Low-Level Jets over Southeast China: The Warm Season Climatology of the Summer of 2003

The southwesterly low-level jet (LLJ) over southeast China in the summer of 2003 is analyzed in this study. The analysis is based on the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Final (FNL) operational global analysis data on 1.0×1.0-degree grids at 6-h intervals. The major criteria for choosing the LLJ included the following: a maximum wind speed equal to or greater than 12.0 m s -1 , a wind direction of between 180° and 270°, and the height of wind maximum at 900-700 hPa, not confined to single pressure level. The results show that the LLJs over southeast China dominate at 850 and 800 hPa. These LLJs are closely associated with the topography of this area and tend to locate regions with large terrain gradients, including the northeastern and eastern Yunnan-Guizhou Plateau. Under the influence of mid-latitude westerly winds, the LLJs above 750 hPa move northward to the Yangtze-Huai River Basin. Compared to the ten-year (2000-2009) mean climate conditions, the LLJs in the warm season of summer 2003 were exceptionally active and strong, as reflected by the positive anomalies of LLJ occurrence numbers and wind speed. In addition, the 2003 LLJs showed strong diurnal variation, especially at pressure levels below 800 hPa. The majority of the LLJs appeared between midnight and the early morning hours (before 8 a.m.). Finally, the summary of LLJ grid numbers indicates that more than 80% of LLJs in June and July 2003 occurred within the 33-d rainy period. Thus, these LLJs are directly related to the anomalously heavy rainfall in the Yangtze-Huai River Basin.

Role of the Nocturnal Low-level Jet in the Formation of the Morning Precipitation Peak over the Dabie Mountains

The diurnal variation of precipitation over the Dabie Mountains(DBM) in eastern China during the 2013 mei-yu season is investigated with forecasts of a regional convection-permitting model. Simulated precipitation is verified against surface rain-gauge observations. The observed morning precipitation peak on the windward(relative to the prevailing synoptic-scale wind) side of the DBM is reproduced with good spatial and temporal accuracy. The interaction between the DBM and a nocturnal boundary layer low-level jet(BLJ) due to the inertial oscillation mechanism is shown to be responsible for this precipitation peak. The BLJ is aligned with the lower-level southwesterly synoptic-scale flow that carries abundant moisture.The BLJ core is established at around 0200 LST upwind of the mountains. It moves towards the DBM and reaches maximum intensity at about 70 km ahead of the mountains. When the BLJ impinges upon the windward side of the DBM in the early morning, mechanical lifting of moist air leads to condensation and subsequent precipitation.

Change of Low-level Jet in a Heavy Rainstorm Process of Xiangtan in July 2016

Based on the previous research on the model of rainstorm weather with low-level jet in Xiangtan,using the classification result of radar echo characteristics,the wind profile data provided by new generation of weather radar in Changsha and hourly rainfall data,a thorough study of the heavy rainfall from 2 to 5 July 2016 in Xiangtan was conducted. It was concluded that heavy precipitation had the characteristics of the WPSH pattern of rainstorm with low-level jet at early stage,and then it converted to cold shear jet pattern in latter stage. When low-level southwest jet began to have momentum download,that is to say,there was more than 12 m/s of southwest jet below 1 km,and it rapidly strengthened and expanded downward,it was conducive to the occurrence of short-term rainstorm. The low-level jet would not immediately cause a strong precipitation when it reached the station,with a certain lag. A positive correlation existed between the increase of low-level jet index and precipitation intensity,and low-level jet index could predict the occurrence of heavy rainfall and rain intensity.

ENERGETIC DIAGNOSIS FOR TWO KINDS OF LOW LEVEL JETS

ＥＮＥＲＧＥＴＩＣＤＩＡＧＮＯＳＩＳＦＯＲＴＷＯＫＩＮＤＳＯＦＬＯＷＬＥＶＥＬＪＥＴＳＷａｎｇＺｈｏｎｇｘｉｎｇ（汪钟兴）（矫梅燕）（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥａｒｔｈａｎｄＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ...

