渤海海洋气象灾害天气分型与预报指标研究

为了掌握渤海海洋气象灾害的特征,提高海洋气象灾害的监测预报能力,根据天气学原理并采用天气学分析方法,利用Micaps、卫星云图、探空、国家基本气象观测站及大浮标站资料,对2001—2015年渤海海区由大风、大雾、强对流引发的78次海难事故的天气个例进行分析。结果表明:渤海海上大风以冬季和春季偏北大风为主,偏南大风次之,影响渤海及沿岸地区的偏北大风冷空气可以分为北路、西北路和西路3条路径,偏南大风地面气压场可以分为东北低压型和华北地形槽型。渤海海上大雾多出现在秋季和冬季,多发的平流雾通过东、东南和西南3条路径进入并影响渤海及沿岸地区。渤海强对流天气主要出现在5—9月,强对流天气主要受蒙古低涡(低槽)和东北低涡(低槽)影响。     

黄渤海北部沿海大风时空变化特征

基于1971-2008年黄渤海北部沿海18个基本气象站风向、风速历史资料和NCEP再分析资料,利用统计学、小波分析和天气学分型方法分析了黄渤海北部辽宁沿海风场时空变化特征。结果表明：黄渤海北部沿海大风呈明显减少趋势,大风主要出现在春季,4月最多,11月份次之。风向主要以偏北风和偏南风为主,夏半年主要以南风为主,冬半年盛行偏北风。海上大风的天气学分型主要划分为冷锋后部型、高压后部型、台风型和气旋型,其中气旋型又包括江淮气旋型、华北气旋型、蒙古气旋型和东北低压型;冷锋后部型大风出现次数最多,气旋型次之,台风型最少。     

2021年春季海洋天气评述

2021年春季（3—5月）的大气环流特征为：北半球极涡为偶极型分布,极涡较常年平均值偏强,中高纬度西风带呈现4波型。3月,南下冷空气活动偏弱,月内海雾过程频发。4月,北部海域受高压影响,低层形势场稳定,冷空气活动减弱。5月,我国近海受温带气旋影响出现大风天气。春季我国近海出现了5次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程2次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次,温带气旋影响的大风过程2次。春季共有8次海雾过程,3月3次,4月2次,5月3次。近海浪高在2 m以上的海浪过程有8次,大浪日数偏少。西北太平洋和南海共生成2个台风。我国近海的海面温度整体呈上升趋势,东部和南部海域升温明显,南部和北部海域海面温度梯度増加。     

2019年秋季海洋天气评述

2019年秋季（9—11月）大气环流特征为：北半球极涡呈绕极型分布,中高纬度环流呈4波型。随月份增加,欧亚大陆中高纬度环流的经向度不断加大,冷空气势力增强,但仍较历史平均偏弱。西太平洋副热带高压较历史平均偏强,热带气旋活动频繁。我国近海出现了17 次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程有9次,热带气旋大风过程4次,冷空气与热带气旋共同影响的大风天气过程3次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次。西北太平洋和南海共生成16个热带气旋,全球其他海域生成热带气旋 27个。我国近海浪高在2 m以上的海浪过程有9次。秋季,我国近海海域海面温度逐月下降,北部海域的降温幅度明显大于南部海域。     

2022年春季海洋天气评述

2022年春季(3—5月)北半球极涡呈单极型分布,形状狭长,极涡强度与历史同期相当。北半球中高纬度西风带呈4波型分布。3月,我国北方的大部分地区及北部海域受西北气流控制;4月,东亚大槽加深,高压脊区较历史同期偏强;5月,中高纬环流调整为“两槽两脊”型。我国近海出现12次大风过程,其中冷空气大风过程4次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3次,温带气旋大风过程4次,冷空气与热带气旋共同影响的大风过程1次。近海共出现10次比较明显的海雾过程,其中3月4次,4月3次,5月3次。西北太平洋和南海有2个热带气旋生成,接近常年同期平均值;全球其他海域有12个热带气旋生成,较历史同期平均值偏少5.7个。近海浪高2.0 m以上的海浪过程有12次,总日数为44 d。春季各月我国近海海面温度整体呈上升趋势,北方海域升温幅度大于南方海域。     

