广西壮族自治区农业气象情报预报服务系统开发研究

采用模块化、函数化设计方法 ,研制成广西壮族自治区农业气象情报预报服务系统 (以下简称GXAOS)并投运 ,经济效益和社会效益显著。简介了GXAOS系统结构。

广西沿海“23.6”弱热带低压破纪录暴雨过程的诊断分析

利用多源观测资料及ERA5再分析资料,基于大气热、动力诊断方程,对2023年6月7—9日广西沿海破纪录热带低压暴雨过程的成因及低压维持的可能机制进行了分析,结果表明:(1)在中高纬度与低纬度天气系统相互作用背景下,热带低压在广西境内盘旋少动,促成了此次强降水过程。期间大气热力、水汽因子均伴有显著异常,整层水汽通量散度、大气可降水量及K指数标准化异常分别达到-5.5、3.2、1.3。(2)降水最强时段集中于夜间至凌晨,准静止的中尺度对流云团以及对流系统“列车效应”使降水不断在局地累积,造成破纪录累计雨量。(3)7日(8日)夜间至8日(9日)凌晨,热带低压东南侧(东侧)暖式切变线(边界层急流)以及陆面摩擦为强降水的发生、发展提供了动力条件。9日边界层急流辐合强于8日切变线辐合,锋生强迫更强。热带低压系统增强导致的气压梯度力增大以及位势高度经向平流对应的气压梯度力做功过程促进了局地动能增长,是边界层急流发展的原因。(4)热带低压环流不断将中国南海水汽卷入其内部,水汽辐合及垂直输送使得湿层不断增厚,有利于降水率增大。持续的暖湿气流输送有利于不稳定层结维持,使大气低层对流不稳定结构贯穿整个降水过程。其中,风垂直切变和大气斜压性的有利配置使得9日层结不稳定特征较8日更强,与动力条件相结合促使9日出现更强降水。(5)热带低压系统维持主要受水平风场辐合效应支撑,地转风分量在整个过程中贡献相对较弱,非地转风分量的水平散度项主导了局地涡度变化,与非地转风惯性旋转后向热带低压中心辐合有关。

大气河背景下的广西暖区暴雨机理初探

利用多源实况观测资料以及ERA5再分析资料对2010-2022年夏季(6-8月)广西暖区暴雨个例中伴随大气河的特征进行统计分析,并基于波作用通量、水平锋生以及非绝热加热诊断等,从热力、动力角度分析了2022年6月2-4日大气河背景下广西典型暖区暴雨过程。结果表明:(1)绝大多数暖区暴雨个例伴随大气河。当大气河通过广西区域并维持在约1000 kg·m^(-1)·s^(-1)以下时,大气河强度增强有利于暖区暴雨降水强度增强。大多数个例中大气河呈西南-东北向,在经过广西时方向角在15°~65°。(2)典型个例中东西伯利亚阻塞高压和东北冷涡异常活跃,造成副高总体被压制,位置偏南,使得大气河维持在孟加拉湾-南海-华南-北热带太平洋一带,为暖区暴雨发生发展提供充足水汽。副高维持而低涡东移造成的气压梯度增大以及夜间季风气流加速共同作用使得局地大气河增强。(3)大气河夜间增强促进了局地水汽辐合及垂直输送使得湿层不断增厚,大气可降水量增大,有利于降水效率增大。同时,持续的暖湿输送有利于低层不稳定层结的建立和维持,使大气对流不稳定结构贯穿整个降水过程。(4)山脉地形的辐合抬升、侧向摩擦促进了上升运动、垂直涡度发展,一方面有利于山前堆积的暖湿空气被迫抬升而触发对流,另一方面有利于对流系统维持,造成更多水汽凝结致雨。此外,暖湿空气堆积产生持续的锋生强迫也有利于降水维持和增强。(5)大气河影响下的强上升造成大量水汽不断凝结释放潜热,大气受热后又加强了上升运动,在该正反馈机制下对流持续发展增强。

引发广西一次区域性暴雨的低涡发展机制

低涡是造成广西区域性暴雨的关键系统,了解其发展维持机制对于暴雨预报具有重要意义。利用多源观测数据及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,对引发2022年6月10—11日广西区域性暴雨的低涡发展维持机制进行诊断分析。结果表明:低涡生成于桂西北后稳定少动,为区域性暴雨的发生发展提供热、动力条件,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,其中地转风分量使局地涡度不断减小,而非地转风分量则使局地涡度不断增加,水平散度项是造成低涡发展维持的主要原因。在惯性振荡机制影响下,低涡中心偏北一侧非地转风场随时间变化具有明显的顺时针旋转特征。非地转风旋转为偏北风时与低涡中心附近的偏南非地转风辐合,造成非地转风分量水平散度项对局地涡度的显著贡献,使得低涡发展维持。对流层中层附近的潜热加热正反馈也有利于低层低涡的发展维持。

