Study on Precipitation Forecast and Testing Methods of Numerical Forecast in Fuxin Area

This research uses Japan facsimile data in May-September of 2011-2015 in Fumeng and Zhangwu County of Fuxin, Liaoning, China as the site selection for high altitude NECV circulation background, using statistical and synoptic methods testing the combination of test and Analysis on Japanese numerical precipitation prediction and error. The prediction equation of cold vortex precipitation in the region is established by SPSS software. It is predicted whether the product predicts precipitation, water vapor condition and vertical velocity according to the Japanese numerical forecast. The results show that the fitting rate is 88% in the past 5 years, and the rate of cold vortex precipitation in the summer of 2016 is 89%.

东北冷涡分类及其对内蒙古东部降水的影响

利用1981—2022年6—8月内蒙古119个国家气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析东北冷涡年际、年代际变化特征及东北冷涡分类对内蒙古东部降水的影响。结果表明:东北冷涡发生频次在1992年之前,较常年值显著偏多,之后显著偏少,2003年以后有增多的趋势,近十年发生频次偏多。将东北冷涡分为10类,中涡东北移是致使东部降水偏多最异常的冷涡类型,中涡东移是次异常的冷涡类型。东亚地区呈现“北高南低”环流型,内蒙古东部位于负位势高度距平区,中心位于东部偏南地区,乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压偏强,副热带高压偏强,内蒙古东部地区受气旋性环流控制,低层水汽通量辐合,配合越赤道气流共同作用引导的西太平洋水汽输送到东部地区,是东部降水异常偏多的主要环流配置型。

东北冷涡背景下三类区域性强对流天气过程时空分布和环境特征对比分析

东北冷涡是造成中国暖季强对流的重要天气尺度系统之一。为对比东北冷涡与不同类型强对流过程的时空关系及其环境特征差异,基于欧洲中期天气预报中心第5代大气再分析数据和中国国家气象信息中心提供的逐时大风、降水观测资料,筛选了2017—2021年4—9月东北冷涡背景下9例雷暴大风型、9例强降水型以及8例混合型强对流天气过程,通过动态合成开展了分析研究。结果表明:(1)三类强天气过程相对于冷涡的时空分布差异明显:雷暴大风型过程,超过70%的雷暴大风出现在冷涡中心的西南部或南部;而混合型过程,超过70%的大风出现在冷涡中心的东南部或南部;混合型和强降水型过程中,短时强降水均主要出现在冷涡中心南部或东南部,但后者发生在冷涡东南部的比例更高;雷暴大风型和强降水型过程主要出现在东北冷涡的发展和成熟阶段,而混合型过程主要发生在东北冷涡的成熟阶段。(2)三类强天气过程的环流形势和环境条件差异显著。雷暴大风型过程多出现在5—6月,一般对应的东北冷涡更深厚,等温线更密集,大气环境偏干,存在气温垂直递减率大和强风垂直切变条件,雷暴大风多发生在冷涡南侧的锋区附近,对流层中、高层受干冷空气控制,叠加在低层比较浅薄的暖湿空气之上有利于大气层结条件不稳定的增强,降水粒子蒸发降温形成的下沉气流和地面冷池,叠加锋区辐合更有利于形成区域性地面强风;而强降水型过程多集中在7—8月,对应的东北冷涡强度较弱,等温线较稀疏,强降水一般出现在锋前靠近暖区一侧的强层结不稳定区域内,对应水汽充沛、整层暖湿的环境条件,中低层温差较小,风垂直切变较弱。混合型过程对应的月份和冷涡强度与强降水型过程更接近,水汽、高低层温差以及风垂直切变等环境条件介于上述两类过程之间,但下沉对流有效位能在三类过程中表现为最大。总体来看,相较于中国中、低海拔地区雷暴大风和短时强降水的环境特征而言,东北冷涡背景下的强天气过程对应更强的深层风垂直切变,具有更强的天气尺度动力强迫。