山东半岛大风的统计与分析

为了更好地预报海上和近海陆地大风,统计了山东半岛1981—2010年的大风资料,从统计结果看,沿海地区冬、春季的大风日数最多,秋季次之,夏季最少。通过逐日气象观测站资料对山东半岛沿海的大风日数进行统计,结果表明:秋、冬季偏北大风海上平均风力和极大风力较北部沿海地区偏大1～2个量级,较南部沿海地区偏大2～3个量级;春季偏南大风海上风力较北部沿海地区相当,较南部沿海地区偏大1～2个量级。西北路冷空气对山东半岛造成的大风最强,持续时间长,当冷锋前有气旋时,容易出现强风。     

2019年春季海洋天气评述

2019年春季（3—5月）的大气环流特征为：北半球极涡呈偶极型分布,两个低值中心分别位于东、西半球,中高纬度呈4 波型。3月,亚洲中东部中高纬度的经向型环流利于冷空气南下。4月和5月,冷空气势力减弱,温带气旋活动增加。我国近海出现了17次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程6次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程有3次,入海温带气旋大风过程8次。春季共有13次海雾过程,3月3次,4月6次,5月4次。近海浪高在2 m以上的海浪过程有14次,台湾海峡周边海域的浪高较大。西北太平洋和南海没有台风生成,全球其他各大洋共有热带气旋 12个。我国近海的海面温度整体呈上升趋势,且北方海域的上升幅度大于南方海域。     

2017年冬季海洋天气评述

2017年冬季（2017年12月—2018年2月）大气环流特征为：北半球极涡呈偶极型分布,中高纬度呈4波型。12月,亚洲中东部中高纬度环流经向度较大,有利于冷空气南下。2018年1月,西伯利亚冷高压较12月更强,冷空气自北向南影响我国近海。2月,冷空气活动减弱,有温带气旋入海并发展。我国近海出现了19次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程14次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程2次,冷空气与热带气旋共同影响的大风过程1次,热带气旋大风过程2次。2 m以上的海浪过程有19次,未出现2 m以上大浪的天数仅有10 d。我国近海出现6次比较明显的海雾过程,出雾区域在北部湾附近海域,出雾时间在夜间—早晨时段。西北太平洋和南海共生成4个台风。海面温度整体呈下降趋势。     

2020年春季海洋天气评述

2020年春季（3—5月）的大气环流特征为：北半球极涡为单极型分布,极涡较常年平均值偏强,中高纬度西风带呈现为3波型。3月,影响我国的冷空气总体多而不强,对北方海域影响较大。4月,我国近海海域上空为经向型环流,有利于冷空气南下。5月,影响我国近海的冷空气较弱,以温带气旋影响为主。我国近海出现了13次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程4次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程5次,温带气旋影响的大风过程4次。春季共有7次海雾过程,3月3次,4月1次,5月3次。近海浪高在2 m以上的海浪过程有10次,大浪日数偏少。西北太平洋和南海共生成1个台风。我国近海的海面温度整体呈上升趋势,且北方海域升温幅度大于南方海域。     

2020年冬季海洋天气评述

2020年冬季（2020年12月－2021年2月）大气环流特征为：北半球极涡呈偶极型分布,中高纬环流呈 3 波型分布,西风带槽脊较常年明显偏强。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于负距平区,东亚大槽较常年同期显著偏强,冷空气活动频繁、强度偏强。我国近海出现了 11 次 8 级以上大风过程,其中冷空气大风过程 7 次,冷空气和入海气旋共同影响的大风过程 2 次,冷空气和台风共同影响的大风天气过程以及温带气旋大风过程各 1 次。我国近海出现大范围的海雾过程 4 次,海雾区域主要出现在渤海、渤海海峡、黄海北部和中部海域、琼州海峡、雷州半岛沿岸海域及北部湾,出雾时段多集中于夜间至早晨。西北太平洋和南海共生成 2 个热带气旋;全球其他海域共生成热带气旋 16 个。我国近海出现 2 m以上大浪过程的天数有 54 d,约占冬季总日数的 60%。冬季,我国近海海域呈明显降温过程,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,海面温度从北到南的温差在冬季由 2020 年 12 月的 23 ℃加大到 2021 年 2 月的 27 ℃。     

