2004年7月10日北京暴雨的中尺度分析

利用常规探测、地面加密观测、NCEP1°×1°的6小时资料和雷达资料对2004年7月10日北京罕见的局地暴雨进行了天气动力学和中尺度分析。结果表明这次暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,造成强降水的3个雨团在时空尺度上具有中β尺度系统的特征,不断移入的对流回波是降水的直接制造者,中尺度辐合线和小低压为降水发生提供了有利的触发条件。     

北京地区雷暴大风不同生命期内的雷达统计特征及预警提前量分析

选取2010—2014年发生在北京地区的19个致灾的雷暴大风天气过程,应用北京新一代多普勒天气雷达体扫资料的反射率因子和径向速度产品,分析了雷暴大风天气不同生命期内的雷达回波特征。分析发现依据径向速度大值区能对77.8%的带状回波造成的雷暴大风天气提前发布预警,能对100%的弓形回波造成的雷暴大风天气提前发布预警,而其中有67%可提前30min发布预警;孤立的块状回波前侧均未观测到阵风锋回波,径向速度图未观测到入流急流,径向速度大值区不明显。但径向速度图上观测到的中层径向辐合、入流急流、中气旋及反射率图上观测到的阵风锋都为雷暴大风的提前预警提供了重要指示特征。     

基于贝叶斯方案的雷达反射率反演水汽及其同化试验

雷达资料是目前为数不多有能力为高分辨率预报模式提供高分辨率信息资料的资料之一。为充分利用该资料所包含的中小尺度信息,文中基于雷达反射率,利用贝叶斯方法反演出大气相对湿度;将质控后的资料引入3Dvar系统进行同化分析,为高分辨率模式提供初值场。以台风“妮妲”登陆为例,通过一维反演及三维变分系统分析,有效地订正了实况有回波而模式预报无回波区域的大气湿度趋于合理,增加背景场的湿度,减小模拟回波比观测偏强的区域的大气湿度;同化大气湿度后模式在前6小时报出的台风外围回波分布、演变更合理,改进了降水雨带的分布与强度。1个月的批量试验反映1D+3Dvar同化雷达资料后,大气对流层中低层（850~400 hPa）增湿明显,其增湿影响程度可延续12小时以上。其逐时降水预报在前12小时的TS均比控制试验高,而大于5 mm以上降水预报偏差则与控制试验的大略一致或更接近1。      

一次引发强降水的热带低压对流云团的多尺度特征分析

利用每10分种一次地面自动站常规观测资料，以及每5分钟一次多普勒天气雷达和每小时一次卫星等非常规资料，对一次造成上海地区特大暴雨的热带低压对流云团的多尺度特征进行分析，取得主要结果：（1） 本次暴雨过程由三次强降水造成，每次强降水都由?和?中尺度雨团构成，表明引发强降水的热带低压对流云团内部的多尺度特征；（2） 热带低压对流云团在上海地区的维持和加强是由其移动方向右后侧的?和?中尺度对流单体不断新生、发展和合并的结果，这一过程对应于雷达强回波带的新生、发展和合并现象；（3） 自动站风场分析出中尺度辐合线的位置和强度与中尺度雨团的落区和强度对应，雷达基本反射率和径向风资料进一步证实了气流辐合区是对流单体生成的区域。     

河南省一次暴雪伴雷电天气的形成机理

为探讨河南冬季暴雪伴雷电天气的成因,利用常规观测资料、雷达资料和NCEP的1°×1°的每6小时分析资料,分析此过程的天气形势特点、高低空急流的作用、雷达回波结构特征及反映动力、热力和水汽条件的相关物理量场的特征.结果发现,强降雪伴雷电现象发生时,逆温层的高度达到600 hPa以上;对流不稳定区出现在对流层中层,有利于上...     

