唐山地区汛期降水日变化特征分析

根据2010-2019年唐山地区11个气象观测站逐时降水资料,对唐山汛期降水的日变化特征进行分析。结果表明:(1)唐山地区汛期降水频率和降水强度均呈现双峰型的日变化特征,其中,06∶00降水频率最高,凌晨1时降水强度最大。(2)汛期降水以局部降水为主,其中6月局部降水发生概率最高;7、8、9月全区性降水发生概率相对较高,但仍以局部降水为主;区域性降水在各月差异不明显。(3)近10年来唐山地区白天局部降水和区域性降水发生次数显著性增加,导致各站降水频率和降水强度白天呈增强趋势,而区域性降水和全区性降水在夜间发生次数降低,导致夜间降水强度和降水频率呈减小趋势。

多单体强风暴影响下的一次强降水超级单体演变特征分析

利用天津多普勒天气雷达资料、常规探测资料、地面自动站资料、ERA5再分析资料和VDRAS数据等,对2017年6月19日发生在冀东地区由多单体强风暴引领下的一次罕见的强降水超级单体风暴进行分析,重点探讨了超级单体风暴的演变特征和维持机制。结果表明,海风锋和多单体强风暴的阵风锋及其所围成的低层“舌”状高温、高湿区为超级单体风暴形成提供了较好的动力和热力条件,当对流单体移入“舌”区之后,快速发展为超级单体并一直沿着多单体强风暴的出流边界向东南方向移动。缓慢减弱的多单体强风暴所提供的相对“稳定”的阵风锋不仅为超级单体发展和维持提供了长时间的动力条件,而且还为其移动提供了引导作用,这对于强对流天气短时临近预警有很好的指示意义。在超级单体形成之初,受多单体强风暴冷池出流影响,近地面偏南风转为较强的偏东风,中尺度环境配置发生了明显改变,0~6 km垂直风切变增大到27 m·s^(-1)且0~3 km垂直风切变增大到17~19 m·s^(-1)是中气旋形成的主要原因;其次,辐合线上较强的垂直涡度平流也有利于中气旋形成和维持。此次超级单体中气旋始于低层,通过VDRAS数据得到的0~3 km低层垂直风切变始终维持在20 m·s^(-1)左右,斜压涡生作用明显,为超级单体的发展和维持提供了较大的、长时间的水平涡度输入。超级单体形成和发展成熟阶段,风暴相对螺旋度(SRH)在140~171 m^(2)·s^(-2),大部分时段在150 m^(2)·s^(-2)以上,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SRH明显小于150 m^(2)·s^(-2),表明SRH对于超级单体发生发展有较为明确的指示意义。此次过程冷池出流先于超级单体形成,使得入流区辐合抬升加强,有利于超级单体的发展和维持,另外超级单体中不断有单体从母暴中分裂并减弱东移,一定程度上削弱了超级单体的强烈发展,使得下沉出流不至于过强而造成阵风锋快速远离,冷池始终维持一定的强度,同时多单体强风暴的阵风锋又给超级单体提供了稳定的0~3 km的垂直风切变(始终维持在20 m·s^(-1)左右),造成了超级单体前端的风切变和冷池强度保持了长时间的平衡,最终使超级单体长时间维持“稳定态”。综上所述,中尺度环境提供的适当垂直风切变等与风暴发展保持平衡是超级单体长时间维持自组织状态的主要原因。

日本全球海-气耦合模式对中国夏季降水的预测试验

为了提高中国夏季降水预测能力,首次采用日本地球环境前沿研究中心的全球海-气耦合环流模式(SINTEX—F),对1982—2004年中国160个测站的夏季降水进行了预测试验。通过与实况资料进行检验,对比分析表明,该模式对中国夏季降水具有较好的预测能力,尤其是对长江流域夏季异常降水预测较好,这对今后中国夏季降水预测具有一定的参考价值。