STATISTICAL ANALYSIS OF LOW-LEVEL JET STREAMS IN NANJING AREA BASED ON WIND PROFILER DATA

In order to understand the activity characteristics of low-level jets in the Nanjing area,statistical analysis and comparative study are carried out on their monthly and diurnal variations,characteristics of their cores and accompanying weather conditions using wind profile data in 2005-2008 collected by two wind profilers.The results show that low-level jets have significant monthly and diurnal variations.They occur more frequently in spring and summer than in autumn and winter and are more active in early morning and at night,with the maximum wind speed usually occurring at midnight.The central part of the low-level jet occurs mainly at the height of less than 1400 meters,and the enhancement of central speed is beneficial to the appearance of precipitation.Meanwhile,when the low-level jet appears in summer,it helps cause heavy rain.The statistical results of the boundary wind profiler are well consistent with those of the tropospheric wind profiler.Two kinds of wind profilers also have the capability of continuously detecting the development of low-level jets.

Nocturnal Low-levelWinds and Their Impacts on Particulate Matter over the Beijing Area

Three-month wind profiles, 260 m PM_1 concentrations [i.e., particulate matter(PM) with an aerodynamic diameter ≤1μm], and carrier-to-noise ratio data at two Beijing sites 55 km apart(urban and suburban) were collected to analyze the characteristics of low-level nocturnal wind and PM in autumn and winter. Three mountain-plain wind events with wind shear were selected for analysis. The measurements indicated that the maximum wind speeds of the northerly weak low-level jet(LLJ) below 320 m at the suburban site were weaker than those at the urban site, and the LLJ heights and depths at the suburban site were lower than those at the urban site. The nocturnal 140 m mean vertical velocities and the variations in vertical velocity at the urban site were larger than those at the suburban site. A nocturnal breeze with a weak LLJ of ～3 m s^(-1) noticeably offset nocturnal PM transport due to southerly flow and convergence within the northern urban area of Beijing. Characteristics of the nocturnal LLJ, such as start-up time, structure, intensity, and duration, were important factors in determining the decrease in the nocturnal horizontal range and site-based low-level variations in PM.

The micro structure of high carbon low alloy steel for easy drawing

For better processing performance of high carbon low alloy steel wire rod,an investigation about the influence of cementite lamellar spacing on wire 'easy drawing' performance is completed.It is pointed out that too thin cementite lamellar spacing(<80 um) reduces the strain hardening level of wire drawing, and reduce the torsion performance of drawn wire at same time.For the wire or wire rod from industrial production,compared with the micro-structure with troostite,the micro-structure with sorbite or sorbite mixed with pearlite is more suitable to the drawing process with high reduction ratio.

高、低空急流耦合对山东“利奇马”台风暴雨增幅影响的诊断研究

受登陆北上台风“利奇马”等影响,2019年8月9~12日山东省出现连续暴雨,其中10日夜间出现降雨峰值。利用中国气象局上海台风研究所(Shanghai Typhoon Institute of China Meteorological Administration,简称CMA-STI)热带气旋最佳路径数据、山东省自动气象站逐时降雨量、常规观测资料、中国风云二号地球静止气象卫星(FY-2G)0.1°×0.1°逐小时云顶相当黑体亮温和美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,简称NCEP)1°×1°逐6 h再分析等资料,主要运用纬向风局地变化方程与大气动能方程,诊断分析降雨明显增幅与高、低层风场变化的关系。结果表明:(1)暴雨主要影响系统有高低空急流、500 hPa西风槽、850 hPa台风倒槽及“利奇马”本体环流等。10日200 hPa中纬度大尺度西南风急流东南移影响鲁西北,当天08:00(北京时,下同)850 hPa因双台风活动而形成的大尺度东南风急流突然北伸越过山东省。台风倒槽对流云与本体环流对流云先、后北移经鲁中,累积效应造成该地区10日夜间雨量最大。(2)10日20:00850 hPa章丘站东北侧出现了过程最快东风增幅,纬向运动方程诊断结果表明,东风平流是东风增加最主要原因,地转偏向力项则不利于东风增加。(3)10日20:00章丘站200 hPa西南风风力明显加大形成急流,10日08:00至11日08:00青岛站850 hPa维持东南风低空急流。同时位于高空急流右后侧与低空急流左前方是鲁中附近10日夜间降雨增幅的重要原因。章丘200 hPa与青岛850 hPa都是在最大风力之前12 h动能增加最快。动能方程诊断表明,最有利于鲁西北高空急流形成的是位能平流项,最有利于鲁东南低空急流形成的是动能垂直通量散度项。(4)10日20:00至13日08:00“利奇马”本体环流一直在影响山东,暴雨期间山东中部地形的动力作用也一直存在,而降雨的峰值是出现在10日夜间,说明10日20:00前后高、低空急流的耦合可能是山东暴雨增幅的主要影响因子。其主要作用至少有加强山东中部的垂直运动、整层水汽输送与静力不稳定度等方面。