梵净山区域暴雨过程中小时降水雷达回波特征分析

利用梵净山周边区域自动站逐小时降水资料和铜仁雷达观测资料,对2017—2018年铜仁市梵净山周边区域暴雨过程中逐小时分级降水的雷达类型和回波特征进行分析。结果表明:①梵净山区域暴雨过程中小雨、中雨、大雨年均总站次的日变化均呈双峰型分布,而暴雨年均总站次呈单锋型,并且具有明显的夜雨特征。②造成梵净山区域暴雨天气的雷达回波类型可分为本地发展型、移入型和合并加强型3种。③小时雨强与回波强度呈正相关,而与移动速度呈反相关。④径向速度图上中雨量级降水有弱辐合特征,大雨量级降水出现弱的逆风区结构,暴雨量级降水有明显的辐合辐散和速度对特征,且存在逆风区结构,逆风区位置对应强回波中心。⑤垂直累计液态水含量大值区及回波顶高度与反射率因子大值区有较好的对应。     

基于模糊逻辑的风廓线雷达功率谱数据质量控制研究

随着风廓线雷达组网观测系统建设的推进,质量控制是提高风廓线雷达观测资料应用效益的重要环节。通过介绍风廓线雷达回波信号的产生机理、信号与数据处理流程,研究了风廓线雷达多普勒功率谱的湍流回波与干扰回波的特征,给出了功率谱的特征量,提出了基于模糊逻辑提取大气湍流回波信息的质量控制方法,改进了多普勒速度估算的准确性。为检验质量控制方法的可靠性,以合肥2008年6月4日10:42:16(北京时,下同)东波束和8日10:36:20西波束的多普勒功率谱数据处理为例开展了风廓线观测资料质量控制的个例试验分析,结果表明处理后观测资料的可用性较好。     

华北区域四部雷达探测强度与定位一致性分析

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代天气雷达3D组网拼图产品,目前已经在北京、河北、广东等地投入业务试运行,相对于单部雷达的体扫产品其覆盖范围更大,使用更为方便,它为新一代天气雷达资料的深度和广度应用以及与其他观测资料的融合提供了强有力的平台.但是在组网过程中,参与组网的雷达在探测强度和定位上的差异将在很大程度上影响三维组网的效果.本文以北京、天津、张北、石家庄四部雷达为例,对各个雷达在定位、回波强度上的一致性情况进行了分析.结果表明:北京、石家庄、天津、张北雷达探测的回波位置非常一致,在回波强度上相对于其他三部雷达,张北雷达有明显的衰减.雷达定位与探测强度一致性分析为进一步提高华北区域三维组网的准确性和一致性提供了良好的支持.     

稳定性层状云降雨量的估算研究

利用2000-2004年711雷达观测的稳定性层状云降雨回波资料，结合雨滴谱和地面雨量自记资料，使用统计方法，分析了引起稳定性层状云降雨量大小改变的因子，得出稳定性层状云降雨量大小除与雷达回波强度关系最为密切外，还和云顶高度、暖云厚度等因素有关，分析了产生误差的原因，建立了多元回归方程，为使用雷达回波对降雨量的估算提供了一种方法。     

通辽市强对流天气的雷达回波产品与天气系统分析

文章利用2008—2010年近3a夏季强对流天气的观测资料以及雷达回波资料,通过统计和分析,初步总结了我市强对流天气的分布情况、雷达回波特征指标阈值及其对应的天气类型,旨在为预报员做短时临近预报时能更加客观定量及精细化而提供一定的参考依据。     

2010年8月19日阜新暴雨过程的多普勒雷达回波特征

利用营口多普勒雷达资料,对2010年8月19日出现在阜新南部的暴雨过程进行分析。结果表明：义县生成的强回波单体在东北上的过程中不断发展加强,最终形成从义县到彰武哈尔套的强回波带东移是造成此次暴雨到大暴雨过程的主要原因。同时通过对其回波强度、影响时间以及实况雨量的跟踪、对比和分析,得出小时降水量与回波强度关系：回波强度在35—45 dBz之间,小时降水量为25 mm;回波强度在45—50 dBz之间,小时降水量为40 mm;回波强度超过50 dBz,虽回波影响时间较短,不超过3个体扫,但小时降水量仍可达50 mm。低空急流的出现和加强为强降水的发展维持,提供了充足的水汽及不稳定能量,并促使雨带中的中尺度系统的生成和发展,是造成短时暴雨出现的关键因子。     

