浙江连续两次暖区飑线发展机制分析

2022年4月25日连续两次飑线影响浙江且造成大范围风灾,研究连续飑线的发生发展对此类灾害性天气预报有重要参考价值。应用ERA5再分析资料、地面自动气象站实况数据、云顶亮温资料和多普勒雷达数据,分析连续飑线发展过程及机制。结果表明:连续两次飑线(按照飑线发生先后顺序分别称“飑线1”和“飑线2”)是在高层急流辐散区内、中层槽前、低层低涡南侧和西南急流轴顶端的暖区中发展起来的。飑线1为中β尺度飑线,初生阶段受高层干侵入和近地面弱冷锋触发,底部出流与杭州湾东南风强入流造成的中尺度辐合线和低层垂直风切变促使其移动过程中逐渐增强;飑线2初生到成熟阶段从中β尺度升至中α尺度,其初生与上游对流系统移入有关,受高层干侵入、低层垂直风切变、飑线1后部弱冷锋辐合线和上游回波并入影响,成熟阶段出现升尺度增长现象,当垂直风切变减小,且飑线2北段入海移速加快后,飑线2出现断裂。

浙江省灰霾污染日判识标准探讨

利用逐小时的能见度和PM_(2.5)及PM10自动观测资料,选取4种不同的灰霾污染日计算方案,对2014—2016年浙江省的灰霾污染情况进行了分析,结果表明:综合考虑能见度、PM_(2.5)和PM_(10)浓度及两者比值以及持续时间的4种计算方案都较好的反映出浙江省灰霾污染的分布形态,与同期观测霾日数和PM_(2.5)污染日数的相似系数都超过0.95,计算效果较为理想;各方案计算灰霾污染日数的排序为方案4<方案2<方案3<方案1,各方案计算的灰霾日数普遍明显少于观测霾日数,方案1~方案3计算灰霾日数较PM_(2.5)污染日数大都偏多,方案4计算灰霾日数与PM_(2.5)污染日数相当,基于灰霾污染日是对视觉空气质量好坏的反映,灰霾污染日应大都是PM_(2.5)污染日,且PM_(2.5)污染日也应大都为灰霾污染日,方案4计算效果最为理想。浙江省灰霾日较多的区域主要集中在杭州、嘉兴、湖州、绍兴等浙北平原地区和金衢盆地,较少的区域主要集中在浙南丘陵山地和浙江东南沿海地区,总体呈现出平原和盆地多,山区和沿海少的分布特征。从灰霾的日变化来看,呈现出明显的"正弦型"变化特征,峰值出现在08时前后,谷值出现在15时左右。灰霾的年内变化特征表现为冬季多、夏季少、春秋季过渡的特征。2014—2016年大部分站灰霾日数逐年减少,减幅普遍在30%以上,以温州站减幅最大,达70%,折射出近几年浙江省减排措施取得的积极进展。

基于集合预报极端天气预测指数的浙江分类强对流预报模型

利用2016—2021年ECWMF集合预报资料、浙江自动站实况资料等,计算浙江短时强降水、雷暴大风和冰雹等强对流天气相关物理量的极端天气预报指数(EFI:Extreme Forecast Index),分析EFI分布特征,并构建了分类强对流预报模型。结果表明:强对流天气与物理量的EFI有密切联系,发生短时强降水时,对流有效位能、整层可降水量、850 hPa与500 hPa温差和位温差的EFI较大,而垂直风切变的EFI为负值,因而较小的垂直风切变更有利于出现极端降水;发生雷暴大风和冰雹时,对流有效位能、850 hPa与500 hPa温差和位温差以及850 hPa温度露点差的EFI较大,700 hPa露点温度的EFI为负值,与上层干冷下层暖湿的有利层结条件有关。利用支持向量机多分类方法,将强对流天气相关物理量的EFI作为特征值开展训练,构建的预报模型对于非局地强对流天气有较好的预报效果,其中短时强降水的误判率明显低于雷暴大风。

浙江中北部前汛期一次大暴雨过程的数值模拟及诊断研究

在对2004年5月底华南前汛期一次大暴雨过程中尺度数值模拟的基础上,研究了形成大暴雨的中小尺度系统演变的物理机制与环境场条件。结果表明:前汛期的锋面兼有温度和湿度梯度;东北至日本海有较深的冷槽,长江中游有低涡生成发展,并与暖切变相联,有利于中尺度系统不断生成;深厚的中低层辐合层和较高的无辐散层为飑线产生提供了有利的上升运动条件,与中空槽相伴的强风核处于槽底以西,槽前强辐合成为飑线产生的关键;除孟加拉湾主要提供暴雨产生的水汽外,西太平洋和南海也向华南至江南地区输送水汽;夏季风强盛和副高加强导致雨带位置偏北;暴雨前水汽场变化的信息要早于涡度、散度、垂直速度场。

