的正速度后,0~3 h内降雪发生。⑤1000 m以下垂直速度增加到1.5 m/s及以上时,降雪增强。⑥降雪期间C_(n)^(2)(大气折射率结构常数)一直稳定在-180~-165 dB,C_(n)^(2)值小于-180 dB时,最大探测高度降至3500 m以下,整层垂直速度小于0.5 m/s,预示降雪结束。

吉林省短时强降水时空特征分析

文章利用吉林省51个国家地面气象观测站1994—2023年4—10月逐小时降水资料,通过对短时强降水时间尺度、空间尺度进行分析,揭示吉林省短时强降水时空分布特征及变化规律。结果表明:1994—2023年短时强降水频次呈现先下降后上升的趋势;5—9月为吉林省短时强降水集中期,其中7—8月发生频次最多;短时强降水最早出现在5月15日前后,最晚出现在9月10日前后;降水日变化呈现双峰结构;降水空间分布不均匀。研究结果以期为短时强降水的预报提供气候背景,为预报预警服务提供参考依据。

2022年4月云南罕见寒潮天气成因及预报偏差分析

2022年3月31日—4月2日,云南省出现历史同期罕见的寒潮天气过程.通过地面观测资料、高空观测资料和NCEP FNL资料,对此次寒潮过程的成因进行分析,并对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式的形势场及最低气温进行检验.结果表明:此次寒潮过程发生在北极涛动负位相期间,西伯利亚高压偏强,欧亚中高纬形成两槽一脊的环流形势.东亚大槽后侧强劲的偏北风引导低层冷空气南移,南支槽向东移动为云南省输送暖湿气流,700 hPa切变线和地面冷锋的南侵,共同造成了此次寒潮天气过程的发生;此次寒潮过程的强降温是由过程中近地层强冷平流的作用,冷锋后部较强的垂直上升运动,引起绝热膨胀冷却作用,加剧了局地气温的下降;通过定量分析导致昆明局地气温变化的各项因子发现,昆明的降温主要受温度平流项的影响,其次是非绝热项的影响. ECMWF模式能较好地预报此次寒潮过程的高低空环流形势及降温的范围,但对降温强度的预报效果相对较差.

2022年8月南海典型空心台风“木兰”的诊断分析及高分辨率模拟

利用站点观测、FNL分析数据和融合降水等多源资料,对2022年8月南海空心台风“木兰”的特征及成因开展系统的诊断分析,结果表明“木兰”属于南海的季风低压发展而成的弱台风,具有季风低压的特征,整个台风过程无明显台风眼,前期气旋环流中有多个小环流。虽为弱台风,但其东北侧的低空东南急流配合南海充沛的水汽输送,以及陆地局部的强对流活动,造成了我国广东、广西和云南南部等地的大风和暴雨天气。使用中尺度模式WRF开展分辨率为9 km和3 km的嵌套模拟,结果显示模式能合理再现“木兰”的环流结构特征和演变过程,但模拟的副热带高压南侧季风槽偏强,风速偏大。模式模拟的台风路径与观测整体上较为吻合,与FNL分析资料的结果相比,WRF对降水量的模拟有显著改进,此外,WRF模式分辨率的提高可降低模拟降水的误差。

CMA-GFS对一次强降水过程预报评估及诊断改进

2022年6月6~10日我国江淮-华南地区发生一次大范围强降水过程,造成重大洪涝灾害。强降水发生在850 hPa切变线附近,当切变线南压至华南地区时,配合西南暖湿气流,造成华南地区大暴雨降水。利用ERA5再分析数据及降水融合产品,评估了中国气象局全球同化预报系统(CMA-GFS)对此次过程的预报效果,诊断了预报偏差来源,进行了针对性敏感试验。结果表明:CMA-GFS对影响此次雨带位置和移动的南亚高压脊线移动、副高范围变化趋势以及850 hPa切变线移动预报与再分析结果一致,因此对雨带位置和移动趋势预报效果较好,但存在切变线降水偏弱,福建东部沿海、广东北部及广西中部的分散性大暴雨漏报,广东北部雨带偏北及暖区暴雨漏报问题;偏差诊断显示,CMA-GFS对切变线北侧风速预报偏弱3~8 m/s,广西、广东中北部水汽辐合偏弱2×10^(-5)~5×10^(-5)g/(m^(2)·Pa·s),导致切变线降水偏弱,南侧南风分量偏强3~5 m/s导致广东北部雨带偏北约60 km,华南沿海850 hPa急流偏弱4~6 m/s,暖区水汽输送偏少4~10 g/(cm·hPa·s),导致暖区暴雨漏报;采用美国全球预报系统(NCEP-GFS)分析场初始化明显改善了雨带位置预报,采用WSM6云微物理方案及收紧积云对流参数化方案中对流触发条件改善了切变线降水中心位置和量级预报,暖区降水量级也由小到中雨增强至中到大雨。