2021年6月东北冷涡暴雨降水物理过程观测与模拟研究

本文针对2021年6月2~3日发生在辽宁和吉林两省的东北冷涡暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,首先开展综合观测分析,进而利用WRF模式对此次暴雨过程的主降水时段开展高分辨率数值模拟,并结合三维降水诊断方程,开展宏、微观物理过程和暴雨形成机理模拟诊断研究。结果表明,此次暴雨过程降水范围广、局地雨强大、对流性突出;暴雨过程期间,东亚大气环流相对稳定,东北冷涡缓慢东移,携带冷空气南下,与偏南暖湿气流汇合,触发涡旋云系发展;两省位于高空急流核出口区左前方和偏南低空急流前侧,低层辐合—高层辐散的动力结构有助于强降水系统发展。伴随水汽辐合加强,云物理过程旺盛发展,水凝物含量显著升高,其中霰粒子通过融化成雨滴等云物理过程,对强降水起到重要贡献。云滴通过水汽凝结过程迅速增长,但同时由于云微物理转化过程而被大量消耗,用于云系发展和降水发生。降水强度受水汽收支和云收支过程共同影响,强降水前期,伴随强盛水汽输送与辐合,区域上空水汽含量显著增加,降水系统发展;强降水后期,伴随冷涡云系逐步东移,区域内辐合减弱,局地大气内水汽明显消耗,以继续支撑较强降水。伴随水汽局地辐合,水凝物旺盛发展(尤其是冰相水凝物)。过程初期,液相水凝物动力辐合与微物理转化过程共同支撑降水云系快速发展;降水峰值时段,上述两过程仍然活跃,但由于强降水显著消耗,水凝物含量局地变化不明显。整个暴雨过程期间,液相水凝物持续辐合,而冰相水凝物于初期短暂辐合之后,逐渐减弱为弱辐散,这一演变特征与局地热、动力结构及其演变有关。

东北暖季冷涡降水日变化的聚类分析

使用2017~2022年5~9月逐小时三源融合实况格点降水(CMPAS)资料,采用K-均值聚类算法对东北暖季冷涡降水日变化分类,分析其特征及空间分布,结果显示:1)东北暖季冷涡降水多年平均降水量空间分布从西北到东南增加,降水频次的空间分布与其相似,降水强度大值区集中在辽东半岛附近。2)东北地区冷涡背景下降水量、降水频次和降水强度暖季平均日变化均呈双峰型,降水量的下午主峰值主要源于降水频次,而夜间次峰值与降水频次和降水强度均关系密切。3)聚类后冷涡降水量、降水频次的日变化表现为单峰型和双峰型特征,且单峰型格点占比较大,降水强度的日变化表现为单峰型。依据峰值出现时间及日变化形态间差异,降水量、频次与强度均可划分为4类不同的日变化类型。4)各类日变化空间占比统计结果显示,冷涡降水量、降水频次日变化存在下午峰值的格点均占比最大,夜间峰值次之,两者聚类后区域特征明显,与地形关系密切且分布相对规整;冷涡降水强度日变化下午单峰型格点占比最大,聚类后空间分布较为零散。

长白山麓东北冷涡天气系统降水云系特征

利用2020年中国气象局吉林云物理野外科学试验基地微波辐射计数据,结合小时降水量数据、ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析数据等对长白山麓东北冷涡降水云系进行统计分析,将东北冷涡降水划分为强降水、中等强度降水和弱降水3类。结果表明:在长白山麓东北冷涡降水发生前6 h首先出现中高云,水汽、云液态水含量对东北冷涡强降水的发生与维持至关重要。东北冷涡强降水发生前5 h,6 km高度以下水汽出现跃升,1.0 km高度以下水汽密度增加至12~14 g·m^(-3);5~6 km高度温度层结为-5℃至-10℃,云液态水含量为1.0~1.6 g·m^(-3),有助于冰雪晶的形成;在温度层结-6℃至-16℃内存在中高云,云底高度从5.5~7 km陡降至地面,出现干冷空气侵入现象,相对湿度急剧下降,这些特征一直持续至强降水发生;在东北冷涡中等强度降水和弱降水发生前6 h,云系为中云,5~6 km高度的云液态水含量为0.4~0.8 g·m^(-3),但并未出现水汽跃升、相对湿度下降的特征。

东北冷涡活动的季节内振荡特征及其影响

东北冷涡是造成我国东北地区低温冷害、持续性阴雨和突发性强对流的重要天气系统。利用1979～2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国气象科学研究院提供的中国区域高分辨率格点降水资料,定义了一个客观描述东北冷涡活动的指数(NECVI),并基于该指数分析了东北冷涡活动的低频特征及其与相关环流和降水的关系。结果表明,东北冷涡活动具有显著的10～30天振荡周期。与东北冷涡活动相关的大气环流的10～30天振荡和我国东部夏季降水异常具有明显的锁相关系,对雨带的位置起着重要的调制作用,在东北冷涡及其相关低频环流由西北向东南的移动过程中,我国东部也经历一次由北至南的降水过程。本文还进一步讨论了东北冷涡的低频活动与中高纬大气环流遥相关型的关系。与东北冷涡相联系的低频环流是夏季低频欧亚(EU)型遥相关波列的一部分,低频欧亚型(EU型)与东亚/太平型(EAP型)遥相关波列在东亚地区交汇,并通过波列之间的相互作用影响东北冷涡低频系统的移向和移速,进而影响中国东部降水的位置与维持时间。因而前期EU型和EAP型低频波列的发展情况可能预示着后期中国东部各个区域降水的演变。本文研究结果将为提高我国东部强降水的1～2周延伸期天气预报提供参考。

