“13·12”西安重污染气象条件及影响因素

使用高分辨监测资料对2013年12月18-25日西安严重污染天气气象条件及影响因素进行分析。结果表明:严重污染期间,亚洲大陆中高纬度500 hPa呈一槽一脊经向环流型,陕西处于地面冷高压南部均压场控制下。空气质量转好时,高空锋区明显增强,地面冷锋快速东移、南压,边界层高度增大,近地层集聚污染物显著抬升。严重污染与非污染时段气象条件差异明显。除接地逆温外,近地层不同高度存在悬浮逆温,相对湿度呈湿-干-湿垂直分布,温湿条件有利于污染加强。严重污染属于以湿霾为主的重度霾天气,日平均能见度小于1.5 km,边界层高度小于0.7 km,郊区湿霾每日持续时间平均比市区长约5 h。严重污染期间,细颗粒物浓度远高于粗颗粒物,随时间增加趋势明显。颗粒物平均浓度在午后出现峰值,可能与边界层高度偏低、关中盆地地形因素密切相关,本地地面风场日变化对污染有加重效应。

西安市近59年高温天气气候特征

[目的]研究西安市近59年高温天气气候特征。[方法]利用西安观测站1951～2009年逐日最高气温资料,采用统计方法研究不同强度高温天气的气候特征及影响高温天气的高空环流形势。[结果]近59年西安市平均每年有22.95个高温日,4月下旬～9月上旬均可出现;高温日以7月下旬最多,6月下旬次之;≥38.0℃的酷热天6月下旬和7月下旬出现2个峰值;≥40.0℃特热天6月中下旬最多,7月各旬次之,8月几乎不会出现。高温日、酷热日、特热日天气过程的年代际变化均呈现多—少—多的趋势,20世纪50～60年代多,70～80年代少,90年代后又复增多。年极端最高气温多出现在6月中下旬,其次在7月下旬,其年代际变化呈高—低—高的趋势。高温天气过程7月份出现次数最多,持续时间也最长;酷热天一般持续2 d,≥40.0℃的特热天气很少持续出现。高温天气的环流形势大致可归结为大陆高压控制型、副高控制型、带状高压控制型及西北气流控制型4类。[结论]该研究为高温天气预报预警提供参考依据。

2014—2017年西安市PM2.5污染特征及影响因子

利用2014—2017年西安市PM2.5日平均质量浓度资料,分析PM2.5质量浓度的年、月及采暖期和非采暖期的变化特征,并结合气象要素日观测资料分析各气象要素在不同季节与PM2.5质量浓度的相关性;利用2017年13个国控环境空气质量监测站点的PM2.5逐时质量浓度数据分析西安地区PM2.5空间分布差异及日变化特征。结果表明:PM2.5质量浓度月际变化呈现出明显的“U”型特征,冬季PM2.5质量浓度较高,夏季相对较低;每年1—2月、11—12月PM2.5差异显著,该时段平均风速、降水量及冷空气活动次数对PM2.5质量浓度有一定影响。供暖期PM2.5超标日数及其所占全年超标日数的百分比均有逐年增加趋势,而非供暖期两者则呈逐年下降趋势。夏季西安各地区PM2.5质量浓度差异相对较小,而冬季则相对较大。西安PM2.5质量浓度存在明显日变化特征,其昼夜变化规律为“M”型,不同站点的PM2.5污染差异主要在夜间。不同季节气温、相对湿度、风速及降水与PM2.5质量浓度的相关性不同,低温高湿、小风速及无降水日出现高等级PM2.5污染的可能性较高。统计得到不同等级PM2.5污染时各气象要素范围,对PM2.5污染的空气质量预报有一定的指示意义。

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明:远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。

