“5·6”四川盆地对流云团特征及触发机制

利用FY-2卫星资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析研究了2016年5月6日四川盆地暴雨对流云团的特征及其形成机制。结果表明:四川盆地对流云团易发生在青藏高原东侧边坡陡峭地形带,初生对流云团的云顶亮温低于-45℃,边缘最大温度梯度为15~20℃,水汽-红外通道亮温差值介于-5~0℃,分裂窗-红外亮温差值介于0~2℃。强降水出现在红外和水汽亮温快速下降到最低值、水汽-红外通道差值达0℃附近、分裂窗-红外亮温差为正值和温度梯度达0℃后的几小时内,最大雨强出现在强对流云团成熟后开始迅速减弱的初始阶段(即云顶亮温开始回升的阶段)。较大范围的强降水由发展成熟的云顶最低亮温约为-70℃的对流云团产生,主要出现在红外亮温低于-50℃的区域,集中在红外亮温-65℃~-60℃、水汽亮温为-65℃~-60℃的云顶较为平滑的次低值中心区域内,并不与云顶最低亮温中心相吻合。机制分析表明,对流云团生成区域均受偏东风影响,且形成于高的对流不稳定能量条件下,发展于高湿区,近地层冷空气扩散南下与气旋式流场中的辐合共同触发对流在辐合线以北生成,而中层垂直风切变的加强、中低层暖平流和高层冷平流的发展促使对流云团发展旺盛。     

2007年夏季长江流域及周边地区地闪时空分布及其天气学意义

对2007年夏季(6-8月)我国长江流域及其周边地区(25°～38°N、100°～122°E,不包括甘肃、山东)地闪分布与不同区域的日变化特征进行了分析,并与同期雷暴日分布和FY-2C红外亮温(TBB)≤-52℃频率分布、低轨卫星8年观测的闪电分布及11年静止卫星TBB≤-52℃频率日变化进行对比,结果表明不同资料获得的对流活动时空分布具有很大的一致性.江淮流域、川渝、浙江西北部、武夷山中段的地闪活动较其周边区域明显比多年星载观测的闪电活跃.地闪活动7、8月较6月活跃且活跃区位置偏北,7月最为活跃的正地闪反映了该月长江中下游地区有较多中尺度对流系统发生发展.不同区域的地闪活动具有不同的日变化特征,江淮流域和川渝地区地闪日变化表现出多峰型特征,浙赣闽区域地闪活动的单峰型特征显著;其中江淮流域、浙赣闽区域的地闪活跃时段在午后,而川渝地区地闪活动夜发性显著;四川盆地西南部地闪呈现出明显的向东、向北传播特征;川西高原、云贵高原中部及浙闽丘陵沿海地区正、负地闪日变化差异较大.浙赣闽区域和川西高原地区正负地闪活跃时段基本一致,江淮流域、川渝地区和贵州地区负地闪活跃时段提前于正地闪,这几个区域的正地闪活跃时段都提前于TBB≤-52℃频率.这表明负地闪日变化特征较好地反映了初始深对流的日变化特征,而正地闪与TBB≤-52℃频率则较好地反映了成熟与消散阶段的深对流日变化特征.     

地基微波辐射计资料在对流云降水前的变化特征初探

基于RPG-HATRPO-G3 14通道地基微波辐射计观测的大气亮温和反演的不稳定性指数K指数(KI)、抬升指数(LI)、沙瓦特指数(SI)、总指数(TTI)和对流有效位能(CAPE)产品,分析其在2015-2016年9次对流云降水前的变化特征,并与非降水日中的变化进行对比。结果表明,非降水日四季22 GHz亮温、58 GHz亮温及大气不稳定度指数均存在一定的日变化,且22 GHz亮温的日变化较明显;5种不稳定性指数夏、秋季的日变化差略大于冬、春季。9次对流云降水开始前2 h,22 GHz亮温在降水开始前34 min出现持续上升,早于58 GHz亮温出现持续下降的时间,且变化更为剧烈,其数值、变化值均大于四季非降水日均值、日变化差,对对流云降水的开始指示性较好;对流云降水开始前40 min左右,出现KI和TTI数值持续上升、LI和SI持续下降的现象,均早于CAPE出现持续上升的时间,这对于对流性降水的发生有指示意义; 5种指数的数值大小可以为对流云降水开始阈值的建立提供参考。在临近降水的-10～0 min(负值表示降水开始前时刻),22 GHz亮温、KI、SI和CAPE出现时间变化率大值的比例比其他时段高,但22 GHz亮温同时出现负变化率大值的比例也比其他时段高; KI和SI时间变化率大值的比例比CAPE高,综合考虑二者在对流云降水前的平均值出现持续变化的时间较早,KI和SI对对流云降水的指示意义较好。     