冬季热带中东太平洋海温变化对广西大雾日数的影响

利用1979—2020年广西80站逐日大雾资料、Hadley中心海表面温度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、合成分析以及信息流因果理论,分析了冬季热带中东太平洋海温变化对广西大雾日数的影响。结果表明:冬季热带中东太平洋海温是广西雾日数的显著影响源,海温偏高(偏低)一定程度上导致了广西冬季大雾天气多发(少发)。冬季热带中东太平洋海温偏暖,引起上空上升运动异常,减弱了沃克环流,导致热带西太平洋出现下沉异常。热带西太平洋下沉异常导致局地负的加热异常,从而在热带西太平洋北侧菲律宾一带对流层低层激发出反气旋异常。广西在菲律宾异常反气旋西北侧的西南风影响下,一方面动力上使得近地面层偏北冬季风风速减小,有利于大雾形成和维持;另一方面使得南海至西北太平洋一带维持显著的异常反气旋水汽环流,有利于南海水汽向华南输送,使得广西上空整层水汽通量辐合增强,对流层低层绝对湿度增大,水汽逐渐饱和,近地面层结稳定度增强,为大雾形成提供有利条件,最终导致雾日增多。冬季热带中东太平洋海温偏冷时则形势大致相反,广西大雾少发。

“22·06”广西暖区极端致洪暴雨成因与预报偏差分析

利用常规气象观测、多普勒天气雷达探测、卫星遥感及再分析等多源气象资料,通过统计及天气学诊断方法,对2022年6月17—21日广西暖区极端致洪暴雨过程成因与预报偏差进行分析。结果表明:(1)此次过程在高空槽、低涡切变、低空西南急流的共同影响下造成,以暖区对流性强降水为主。(2)强降水回波具有明显的后向传播特点,强回波带附近有偏北风和偏南风的辐合线,有利于对流系统的维持与发展,形成“列车效应”,造成局地极端强降水,桂北地形对强降水有增辐作用。(3)多个物理量的异常度分布对应着极端降水区域,其中K指数和整层可降水量与极端降水区域有较好的对应关系。(4)模式预报500 hPa高空槽强度偏弱、850 hPa急流位置偏差造成强降水落区位置偏西偏北、强度偏弱。

广西主要城市空气质量的气象要素阈值及大气环流分析

基于2002—2013年广西南宁、桂林、北海3市二氧化硫(SO;)、二氧化氮(NO;)和可吸入颗粒物(PM;)等3种大气污染物的逐日监测值,计算3种大气污染物的空气污染指数,研究3个城市空气质量、首要污染物及其月际变化特征及其与气象要素的相关关系,并利用百分位法确定2、3级空气质量过程的阈值,分析南宁市6次长时间污染过程的大气环流特征。结果表明,3个城市中南宁市空气质量相对最差;3市首要污染物均以PM;为主,占66.37%~100%,污染主要发生在秋冬春季;影响各市空气质量的主要气象要素及其2、3级对应的气象要素阈值呈现差异性;南宁市出现污染天气的主要大气环流特征是850hPa广西受东北气流影响,水汽输送条件差,无降雨产生。

广西高温灾害致灾因子时空分布特征分析

利用1978—2020年广西91个国家气象观测站和有温度观测的1598个区域气象观测站资料,分析了高温日数、高温过程次数、极端最高气温、高温过程平均和最长持续时间、高温过程平均最高气温等高温致灾因子的时空分布特征。结果表明,广西全区年均高温日数19 d,高温过程次数为4次,平均持续时间为6 d,年高温日数、过程发生次数平均每10 a以2.6 d、0.8次的速率显著增多。极端最高气温较高值主要集中分布在桂西、桂北的平原地区,部分地区在40℃以上,中部、沿海地区及海拔较高的山区较低;年高温过程次数桂北和桂中山区、桂东南及沿海地区比其他地区少;高温过程平均最高气温桂西比桂东高,河谷地区比平原高,平原比沿海高。在全球气候变暖的背景下,广西高温灾害天气过程具有范围广、持续时间长、极端性强等特点,主要是由于副热带高压、热带气旋、西南热低压等天气系统影响造成的,大气环流异常则是造成高温极端性强的主要原因。