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

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。

高燃压中型运载火箭发射地面低高度排导技术

综合高燃压中型运载火箭高密度发射燃气流地面排导需求及烧蚀风险分析,提出基于地面双面导流装置与高位挡流墙结合的地面低高度排导技术方案。利用火箭发射燃气动力学研究总结的燃气流膨胀特性以及导流型面设计方法,解决了地面低高度排导技术涉及的地面导流装置导流型面气动设计以及尺度控制两个关键问题。地面低高度排导技术方案设计与燃气流场瞬态仿真多轮叠代,实现了燃气流排导烧蚀范围合理控制,避免了燃气流低高度排导烧蚀反溅影响箭体。地面低高度排导技术采用专利支撑的喷水冷却防护方案实现高燃压中型运载火箭发射燃气流强烧蚀环境发射系统、发射设施综合防护。基于喷流缩比试验相似性控制方法研制了1∶10比例喷流缩比试验系统,通过喷流缩比试验验证确认高燃压中型运载火箭发射燃气流能够实现地面低高度安全、顺畅排导,同时与发射台、导流装置结构融合的阵列喷水方案能够行之有效解决高燃压中型运载火箭地面低高度排导强烧蚀难题。

基于风廓线雷达产品的冰雹过程分析

利用贵州省威宁县气象局的风廓线雷达基础数据及其二次开发产品、雨量站和MICAPS的实况数据,对2019年6月11日发生在威宁本站的一次冰雹大风天气过程进行综合分析。结果表明:水平廓线产品可反映出冷暖平流的时空变化及垂直分布,更早探测冷空气入侵、风场切变情况及低空急流强度;大气折射率结构常数和垂直速度可以指示降水的发生、持续时间及降水强度情况;强降水发生前有较强风垂直切变,降水过程中风垂直切变值整体大于0.2 s^(-1),风垂直切变的增强会引起垂直速度和地面大风的增大;若以大于15 dBZ和小于10 dBZ为降水的起止标志,风廓线雷达反射率因子较其他产品可以更清晰地指示降水的开始和结束。

“12·14”山东暴雪过程的极端性特征及成因

利用国家级地面气象观测站、风廓线雷达、X波段双偏振相控阵雷达等多源观测资料和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,总结了2023年12月13—14日山东大范围暴雪、局地大暴雪(简称“12·14”暴雪)极端性的特征和成因,并与2021年11月7日山东极端暴雪过程(简称“11·7”暴雪)对比分析了降雪量和雪水比差异的原因。结果表明:(1)典型的暖平流型天气形势是产生极端暴雪有利的环流背景条件,低层切变线和风速辐合区在鲁西北叠加,形成强烈而持久的上升运动。(2)低空急流异常偏强,降水强度不仅与低空急流的强度有关,而且与其厚度有关。当3.0 km高度保持低空急流的强度时,10 m·s^(-1)风速到达的高度越低,降雪强度越大。(3)700 hPa比湿超过4 g·kg-1、850 hPa比湿超过3 g·kg-1的持续时间均长达10 h以上,为极端暴雪过程提供了充足的水汽。850 hPa比湿和比湿平流远远高于“12·14”暴雪过程,是“11·7”过程最大累计降雪量大于“12·14”过程的原因之一。(4)“12·14”暴雪过程垂直运动旺盛,最大上升速度位于不稳定层顶的前沿,处于-20~-10℃层,有利于树枝状冰晶生长,降雪效率高。对流层整层温度低于0℃,雪花下落过程中没有融化,雪水比高,积雪深度大。“11·7”暴雪过程初期最大上升运动中心高度低,形成更多柱状冰晶,经过暖层时融化,雪水比低,积雪深度小于“12·14”暴雪过程。