中国中东部地区硫酸盐气溶胶直接辐射强迫及气候效应的数值模拟

分析了MODIS卫星资料反演的2001年我国中东部地区气溶胶光学厚度的时空分布特征，并利用中尺度数值模式MM5对该地区硫酸盐气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应进行了模拟。结果表明:2001年四川盆地、长江中下游地区、黄淮一带及两广等地区气溶胶光学厚度较大。各季光学厚度变化不同，全年以春季最大。地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征，主要表现为冬、春、秋季南方降温幅度明显，夏季北方降温幅度明显。就区域平均而言，2001年中东部地区晴空时气溶胶辐射强迫以春季最大，达-34.53 W/m2；夏季次之，达-22.76 W/m2；冬季再次，达-22.57 W/m2；秋季最小，达-20 W/m2。地面降温则以冬季最大，达-0.65℃；秋季次之，达-0.37 ℃；春季再次，达-0.34 ℃；夏季最小，达-0.09 ℃。     

导致区域性雷暴大风天气的云型分类及统计特征分析

利用2005—2011年的静止卫星、常规探空和重要天气报资料,文章选取了18次典型区域性雷暴大风过程,在分析500 hPa天气形势基础上对导致雷暴大风的强对流云型进行了分类分析,其发展过程可划分为初始、发展、成熟和消亡四个阶段。对静止卫星观测的定量特征分析表明,对流云团中IR1通道和水汽(WV)通道的亮温差基本为负值,其值的不断减小预示着强对流在持续发展;在监测和预报雷暴大风天气时,需要特别关注长椭圆形强对流云带的右侧和其右侧的孤立对流云团,尤其是TBB(红外亮度温度)低负值区、TBB高梯度区、IR1和WV通道亮温差值区及大梯度区均配合的区域。在定性分析的基础上对静止卫星IR1与WV通道的亮温特征进行了定量统计分析,获得了雷暴大风出现站点附近的红外亮温、水汽亮温、IR1与WV通道亮温差和红外亮温梯度的分布情况,结果发现大部分站点的雷暴大风天气出现在以下时段:红外亮温由急剧下降到平缓下降之间的过渡期;IR1与WV通道亮温差由迅速下降转为缓慢下降或稳定少变的时间点前后,且多数处于IR1和WV通道亮温差由正转负临近的时间段内;红外亮温梯度达到最大的时间点附近或开始下降的时候。     

2007年夏季我国深对流活动时空分布特征

利用逐时FY-2C卫星红外亮温 (T_BB) 资料讨论了2007年夏季 (6—8月) 我国深对流活动的时空演变特征,并同10年的深对流活动特征进行了对比分析。从T_BB≤-52℃统计特征来看,2007年夏季我国大陆深对流活动主要集中在4个区域:华南沿海地区,青藏高原,云贵高原东部及四川、重庆,江淮流域。我国中东部地区深对流日际变化特征表明:不同月份深对流分布特征不同,深对流活动具有明显的间歇性、波动性特征。对比10年T_BB≤-52℃统计结果来看,2007年夏季深对流日变化具有如下异常特征:华南地区深对流具有午后发展特征;青藏高原深对流活动持续时间明显短于10年统计结果,并且东传特征不明显;贵州东部、四川东北部山区、湖北西部山区、山东丘陵地带、江淮流域与华北平原深对流日变化表现出明显的多峰特征;江淮流域深对流日变化具有明显的向东传播特征。     