2011年初夏我国长江中下游降水的气候特征及成因

文章主要分析了2011年初夏长江中下游降水的气候特征及其成因。结果表明:2011年5月长江中下游降水异常偏少,6月转为异常偏多,出现了明显的旱涝转换。长江中下游地区的旱涝转换主要受南海季风、东亚季风强度以及西太平洋副热带高压(副高)的异常快速北跳的影响。研究还发现,6月亚洲中高纬长期维持两槽一脊的环流形势,东北冷涡活动频繁,多次引导冷空气南下。同时,副高异常偏北、偏西,并出现多次西伸过程。由于冷涡的加强南压与西伸的副高相互作用,促使长江以南地区西南气流明显增强,使得冷暖空气在长江中下游地区交汇,最终导致该地降水偏多。

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著"累积效应",该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。

干空气入侵对东北冷涡降水发展的影响

针对干空气入侵对东北冷涡降水发展的影响,应用WRF中尺度数值模式对2011年7月一次东北冷涡过程进行数值模拟研究。结果表明:干空气入侵对东北冷涡降水云系发展产生以下两方面的作用:一方面,密度较高的高层干冷空气下沉迫使干侵入前沿暖湿气流抬升,从而促进了东北冷涡降水发展;另一方面,下沉冷空气流向前推进"挤压"可导致冷空气前沿界面较为陡峭、层结不稳定,有助于云系垂直发展,降水主要集中于云系中部。

2014年春季我国主要气候特征及成因简析

2014年春季(3—5月),我国大部气温偏高,与2013年春季并列为1961年以来历史同期第二高值。全国平均降水量较常年同期略偏多,其中东北地区降水显著偏多。分析表明,东北降水偏多时段主要发生在5月2—28日,这期间较强的东北冷涡活动是导致东北地区降水偏多的重要原因,其水汽主要来源于东北冷涡从日本海带来的水汽以及偏强偏西的西太平洋副热带高压(简称西太副高)西侧的转向水汽输送。文章还初步探讨了2014年春末南海夏季风爆发偏晚的可能原因。2014年南海夏季风于6月2候爆发,是历史上南海夏季风爆发最晚年之一。导致其爆发偏晚的直接因素是西太副高在4月下旬至5月底持续偏强偏西。进一步的分析结果表明,西太副高在此期间的偏强偏西可能主要由热带印度洋海表迅速增暖所致。

基于Cloudsat探测的一次非典型东北冷涡结构及其降水

采用ERA-Interim气象分析资料、云顶亮温TBB资料、Cloudsat云雷达资料、降雨量资料等,对2009年6月10日至12日我国东北地区的一次冷涡天气过程进行研究,重现了该冷涡的精细三维结构和演变过程.分析表明冷涡发生前,东北亚地区处于南北双槽结构之间,随后北槽向赤道发展切断后形成东北冷涡.南槽背景的冷涡热力结构特殊,强冷空气集中在涡内西北象限,暖湿空气在东北象限,南部为相对中性空气,该配置导致北部暖锋强盛,西部冷锋仅在发展初期较强,冷涡过程没有经典挪威学派的气旋锢囚锋出现.冷涡发展初期,狭长冷舌快速入侵南下,冷舌前冷锋对流降水较强,冷舌后部左侧还有暖锋降水;冷涡发展后期,冷锋减弱,冷锋上的高层云停止降水,系统内主要为冷涡北部的暖锋雨层云降水;冷涡成熟后,中心辐合加强,有较强的对流性降水.

河南春季一次层状云降水云物理结构分析

河南2000年4月14日的降水由冷锋和西南涡产生,降水云系分布不均匀,云图上云区间有带状云隙,雷达回波图上出现两条带状回波,云带内部分布也不均匀,垂直方向上降水云系有分层现象。分析了降水云系的微物理特征,根据可播度的PMS指标确定了航线上过冷水丰富的区域,结合卫星、雷达资料讨论了过冷水丰富区域的分布特征,还讨论了降水云系内部存在的对流不稳定。

东北冷涡云系人工增雨作业效果的检验和分析

根据辽宁地区的东北冷涡降水天气过程的规律和特点,利用气象台站网的常规观测资料,用事后划分影响区和对比区的移动分区区域回归方法,对东北冷涡降水云系的人工增雨作业效果进行了综合分析.结果表明：（1）辽宁省1992-2004年6～8月对东北冷涡云系人工增雨作业的平均增雨效果为22.44%.（2）有95%以上的可信度证明辽宁省的人工增雨有正效果.（3）物理检验分析证明,作业方法及催化部位基本是合理的,催化作业是有效的.