一次极端暴雨过程低空急流变化机制分析

2021年7月19~21日河南极端暴雨伴有显著的低空急流活动。本文利用ERA5(Fifth Generation of ECMWF Reanalyses)数据,采用等压坐标系水平运动方程、动能方程和位势高度梯度方程分析影响低空急流发展的关键物理因素。分析表明,低空急流中心首先从郑州附近925 hPa发展起来,然后垂直倾斜地向西北方向发展增强,中心位置先后抬升到850 hPa和700 hPa。低空急流纬向风和经向风局地变化主要受位势高度水平梯度的影响。郑州西侧山区存在位势高度低值系统,郑州东北侧平原地区为位势高度高值区,二者在郑州附近产生显著的纬向梯度力,与纬向东风耦合做功,驱动低空急流动能增长。位势高度这种异常分布主要与地表位势高度和近地层虚位温垂直积分有关。位势高度纬向梯度方程计算表明,垂直速度纬向梯度引起的位温垂直平流和非绝热加热纬向梯度项是导致位势高度纬向梯度局地变化的主要强迫项。总体上,近地面层山区相对低温区和平原地区相对高温区对低空急流发展演变有重要影响。

泰山地形对一次副高边缘大暴雨过程影响的观测分析

利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明:(1)这次山东大暴雨事件发生在对流层中、低层为强盛偏南气流的背景下,强降水时段集中在2022年10月1日23时至2日02时(北京时,下同),100 mm等雨量线呈“反弓形”横亘在泰山北侧与西侧,并各自伴有超170 mm的降水中心,而泰山南侧降水反而明显偏弱。(2)大暴雨分布带与地面上的中尺度涡旋-辐合线对应:泰山西侧的中尺度涡旋是山脉北侧冷性绕流与南侧暖性绕流相遇而形成的,导致泰山西侧出现强降水中心,降水呈单峰型;山脉北侧的辐合线长时间维持与重建过程,造成泰山北侧降水时间更长,累计降水量更大,小时降水量呈双峰型。(3)泰山北侧观测站的两个降水峰值与雷达反射率因子的两条平行回波带对应:位于泰山北坡处于长时间准静止状态的第一条回波带,与泰山北侧水平涡度环流的上升支气流对应,其形成机制是夜间具有强垂直切变特征的越山西南低空急流和近地面层受到山脉阻滞的东北气流构成的水平涡度强烈发展和维持的结果;第二条降水回波带与弱冷空气云系对应,当其靠近泰山北侧时受到越山西南低空气流背风坡上升支的影响,出现雷达反射率因子增强现象,与之对应的地面风场特征表征为辐合线的重建过程。(4)在泰山西侧,地面辐合线在低空冷空气的驱动下向东南方向移动,致使回波带逐渐演变成“反弓形”,造成强雨带也呈“反弓形”分布;而泰山南侧处于具有强烈垂直切变低空急流形成的水平涡度的下沉支控制下,因而降水量相较泰山北侧和西侧明显偏小。

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。

基于RSSD的遥感图像目标检测算法

针对SSD算法检测遥感图像目标时存在容易漏检且检测精度低的问题,提出基于残差SSD网络的遥感图像目标检测算法。该算法在SSD网络结构的基础上,将基准网络模型VGG替换为残差网络模型ResNet-50,通过增加网络深度,充分提取遥感图像小目标数据集的底层特征,引入注意力模块,使感受野更关注目标特征,增强低层网络的信息表征能力,采用特征金字塔融合方法融合网络结构的高层语义特征和低层视觉特征,增强检测目标的定位能力。实验结果表明,该算法增强了复杂背景的干扰抑制性,提高了小目标的检测精度,比传统的SSD算法具有更强的检测性能。