半干旱区不同类型土地利用的蒸散量及水分收支差异分析——以通榆为例

利用吉林通榆半干旱区农田站和退化草地站2008年的外场试验观测资料,对比分析了不同土地利用方式对蒸散和地表水分收支的影响。结果表明:从全年来看,尽管两个站点相距仅5km,但农田站的全年总蒸散量比代表自然土地覆盖状况的退化草地站高28.2mm;且生长季两种下垫面的蒸散量较为接近,差异主要发生在非生长季。同时,农田站的年水分收支总量为51.1mm,比退化草地站低35.6%。具体来说,生长季,两个站点的水分收支均有盈余;但在非生长季,退化草地站的水分收支仍有盈余,而农田站则处于水分亏损状态。这说明在半干旱区,代表人为土地利用状况的农田站面临着更大的水分供给压力,人类活动导致的土地利用会加剧该地区的干旱化趋势。进一步的分析表明,水分盈余并不代表地表的水分状况良好。从Priestley-Taylor系数来看,两个站点的Priestley-Taylor系数均远小于1.0,说明在半干旱区,由于表层土壤水分条件的限制,实际蒸散量远未达到平衡蒸散量,土壤面临着水分供给的压力。其可能的原因是,对半干旱区而言,尽管水分收支有盈余,但是由于土壤沙化严重,土壤孔隙度大,大气降水很容易下渗,并以地下水的形式存储起来,使得表层土壤水分供应反而不足。

Y干旱指数在冀东春旱监测中的应用

利用唐山地区3个国家基准站1971-2000年的春季逐日降水、日最高气温资料,从干旱实时监测气象服务的需要出发,考虑了近期降水、土壤底墒(前期降水)和气温三种要素,计算Y干旱指数,并制定了干旱等级标准。对Y干旱指数与土壤湿度干旱指数、降水百分率干旱指数进行了同期对比分析;利用没有参加干旱指标划分的2006、2007年春季的土壤湿度资料对制定的干旱指标进行检验。结果表明,Y干旱指数对冀东春旱具有很好的监测能力,Y干旱指数能够客观的反映唐山地区春季各月的干旱状况,并填补了土壤湿度监测的盲区,能较好的划分唐山地区春季干旱趋势和等级;在一段时间内降水时空分布均匀的情况下,用降水距平百分率干旱指数进行监测,效果较好。在2006-2007年的检验中,Y干旱指数与土壤干旱指数表现一致,在没有土壤测墒的地区和时段,利用Y干旱指数可代替土壤湿度监测,实现干旱无缝隙监测。

卫星云图在海岸带大雾天气监测及预警中的应用

利用2005—2010年卫星云图FY-2E、海岸带—海区出现的28次大雾天气资料和2008—2010年海岛站资料,依据大气状态方程、热力学原理,在MICAPS 3.0系统下,应用云图与同步探空、地面雾区叠加图、温度场逆温层剖面及TBB值与海面温度比较,估算雾区面积、高度及秋、冬季雾区温度垂直递减率。结果表明:在环渤海地区特定的环流背景下,红外云图和可见光云图监测到的雾区分别在大连、烟台及天津一带由轻雾转为大雾,沿海岸带向北发生发展,雾区垂直厚度为400—600 m,递减率为0.02—0.04℃/100 m,渤海东西向温度差值为1—2℃,南北向为3—5℃;辐射雾对应弱高压均压场,平流雾对应弱低压均压场;低云覆盖雾区浓雾加重,轻雾被低云叠加使得能见度降低;平流雾被锋面抬升后混合到低空水汽输送带之中,对后期降雪(水)具有指示作用。在2009—2010年海区—海岸带大雾天气预报及预警信号升级应用中效益显著,可为海岸带大雾预报因子选取及预报监测业务流程的改进提供参考。

湿有效能量层结分量计算和斜压分量判定的简化及其应用

根据大气运动方程组,引入了单位质量气块的总能量在气压场非定常情况下和定常情况下,两种不同表达式,对湿有效能量(MAE)的“参考状态”再讨论,省却了对“参考气压”的繁琐计算;将湿有效能量分解为“层结分量”和“斜压分量”两部分,提出了MAE及其层结分量和斜压分量新的收支方程;提出了“有限气柱内平均单位质量气块的层结分量”计算方法和若干计算实例以及斜压分量强度的判定方法。MAE的层结分量与位势不稳定能量相对应,计算表明:抬升作用和负变压使层解分量迅速增强。有限气柱内单位质量气块的层结分量通常与对流有效位能(CAPE)呈正相关关系,但二者性质不同。邢台2016年7月19日夜间至20日凌晨遭受百年一遇的特大暴雨,分析表明:大尺度环流背景、天气尺度系统的发展制约和运行、有利的地形条件、充足的水汽供应和能量输入,促成湿有效能量大量集中释放,是“邢台7.19暴雨”发生的重要原因。