2022年广西极端“龙舟水”暴雨过程环境场特征分析

利用实况、ERA5再分析资料对2022年广西极端“龙舟水”最强暴雨过程降雨与洪峰及环境场进行分析。结果表明:(1)近30a广西大洪水年“龙舟水”最强暴雨过程大多持续5~6d,强降雨范围、中心位置及强度与洪峰相关,洪峰出现在过程结束当日或后一日。(2)2022年过程大尺度环流背景中高纬天气形势为两槽一脊型,东槽偏弱,冷空气势力偏北,中低层大气异常深厚急流及高能、高湿,对流抑制有效位能小及抬升凝结高度低,是典型暖区暴雨。近30a过程大尺度环流背景中高纬为两槽一脊型或纬向型两类,是锋面、暖区或混合型暴雨。(3)把握“龙舟水”最强暴雨过程环境场及降雨特征是大洪水预报的关键着眼点之一。相近环境场条件下,强降雨差异是预报难点,需进一步研究。

广西专业气象服务技术的发展现状与展望

专业气象服务是中国特色现代气象服务体系的重要组成部分。广西数十年来在专业气象技术研究及业务服务方面,尤其是在电力气象、交通气象、海洋气象服务等,取得了丰富的成果。文中从专业气象的观测与分析技术、专业气象预报预测方法、预警产品发布及服务等多个方面,综述了广西专业气象服务技术的发展现状,最后指出:未来需要重点加快专业气象服务的观测站网建设、研发基于影响的专业气象预报技术、建设智能化专业气象服务平台,不断提升广西专业气象监测精密、预报精准、服务精细化的能力。

突发气象灾害科普视频制作的创新模式——以科普视频《揭秘广西桂林临桂区“3·21”17级大风》为例

采用“故事化叙事”手法,以制作科普视频《揭秘广西桂林临桂区“3·21”17级大风》为例探讨了突发气象灾害科普视频的制作思路和创新要点。通过运用图形和动画对分钟级的精细化实况数据、雷达回波图进行可视化展现,可使气象科普视频通俗易懂,可看性和趣味性增强。

广西决策气象服务系统研发设计

采用数据智能分析、文案筛选匹配等算法,设计和研发了广西决策气象服务系统,集成了决策气象服务专家知识库,实现数据分析展示、产品快捷制作、决策研判监控等三大功能,为广西决策气象服务提供支撑。

卫星遥感在广西气象服务中应用的回顾与展望

回顾了广西气象部门近30年卫星遥感发展历程,综述了卫星遥感数据采集与处理及其在天气预报、生态环境、大宗作物及气象灾害监测评估等方面的应用情况,主要在中尺度对流系统、华南前汛期暴雨预报、植被生态质量和石漠化生态状况、甘蔗生育期遥感监测以及旱涝等灾害监测等方面发挥重要作用。未来应重点提高天气预报与预警、自然资源、生态环境、农林与海洋等遥感监测评估能力,进一步为广西发展建设提供智能化、精准化气象卫星遥感综合服务。

广西环境气象研究与业务进展综述

总结了广西气象局多年来在环境气象研究及应用方面的工作,特别在环境气象观测、空气质量监测预报、酸雨监测预报、雾霾天气机理研究及生态环境安全研究等,取得了丰硕的成果。从气象因素诱发的各类环境灾害的监测及其时空特征与影响机理、预报方法及决策参考等多个方面,比较系统地总结了近年来广西环境气象学的研究及应用成果。提出了主要存在的问题,并就今后的发展提出了初步设想。

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明:北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高的增强西伸增强了暖湿气流输送,这一方面有利于广西一带的水汽输送,水汽通量辐合增强;另一方面有利于冷暖空气在广西交汇,对流不稳定增强,促进上升运动,最终导致降水增多.北太平洋为负位相时上述异常形势相反,导致降水减少.

