ECMWF细网格数值预报产品在山东汛期强对流天气预报中的检验

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、ECMWF细网格数值预报产品(下简称EC产品)24～48 h预报资料,对2018—2019年山东省汛期(6—9月)强对流天气的影响系统、关键物理量及降水量进行分析检验,结果表明:(1)EC产品对西风槽和副高北界有较好的预报和模拟能力。(2)EC产品对0℃层高度预报的准确率达100%,但对-20℃层高度的预报效果较差。(3)EC产品对CAPE值的预报准确率较低,误差以偏大为主;其对热力不稳定指数的预报效果差别较大,T_(500-850)的预报效果最好,其次为K指数,效果最差的为LI指数;EC产品对低层湿度的预报效果较好,预报准确率2 m露点温度925 hPa比湿850 hPa比湿。(4)EC产品对强对流过程降水量最大值的预报一般小于实况,对中雨及以上量级降水范围的预报一般小于等于实况。     

基于高分辨率资料的湿螺旋度指标及其对成都强降水的预报应用

为了更好的提高成都地区(30.1°N-31.5°N,103°E-104.9°E)强降水的预报准确率,利用国家气象中心(T639)高分辨预报场(0.28°×0.28°)资料以及加密自动站降水量资料对成都地区2011-2012年汛期(7-9月)共计15例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析,分别归纳总结出3 h、24 h内强降水发生、发展及落区分布的判据。利用这些判据对2013年6月20日以及7月8日发生在成都地区的两例强降水过程进行检验,同时根据这些判据对成都2013年6-8月强降水过程进行检验评分并投入业务试应用。结果表明,低层湿螺旋度对成都区域性暴雨的预报准确率较高。700 h Pa和850h Pa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布有较好的预报效果,强降水出现在700 h Pa湿螺旋度正、负值等值线密集区(靠近正值一侧),以及850 h Pa正值区;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~80×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性暴雨天气;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~140×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性大暴雨天气;当不同层次上出现300×10-11~500×10-11Pa·s-3时,可能出现局地强对流天气,如大风、短时强降水等。     

台风降水云区中单站强降水诊断分析和预报

实际工作表明,在台风降水云区中,有的站点有大暴雨、有的站点无大暴雨发生。这给单站预报带来较大难度。为了提高降水云区中单站大暴雨预报准确率,本文利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对登陆台风“云娜”在西进途中多站点进行水汽来源、不稳定层结的维持以及次生中尺度辐合等方面的研究,探讨单站大暴雨发生、发展机制和不发生大暴雨的成因。结果表明:单站有大暴雨发生的主要成因是有次级环流出现,如:站点上空∑θse(5 7 8)≥230℃。站点200 hPa为明显的负温度平流,850 hPa为明显的正温度平流。站点高低层均为正涡度中心,且低层的正值大于高层的正值。高低层散度都为负值中心;或高层为正值中心、低层为负值中心。站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa/s以下。站点需要有源源不断的充足水汽的供给和辐合。台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素时大暴雨易发生。     

台风"云娜"降水云区中单站大暴雨诊断分析和预报

在台风降水云区中,有的站点出现大暴雨,有的站点不出现大暴雨,这给单站预报带来难度。为了提高台风降水云区中单站大暴雨预报准确率,利用T213客观分析场和预报产品,采用多种物理量综合诊断分析方法,对2004年第14号强台风“云娜”在西进途中的多站点进行水汽来源、不稳定层结维持以及次生中尺度辐合等研究,并探讨单站大暴雨发生发展机制和不发生大暴雨的原因。研究表明:单站大暴雨发生的主要原因是有次级环流出现;站点200hPa为明显的负温度平流,850hPa为明显的正温度平流;站点高低层均为正涡度中心,且低层正值大于高层正值;站点散度场高低层都为负值中心,或高层为正值中心、低层为负值中心;站点垂直运动中心速度值要达-140×10-3hPa·s-1以下。另外,站点有源源不断的水汽供给与辐合;台风中心西北部水汽通量大值区靠近台风中心西部干舌梯度最大处以及风向和风速辐合最大处。在台风降水云区中,当站点满足上述各要素值时大暴雨容易发生。     