华南及邻近海域夏季深对流活动气候特征

利用具有较高时空分辨率与很好时空完整性的11年(1996—2007年，无2004年)6—8月静止卫星数字红外云图和TBB资料，给出了华南及邻近海域夏季深对流活动气候分布特征，并同文献中给出的雷暴日分布和闪电分布进行了对比分析。结果表明，华南及邻近海域夏季深对流活动有5个活跃中心，其月变化特征与大尺度环流背景密切相关。6月华南陆地区域深对流活动较活跃，7、8月南海海域深对流活动较活跃。华南及邻近海域深对流活动具有间歇性发展特征，其周期大约为3～5候，但华南海岸线附近为海陆过渡区域，深对流活动持续比较活跃且间歇性特征不突出；深对流活动旬与候变化特征表明华南陆地区域和南海海域深对流活动呈现反相关变化趋势。深对流活动的日变化特征显示该区域陆地与海洋、山地与盆地的热力差异所导致的海陆风环流与山谷风环流使得华南海岸线附近区域的深对流活动具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征，山地与盆地的深对流活动具有显著的午夜后向盆地传播的特征。深对流活动日变化特征还表明该区域不仅具有一般热对流、海洋深对流和双峰型深对流等多种类型对流活动，且两广海岸线邻近区域具有持续时间长、日变化较不显著的海岸线深对流和其它天气系统触发和维持的深对流。     

中国大陆降水日变化研究进展

文章概述了中国大陆降水日变化的最新研究成果,给出了中国大陆降水日变化的整体图像,指出目前数值模式模拟降水日变化的局限性,为及时了解和掌握降水日变化研究进展、开展相关科学研究和进行降水预报服务提供了有价值的科学依据和参考。现有研究表明：（1）中国大陆夏季降水日变化的区域特征明显。在夏季,东南和东北地区的降水日峰值主要集中在下午;西南地区多在午夜达到降水峰值;长江中上游地区的降水多出现在清晨;中东部地区清晨、午后双峰并存;青藏高原大部分地区是下午和午夜峰值并存。（2）降水日变化存在季节差异和季节内演变。冷季降水日峰值时刻的区域差异较暖季明显减小,在冷季南方大部分地区都表现为清晨峰值;中东部地区暖季降水日变化随季风雨带的南北进退表现出清晰的季节内演变,季风活跃（间断）期的日降水峰值多发生在清晨（下午）。（3）持续性降水和局地短时降水的云结构特性以及降水日峰值出现时间存在显著差异。持续性降水以层状云特性为主,地表降水和降水廓线的峰值大多位于午夜后至清晨;短时降水以对流降水为主,峰值时间则多出现在下午至午夜前。（4）降水日变化涉及不同尺度的山-谷风、海-陆风和大气环流的综合影响,涉及复杂的云雨形成和演变过程,对流层低层环流日变化对降水日变化的区域差异亦有重要影响。（5）目前数值模式对中国降水日变化的模拟能力有限,且模拟结果具有很强的模式依赖性,仅仅提高模式水平分辨率并不能总是达到改善模拟结果的目的,关键是要减少存在于降水相关的物理过程参数化方案中的不确定性问题。     

基于H8卫星的昆明大暴雨过程对流云特征及触发机制分析

利用葵花8号(H8)卫星、NCEP FNL再分析、地面加密观测及探空资料,针对2019年7月20日发生在昆明的一次大暴雨天气,分析该过程中对流云初生、发展的演变特征及其触发的物理机制。结果表明：(1) 500 hPa低涡切变是此次过程产生的主要影响系统,对流云团的快速发展以及云团的合并使得降雨增强和持续。(2)降雨发生初期,云顶高度较低;随着对流云发展,红外亮温降温率达-30℃·(30 min)-1,降雨迅速增强;当云顶高度接近水汽层顶即水汽与红外亮温差小于2℃时,降雨进一步增强;红外亮温快速降低,以及水汽与红外亮温差可作为预判对流云产生短时强降水的参考标准。(3)对流有效位能呈细长条型,并有一定的对流抑制能,在地面辐合的作用下,容易触发对流;当冷空气侵入时,在地形抬升作用配合下,对流发展为深对流;整层比湿积分高达3554g·kg^-1并配合南北两侧水汽输入,为此次强降雨的发生提供了十分有利的水汽条件。     

