太行山东麓焚风天气的统计特征和机理分析Ⅰ:统计特征

利用2007-2008年京津冀区自动站资料,根据小时变温,对太行山东麓焚风天气进行了详细的统计和分析。结果表明,焚风具有明显的季节变化和日变化,其分布特征在夜间表现明显,强焚风一般出现在太行山东侧50km内,而弱焚风则可到达太行山以东100km范围内;太行山北段的东南侧和南段的东侧呈现出两个焚风中心,而中段附近焚风出现的相对较少;焚风出现的位置与风向的关系密切,西北风造成的焚风主要出现在太行山北段东侧,偏西风主要影响太行山南段,而西南风主要影响中段;焚风强度与风速大小有一定的对应关系,具有明显的阵性特征;在红外云图中焚风常表现为一条明显的暗带;太行山东麓焚风造成的加热区可向东或东南方向移动,影响河北平原。     

一次太行山焚风对霾强度的影响分析

利用NCEP再分析资料、逐5min地面自动气象站、激光雷达、风廓线仪和微波辐射计等资料,对2015年石家庄冬季一次典型焚风过程中霾强度的变化进行了分析。结果表明,在静稳天气形势下,华北地形槽使太行山东麓发生了明显的焚风现象,焚风带来湿度的快速下降,进而引起水平能见度迅速上升、PM_(2.5)浓度迅速下降,霾强度明显减弱。激光雷达可以直观地反映焚风发生前后边界层结构特征和污染物浓度的变化。风廓线仪分析表明,焚风过程300m以下风向、风速的变化明显,表现为风速的加大和风向的多变,说明风场有强的脉动。焚风现象向平原水平推进的距离大概为25km,垂直影响的高度在1km以下。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

的石家庄“火龙凤”

石家庄地处太行山东麓,每当从西部高原东移并垂直于太行山的气流,越过山脊,在背风坡一侧下沉时干绝热增温,风速增大,温度陡升,形成又干又热的焚风,俗称“火龙风”。据统计石家庄平均焚风为19天,最多的年份可达49天,当出现焚风时,     

石家庄温度预报检验及影响因子分析

对石家庄市2004年11月－2008年3月的温度预报进行了质量检验。结果表明：石家庄最低气温和最高气温的平均绝对误差均低于2 ℃,均方根误差低于3 ℃,最低气温预报准确率明显优于最高气温。进而对温度预报误差较大的样本出现原因进行了逐日客观分析,并通过自然正交函数分解（EOF）法,对不同情形下石家庄及周边县站极端最高、最低气温EOF分解特征向量场的变化特征对比,推断出影响气温预报偏差的主要因子大致相同,焚风是导致温度预报出现较大误差的重要原因。     

湖泊和上风向地形对纳木错地区秋季降水影响

首先利用中国区域地面气象要素数据集(CMFD)分析了1992-2015年纳木错地区月平均降水分布,发现湖泊效应导致的下风向降水在10-11月较为明显。其次根据中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站自动气象站2 m的风速和气温的数据,分析了2005-2015年焚风累积发生次数的月分布特征,发现12月焚风发生几率最大,且10月是秋季中发生焚风现象次数最多的月份的结果。再者,运用WRF模型对纳木错地区10月份降水进行了模拟,发现在已有大气环流背景条件下,纳木错地区秋季降水受到湖泊存在的影响比上游地形影响显著。有、无湖模拟试验表明,纳木错地区湖泊的存在会使周边地区尤其是湖泊下风向降水增多,影响范围可达100 km。上风向较高地形会使整个区域降水小幅增加,上风向地形导致的焚风效应对纳木错地区降水的影响较弱。     

乌鲁木齐冬季浅薄型焚风对大气扩散条件及空气质量的影响

基于2013—2015年冬季乌鲁木齐市6个环境监测站6类污染物逐时的浓度数据,结合乌鲁木齐逐时的地面气象数据、风廓线雷达及常规探空资料,分析了浅薄型焚风对大气扩散条件及污染物浓度变化规律的影响。研究发现:冬季乌鲁木齐浅薄型焚风的出现频率为57.3%,焚风气流平均气流底高约600 m,气流顶高约2100 m,气流厚度约1500 m;乌鲁木齐市冬季焚风日大气扩散条件与非焚风日相比,最大混合层厚度偏低200 m,逆温层厚度偏厚350 m,逆温差差异达4.4℃,逆温强度和平均风速差别不大;焚风日各污染等级的出现频率都高于非焚风日:Ⅲ-Ⅵ级污染日出现频率累积偏高18%,Ⅵ级严重污染日则必有焚风相伴随;除O3以外,焚风日里各类污染物浓度都高于非焚风日,但日变化规律类似;6类污染物浓度的空间分布在焚风日和非焚风日一致,但是各站污染物浓度均高于非焚风日(O3除外)。市区偏南地带空气质量稍优于市区中心和北部地区。     