辽东半岛一次湿下击暴流过程分析

2020年9月11日辽东半岛南部发生了一次强对流天气,并出现了湿下击暴流,大连金州得胜站地面最大阵风达到21.7 m·s^(-1)。本文利用常规气象资料、大连多普勒天气雷达资料、欧洲中期天气预报中心第5代全球再分析资料和高分辨率中尺度数值模拟资料,对此次湿下击暴流天气过程的环流背景、对流风暴发生发展环境及其回波特征等进行分析。结果表明:(1)此次强对流天气发生在北上台风变性形成的高空冷涡东部西南风与东南风的切变线上,地面辐合线和低空急流是触发初始对流的直接系统,初始对流在高空辐散耦合作用下发展加强;对流系统西移登陆至地面冷池与其东部暖空气之间形成锋生带上,辐合抬升作用加强,促使对流系统组织化程度更高、强度更强。(2)高温、高湿、对流不稳定层结是对流系统发生发展的有利环境条件。强对流发生前,探空曲线“上干下湿”、呈“V”型分布,抬升凝结高度明显下降;湿下击暴流发生时,径向速度垂直分布为中层径向辐合、低层辐散;瞬时大风出现前后,大连多普勒天气雷达在高、低仰角均探测到超过45 dBZ强反射率因子缺口,高仰角强反射率因子缺口先于低仰角出现,通过监测高仰角强反射率因子的变化,对湿下击暴流有一定的预警作用。

沂沭泗流域2020年一次致洪暴雨天气特征及其成因分析

本文利用ERA5(European centre for medium-range weather forecasts re-analysis 5)逐小时资料、中国地面降水日值数据集(V2.0)和中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集(1.0版),对比分析沂沭泗流域2019年1909号台风“利奇马”和2020年8月13日特大暴雨2次致洪暴雨过程的时空特征。2次过程前期降水存在较大差异,“利奇马”过程降水持续时间长,影响区域广,过程雨量大,沂沭泗流域面雨量达1978年最强,但前期流域降水异常偏少五成以上。而8.13致洪暴雨过程前期沂沭泗出现多次强降水,降水异常偏多,降水较常年偏多八成,前30日累计降水总量为1978—2020年历史最大值。分析造成2020年前期降水异常偏差成因:7月20日~8月15日副热带高压强度异常偏强,脊线偏西,且贝加尔湖-蒙古地区冷涡不断有冷空气分裂南下,冷暖空气在江淮-黄淮地区对峙,沂沭泗流域有利于出现连续性强降水。此外,分析8.13致洪暴雨天气尺度和中小尺度系统可知,降水区处于东北冷涡底部和副高边缘,副高呈东北-西南走向,形成高压坝,有利于降水系统稳定少动;低层西南暖湿气流强盛、切变线维持。高、低空急流耦合作用使得低层辐合、高层辐散加剧,降水区垂直运动得以加强和维持。沂蒙山区地形不仅有利于流域坡面汇流,而且造成风场迎风坡辐合,对降水有一定的增强作用,并影响降水落区。最后,研究相对风暴螺旋度与强降水落区发现,两者具有较高的相关性,螺旋度对降水预报提前量超过4 h,且螺旋度中心值越大,雨强越大,螺旋度中心强度的维持预示着强降水的持续,因此相对风暴螺旋度在沂沭泗流域暴雨的预报中可作为重要的参考因子。

台风“暹芭”(2203)残涡陆上维持并引发大范围降水过程的成因

利用中国气象局上海台风研究所最佳路径数据、 FNL 0.25°×0.25°再分析资料和NOAA 0.5°×0.5°全球日降水数据分析了登陆台风“暹芭”残涡长时间维持并且产生大范围降水的成因。结果表明,第一阶段(2022年7月3-4日)“暹芭”残涡维持的主要水汽来源是偏南风低空急流,第二阶段(2022年7月5-6日)主要是偏南风低空急流和边界层东风急流共同作用,这使得大气可降水量达到罕见的75 mm。双低空急流的耦合形成的垂直风切变和水汽辐合为暴雨的发生和维持提供了良好的动力条件。冷空气开始入侵“暹芭”残涡后,在其西侧近地面形成冷池,这使得“暹芭”残涡逐渐变性为温带气旋,斜压动能发生显著增长。利用位势散度诊断发现,由于“暹芭”残涡不断北上接近副热带高空西风急流增大了高低层垂直风切变,高空冷涡携带的冷空气侵入“暹芭”残涡使其斜压性增大,边界层东风急流使得850hPa以下层结不稳定度显著增大,这为暴雨的发生和维持提供了不稳定能量条件。