长江流域气象-水文暴雨洪涝预警技术系统研究

对长江流域暴雨洪涝预警研究和业务的4个方面,即暴雨中尺度野外观测科学试验、暴雨中尺度系统形成机理研究、暴雨数值模式预报技术研发以及水文气象耦合模式发展等进行了回顾,分析了制约长江流域暴雨预报和洪涝灾害预警能力和水平提高的主要因素,提出了亟待解决的主要科学技术问题及其应对策略。

风云静止卫星资料在一次暴雨云分析中的应用

基于LAPS系统和WRF模式,开展卫星、雷达、探空、地面等多源观测资料融合同化对暴雨过程云结构和模式模拟效果分析研究。介绍了卫星等观测资料在LAPS云分析和湿度分析中的应用方法,根据融合同化观测资料种类设计数值试验方案,研究我国风云卫星资料在LAPS云分析系统中的作用。结果表明,风云静止卫星图像资料的融合可明显改善暴雨过程LAPS云顶高度及总云量等二维云结构分析,并订正中高层及云顶的云量、云水、云冰、云分类等三维云结构的垂直分布,可描述暴雨过程三维云结构的发展演变特征。融合雷达回波资料可调整中低层三维云结构,并分析出雨水和雪等水物质参数。LAPS系统融合同化的观测资料越多,湿度场误差越小,可改进模式对强降水区的模拟,提高降水TS评分。

大气扰动分解技术在副高边缘大暴雨落区精细化分析中的应用

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)再分析资料,基于大气扰动分解技术,对2012年7月华北东部两次副高边缘大暴雨事件进行扰动分析。结果表明:边界层及对流层低层扰动辐合中心与副高边缘大暴雨中心有较好地对应关系;扰动锋区和扰动比湿大值区(4 g·kg^(-1))叠加的区域与大暴雨落区相对应,与切变线类暴雨不同,副高边缘暴雨中心并不是出现在冷暖空气対峙扰动(0℃线)的位置,而是发生在扰动锋区内的暖区一侧(扰动温度0℃以南);两次过程均存在自南向北的水汽通道,且水汽在输送过程中不断得到抬升,大暴雨落区对应的扰动水汽通量散度中心分别达到-6.8×10^(-8) g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1)和^(-1)1.9×10^(-8) g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1),为大暴雨的形成提供了较好地水汽条件。

中国东部及西北太平洋地区边界层高度变化特征

利用19792019年ERA5逐月大气边界层高度(ABLH,Atmospheric boundary layer height)资料,采用气候态分析、距平分析、极值分析、经验正交(EOF)分析及小波分析等方法,研究了中国东部及西北太平洋区域大气边界层高度的变化特征。结果表明:(1)太阳辐射对边界层高度有重要影响,边界层高度的季节变化存在显著的海陆差异,大陆(海洋)上,夏季时边界层高度最高(低),而在冬季时最低(高)。(2)边界层高度的海陆差异随季节改变,春秋季海陆差异较小,冬夏季时最明显。(3)大陆上边界层高度极大值出现在夏半年的月份,极小值出现在冬半年的月份;海洋上的相反。(4)41年边界层高度场的EOF分析得到两个模态,第一模态表现为南北经向和海陆差异,第二模态为自西北至东南的“+-+-”相位分布,第一模态的时间系数以3~7 a的周期最显著,第二模态同时存在4~7 a和9~11 a的振荡周期。

河南鸡冠洞岩溶地下河地球化学特征及控制因素研究

为揭示地下河地球化学的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2014年12月对河南西部栾川县鸡冠洞地下河的水化学指标进行了5个完整水文年的的动态监测.从地球化学敏感指数的角度出发,探讨不同条件下主量元素的地球化学敏感性差异,结果表明:1研究区地下河水化学阳离子以Ca^(2+),Mg^(2+)为主,阴离子以HCO_3^-主.2受农业活动的影响,地下河主量元素地球化学敏感性从高到低依次为HCO_3^-,Mg^(2+),Cl^-,Ca^(2+),NO_3^-,SO_4^(2-),Na^+,K^+,其中NO_3^-,Cl^-敏感性更加突出;受人类旅游活动的影响,地下河主量元素地球化学敏感性从高到低依次为HCO-3,Mg2+,Ca2+,Na+,NO-3,SO2-4,Cl-,K+,可见旅游活动对地下河的地球化学特征影响程度较弱.3将5年主量元素进行对比发现,受农业活动影响更加敏感的NO_3^-、Cl^-质量浓度均出现了增长的现象,说明人类活动尤其是农业活动对地下河水质的影响在逐渐增加.