乌鲁木齐冬季浅薄型焚风对扩散条件及污染物浓度的影响

本文针对峡口城市乌鲁木齐市2013-2015年冬季6个环境监测站、逐时的6类污染物浓度数据,气象数据及风廓线雷达资料,分析了浅薄型焚风对扩散条件及污染物浓度的影响。研究发现：冬季乌鲁木齐出现浅薄型焚风的频率为57.3%,平均气流底高约605m,气流顶高约2108m,气流厚度约1502m;乌鲁木齐市冬季焚风日比非焚风日混合层厚度低200m,逆温层厚度厚344m,逆温差大4.4℃,逆温强度强0.01℃/100m,平均风速小0.1m/s;空气质量各污染等级出现频率焚风日都高于非焚风日,3级高18%,5级以上重度污染高7%;污染物浓度日变化呈双峰结构,并表现为焚风日污染浓度＞冬季平均浓度＞非焚风日污染浓度;污染物浓度（除O3外）空间分布特征为焚风日比非焚风日高。     

石家庄地区大风日数气候变化特征

以1972-2009年石家庄地区17个地面观测站大风资料为依据,运用线性倾向估计、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法对石家庄地区及5个代表站大风日数时空特征进行分析。结果表明：石家庄地区年平均大风日数空间上呈“几”字形分布;5个代表站大风日数气候特征一致：春天多,秋天少。石家庄市的大风日变化显著,白天出现大风的机率明显高于夜间,尤其是10-16时出现最多,占总次数的45.8%。石家庄地区及5个代表站均表现为20世纪70年代大风日数最多,近38 a来大风日数均呈线性减少趋势;同一年代不同区域的大风日数年代平均值存在明显差异。石家庄地区及5个代表站大风日数的周期性特征显著,各站的长、短周期内均处于大风日偏少期;石家庄地区及5个代表站中有4站的年大风日数发生了突变性减少。     

2009年石家庄暴雪过程降雪雷达估测

介绍了天气形势和采用多普勒雷达资料进行降雪估测的原理,利用雷达与降雪加密观测资料,对2009年11月10—12日石家庄地区暴雪过程采用卡尔曼滤波法进行降雪估测。研究表明：①卡尔曼滤波降雪估测法对石家庄地区的降雪估测效果较好,尤其是对较强降雪（大于等于2 mm/h）的估测。②采用卡尔曼滤波估测法对石家庄地区进行降雪估测,要根据不同的地理特征和雷达反射率因子、回波顶高等特征采用不同的仰角进行降雪估测,与雷达降水估测的仰角选取有一定的差别。因此,充分利用雷达产品与降雪加密观测资料能够估测降雪分布,可以为决策服务提供一定的科学依据。     

太行山东麓焚风天气的统计特征和机理分析Ⅱ:背风波对焚风产生和传播影响的个例分析

利用中尺度模式WRF3.3对太行山东麓焚风典型个例进行了数值模拟。结果表明,太行山东麓焚风的发生和移动与山脉背风波密切相关。由此建立了太行山东麓焚风的概念模型:西北或偏西气流途经山西盆地、山西境内的山脉或高原,再越过太行山,在其东麓形成背风波。背风波的下沉气流气温按干绝热方式上升,同时下沉气流也会对低层大气产生压缩增温效应,使得太行山东麓产生焚风。背风波即为重力波,可以伴随着下沉气流向下游移动,正变温区同时也向东移动。变温区移动的速度和重力波的传播速度相同。背风波的产生,需要Scorer数向上足够的减小,而且不连续,即要求大气是稳定的且存在明显的风速切变。     

一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析

利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料，结合常规综合观测资料，对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析，重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的三维风速（流场），并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示，高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖，槽后冷空气沿偏北气流南下，形成上干冷、下暖湿的不稳定层结，在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气；双多普勒雷达反演风场表明，雹云的中层强回波中心呈明显的“S”形水平流场和悬挂回波配置特征，构成了具有成雹的“0线”结构；不仅佐证了雹云降雹“0线”结构的存在，而且证明其呈现形式具有多样性。      