2022年夏季西北干旱区一次持续性高温的成因分析

利用站点资料和高分辨率再分析资料,对2022年西北干旱区夏季一次持续性高温天气进行诊断分析,并对高温的贡献因子作定量估计。研究结果表明:(1)研究区内高温达2092个站次,主要分布在西北干旱区偏北区域,其中108个站最高温突破近40年历史极值,98个站高温持续日数超过10天,均属历史罕见。(2)此次高温过程影响范围广,持续时间长。高温持续期,南亚高压中心位置较同期偏北,强度较同期偏强。过程前期受中高层暖脊影响,在过渡期暖脊东移,大陆高压逐渐东伸,后期大陆高压发展强盛,并向东延伸与西伸的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)相互连通,影响西北区大部分区域。西北区境内水汽辐散偏强,不易形成降水,同时下沉气流异常偏强,高层空气下沉增温,有利于高温天气的发展与维持。(3)无论是过程前期还是后期,温度平流项在升温过程中贡献较小,而垂直输送项和非绝热加热项均是影响极端高温天气的关键因子,从影响因子类别角度,过程前期以动力因子贡献为主,形成稳定热穹顶后,在过程后期以热力贡献占主导地位。

季风低压诱发2018年8月广东特大暴雨过程分析

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置与降水落区位置有较好的对应,零线处能量有最大累积,有利于暴雨的发生发展,对预报暴雨降水落区有一定的指示意义。为进一步验证季风低压的影响机制,构建不同季风低压尺度的敏感性试验,即通过滤去季风低压环流中的扰动分量来改变季风低压的强度。结果表明:暴雨强度与季风低压尺度和强度存在密切的关系。当季风低压强度较强时,暴雨过程总雨量强;当季风低压强度较弱时,降水大为减少甚至无降水。诊断分析指出,能量螺旋度指数能够较好反映出不同情形下降水发生发展,在季风低压背景下,暴雨区能量螺旋度指数较大,降水强度较强。反之,随着季风低压强度减弱,能量螺旋度指数减小,降水减弱。

CRA40再分析资料在“21·7”极端强降水研究中适用性评估

本文基于实际观测数据对比分析ERA5、CRA40、CFSR和NCEP/NCAR四套再分析资料在“21·7”极端暴雨研究中的表现,同时采用ERA5作为资料对比的基准,对CRA40在极端暴雨研究中的适用性进行评估。结果表明:(1)四套资料对台风“烟花”、副高等关键环流系统的强度估计均偏低,CRA40与ERA5所分析的高度场流型总体一致,且环流更接近实况。ERA5对200 hPa高空急流的强度估计最高,CRA40与ERA5的差异最小。对流层低层风速的再现能力CRA40与ERA5相当。对于台风“烟花”的加强转折,四套资料均无法再现。(2)925 hPa温度场上,相较其他资料,在青藏高原地区ERA5温度较低,CRA40温度最高,对于弱冷空气侵入河南北部的过程以CRA40与ERA5的结果最为接近。CRA40对水汽通量及其散度的描述与ERA5在分布形势以及数值上较为接近。(3)CRA40与ERA5资料均能刻画出“21·7”暴雨期间郑州站上空良好的动力条件,强度上CRA40基本略弱于ERA5,两套资料所表现出的经向/纬向环流和位涡总体特征一致。

2021年山东夏季降水异常特征及成因分析

基于NCEP再分析资料和山东省122个国家地面观测站数据,对2021年山东夏季降水异常特征及成因进行研究。2021年夏季山东平均降水量较常年偏多25.3%,降雨过程较多,其中,6月降水偏多主要是由于西太平洋副热带高压(简称“副高”)北抬造成;7月中旬降水偏多主要是由于副高强度偏强,副高边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,下旬降水偏多是由于台风“烟花”带来强降水;8月降水偏多主要是下旬副高强度偏强,水汽输送充沛造成。此外,2021年夏季山东降水空间分布不均匀,呈西多东少的空间分布。进一步分析近3次拉尼娜事件发现,夏季副高强度偏强是造成近3个拉尼娜衰减年夏季山东降水空间分布异常的主要原因。夏季副高强度是拉尼娜次年山东夏季降水的重要预测因子。