青海高原短时强降水天气的葵花-8卫星监测预警特征对比分析

为获得青海高原（以下简称高原）对流云团的强降水监测预警特征和预警方法,使用葵花-8卫星数据跟踪识别高原典型强降水天气过程的对流云团,计算并分析具有提前预警意义的云团特征参数。结果表明：（1）本文提出的对流云团识别的改进多通道法,经与传统多通道法对比检验,证明所得云团更接近对流主体,该方法适用于高原对流云团识别。（2）对流形成到成熟阶段,特征参数起伏变化,但红外与水汽通道亮温差（DTB13）和云顶亮温（Tmin）整体下降,云顶亮温梯度（GTmax）整体上升;在对流发展阶段仅红外1和2通道亮温差（DTB12）平均可达预警极值,在成熟阶段则是Tmin、DTB13、GTmax、深对流指数（DCI）等平均可达预警极值。高原上强降水天气的对流云多发展成深对流,降水发生在云团特征参数极值附近,短时强降水发生在深对流云区内特定云顶（上冲云顶或近似上冲云顶）所在特征参数极值区内或边缘附近。（3）特征参数极值对一般降水和强降水的开始时间分别提前0～1 h和0.5～4.5 h出现,在西风型流场下对强降水开始的提前时间相对较长。降水开始前,副高型流场下对流云团向深对流发展变化最剧烈,表现为DCI和GTmax平...     

A new methodology of rainfall retrievals from indirect measurements

Summary  A new methodology for rainfall retrievals from indirect measurements is proposed and illustrated using IR brightness temperature and radar rainfall observations collected during TOGA-COARE. Since (1) rain rate has a mixed distribution with a delta-function for a zero rain and lognormal distribution for nonzero and (2) the least squares method which is used to calculate regression coefficients gives a priori consistent estimates only for normally distributed data, it is proposed to convert the rain rate to a normally distributed set and only after that to develop a retrieval method and estimate the skill of this method. Consideration of the physics of clouds and cloud ensembles, the goal to minimize errors in the radar data, and the desire to remove the influence of cirrus clouds lead us to use: a) minimum of IR brightness temperatures over a 1° × 1° area and a 3 hour interval as a predictor, and b) radar rainfall, averaged over 3 hours over a 1° × 1° area, with the radar in its center, as the truth. Results using the TOGA-COARE data show that the correlation of the rain rate transformed to normal distribution is significantly higher with minimum temperature than with the fraction of area covered by high clouds. The sizes of heavy rainfall areas obtained using the new methodology are reasonable. The regression coefficients should change with latitude, season and location. Taken together, the results indicate that it is possible, in principle, to retrieve rainfall from IR satellite observations and obtain reliable rainfall data. To realize this goal it is necessary to process radar and IR data using the new methodology for different latitudes, seasons, over land and ocean. Received December 27, 1999 Revised May 17, 2000     

西南低涡对流云团及其降水的一些特征

基于FY-2C静止卫星红外和水汽通道资料,简单分析了发生在四川盆地的西南低涡暴雨云团生消过程,给出了一些有意义的云团生命特征。同时,结合相应的地面自动站降水资料,详细分析了卫星红外和水汽通道云顶亮温与对流云团降水之间的关系特征,结果表明:对于一完整对流降水过程,1小时内最低水汽亮温和水汽亮温增量能很好地描述地面1小时累计降水特征。然而,用静止卫星红外或水汽通道亮温来表征的云团降水特征是非常复杂的。尽管具有相同的最低云顶红外或水汽亮温,但对不同的对流过程其总体降水量级趋势不一样。而且,对于同一对流过程的不同发展阶段,即使出现云顶红外或水汽亮温一样,但其地面降水特征也是不一致的。甚至是对于同一时刻具有相同最低红外或最低水汽亮温特征的云,其降水落区与量级都不尽相同。正是这些复杂的降水特征,使得西南低涡对流云团的降水估算具有很大的难度。      