基于EOF和LSTM的广西月降水量预测模型研究

针对夏季降水天气过程具有时间相关性和非线性变化的特点,以及现有预报方法未能充分获取月降水量的本质特征而造成的建模因子处理和预报建模困难等问题,提出了一种以自然正交展开(EOF)与深度学习长短期记忆神经网络(LSTM)相结合的月降水量预测模型。以广西81个气象观测站7月降水量为预报研究对象,对81站7月降水量作EOF计算,选取累积方差贡献超过76%的前7个主分量作为预报分量,再利用LSTM模型建立月降水量的深度学习预测模型,以1960—2016年81站7月降水量为建模样本,2017—2022年为独立样本进行建模研究。结果表明,在相同的预报建模样本和相同的预报因子条件下,新建立的预测模型比线性逐步回归预报方法有更高的预报能力,显示了对非线性月降水量预测问题的适用性。由于LSTM模型隐层里引入了存储单元状态和门结构,使得网络能够保留长期的状态,更适合于处理和预测时间序列中间隔和延迟相对较长的重要问题。

广西环境气象一体化业务服务平台的设计与实现

根据广西环境气象预报业务与服务的需求,利用环境气象监测与模式预报产品,基于GIS和java等开发技术,构建了集大气环境监测分析、精细化网格预报、多模式集成应用、环境气象应急服务、大气环境评估、预报评分等功能为核心的预报业务平台,实现了环境预报与评估产品的本地化应用和集约化的区市上下联动环境预报业务流程,为霾和空气污染气象条件的监测预报预警、紫外线监测及突发应急环境气象保障等业务提供了重要的技术支撑。

2022年广西“龙舟水”暖区暴雨中低空急流的日变化机制

利用多源资料,选取2022年广西“龙舟水”期间6月3—4日暴雨过程,进行暖区暴雨中低空急流的日变化机制分析。结果表明:(1)过程期间低空急流在日间减弱而在夜间至次日凌晨加强。夜间在低空急流顶端附近不断有对流系统发生发展,造成桂东北暖区强降水。(2)低空急流日变化可由惯性振荡机制解释。日间非地转风方向与背景风大致相反,使得低空急流减弱,全风速为次地转;夜间非地转风顺时针旋转为西南风,与背景风场叠加导致全风速出现超地转,使得低空急流增强。(3)动量方程诊断表明,低涡东移而副高维持的形势使得过程期间维持较强背景地转风。日间湍流摩擦及平流作用导致低空急流逐渐减弱;夜间科氏力和气压梯度力间的不平衡所导致的非地转过程驱动了低空急流发展增强。

“22·06”广西极端暴雨过程低空急流作用

利用多源气象资料,对2022年6月17—22日广西极端暴雨过程低空急流与暴雨的关系进行精细化时空分析。结果表明:(1)该次极端暴雨是发生在中高低纬天气系统有利对峙的暖区降雨系统中,极端低空急流的脉动和高空槽的东移触发极端暴雨天气。(2)强降雨区主要位于925 hPa急流顶端以北、850 hPa急流核以北偏左侧的急流梯度最大区域附近,急流位置和强度与强降雨落区和强度相关。(3)低空急流建立强劲的水汽通道,强降雨对应水汽辐合中心。强降雨区位于△θse负中心南侧和东侧的等值线密集区域内,并沿着等值线密集区分布。低空急流为暴雨区上空的正涡度柱和低层辐合、高层辐散动力机制提供有利条件。(4)极端低空急流下,前倾槽过境,低层强烈辐合高层强烈辐散、深厚正涡度柱及水汽异常充沛是极端暴雨形成的重要原因。

广西一次持续性暴雨过程中低空急流的作用及其特征

2022年广西遭遇新中国成立以来最强“龙舟水”,其中6月17—22日的持续性暴雨过程累积雨量大、落区重叠,导致洪涝、山洪及滑坡等灾害。利用多源观测资料及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,分析了此次持续性暴雨过程中低空急流的影响及其特征,结果表明:(1)夜间低空急流明显增强,对流系统在急流核北侧发展,而日间随着低空急流减弱,对流系统也逐渐减弱,造成强降水主要集中于夜间。(2)夜间850 hPa低空急流左侧正涡度区与925 hPa边界层急流出口区在桂东北一带重合,配合桂北山脉地形阻挡形成深厚的低层辐合,有利于桂东北上升运动增强及对流系统不断发生发展。同时,大气低层对流不稳定迅速增大,为持续性暴雨提供了有利的不稳定层结环境。(3)低空急流的演变可用惯性振荡机制来解释。日间桂中至桂南地区地表被加热导致湍流摩擦逐渐增强,造成急流减速,具有次地转特征。夜间湍流摩擦作用减弱,急流加速并逐渐呈现出超地转特征。科氏力对非地转风的作用是造成急流动量增长的主要原因,而摩擦耗散、垂直输送等过程为急流动量汇。