北京强降雨与道路积水统计分析及应用

利用2007—2011年汛期(6—8月)北京市人民政府防汛抗旱指挥部办公室每日发布的汛情通报、北京市20个气候站日降雨量和200多个自动气象站逐小时降雨量监测数据,对近5年北京强降雨及降雨强度与城区出现道路积水的关系进行统计分析,找出北京城区出现道路积水的降雨量特征、小时降雨强度和2 h降雨量道路积水临界指标。通过在2011年汛期(6—8月)10次道路积水中应用表明,该道路积水临界指标具有较好的参考价值,可为今后北京道路积水预报服务工作提供参考依据。     

2001—2018年北京地区暴雪天气雷达回波特征分析

利用2001—2018年北京市20个国家级气象站冬季降水资料、常规气象观测资料和北京新一代天气雷达资料,在统计分析北京地区暴雪天气过程的气候和环流特征的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明:北京地区出现暴雪的天气形势主要有四种,分别是低涡低槽型,地面倒槽型,横槽型和回流型,其中低涡低槽型最多。按照雷达回波类型划分,北京暴雪一般可以分为混合型和层状云型,混合型占多数,回波形态呈片絮状,最强反射率因子可达35dBz以上,回波顶高在4km以上。速度场上,大部分个例出现较为明显的“牛眼”结构,且全部是边界层低空急流,该低空急流的存在对暴雪的产生和维持至关重要。该研究结果可为冬季暴雪天气过程的业务预报服务提供参考。     

首都机场雾过程的气候特征分析

利用首都机场1998-2005年每小时观测数据和NCEP／NCAR每日4次的再分析资料,分析了首都机场雾发生的日变化、季节变化和年际变化特点;合成分析了首都机场大雾形成、持续和消散阶段天气形势的气候特征。结果表明：首都机场1998-2005年雾的季节变化特征显著。夏季、秋季出现轻雾天气过程多;秋冬季节是首都机场大雾的高发期。首都机场轻雾与大雾的日变化特征有明显差异。轻雾过程的日变化特征明显,在13时（北京时间,下同）达极大值,从20时至次日9时能见度较差。能见度的变化与温度的变化有很好的正相关,而与相对湿度的变化有很好的负相关。大雾过程中各要素日变化不明显。对1998-2005年大雾天气过程合成分析的结果表明,大雾形成、持续和消散阶段的850hPa形势场均是“一槽一脊”型。大雾形成和持续阶段的地面形势场是鞍形场或均压场,大雾消散阶段的地面形势场是完整的高压前部。在形成阶段,北京受弱暖脊控制,无明显冷暖平流,大气层结稳定,有利于辐射降温作用和水汽在近地面层的积聚;在持续阶段,北京区域地面辐合,冷空气在上游堆积,随着850hPa槽脊位置的东移南压,南方暖湿空气输送受阻,高层逐渐转干;在消散阶段,850hPa高空槽过境,完整的高压控制北京区域,强冷空气随北风南下,大雾过程逐渐结束。     

Tracking a Severe Pollution Event in Beijing in December 2016 with the GRAPES–CUACE Adjoint Model

We traced the adjoint sensitivity of a severe pollution event in December 2016 in Beijing using the adjoint model of the GRAPES–CUACE (Global/Regional Assimilation and Prediction System coupled with the China Meteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environmental Forecasting System). The key emission sources and periods affecting this severe pollution event are analyzed. For comaprison, we define 2000 Beijing Time 3 December 2016 as the objective time when PM_2.5 reached the maximum concentration in Beijing. It is found that the local hourly sensitivity coefficient amounts to a peak of 9.31 μg m^–3 just 1 h before the objective time, suggesting that PM_2.5 concentration responds rapidly to local emissions. The accumulated sensitivity coefficient in Beijing is large during the 20-h period prior to the objective time, showing that local emissions are the most important in this period. The accumulated contribution rates of emissions from Beijing, Tianjin, Hebei, and Shanxi are 34.2%, 3.0%, 49.4%, and 13.4%, respectively, in the 72-h period before the objective time. The evolution of hourly sensitivity coefficient shows that the main contribution from the Tianjin source occurs 1–26 h before the objective time and its peak hourly contribution is 0.59 μg m^–3 at 4 h before the objective time. The main contributions of the Hebei and Shanxi emission sources occur 1–54 and 14–53 h, respectively, before the objective time and their hourly sensitivity coefficients both show periodic fluctuations. The Hebei source shows three sensitivity coefficient peaks of 3.45, 4.27, and 0.71 μg m^–3 at 4, 16, and 38 h before the objective time, respectively. The sensitivity coefficient of the Shanxi source peaks twice, with values of 1.41 and 0.64 μg m^–3 at 24 and 45 h before the objective time, respectively. Overall, the adjoint model is effective in tracking the crucial sources and key periods of emissions for the severe pollution event.     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。     