基于FY-4A卫星资料的四川盆地MCC初生和成熟阶段特征

利用高频次FY-4A数据资料,研究了四川盆地2018年中尺度对流复合体MCC（mesoscale convective complex）初生和成熟阶段的卫星云图特征。结果表明,MCC对流云团面积在初生阶段和成熟阶段分别以0～50 pixels (15 min)?1和150～200 pixels (15 min)?1的速率增长,最强可达7000～10000 pixels左右。亮温梯度大值区位于初生阶段的低空入流区一侧,集中在云顶纹理最为丰富的240 K等值线附近,最大值为30°C～40°C,基本消失于成熟阶段。云顶红外IR1（infrared radiation 1 channel）和水汽通道IR3（water vapor channel）最低亮温值在初生和成熟阶段变化趋势一致,均为初生阶段迅速下降至190 K左右的最低谷,而成熟阶段维持最低值基本无变化。初生和成熟阶段的IR1和IR3降温率R（cloud top cooling rate）分布形态相似,初始阶段低空入流区一侧的240 K等值线附近的降温率达?40 K (15 min)?1,为显著降温区,成熟阶段的降温幅度普遍升至?25～?10 K (15 min)?1。MCC主体云区初生和成熟阶段的亮温差正负值区分界线基本与221 K等值线重合,最大值分别为6～10 K和0–6 K,且初始阶段低层入流区的降温最为剧烈,达15～20 K (15 min)?1之多,而成熟阶段基本无变化。     

GMS-5 估计可降水量的研究

文章证明了由静止气象卫星GMS-5的分裂窗通道和水汽通道亮温反演可降水量的可行性,探讨了GMS-5红外通道亮温与可降水量的关系,建立了由3个通道亮温反演可降水量的经验公式。用60组大气平均廓线,对公式模拟检验误差为0.18 g/cm2,而用实际124组探空和对应的GMS-5亮温资料进行检验,误差0.40 g/cm2。用得到的经验公式可反演大范围的晴空可降水量分布。     

利用FY-2E红外和水汽波段对强对流云团的识别和演变研究

使用FY-2E静止气象卫星的红外1(10.3~11.3μm)和水汽波段(6.3~7.6μm)时序图像,对强对流云进行识别和短时预测。亮温阈值法是将强对流云和其他高云区分开的常用方法,但是合适的亮温阈值是随着时间和空间而变化的,过高的阈值会将许多卷云包括进来,太低的阈值会排除掉云顶发展还不是很高的强对流云。水汽波段所在的位置是水汽的一个强吸收带,而高度在400 h Pa上下的大气层是水汽波段的一个强吸收层,大气在垂直方向上的对水汽波段辐射吸收的分布模式使得卫星接收到的水汽波段辐射主要来自于400 h Pa以上的大气中高层,而卫星接收到的红外波段辐射主要来自于大气中低层,两个波段间辐射来源的差异使得不同光学厚度的高云的辐射观测值在红外—水汽光谱空间中的分布具有明显差别,并且这种差异具有时空的稳定性。本文将一定范围内的云团的象元测值在红外—水汽光谱空间中的分布的拟合直线斜率作为强对流云识别的依据,结果表明相对于亮温阈值法,本文的识别方法不仅能够较好地区别卷云和强对流云,同时也能更有效地识别未达到旺盛阶段的对流云。在对强对流云进行识别后,根据相邻时间段的卫星图像,利用交叉相关法反演得到强对流云团顶部的位移矢量场,并根据后向轨迹法对强对流云团位置形状进行短时预测,预报结果在短时间内(0~1 h)较好,并且对面积较大的云团的预报效果要优于较小的对流云团。此外文中还利用逐半小时的云顶黑体温度(Temperature of Black Body,TBB)资料分析了云顶亮温的分布变化,得到了整个强对流过程的演变特征。     