西安“8.3”大暴雨的环境条件与中尺度特征分析

基于陕西WARMS模式、FY2F卫星云图、多普勒天气雷达和地面加密观测等资料,分析总结了2015年8月3日西安致灾大暴雨过程(以下简称"8.3"大暴雨)的环境条件与中尺度特征。结果表明:该过程强度大、突发性强、降水落区集中,中低层快速东移南压的冷式切变线和地面冷锋是其主要影响系统,地面切变辐合偏弱、整层偏南水汽输送及其辐合不明显是大暴雨持续时间短、范围小的重要原因;地面冷锋后部偏北风遇秦岭北麓地形作用形成初始对流,高层北路冷空气侵入导致不稳定能量增大,二者共同作用触发对流与能量强烈释放,形成β中尺度对流系统,产生大暴雨;低层辐合、高层辐散和垂直上升运动中心偏强而无次级环流,造成暴雨范围小、持续时间短;暴雨区主要位于对流云团云顶亮温(TBB)梯度大值区,与3 h显著正变压中心梯度大值区和切变线交汇点南侧对应;雷达强回波区呈垂直塔状,质心低,属热带海洋型降水回波。在不稳定层结尤其是低层超绝热状态下,加强雷达资料分析研判,跟踪紧邻山地杂波的、孤立的、中心像素点反射率超过60 d Bz的小尺度对流单体发展,可提前发布秦岭北麓暴雨预警。

西安地区温度时空变化特征

对西安市各区县观测站1970-2013年的地面温度资料进行统计分析,从西安各区县的气温年变化、季变化、月变化以及突变检验等方面分析西安地区温度时空变化特征。结果表明,西安地区是增温明显的。1994年为全市年平均气温突变年,2000年全市年平均气温突变增高达最大值,趋势越来越明显,近44年存在显著的24年长周期变化震荡。

陕西伏旱天气及其成因分析

利用陕西省自1961年以来的夏季降水资料和对应的NCEP逐日再分析资料,对伏旱出现的时段、强度、典型夏涝年和伏旱年的合成环流特征等进行分析,力图寻找陕西省伏旱天气的主要影响因子。结果表明:陕西省夏季降水量存在着明显周期,其中关中地区为2a和5～6a;陕南地区为3a左右和10a周期;欧亚大陆上空槽、脊不明显或有弱脊存在时,无冷空气南下或水汽条件不充分,均易形成伏旱天气;伏旱年份的当年春季降水量可能显著偏多;太阳黑子相对数与陕西省伏旱天气具有一定的对应关系。

FY-4A产品在秦巴山区对流天气中的应用分析

以秦巴山区一次强对流天气过程为例,分析中国新一代静止气象卫星FY-4A多种产品的特征,揭示FY-4A产品在山区复杂地形下,应用于当地对流检测的效果。结果表明:FY-4A的云顶高度、云顶温度产品可以反映出对流初生、平移和成熟的特征,而云高、云温变率效果更加明显,还能有效区分对流成熟和减弱;FY-4A的对流初生产品和闪电产品没有检测到这次强对流天气,只有在对流云水平尺度较大、与环境背景对比明显时才有显示;FY-4A的云顶高度、云顶温度产品及其变率可以作为秦巴山区本地化对流检测和短时强降水预警的支持数据。

青藏高原东北侧MCC特征分析

从卫星云图、环流形势、水汽输送和冷平流作用等方面出发,对2000—2015年发生在青藏高原东北侧的中尺度对流复合体(MCC)进行综合分析,寻求该区域MCC特征,以有效提高该地区此类天气的预报、预警及防灾减灾服务能力。结果表明,2000—2015年,青藏高原东北侧MCC出现在秦岭南侧的占66%,多形成于后半夜;秦岭北侧的占34%,基本发生于傍晚至凌晨。MCC多出现在200 h Pa南亚高压反气旋的东北侧;对流层中低层,甘南、四川东部地区有低涡或切变配合;地面上,四川东部及陕南多为稳定少动的热低压控制。MCC发生时,南亚高压、低涡或切变相应东移,地面热低压北移,其北侧的冷高压同步南压明显。秦岭南侧的MCC多以对流单体发展或对流云团合并加强形成,此类MCC北伸、东移特征明显;秦岭北侧的MCC多为冷锋云系前部暖区的对流云团发展形成,该类MCC东移特征明显。青藏高原东北侧MCC的强降水往往出现在TBB梯度最大一侧,最大小时降雨量与TBB最低时段匹配较好。