一次桂北暴雨过程中低涡的发展维持机制

利用常规观测、卫星数据及ERA5再分析数据,从动力和热力角度对引发2020年5月24—25日广西北部暴雨过程的低涡发展维持机制进行诊断分析。结果表明:低涡在滇黔桂交界一带生成,随后逐渐发展东移,对流云团及降水落区主要分布在低涡东侧及南侧。涡度方程诊断表明,低涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响。水平风场对涡度的输送使局地涡度减小,水平风场的辐合效应使局地涡度增大。将原始风场分解为地转风和非地转风分量后发现,非地转风分量主导了局地涡度的变化,非地转风水平散度项正贡献最大,扭转项次之,两者是造成低涡发展维持的主要原因。在热力作用方面,低涡发展移动过程对流层中层附近的潜热加热正反馈有利于低层低涡的发展维持。

基于Logistic回归模型的风云二号(G星)降雹识别技术研究

以风云二号(G星)的7项卫星反演产品(云顶温度、云顶高度、液水路径、过冷层厚度、光学厚度、有效粒子半径以及黑体亮温)作为模型的输入参数建立Logistic回归冰雹识别模型,开展贵州降雹识别技术研究。收集了2020年3—5月期间11个降雹日共计136组风云二号(G星)卫星反演产品数据,其中包括了68个降雹点以及68个未降雹点数据,将每个降雹点降雹时刻前后15 min内的反演产品作为该点的数据。同时选取相应的未降雹点作为对比。将所建立的冰雹数据集分为训练集与检验集。其中,训练集为随机选取的116组数据,用于训练模型(分别包括58组降雹点与未降雹点数据),模型检验集为剩余20组数据(分别包括10组降雹点与未降雹点数据)。利用训练集完成Logistic回归冰雹识别模型建立,利用检验集验证模型识别效果。结果表明,Logistic回归冰雹识别模型对降雹的识别准确率为85%,其中对检验集中的10个降雹点识别准确率为90%,漏报率为10%;对10个未降雹点识别准确率为80%,空报率为20%。

“12·14”山东暴雪过程降水相态的多源观测分析

基于毫米波云雷达、降水天气现象仪、风廓线雷达、双偏振雷达、自动气象站等多源观测资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料,对2023年12月14日山东暴雪过程的环流背景和降水粒子微物理参数进行分析,探讨新型观测资料在降水相态监测与预报中的应用。结果表明:(1)此次过程受高空槽、低空西南急流和江淮气旋影响,伴随地面气温下降和中层暖层消退,出现雨、雨夹雪、冰粒和雪等相态。(2)降水天气现象仪探测发现,雪和雨的下落末速度均较小,雪粒子直径超过8 mm,雨粒子直径大多在4 mm以下。(3)毫米波云雷达观测到反射率因子、径向速度、谱宽和垂直液态水含量降低时,雨夹雪转为雪。(4)风廓线雷达显示雨夹雪和冰粒阶段对应强的低空西南急流和最大垂直速度(4~5 m·s^(-1)),转雪时3 km以下垂直速度降低至2 m·s^(-1)左右。(5)相关系数(C c)、差分反射率(Z DR)和水平极化反射率因子(Z h)等双偏振参量可判断融化层亮带,亮带的下降和消失可指示此次过程雨向雪的转换。

一次强下坡风爆发机制分析

应用地面观测站、ERA5再分析资料和高分辨率的WRF模式分析了一次美国博尔德(Boulder)的强下坡风事件,此次强下坡风暴爆发的机制是高空急流带断裂导致动量下传到背风坡山脚处。进一步分析表明,强下坡风的爆发与天气尺度系统高压脊过境及局地的背风坡重力波有关。在焚风的作用下,背风坡持续变暖导致重力波加强并转竖,侵蚀对流层顶的急流带,最终导致急流带断裂,高空动量下传至地面,强下坡风暴在背风坡爆发。

2021年“7·20”河南特大暴雨水汽输送特征

2021年7月20日河南郑州出现极端暴雨,降水量达624.1 mm,最大小时降水量201.9 mm,突破中国内地小时降水量历史极值.利用常规气象观测资料、再分析资料以及基于拉格朗日方法的水汽轨迹追踪模式,分析暴雨的水汽输送情况.结果表明,大尺度环流异常形成的持续偏东风和南风的水汽输送,导致河南大范围持续暴雨;持续存在的低涡是降水长时间持续的原因,同时高、低空环流系统配置,为暴雨发展提供有利条件;20日郑州南边界水汽输送的急剧增加,是造成极端暴雨的关键;暴雨水汽输送通道主要有700 hPa高度上来自南海的水汽贡献(61.0%)和太平洋通道(33.0%);850 hPa,来自太平洋的水汽贡献达82.3%,来自南海水汽贡献为17.7%.