国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

沈阳地区一次冰雹天气过程形成机制的数值模拟

应用中尺度MM5数值预报模式对2003年6月28日发生在沈阳地区的一次冰雹强对流天气过程进行数值模拟和分析,并与实况观测资料进行比较,成功地模拟出中尺度强对流天气系统演变规律,得出这次强对流天气过程的触发机制,为冰雹强对流天气的预报提供有应用价值的思路和方法。此次冰雹强对流天气过程主要是受深厚的低涡天气系统作用的结果,高低空急流的耦合、干湿空气间强的风垂直切变和上层干冷、下层暖湿的位势不稳定层结是此次冰雹强对流爆发的重要触发机制。     

豫西一次强对流天气成因分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等方面对2010年9月4日豫西的一次强对流天气过程成因进行诊断.结果表明:这次强对流天气发生在低压环流前部,弱冷空气的侵入对不稳定能量释放起触发作用,速度场的辐合为中气旋的产生提供了有力的动力支持,大气的不稳定和低层充沛的水汽条件有利于超级单体风暴的形成和发展,中气旋是此次强对流天气过程的直接影响系统.     

淄博市5—8月强对流天气分片指导预报系统

通过分析淄博市强对流天气发生的过程及主要影响系统,总结了不同环流形势下强对流天气的发生及落区情况,应用T106和实况资料,并结合单站气象要素,建立起淄博市强对流天气分片预报业务系统,在强对流逐级报导预报中起到一定的补充订正作用。     

2001年河南两次强对流天气过程对比分析

对2001年连续两次发生在河南省的以冰雹和雷雨大风等强对流天气为主的过程对比分析结果表明,在不同的天气背景下,强对流过程中的中尺度雷达回波系统不同,对应的灾害性天气的种类和影响范围也不相同.     

两次突发性强对流天气的对比分析

为提高强对流天气的预报准确率,对2005年7月31日夜间和2004年6月7日下午衡水地区突发性强对流天气从影响系统、卫星云图、雷达回波及闪电定位资料特征等方面进行了对比分析.发现两次天气过程都属于降水天气结束后,又重新发展的强对流天气过程,预报起来具一定的难度.两次天气过程影响系统不同,造成的天气也不尽相同,"6.07"过程大风天气明显,且移动速度快,影响时间短,"7.31"过程局地短时暴雨天气明显,系统移动速度慢,影响时间长.两次天气过程的红外卫星云图特征不同,"6.07"过程的卫星云图呈带状,"7.31"过程的卫星云图呈团状,具有暴雨云团的特征.两次天气过程中大风和雷达基本反射率中的弓形回波具有非常好的对应关系.垂直积分液态水含量(VIL)的高值区的长时间影响与局地暴雨具有很好的对应关系,其值由高到低的骤减,预示着破坏性大风的发生.两次过程中大风发生前后雷电空间分布均呈扇状分布,对流发展成熟阶段造成雷击灾害的"6.07"过程中地闪所占比例较大,造成局地暴雨天气的"7.31"过程中云闪所占比例较大.在强对流天气的预报中,非常规气象资料起着很重要的作用.     

两次强对流背景下的对流层向平流层输送特征模拟与分析?

为了研究强对流及其背景大尺度天气系统在对流层向平流层输送(TST)过程的作用,分别对发生在低纬度和中纬度的两次强对流天气过程进行了模拟。对于发生在广西及其附近地区的低纬度强对流天气来说,云顶温度较低,强对流所带来的直接TST输送约占总输送数的18%,强对流所在的天气尺度或大尺度的系统造成的输送约占总输送数的82%。对于发生在河北及其附近地区的中纬度强对流来说,云顶温度略高,强对流所带来的直接TST输送约占总输送数的0.17%,强对流所在的天气尺度或大尺度的系统过程造成的输送约占总输送数的99.83%。从输送到平流层以后粒子的移动方向来看,这两次过程强对流引起的直接输送都向西南方向移动,而天气尺度或大尺度系统引起的输送都向偏东方向移动。总的来说,强对流所在的背景天气尺度或大尺度的系统所引起的TST都远大于强对流的直接输送。天气尺度或大尺度的系统引起的输送一般发生在强对流发生的2天后,在强对流发生8~9天后达到最大值。     

广东省2～5月各类强对流天气的时空分布

强对流天气的形成原因比较复杂,前汛期(2～5月)的强对流天气一般出现在一定的天气形势背景下,是动力、热力、水汽等多种因素共同作用的结果.因此,在时间上,强对流天气的分布有明显的月际变化和日变化;而在空间上,其分布与地形和地理位置关系密切.了解强对流天气的时空分布情况,无论对短时预报还是预警业务系统的制作,都有重要意义.     