哈密市一次暴雨过程成因分析及数值预报检验

利用常规观测资料,EC—thin初始场资料,NCEP再分析资料,分析了2017年8月17—19日哈密市一次暴雨过程。结果表明,南亚高压双体型,中亚低槽东移南下的有利大尺度环流背景下,中、高、底层3支气流为暴雨提供了有利的动力及水汽条件,中尺度辐合与切变对降水起到积极作用。水汽来自西北、西南、东南3个方向。暴雨发生前各物理量表现为底层辐合上升,高层辐散下沉的动力配置;对EC细网格、T639数值预报模式降水量产品进行检验发现,EC细网格与T639总降水量产品的大雨预报准确率较高,EC细网格大尺度降水量产品预报准确率偏低,EC细网格降水量产品对暴雨落区没有预报能力,T639暴雨区预报与实况较为接近,但存在一定的偏差。     

台风“韦森特”暴雨天气过程预报技术分析

利用常规气象观测资料、T639和EC产品资料及卫星云图,结合梧州多普勒天气雷达回波等资料,对2012年7月24～25日台风“韦森特”造成暴雨的成因进行分析,并对各种模式的预报结果进行对比分析.结果表明:(1)“韦森特”台风是副热带高压南侧的偏SE气流引导下西行影响梧州的,台风结构对称,水汽充足,影响时间较长是产生强降水的主要原因;(2)850hPa水汽通量散度负值较大区是梧州“韦森特”台风暴雨强降水区;(3)EC和T639数值预报产品对“韦森特”台风的路径预报比实况均偏南,但时效越近偏差越少,雨量预报则存在量级偏小问题.     

厦门至莆田登陆台风对温州雨量影响研究

利用常规资料、NCEP/NCAR2.5°×2.5°每日4次再分析资料对1971—2012年在厦门至莆田登陆台风对温州的雨量影响进行了研究。厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的其登陆时强度一般在强热带风暴或其以上,登陆后路径一般都是偏西行或西北行,登陆前24h温州850hPa会出现偏东风急流、500hPa会出现偏东风,登陆时温州700hPa会出现相对湿度≥80%的湿区,925hPa水汽通量散度中心值一般≤-4×10~(-8)g·cm~(-2)·hPa~(-1)·s~(-1),700hPa垂直速度中心值一般≤-0.25m/s,700hPa螺旋度中心值一般≥125×10-7hPa·s~(-2)。     

2012年初夏西北干旱区罕见区域性大暴雨天气过程分析

利用常规观测资料、美国环境预报中心逐6 h FNL(1°×1°)再分析格点资料、NCEP/NCAR(2.5°×2.5°)逐6 h再分析资料、FY-2E气象卫星资料和雷达回波资料,用天气学分析和物理量场诊断分析方法,探究了2012年6月4~5日发生在新疆库尔勒至甘肃玉门一带干旱地区60 a一遇的大暴雨天气过程的水汽来源以及触发机制。结果表明:中层强盛西南低空急流和低层偏东低空急流为暴雨区源源不断地输送水汽并带来不稳定能量;前倾槽结构和低层增温增湿,形成大气层结强烈对流不稳定;低层切变线(850 h Pa)和其上空辐合线(700 h Pa)叠加,导致不稳定能量释放,诱发大暴雨天气过程发生;低空辐合高空辐散,形成整层上升运动,为大暴雨的发展和维持提供了动力条件。     

新疆一次暴雨过程的观测分析及水汽特征

2015年4月15—17日北疆和南疆东部出现了一场较强的暴雨过程,此次暴雨是在中亚低涡减弱成槽分裂短波、北方有冷空气补充的大尺度环流背景下产生的。观测分析显示,卫星云图相当黑体亮温TBB-42℃区域可能出现中等强度降水、TBB-52℃时最大小时雨强可能大于7 mm·h~(-1);乌鲁木齐风廓线雷达的反射率因子产品在大于20 d Bz的强回波出现后的30 min左右雨强增大。分析得出,水汽输送主要出现在临近暴雨前6~12 h的低层700—850 h Pa,而最大水汽通量值12 g·(cm·h Pa·s)~(-1)出现在850 h Pa,乌鲁木齐暴雨前期,出现低空急流后,5 min雨强增强,但中后期降雨强度主要取决于低空急流和中层大风速带携带的水汽及辐合抬升的强度。本文最后讨论了中国气象局沙漠气象研究所的区域数值预报模式、ECWMF和T639对这次暴雨过程的预报。     

韶关一次台风低压大暴雨预报失误的诊断分析

利用NCEP1°×1°的6h再分析资料和气象常规观测资料,对2008年4月20日夜问韶关市一次预报失误的台风低压大暴雨进行诊断分析。结果表明,主要由弱冷空气南下引起的低层强辐合、高层强辐散和强烈深厚的上升运动构成大暴雨的动力条件,低层充足的水汽输送提供了有利的水汽条件;台风“浣熊”登陆减弱后的低压系统和西南引导气流输送不稳定能量到韶关,并得到释放,弱冷空气是动力触发机制;地形对大暴雨的作用主要体现在分布特点和局地变化上。最后分析预报失误的主要原因是对“浣熊”移动路径和弱冷空气作用估计不足,并发现清远站的不稳定能量变化很好地指示了大暴雨的发展过程,可作为韶关暴雨预报的参考经验。     