东北冷涡背景下弓形回波导致的雷暴大风成因分析

2022年6月25日傍晚辽宁省出现以雷暴大风为主的强对流天气,全省82个区域自动气象站出现8级以上雷暴大风,其中辽宁省北部的沈阳市马三家站阵风达13级(39.1 m·s^(-1)),致灾严重。利用2022年6月25日17∶00—22∶00(北京时)辽宁省1668个区域自动气象站分钟级观测资料及常规探空、双偏振雷达、ERA5再分析等资料,对此次雷暴大风天气成因进行分析研究。结果表明:(1)此次过程发生在东北冷涡背景下,辽宁处于冷涡西南象限,有利于冷涡西侧干冷空气与低层暖湿空气交汇。(2)沈阳探空曲线呈低层暖干、中低层暖湿、中高层干冷的“X”型特征,且具有较强的垂直风切变,利于雷暴大风天气发生。(3)此次过程雷达回波发展演变与经典弓形回波演变模型一致,初期孤立风暴导致局地大风,之后多单体风暴逐渐合并为弓形回波。在负浮力、动量下传和冷池密度流等共同作用下,沈阳城区出现大范围雷暴大风。(4)弓形回波前沿存在浅薄的低空γ中尺度涡旋,低空涡旋旋转在近地面形成扰动低压导致下沉气流加强,涡旋与后侧入流急流共同作用导致雷暴大风出现。

2016—2021年5—10月辽宁省降水量时空分布精细化特征分析

选用2016—2021年5—10月辽宁省小时加密观测降水资料,分析辽宁省降水过程、短时强降水过程、极端短时强降水过程降水量时空分布特征,应用K均值聚类法对汛期短时强降水过程降水累积小时数的空间分布进行分类。结果表明:辽宁省短时强降水过程(小时降水量大于或等于20 mm)和极端短时强降水过程(小时降水量大于或等于该站点历史降水量升序后的第99.9百分位)受地形影响较大。短时强降水高发区主要分布在辽宁东南部的沿海地区、辽宁西部的沿海平原和地势较高地区及辽宁东南部的迎风坡地区。辽宁省汛期降水受季风环流影响,有明显的季节变化,平均降水量和降水频次最大值发生在7月和8月,降水时段主要集中在午后至夜间。辽宁省短时强降水过程降水频次的区域间差异较大,极端短时强降水过程区域间差异较小。

地基微波辐射计反演的青藏高原东侧甘孜大气温湿廓线分析

微波辐射计能够获取分钟级别的大气温湿廓线,可以弥补气象探空在时间分辨率上的不足。本文利用青藏高原东侧甘孜站2017年8—10月并址观测的微波辐射计和探空资料,对微波辐射计反演大气廓线的精度进行分析,并利用这些廓线探讨甘孜大气热力和云水变化特征。分析结果显示,总体上微波辐射计反演参量与探空观测之间具有高相关系数,微波辐射计反演的温度、相对湿度和水汽密度与探空观测的偏差分别为1.3℃、-2%和0.71g·m^-3,相应的均方差分别为2.9℃、20%和1.08g·m^-3,非强降水对微波辐射计观测质量的影响较小。微波辐射计与探空的温度偏差在多数高度层上小于2℃,能够达到气象业务的偏差要求。非雨天时微波辐射计与探空的相对湿度偏差在多数高度层上约为10%,雨天时相对湿度偏差在3.5km以下小于5%。基于甘孜微波辐射计资料的统计分析发现,甘孜大气具有白天干热、夜间湿冷的日变化特征,云液态水含量白天较小、夜间较大,而且白天低层云发展较弱、云底较高,夜间低层云发展较强、云底较低。云液态水含量在云天和雨天具有相似的垂直结构,云液态水含量随高度增加先快速增大,然后在一定高度内波动变化,之后又快速变小,能够较好地指示入云和出云的特征。此外,云天低层云的云体主要处在0.1-2.5km高度,而雨天低层云的云体分布高度范围更大为0-3.5km高度。这些分析结果表明,微波辐射计反演大气廓线在甘孜具有可用性,能为定量研究云特征提供科学数据。

COSMIC掩星资料反演青藏高原大气廓线与探空观测的对比分析

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线Wet Prf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示:(1)COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2℃、1.7 h Pa和0 h Pa,均方差为1.8℃、1.6 h Pa和0.4 h Pa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2)COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。

青藏高原东侧甘孜云雷达观测的非降水云垂直结构特征分析

利用青藏高原东侧甘孜站Ka波段云雷达2019年6—8月观测资料,对该地区非降水云垂直结构特征进行了分析。结果表明:(1)甘孜非降水云中单层云的出现率为78.3%,高于两层云的出现率18.3%和多层云的出现率3.4%。分不同高度云来看,低云的出现率为46%,中云和高云各占27%,当云层数增加时,中云和高云的出现率增加。(2)云的出现率具有白天小、夜间大的日变化特征,云层数增多后,上层云出现率的日变化特征减弱;地形对云出现率的日变化有一定影响。(3)云底高和云顶高的垂直分布结构多为双峰形态,当出现三层云时,下层云的垂直结构为单峰形态。(4)甘孜云厚呈现出云压缩现象:单层云的平均云厚约为3.8 km;两层云的下层云平均云厚约为2.5 km,上层云平均云厚约为1.5 km;三层云的下层云平均云厚减小至约1.8 km,上层云平均云厚减小至约1.2 km,中层云平均云厚最小,约为1 km;云压缩现象随云层数增加而愈发明显。地基云雷达展示了局地云探测的优势,有益于高原云探测和研究。