广西"02.4.5"强对流天气过程分析

通过对“0 2 .4 .5”强对流天气过程的背景环流、物理量场特征及卫星图像等分析发现 ,在位势高不稳定大气中 ,高空槽过境扰动使不稳定能量发生暴发性释放是这次强对流天气的成因 ;分析还发现卫星图像产品对强对流天气有较好的预示作用     

珠海市前汛期大暴雨预报系统介绍

强对流天气的形成原因比较复杂,前汛期(2～5月)的强对流天气一般出现在一定的天气形势背景下,是动力、热力、水汽等多种因素共同作用的结果.因此,在时间上,强对流天气的分布有明显的月际变化和日变化;而在空间上,其分布与地形和地理位置关系密切.了解强对流天气的时空分布情况,无论对短时预报还是预警业务系统的制作,都有重要意义.     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005-2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分闽值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005—2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明。MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005－2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分阈值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005-2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明,MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程的进一步分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

Hazard Analysis of Severe Convective Weather in Guangdong Province, China

A hazard model of severe convective weather was constructed on the basis of meteorological observational data obtained in Guangdong Province between 2003 and 2015. In the analysis, quality control was first conducted on the severe convective weather data, and the kriging method was then used to interpolate each hazard-formative factor, the weights of which were determined by applying the coefficient of variation method. The results were used to establish the hazard-formative factor model of severe convective weather. The cities showing the greatest hazards for severe convective weather in Guangdong Province include Yangjiang, Dongguan, Foshan, Huizhou, Jiangmen, and Qingyuan.     

宁夏“5·16”强对流天气跟踪分析及预报模型建立

利用逐时自动站资料、WRF模式数值产品、卫星云图、雷达产品等资料对2009年5月16日宁夏冰雹、短时强风等强对流天气进行了跟踪预报分析。结果表明：利用水汽通量散度数值产品中大气低层水汽通量的辐合或辐散可作为对流活动产生的重要依据之一。而卫星云图中的强对流云团的识别和新一代天气雷达基本反射率强度、液态水含量、冰雹指数、中尺度气旋产品是短时冰雹天气及短时雷雨大风天气预报的有利工具。并对2004—2008年出现的冰雹天气进行统计分析,建立了宁夏冰雹天气预报预警模型。     

极端天气指数在强对流天气中的应用及检验

数值预报特别是集合预报技术大大提高了对极端天气的预报能力,目前对于温度、风、降水等要素,欧洲中心基于集合预报产品计算的极端指数产品为其极端性提供了定量化依据。但目前尚没有应用于业务预报的强对流天气极端指数产品,本文统计了与强对流天气密切相关的物理量,并计算了其极端天气指数,统计了极端天气指数在不同强对流天气中的阈值分布。结果表明,极端天气指数与强对流天气有密切的关系,且不同类型的强对流天气极端指数的分布和阈值具有各自的特点。基于上述结果,利用极端指数和模式降水资料,使用支持向量机方法,建立了不同类型强对流天气的客观预报方法,为业务预报极端强对流天气提供客观支持产品。     

基于中尺度数值模式快速循环系统的强对流天气分类概率预报试验

在利用实况探空资料、微波辐射计和风廓线构建的特种探空资料对北京地区强对流天气进行判别,以及快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC模式)探空资料可应用性分析的基础上,针对模式探空基本要素计算多种热力、动力、综合不稳定物理量,根据统计的强对流天气判别指标,计算模式格点上的强对流发生概率,并进一步针对冰雹(雷暴大风)和强对流短时暴雨天气下不同物理量的阈值范围,初步探索中尺度数值模式对强对流天气分类预报的可能性.通过不同组合的预报方案进行的对比分析表明,利用北京地区中尺度数值模式快速循环系统(BJ-RUC)的格点探空资料进行强对流天气概率的预报是可以实现的,强对流天气的分类概率预报也存在一定的成功率.     

强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

不平衡场在甘肃平凉市强对流天气预报中的释用

通过对平凉市强对流天气发生发展的高空环流形势进行合成分析,归纳出平凉市强对流天气的500 hPa典型场模型和环境场特征;利用T213数值预报格点资料对2008年6～9月逐日资料计算不平衡场,探讨了不平衡场与平凉市强对流天气的对应关系,通过实例分析和业务应用,该释用方法取得了较好的业务效果.     

强对流天气综合监测业务系统建设

强对流天气监测是其预报的基础.国家气象中心强天气预报中心利用多源观测资料(常规和非常规资料)建设了强对流天气综合监测业务系统.强对流天气的监测对象包括积云、地面高温、雷暴、地闪、冰雹、龙卷、大风、雷暴大风、短时强降水、雷暴反射率因子、对流风暴(基于雷达资料)、深对流云及中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,MCS,基于静止卫星红外1通道资料)等不同时段的分布.发展的监测技术主要包括自动站资料质量控制技术、强对流信息提取和统计技术、直角坐标交叉相关雷达回波追踪(Cartesian Tracking Radar Echoes by Correlation,CTREC)技术、雷暴识别追踪分析和临近预报(Thunderstorm Identification Tracking Analysis and Nowcasting,TITAN)技术、深对流云识别技术、中尺度对流系统识别和追踪技术,以及闪电密度监测技术等.强对流天气监测系统自动定时运行,其输出数据与MICAPS业务平台完全兼容.该监测系统在国家气象中心的强对流天气预报业务中发挥了重要作用.     

能量参数在南通地区强对流天气中的应用

对南通地区1991--2003年强对流天气气候特征进行了统计分析;将强对流天气的大范围环流形势作了分型和总结;利用常规观测资料和1°×1°的NCEP再分析资料,通过MMSV3．7高分辨率数值模拟结果,对典型个例进行了分析研究。结果表明：有利的天气系统影响,大气不稳定能量的累积和释放是强对流天气形成的关键条件之一。利用数值模拟结果计算的有效位能、强天气威胁指数等对强对流天气都具有很好的指示意义。