二阶位涡在暴雨预报中的应用

提出并推导二阶位涡物理量,并利用美国NCEP/NCAR 0.5°×0.5°GFS的24 h预报资料,计算了东北冷涡暴雨、锋面暴雨、低槽暴雨、台风暴雨等类型暴雨500—850 h Pa二阶位涡绝对值的垂直积分,与相对应时刻的24 h累积地面观测降水量进行对比。结果表明：二阶位涡的水平分布与暴雨落区有较好的对应关系,其对观测降水具有指示预测作用。2013年6—8月华南地区（20°—35°N,105°—125°E）24 h预报的6 h累计降水量大于10 mm的ETS评分表明,二阶位涡预报降水的平均ETS评分高于美国GFS预报降水的平均ETS评分,其对降水有较好的指示作用。     

台风尼伯特、莫兰蒂和鲇鱼对温州短临雨量影响分析

2016年台风尼伯特、莫兰蒂和鲇鱼均在闽南登陆,尼伯特对温州影响轻,莫兰蒂和鲇鱼给温州带来严重影响。利用温州国家气象站及区域站雨量探测资料、NCEP 2.5°×2.5°日平均再分析资料、逐3 h NASA可视化GEOS-5模拟资料、逐6 min洞头风廓线资料和浙江省短临天气监测和预报产品显示平台逐10 min降水预报产品对3个台风短临雨量影响进行分析。尼伯特对温州影响小,莫兰蒂和鲇鱼给温州西部带来了严重影响;闽南登陆的3个台风对温州的雨量影响主要集中在登陆后;莫兰蒂和鲇鱼登陆时500 h Pa在蒙古一带存在低压,导致了冷空气侵入台风环流,强盛的副高和逐渐靠近的台风之间加大的气压差利于急流产生和加强,温州850 h Pa出现东风急流和大范围≥90%的湿区的时间提前量均在24 h以上;莫兰蒂和鲇鱼在温州短时强降水发生前,伴随着低空急流的突增过程,短时强降水结束前急流已经消失,急流风向转南或者西南方向并不能确认短时强降水结束;浙江省短临天气监测和预报产品显示平台逐10 min更新的3 h雨量预报在3个台风影响期间对≥50 mm/3h的强降水预报起止时间基本准确,落区基本准确但略有偏差,形态基本吻合,预报雨量中心极值比实况偏小约65%~70%。     

近54年影响清远热带气旋的气候及环流形势特征

利用清远7个气象观测站的1957—2010年历史气象资料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料,对影响清远热带气旋(TC)的气候特征及其成因进行分析。结果表明:TC影响异常偏多年份,7—9月200 h Pa南亚高压偏强,高空辐散的抽吸作用对登陆台风低压的垂直运动和低空辐合上升运动有正贡献;500 h Pa副高主体呈带状,TC受副热带高压南侧东南气流操纵,向西北方向移动,常在广东沿海登陆;850 h Pa西南季风强盛,中低层的水汽输送明显增加,从而使台风低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢。无TC影响年份500 h Pa副高呈方块状,面积宽广,南海和西太平洋受副热带高压控制,不利于TC生成。     

一次华南暖季高架雷暴的天气特征

利用常规气象观测资料、风廓线雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°分析资料,对广东暖季一次伴有短时强降水、强闪电和瞬时大风的强高架雷暴过程进行了分析。结果表明:雷暴发生在地面锋线以北200~400 km处,850 h Pa切变线、700 h Pa低空急流和500 h Pa西风槽前西南风动量下传致使低层风速脉动增强等是触发高架对流的有利动力条件。900 h Pa以下存在逆温层,850 h Pa暖平流加强了逆温层以上层结不稳定,垂直运动发生在逆温层以上,最大上升速度中心在700 h Pa及以上层次。水汽分布呈"上干下湿"状态,低层广东中南部存在明显的水汽辐合,水汽主要来源是孟加拉湾。另外,短时大风的出现可能与强降水粒子在较大环境风中的下沉拖曳作用有关。     

台风"利奇马"引发东北地区大暴雨过程的异常环流分析

利用地面自动站观测资料、NCEP分辨率1°×1°再分析资料,诊断分析2019年9号台风"利奇马"在东北地区产生大暴雨的成因.结果表明:对数分布显示最大日降水量超过当地100年一遇的重现期值;500hPa副高为正异常,台风区域高度为负异常;低层风场存在一条带状的>10σ的正异常带,且主要异常出现在经向风速上;850hPa比湿偏大6～7个σ,水汽通量偏强2～4个σ,台风是本次强降水过程水汽与能量的来源,长时间维持的低空急流提供能量和水汽的输送;西风槽冷空气的侵入释放大量斜压位能,增加了降水强度.     