基于流域总降水高分辨估计的暴雨灾害风险评估

提出了基于新一代多普勒天气雷达和自动气象站资料的流域总降水高分辨估计方法,结合灾情定量指标计算和水文资料,对2011年西安世园会期间陕西3次暴雨过程影响地区灾害风险进行了评估分析。结果表明,汉江上游流域是陕南灾害预警重点地区,流域内过程总降水明显增大是引发陕南次生灾害的主要因素;汉江上游和下游流域同时出现较大总降水时,由于上游降水对下游水文地质灾害的重叠效应和下游水情对上游自然排洪能力的影响,相关地市灾情将有所加重;同时,降水随时间的不均匀性和突发性也是引发灾害的重要因素。

ECMWF高分辨率模式2m温度预报误差订正方法研究

文章提出了一种结合滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法的综合订正技术,并对2016年5月1日至2017年5月1日期间24?168h预报时效内欧洲中期天气预报中心(ECMWF)高分辨率模式的2m最高和最低温度进行偏差订正和误差分析,主要结论如下:(1)ECMWF模式在江西省的温度预报整体上比实况偏低,最高温度尤为明显,模式温度的空间分布表现出显著的系统性偏差,且偏差在不同预报时效是稳定的,订正ECMWF模式温度具有可行性。(2)滑动双权重平均订正法中较长的滑动订正周期对模式温度预报有更好的订正效果,采用滑动订正周期20d是比较理想的。滑动双权重平均订正法具有持续的订正能力,但在季节过渡期间订正效果可能并不理想,而空间误差逐步订正法能进一步提高滑动双权重平均订正法的预报订正质量。(3)温度预报准确率表明,滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法综合订正技术较好地改善了站点温度的预报质量。经过订正后,模式最高温度24、48、72h预报误差≤2℃的准确率分别从0.59、0.55、0.52提高到0.75、0.68、0.62,模式最低温度24、48、72h预报准确率分别从0.84、0.83、0.82提高到0.89、0.87、0.85.订正后72h最高和最低温度的预报准确率都大于订正前模式24h的准确率。总体而言,该综合订正技术较好地订正了模式误差.且误差在空间分布上较均匀。(4)对于高山站而言,经过订正后的最高和最低温度与实况基本吻合。空间误差逐步订正法的订正量在±1℃之内,与滑动双权重平均订正后的偏差呈现一定的负相关,有正的订正效果。该综合订正法已成功运用于江西省精细化气象要素客观预报业务系统中。

关中地区两次初夏区域性暴雨过程特征分析

使用1°×1°的NCEP再分析资料、常规观测及云图资料,从环流形势、物理量和TBB特征出发,结合盛夏暴雨过程对比,分析总结2006年6月2-3日("0602"过程)和2013年5月25日("0525"过程)关中地区两次初夏区域性暴雨特征。结果表明,关中初夏暴雨发生前,青藏高压明显偏南、偏弱,暴雨区北侧200 hPa急流形态、位置变化小,急流轴南侧的风速经向切变明显增大。初夏暴雨期间无西太平洋副热带高压和远距离台风作用,上游与周边西风带影响系统差异导致低层水汽输送与辐合明显弱于盛夏暴雨,分布形态不同。850 hPa大陆东部高压稳定维持有利于初夏暴雨低层偏东南气流发展、维持。初夏暴雨发生在位势稳定层结环境,暖湿空气沿着低层冷空气向北爬升,暴雨中心等熵面随高度向北倾斜,存在能量锋生和对称不稳定。暴雨区上空中高层深厚的正位涡和低层浅薄的负位涡垂直差异增大,300 hPa以上增幅明显,存在位涡异常。初夏暴雨中心以东约300 km处纬向中尺度垂直环流有利于暴雨区上升运动维持,但上升中心强度、高度和低层高能轴附近不稳定能量明显小于盛夏暴雨。总螺旋度显著增幅区对初夏暴雨落区有指示作用,其正负区相交零线、正值区增大中心分别和大雨、暴雨落区北界一致。同时,关中以北存在显著负螺旋度区,总螺旋度正值范围、强度明显偏小,中心移动、增大区偏南,局地螺旋度垂直方向正值中心区域相对分散。关中初夏暴雨云系范围大,结构复杂,主要由对应高层显著反气旋区的北部盾状中高云区和南部带状低云区组成,云团中心TBB>-60℃、云顶偏低,暴雨主要位于南北云区交汇处的窄带强回波附近,而非TBB中心区或梯度大值区附近。