石家庄暴雨的气候特征和变化规律

利用石家庄地区17个观测站1972～2007年的逐日降水资料,采用线性趋势、统计学方法、功率谱方法以及Mann-Kendall法分析了石家庄地区暴雨的气候特征和变化规律,并运用皮尔逊相关系数分析了暴雨日数和高温日数的关系.结果表明:近36 a中,石家庄地区少暴雨年明显多于多暴雨年,正常年份则趋于正常;在季节分布上, 4～11月均会出现暴雨,以6～9月为明显,但主要集中在7、8月;暴雨发生次数6月上升趋势最明显, 7月下降趋势明显;在旬季分布上,暴雨从5月中旬开始缓慢增加,7月上旬则急剧增加,8月上旬达到峰值,而后开始下降.6月下旬的上升趋势最明显,7月下旬的下降趋势最明显;在空间分布上,石家庄的暴雨发生次数从西北、东南向内部逐渐减少;各站年均暴雨次数均在1 d以上.石家庄地区的西部、北部、东北部的年暴雨次数呈上升趋势,东部、南部、西北和市区的年暴雨次数则呈下降趋势.年均暴雨发生次数存在4 a、3 a和2.18 a的显著周期.石家庄的年均暴雨次数和年均高温日数之间存在显著的负相关关系.     

A numerical experiment of mesolow on the eastern side of the taihang mountains

A numerical experiment on the formation and decay process of a mesolow on the plain east to the Taihang Mountains has been conducted. The dynamical effect of the special topography of the Taihang Mountains and the Yanshan Mountains on the formation of the mesolow is very important. Namely, the difference of the heating be-tween the Taihang Mountains and the North China plain plays an important role in the formation and decay of the mesolow.     

自动气象站与人工观测降雨量的差异及原因

本文通过统计及相关分析,对太行山区的气象资料及中药材的产量按时间序列分型,从生长发育中的光能、热能、水分（降水）、风能等方面进行了分析研究,找出了影响中药材的产量与品质的春季气象灾害指标,建立了气象因子对太行山区中药材影响的技术模型以及中药材气象灾害预警系统.     

中国气候变化预估数据在河北地区的检验分析

应用观测资料对中国地区预估数据集进行检验分析。结果表明:1)7月降水量,区域模式在张家口南部桑洋河盆地和北部坝上地区的模拟值偏大,而在北京东边兴隆高山区和东南沿海地区的模拟值明显偏小。2)7月最高气温,在北京东边兴隆高山区和东部平原的模拟值明显偏高,而在张家口南部桑洋河盆地和太行山东侧的模拟值偏低。3)1月最低气温,在北京东边兴隆高山区、太行山北段高山区和东部平原地区的模拟值偏高,而在张家口南部桑洋河盆地和太行山东侧的模拟值偏低。4)无论是对降水还是气温,由于全球模式的空间分辨率偏低、很难描述河北地区的地形特征,所以模拟结果很差。由于区域气候模式的分辨率提高、对河北地区地形特征的描述有了改进,所以模拟效果有明显改善;但受分辨率所限,它对局部地形如兴隆高山、桑洋河盆地、太行山北部高山等地形特征的描述不是很好,造成模拟结果在这些地区出现系统性偏差,因此应用这些数据时需加以订正。     

1980－2018年山西省太行山南麓暴雨时空变化特征

基于1980-2018年山西省太行山南麓晋城市5个站点的降水资料,利用小波分析和Mann-Kendall方法,研究了太行山南麓暴雨时空变化特征。结果表明:39年平均年暴雨日数有0.9个,年际变化幅度较小。暴雨量与暴雨日数的空间分布并不一致,1980、1981、1982、1995和1996年暴雨日数较多。分析50-59、60-69、70-79、80-89、90-99、100以上6个暴雨量区间空间分布发现,暴雨的空间分布在不同区间并没有明显的趋同性。年暴雨降水量有不同程度的增加趋势,晋城市下辖5站暴雨量趋势均存在突变,突变时间存在差异,暴雨量在19811983年和19921995年为两个峰值时段,之后有所缓和。39年暴雨时间序列的小波波谱显示,太行山南麓暴雨呈现0~3 a、3~7 a、8~24 a等3类周期准振荡变化规律,各波动周期稳定性和显著性不同。3~7 a出现5个多少准周期振荡,该周期表现较为显著,8~24 a出现2个准振荡周期,且这两个周期非常稳定,具有全域性的特征。晋城市3~7 a的暴雨振荡周期和8~24 a特大暴雨振荡周期与现实非常吻合。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。