一次导致大风的暖区飑线后侧入流分析

长生命史飑线极易造成大范围灾害性大风天气,研究其结构及其维持机制对灾害性大风天气预报有重要参考意义。利用浙江地面加密观测和雷达资料、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)FNL(Final Operational Global Analysis)再分析资料及高分辨率模式模拟结果对2018年3月4日江南地区出现的一次造成大风的暖区飑线后侧入流进行分析,探讨飑线维持机制。结果表明,飑线发生在南支槽前高低空一致西南气流的暖区环境中,环境具有0~6 km中等到强垂直切变、高对流有效位能、中层和近地面有明显干区的特征;3 h负变压异常指数对此次过程具有一定的指示作用。飑线表现为“TS”结构,但层云区相对较窄;反射率因子核位于中层径向辐合下方下沉气流中。模式模拟结果表明,后侧入流及下沉气流在系统内部、后部分别强迫出逆时针和顺时针垂直环流,构成了飑线最主要结构特征;后侧入流紧靠系统后缘而位于对流层中层,促使上升气流由倾斜转为垂直;此后后侧入流远离系统,与低层出流合并持续抬升暖湿空气,后侧入流与前侧入流的协同作用有利于飑线维持更长时间。

弱天气强迫背景下浙江两次暖区大暴雨过程成因分析

2021年6月9日夜间和6月12日夜间,浙江绍兴出现了两次暖区大暴雨过程,主、客观预报均出现较大偏差。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达资料以及ERA5再分析资料,对这两次过程的环流场、触发机制和中尺度对流系统演变情况进行分析,结果如下:(1)两次过程均发生在弱天气强迫背景下,“609”过程是在边界层急流的作用下发生的,“612”过程发生在副高边缘;(2)“609”过程中垂直螺旋度大值中心最高伸展至对流层中层,上游位涡扰动不断向下游输送,促使暴雨区位涡扰动持续发展;“612”过程中垂直螺旋度大值中心仅伸展至对流层低层,等熵面上存在干冷空气侵入,有利于位涡扰动迅速加强;(3)两次过程的触发机制均为β中尺度辐合线,中尺度对流系统沿着辐合线不断发展,并处于“准静止”状态,造成大暴雨,“609”过程β中尺度系统较“612”过程停滞时间更长,同时受迎风坡地形抬升作用影响,降水总量更大。

2012年1月浙江低温连阴雨的背景场与成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料与NOAA资料,分析了2012年1月浙江低温连阴雨雪天气的背景场与相关成因。结果表明:大尺度环流异常是本次低温连阴雨天气的主要背景场:北极涛动较弱且在1月中下旬出现转折;乌拉尔山高压脊偏强并向极地伸展;西太平洋副热带高压较常年偏西偏强,保证冷暖空气在浙江上空交汇从而导致低温连阴雨的发生;中低层水汽通量场对连阴雨有较好的指示作用;低空能量锋区的变化与连阴雨过程也是基本同步的。拉尼娜事件的发展对我国冬季低温有显著的前期效应;北太平洋海温持续偏高有利于东亚冬季风偏强。

登陆东南沿海热带气旋的异常特征及其成因研究

应用1949-2005年热带气旋（台风）年鉴资料，对西太平洋以及登陆我国东南沿海地区的热带气旋活动的特征进行了分析，发现西太平洋生成热带气旋个数和登陆我国热带气旋的个数有略为减少的趋势，而登陆我国热带气旋的强度有显著增强趋势.2005年西太平洋生成热带气旋数偏少，但其中登陆我国的强热带气旋比例却明显偏高.对导致这种异常现象的大尺度环流条件的分析表明，前期南亚高压和副热带高压势力偏强，台风期副高偏强、东亚夏季风偏弱、水平风垂直切变等因子不利于热带气旋生成；而西太平洋西部异常的水汽输送、弱风垂直切变、海表面温度异常以及中低纬系统之间相互作用等则可能是导致登陆我国热带气旋强度异常偏强的主要原因.

数值预报产品和客观预报方法预报能力检验

利用天气预报业务中使用的JMH、MM5、中央气象台、MOS以及预报员5种预报产品资料,对2003年10月至2004年9月绍兴市降水和气温预报按自然天气季节、量级和主要影响天气系统进行了检验评估。结果表明:对中雨及以下量级的降水预报,JMH和中央气象台降水预报准确率较高,但对大雨及以上量级降水预报,各种方法都不太理想。冷锋、气旋和台风影响下的降水预报准确率明显高于暖锋和副高影响下的降水。MM5气温预报系统性偏低,MOS气温预报则呈现一定的季节性。

2011年江南地区梅雨异常成因分析

2011年梅雨季起止日期都较早,降水量较大,且呈现出相当的地域分布特征,值得深入分析研究。本文主要对梅雨相关环流成因和西太平洋海温分布进行了初步分析。结果表明:南压高压和西太平洋副热带高压北跳偏早,是梅雨偏早的强信号;副热带高压位置偏东导致降水带偏南偏东;高空西风急流与降水异常有密切联系;中层"三阻型"环流分布有利于冷空气的持续南下,促进强降水的激发和维持;低空急流是梅雨主要水汽来源,长江中下游为水汽集中辐合区;此外,OLR和前期海温分布对副热带高压提早北跳和降水的地域性分布也有重要指示作用。