庐山夏季台风暴雨物理量分析

利用地面观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料,对庐山夏季强降水的天气系统进行统计分析和物理量计算,结果表明:台风是庐山后汛期暴雨或大暴雨产生的主要天气系统;台风暴雨分为A型和B型两种降水类型;涡度、散度、螺旋度、垂直速度、水汽通量与水汽通量散度等物理量与台风暴雨关系密切,物理量特征阈值对确定台风暴雨预报有一定指导意义;24°N~30°N、116°E~120°E为物理量特征区域,各物理量在特征区域中超过阈值时,庐山极有可能有暴雨发生。     

配料法在暴雨精细化预报中的应用

利用欧洲中心高分辨数值预报产品提供的细网格气象要素场与陕西1 520个自动气象站降水资料相结合,采用配料法,选取对强降水有显著影响的3个气象因子比湿、垂直速度、温度,对陕西暴雨进行反演。在预报时效72 h内,提供网格点间距为0.25°×0.25°,时间间隔为3 h、6 h、12 h、24 h的强降水预报产品。该产品订正了EC强降水对陕西区域降水预报偏小的误差,提高了强降水预报的准确率,对暴雨的精细化预报具有一定的指导作用。     

2014年6—8月数值模式产品对山东气温预报的检验分析

为检验不同数值模式产品对山东不同站点2m日最高、最低气温24h预报效果,利用2014年6—8月逐3h的WRF-RUC、EnWRF确定性预报、不同集合百分位数、T639、中国气象局下发的T639-MOS解释应用产品以及EC细网格预报进行TS评分、误差等分析。结果表明：EC细网格对内陆最高气温预报准确率最高,EnWRF确定性预报次之,EC细网格和T639-MOS对内陆最低气温预报准确率最高。T639和EC细网格分别对沿海最高和最低气温预报准确率最高。对各模式单站气温预报进行最优模式分析发现,对于最高气温预报最优的模式为EC细网格和EnWRF确定性预报,分别集中在鲁西南和鲁北、鲁中和鲁东南。对于最低气温预报最优的模式为EC细网格和T639-MOS,T639-MOS主要对鲁中山区预报较好,其他地区两个模式预报效果基本相当。     

台风“彩虹”过程的湿位涡分析

采用NCEPFNL 1°×1°再分析资料、国家气候中心0.1°×0.1°降水融合资料以及地面观测站逐时雨量数据对台风"彩虹"过程湿位涡进行分析。结果表明:850 h Pa上MPV1正负值交界的等值线密集区、925 h Pa上MPV1负值区与强降水区域均有很好的对应关系;高层MPV1正值,低层负值,有利于能量下传,增强了对流层低层的不稳定度(即θe/p增加),导致不稳定能量释放;在台风中心附近有-θe/p≈0转为0,有利于上升运动的发展;在低层MPV2正负值弱中心降雨均不明显,反而在正负值交界等值线密集区的近负值区域一侧降雨强度大,在一定程度上可根据MPV2的分布得出冷暖空气的相互作用。     

1522号强台风“彩虹”特征及成因分析

利用常规观测、Micaps、自动气象站资料,对1522号台风"彩虹"的天气过程的环流形势、物理量诊断、单站气象要素演变特征、环境条件及中小尺度系统进行了分析。结果表明:肇庆各地气压最低值出现在台风登陆前后1h内,强降水峰值出现前约1-2h,强降水发生前气压突降现象与强降水的时段有很好的相关性,能为预报提供参考;台风"彩虹"发展在东北高西南低气压场背景条件下,往垂直风切变小的地方移动;暖云层厚度较厚,暖云层中水汽接近饱和,地面至850h Pa和700h Pa的风垂直切变数值均比地面至500h Pa大。中低层的风垂直切变很大,水汽条件和动力条件有利于强降水的产生;小涡旋的长时间维持,配合强盛的东南风,在西北高东南低的地形作用下,有利于产生持续的强降水。