关中盛夏强湿雷暴环境条件与云微物理特征

利用NCEP、地闪、云图和WRF模式等资料,分析总结2010年8月11-12日和2011年8月15-16日关中近10年地闪次数最多的两次湿雷暴天气特征。结果表明:欧亚中高纬为两槽一脊环流形势,西太平洋副热带高压(下称西太副高)稳定少动控制陕西,关中低层受切变线直接影响,有利于盛夏强湿雷暴发生。北部高层冷平流和正湿位涡向南下滑,陕北能量锋区南压,陕西西南部低层暖舌向东北方向伸展,关中不稳定层结加强,最大对流有效位能超过3 000 J·kg-1,垂直上升运动深厚,是强湿雷暴发生的有利环境条件。西太副高偏强偏西,"上干下湿"层结不稳定,近地层高温高湿,对流有效位能偏大,垂直上升运动中心和对流云顶偏高,导致强湿雷暴比普通暴雨过程地闪明显偏多。关中地闪与强降水二者中心接近,密集区与低层高位温区走向一致,主要分布在50 m-2·s-2以下正螺旋度区。强湿雷暴不同阶段对流云团与地闪分布差异明显。发展阶段,MCS冷云罩显著扩大,北侧TBB大梯度区呈反气旋北凸,对流云顶和地闪密集区不一致,地闪趋于集中、频次增大;成熟阶段,TBB中心降至-76℃以下,地闪密集区与对流云顶基本重合,密度和频次达到过程最大,正闪分散在负闪密集区西南方向;消散阶段,地闪密集区与云顶逐渐分离,明显减弱、分散,正闪相对活跃。WRF输出的-20^-10℃层之间雪、霰粒子质量混合比与地闪频数呈正相关变化,可有效指示关中地闪发展趋势。雪粒子落区相对连续、在地闪周围,霰粒子相对分散、中心靠近地闪密集区。雷暴成熟阶段,雪、霰粒子分别在8~16km、6~12 km高度附近,密集区与显著上升运动区一致。上升运动偏强时,地闪平均电流和雨强偏大,与雪粒子空间相关性明显;上升运动偏弱时,地闪平均电流和雨强偏小,与霰粒子相关性明显。地闪频次峰值出现在对流云发展最高时段,频次成倍增大之后3 h内冷云面积显著增大至峰值,随后周边出现过程最大雨强。

秦岭北麓一次暴雨天气在风廓线雷达资料中的分析

[目的]分析2011年8月15日西安市长安区一次暴雨天气中风廓线雷达资料的变化特征。[方法]利用固定式边界层风廓线雷达资料,根据当地的地理环境,着重分析2011年8月15日西安市长安区一次暴雨天气的降水前和降水期间的风廓线资料,研究降水前和降水期间多普勒雷达图、风廓线资料的变化特征。[结果]对流天气来临前,风的脉动变化较大,水平风在垂直方向上2 000 m左右高度出现正的垂直风速切变,降水前最大探测高度明显升高;长安边界层风廓线雷达可获得时间和空间分辨率较高的风廓线资料,其探测到的水平风场资料可清晰地监测大风天气的发生和变化过程。长安区地处秦岭北麓,地形因素是一个很重要的需要考虑的条件,雷暴大风分布与阶梯地形相一致。[结论]该研究为长安的强对流天气分析提供科学依据。