集对分析在城市空气污染预报中的应用研究

在城市空气污染预报模型中,精心挑选的因子具有较好的预报性能,但是因子的优良性能并非始终不变,而有时个别因子的不良表现往往可能导致预报的失败。根据集对分析(SPA)把不确定性和确定性作为一个动态的同异反系统处理的思想,动态地分析和处理每次预报中因子作用的变化,即每次预报前,先对因子进行态势判别和同异反分析,然后使可能干扰预报的弱势因子的作用受到有效抑制,使有助于预报的强势因子的作用得到充分发挥,从而实现了因子作用大小在各次预报中的动态变化,取得了较为满意的效果。在预报模型中增加不确定性处理有助于提高预报准确率。

天气预报多元回归模型中模糊因子的集对分析

天气预报模型中的预报因子一般都有较好的预报能力,因为它们是根据预报对象的特点、预报因子的物理意义和预报经验,使用一定的技术方法而精心筛选的.但是预报因子在每次天气预报中的性能表现有清晰和模糊之分.从集合预报和近邻估计两种方法的基本思路出发,定义了描述因子模糊性的统计量———变异系数,并用此来识别多元回归模型中的模糊因子;从集对分析的基本理论出发,推导了适合于多元回归分析的联系度公式,并借此来处理模糊因子.在此基础上建立基于集对分析的天气预报多元回归模型,比传统模型明显地提高了天气预报准确率.

回归诊断在梅雨期大到暴雨预报中的应用

应用回归诊断方法分析发现 ,梅汛期大到暴雨回归预报模型的残差分布存在着不对称现象 ,这种不对称现象是由高杠杆点所引起。这些高杠杆试验点的残差存在着统计天气预报意义上的不合理性 ,导致了回归系数LS估计的误差 ,从而又引起暴雨预报的误差。针对这些问题提出了大到暴雨的回归诊断预报模型。实例计算说明 ,回归诊断预报模型要优于常规回归预报模型。进一步分析指出 ,梅汛期大到暴雨回归预报模型的不合理性并非个别例子的特殊性所造成 ,而是由模型的数学特点所决定 ,因此大到暴雨的回归诊断预报模型具有普遍意义。大量的试验和多年的业务应用表明 ,回归诊断对提高大到暴雨预报准确率具有明显的效果。

离散型应变量的回归诊断和离散回归法

本文从大量天气预报实例的普查结果,归纳了离散型应变量的回归残差分布模式。回归诊断表明模式的单向性是由一些高杠杆点引起。对这些高杠杆点的进一步分析可以看到,它们的残差存在着统计预报意义上的不合理性,不合理性又造成回归系数LS估计的误差。针对这些问题,本文提出了离散回归法。

研制MOS外壳实现MOS方程制作自动化

针对MOS预报业务中存在的主要问题,提出了关于MOS外壳的设想,介绍了MOS外壳的软件设计和总体结构,并从预报员经验、天气学原理的应用和设计适合MOS预报及微机计算处理自动化的统计方案方而探讨了MOS外壳的技术处理问题,最后讨论了MOS外壳的特点和使用情况。

回归诊断在事件概率回归预报中的应用

针对事件概率回归模型的特点，用残差分析和统计量诊断的方法归纳了回归残差的非对称分布现象，揭示了这种现象是由高杠杆点所引起，探讨了概率回归模型的残差不合理性的统计天气预报意义，从而提出适用于概率预报问题的事件概率回归改进模型。分析指出，事件概率回归模型的不合理性并不是个别例子的特殊性所造咸，而是由该模型的数学特点所决定。概率回归改进模型要优于普通的概率回归模型。

杭州地区大气水分特征及相关问题的初步探讨

用1951年1月至2003年12月NCEP/NCAR再分析格点比湿、垂直速度资料,以及杭州站降水量资料,分析了杭州地区对流层整层可降水量、低层空气垂直上升运动强度以及地面降水量的演变特点。结果发现,可降水量与低层空气垂直上升运动具有显著的年代际变化,且这两者均利于降水的时段,降水量不一定偏多,这说明空中水资源具有很大的开发空间。对杭州6月大气可降水量的长期变化特征与全球同纬度地区作了对比,发现近53年来,杭州地区6月份降水量处于下降趋势。

不确定性理论——集对分析在MOS概率天气预报中的应用

概率天气预报的关键问题之一是天气预报的不确定性,而集对分析(SPA)为研究天气预报的不确定性问题提供了新的思路和途径。本文针对概率天气预报的特点,应用SPA中联系度的概念,对数值预报产品的预报因子设立中相关概率区间,进行同异反分析,建立了基于SPA的MOS概率天气预报模型。试验表明,联系度概念的引进增强了概率天气预报模型结构的合理性,提高了用数值预报产品制作概率天气预报的准确率。

一种权函数估计——双曲线回归模型及其在天气预报中的应用

本文从权函数估计的思想出发,针对天气预报中回归问题的特点设计了不对称的核,推导了权函数的具体数学表达式,进而提出一种非参数估计方法——双曲线回归模型。在处理事先并不知道具体函数形式的各种非线性相关关系的气象变量回归问题上,该模型具有很好的适应性,并具有较好的回归估计精度。