两次雷暴过程的地闪及回波特征

利用闪电定位系统、多普勒天气雷达、探空和降雨量资料,对南通地区2009年两次雷暴过程的地闪、降雨量和雷达特征进行了详细分析。结果表明:闪电主要集中在较强回波区域,40dBz及以上回波区域地闪尤为密集,但也有部分地闪尤其是正闪,发生在强回波边缘或回波弱的地方;40dBz回波高度突破-10℃温度层结高度的时间提前于第1次地闪,与地闪频数的变化一致性高;雷暴云发展过程中40dBz及以上雷达回波面积和地闪频数跳变较为一致,但出现连续降水时回波面积虽大,地闪频数反而减少;逐时降雨量和观测站周围20km范围内的地闪频数与时均40dBz及以上回波面积的相关性非常好。     

京津冀平原地区灰霾天气的年代变化

首次利用高时空密度机场逐时能见度和天气现象的历史数据(1961～2006年), 对京津冀平原地区的灰霾天气现象进行了分析研究。初步的研究结果表明:(1)该地区的灰霾天气具有年代演变特征, 从20世纪90年代开始, 该地区的灰霾天气从局地性演变为区域性;(2)20世纪70年代中期至20世纪90年代初期, 该地区的大城市(如北京和石家庄)灰霾天气日数呈增加的趋势, 而中小城市却呈现出下降的趋势;考虑到这一时期经济高速增长的现实, 而中小城市的灰霾却表现出减少的趋势, 这一现象从污染控制的角度值得关注和借鉴;(3)20世纪70年代以前, 北京与石家庄的灰霾日数基本相同(100 d左右), 但20世纪70年代中期以后石家庄地区急剧增加并大幅超出, 超出的幅度近100 d左右;考虑到城市化对灰霾的影响以及北京地区的城市化水平远大于石家庄地区, 这一现象值得进一步深入研究。     

用质心跟踪法预报强对流天气的试验研究

利用１９８７－１９９１年６－８月间影响北京地区的１３次西北路径强对流天气过程数字化雷达回波资料，用质心跟踪法，分别对不同强度等级廓线的飑线回波带整体，和选择其中对预报地区有影响的快（条）状回波，作移动客观外推预报试验及分析。结果表明，质心跟踪法对强对流雷达回波具有较好的客观外推预报能力。其中，有选择的块（条）状回波的移动外推预测效果比飑线回波带整体要好，而两者又均以不衰减的回波区外推预报效果最好，     

自动站小时气温数据的质量控制系统研究

逐小时自动站数据对于气象灾害预警、决策服务及预报预测等十分重要。以国家级自动站小时观测气温数据为基础,分析研究了小时气温数据的疑误形式,针对各种疑误数据,利用国家级台站建站以来的日最高、日最低以及4时次(北京时02点、08点、14点、20点)定时观测气温数据,研制形成了适用于中国自动站(区域站和国家站)逐小时气温数据质量控制系统,并将此系统应用到2006-2010年中国27000多自动站小时气温观测数据中。结果表明：区域站的正确率、可疑率、错误率分别为99.43 %、2.24 ‰和3.45 ‰,国家站则分别为99.82 %、1.27 ‰和0.49 ‰;区域站和国家站数据的可疑率相当,但国家站错误率明显比区域站低一个量级。通过历史数据质量控制结果的分析,证明自动站气温质量控制系统设计合理,可以判断出错误和可疑数据,具有可用性。