Characteristics of Fengyun-4A Satellite Atmospheric Motion Vectors and Their Impacts on Data Assimilation

The high observation efficiency, scanning speed and observation frequency of the Fengyun-4A (FY-4A) satellite indicates the progress of Chinese geostationary meteorological satellites. The characteristics of FY-4A atmospheric motion vectors (AMVs) derived from the high-level water vapor (WV-High) channel, mid-level water vapor (WV-Mid) channel, and infrared (IR) channel of FY-4A are analyzed, and their corresponding observation errors estimated. Then, the impacts of single-channel and multi-channel FY-4A AMVs on RMAPS-ST (the Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System—Short Term) are evaluated based on one-month data assimilation cycling and forecasting experiments. Results show that the observation errors of FY-4A AMVs from the three channels have an explicit vertical structure. Results from the cycling experiments indicate that the assimilation of AMVs from WV-High produces more apparent improvement of the wind in the upper layer, while a more positive effect in the lower layer is achieved by the assimilation of AMVs from IR. Furthermore, the assimilation of AMVs from IR is more skillful for medium and moderate precipitation than from other channels owing to the good quality of data in the lower layer in the AMVs from IR. Assimilation of FY-4A AMVs from the three channels could combine the advantages of assimilation from each individual channel to improve the wind in the upper, middle and lower layers simultaneously.     

利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

采用2002年1月、2月、7月、8月每日8～16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料,通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反射率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子：太阳天顶角、地面及云面反射率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。     

FY 2F红外亮温资料模拟与偏差分析

为了实现西太平洋及东亚区域FY-2F可见红外自旋扫描辐射计(VISSR)资料的直接同化,本文利用飓风天气预报模式(WRF For Hurricane,HWRF)和快速辐射传输模式(Community Radiative Transfer Model,CRTM)对FY-2F的亮温资料进行了模拟。在有云情况下,中高纬度锋面云系模拟的相对较好,而低纬热带云团模拟偏差较大。对于晴空条件下模拟的红外1、2、4通道(IR1、2、4)亮温,受陆地下垫面发射率不均匀的影响模拟偏差较大,且辐射传输模式平均而言低估了地表发射率。海洋下垫面的资料模拟情况要明显好于陆地。IR4通道在白天受太阳短波影响观测亮温偏高。去除受云污染的资料仅保留晴空观测资料,通过格点统计插值(Community Gridpoint Statistical Interpolation,GSI)质量控制和偏差订正,IR2通道平均偏差减小约50%,IR3通道平均偏差从3.7 K减小到0.34 K。而IR1通道质量较好,偏差订正前后几乎没有变化。     

Added-value of GEO-hyperspectral Infrared Radiances for LocalSevere Storm Forecasts Using the Hybrid OSSE Method

正021-0443-1.Article Highlights:·The added-value from a GEO-hyperspectral IR sounder is studied by using a hybrid OSSE method.·The hybrid OSSE system can be used to evaluate the simulated GEO CrIS-FSR data by verifying the simulated LEO CrIS-FSR compared to the real CrIS-FSR.·The assimilation of GEO-hyperspectral IR data improves atmospheric temperature, moisture, wind, and precipitation forecasts.·An overall 5%RMSE reduction was found from using a GEO hyperspectral IR sounder on the atmospheric variables.     

用卫星资料计算我国东部地区晴空太阳辐射

根据光的多次散射理论的离散纵标法，利用我国东南沿海地区探空站的资料，计算出不同高度上分谱段的太阳直接辐射和向上，向下散射辐射，与相应时刻的卫星测值（可见光，红外通道S－VISSR计数值）进行逐步回归拟合，建立晴空状况下卫星测值与大气中各高度太阳直接辐射和攻射辐射的统计模式，并将拟合方法进行稳定性检验，据此可以利用卫星资料计算各高度分谱段的太阳直接辐射和散射辐射。