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。

东北冷涡降水集中期的客观识别研究

基于区域关键天气过程客观化识别和监测的需求及东北雨季应包括冷涡降水的事实,采用东北三省及内蒙古东四盟共147站逐日降水量资料,通过对东北区域多年平均5点平滑处理的逐日降水量序列的综合分析及对历年逐日滑动平均雨量的对比试验,确定了判别东北冷涡降水集中期开始日期的阈值及持续时间,进而研制了东北冷涡降水集中期开始日期的客观识别方法。基于该方法的客观识别,得到1981-2010年气候平均态的东北冷涡降水集中期的开始日期为每年的5月26日。同时,定义盛夏降水集中期开始日的前一日为冷涡降水集中期的结束日期,发现冷涡降水集中期的结束日期为6月25日。在此基础上,采用NCEP/NCAR逐日再分析的风场、位势高度场资料,通过对东北冷涡降水集中期前、中和后期各层大气环流场及各系统的逐日变化特征的对比分析,验证了该客观识别方法的合理性。

2008年T213与德国降水数值预报产品对比检验

为了解各种数值预报的误差特点,更好地在预报过程中选择数值预报产品作为参考依据,将中国国家气象中心的T213降水预报与德国降水预报分别进行晴雨预报检验,对2008年5—8月东北地区降水资料进行对比分析。结果表明:两种模式24—120 h预报正确率为60%—70%,随着预报时效的增加,正确率呈下降趋势,德国降水预报的正确率高于T213,两种预报漏报率均明显小于空报率,T213漏报率较低,为5%左右,德国降水预报空报率较低,为20%左右。对2008年4—6月出现东北冷涡过程的两种模式降水预报进行对比分析,发现德国降水预报正确率明显高于T213预报,对冷涡降水预报有一定的指示意义。

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 Ⅰ:观测分析

利用机载云粒子测量系统等仪器对2003年7月8日冷涡云系的积层混合云探测的资料,分析冷涡云系中的微物理结构、微物理过程和降水形成机制。结果表明:在4km以上高度,2-DC粒子浓度随高度快速增加,而粒子平均直径逐渐减小,粒子在下落过程中获得了增长。积层混合云中对流云在垂直方向上出现明显的分层的微物理结构:4.6km以上高度只存在针状冰晶;4.5～3.5km高度,存在过冷水和冰相粒子。过冷水含量较高,冰相粒子除针状冰晶外,还有少量冰雪晶聚合体或霰粒子,其中在紧靠0℃层之上的3.5km高度,主要存在冰雪晶聚合体或霰粒子。在紧靠0℃层之下,粒子为椭球形,还有一些未完全融化的冰晶,再降低200m高度,粒子完全是球形,这里完全是雨滴。降水粒子主要是雨水。云系液态水含量十分丰富,过冷水含量最大值可达3.3g/m3,云体上部也达到2.0g/m3。云垂直方向上微物理结构分析表明,云中冰晶除了通过冰核核化形成外,可能还存在冰晶的繁生过程。冰晶产生后通过聚并进一步长大,撞冻过冷水也是冰雪晶增长的方式之一。在云的暖区降水粒子为雨滴,其中至少有一部分是由冰相粒子(冰晶聚合体或霰粒子)融化形成。因此冷云过程参与了降水形成过程。

东北冷涡对海河流域初夏降水异常的影响

东北冷涡是东亚中高纬度地区的重要天气系统,其频繁活动可能导致显著的气候效应,不仅对东北局地,而且对海河流域地区初夏降水产生影响.本文利用海河流域34个地面气象台站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡与海河流域初夏降水的关系进行研究,结果表明:初夏东北冷涡活动与海河流域降水存在显著的相关关系,对其空间分布亦有重要影响.当东北冷涡活动偏多(少)时,海河流域北部地区(尤其是海河下游)初夏降水可能偏多(少),对应时间系数为正(负)时海河流域初夏降水EOF第二模态北多(少)南少(多)的空间分布.在东北冷涡活动偏多年,东北冷涡引导北方"干冷"空气南下推进至海河流域北部,伴随该地区源自西风带水汽输送和水汽辐合的增强,形成了"上干下湿"的不稳定层结,在上升运动的触发下,导致海河流域北部初夏降水偏多;而东北冷涡活动偏少年情况正好相反.东北冷涡活动为海河流域尤其是海河下游地区初夏降水预测提供了具有参考意义的结果,其活动指数与海河下游初夏降水距平的符号一致率在近30年高达83%.

一次东北冷涡天气过程的人工增雨作业效果检验

利用事后划定目标区和对比区的非随机化分析方法,对2008年5月10～11日一次东北冷涡天气过程的人工增雨效果进行了检验。结果表明,在能合理选择出对比区的情况下,利用此方法可以评价出单次增雨作业的效果,并达到一定的显著性水平;东北冷涡具有很大的增雨潜力,把握好作业时机、作业部位、作业方式可以达到增加降水的目的。