南海南部海区的强风和大风特征分析

强风和大风天气在南海南部海区出现较频繁，据1984年起综合考察及永暑礁站等周边站资料分析，天气过程的持续时间差异；冬、夏季风盛行期间常出现强风和大风天气过程；热带云团对流易产生强风和大风天气；邻近海区热带气旋环流等天气系统对海区内风力增强起重要作用。     

2010年5月6日重庆强对流过程的天气学分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、FY-2E卫星、多普勒雷达以及自动站观测资料,对2010年5月6日重庆强风雹、暴雨天气过程进行了天气学分析。详细讨论了各尺度天气系统的发展演变及相互作用关系,并在此基础上提出了此次强对流发生的天气背景概念模型。研究结果表明:这次强对流过程发生在中纬度气旋、反气旋和高空槽增强发展的背景下,地面气旋与反气旋之间的冷锋也在南移中逐渐增强,而中纬度系统与西南地区低压和副热带高压间构成的鞍形场在重庆北侧造成锋生,一方面使得冷锋西段增强,另一方面通过次级环流与中层急流正反馈相互作用,加剧重庆中低层辐合抬升运动,既降低了大气稳定度,又为对流的触发形成提供了有利条件。与此同时,重庆低层始终位于西南地区低压东北部,偏南气流不仅输送了充足的水汽,其伴随的暖平流还与太阳辐射共同造成了重庆低层的显著升温,形成了条件不稳定层结。5月5日夜间冷锋移至重庆地区,锋面附近的强辐合造成了对流的初始发展,这一过程很可能与冷锋进入四川盆地后的下坡地形有关。另外,此次天气过程中副热带高空急流造成的强垂直风切变和高空辐散也为对流的强烈发展提供了有利条件。     

2021年秋季海洋天气评述

2021年秋季(9—11月)北半球大气环流特征为:极涡整体呈单极型,中高纬环流呈5波型分布,欧亚地区西风带环流形势季节内调整大,副热带高压(以下简称“副高”)偏强,西伸明显。秋季我国近海大风过程主要由冷空气、温带气旋和热带气旋影响造成。在12次8级以上大风过程中,冷空气影响8次,温带气旋影响6次,台风影响4次。西北太平洋和南海共生成9个台风,其中5个台风进入我国近海,在东西带状分布的副高影响下,近海台风主要活跃于南部海域;全球其他海域共命名热带气旋18个。我国出现2 m以上大浪过程的日数为74 d,约占总日数的81%,大浪过程与大风过程联系密切。秋季我国近海海面温度整体偏高,随着冷空气的逐渐活跃,北部海区和沿岸海域海面降温迅速,沿岸海面温度梯度加大,我国近海海域中,海面温度梯度最大的区域出现在东海。     

Overview of Advances in Synoptic Meteorology： Four Stages of Development in Conceptual Models of Frontal Cyclones

The advance of fluid dynamics may be divided into four stages： ancient, classical, neoteric, and contem- porary. A similar four-stage framework can be used to describe the advance of synoptic meteorology, such as the conceptual models of extratropical cyclones and their attendant fronts. The first conceptual model of extratropical cyclones was proposed by Admiral FitzRoy in 1863. Based purely on Admiral FitzRoy＇s personal experience （although it does contain some scientific essentials）, this model represents the “ancient” stage of synoptic meteorology. The Norwegian cyclone model was developed based on Newtonian mechanics about 100 yr ago, and represents the classical stage of synoptic meteorology. This model was based on the idea that weather changes are primarily caused by baroclinicity, but contain some serious flaws. In particu- lar, the Norwegian model regards fronts as zeroth-order discontinuities in density, which is inconsistent with the continuity principle of fluid dynamics. The Chicago three-dimensional conceptual model of fronts and cyclones, which was developed approximately 50 yr ago by using quasi-geostrophic theory, can be thought of as representing the neoteric stage of synoptic meteorology. The Chicago model was replaced in the late 20th century by a model of extratropical cyclones characterized by back-bent and wrap-up warm fronts. This model has been developed with massive numerical calculations, and represents the contemporary stage of synoptic meteorology. In the era of large data, contemporary synoptic meteorology should be careful to maintain and make full use of the profound physical understanding generated during the neoteric stage of synoptic meteorology.     

太原雷暴大风潜势预报方法研究

利用太原市7个国家观测站实况、探空以及MICAPS等资料，对1998—2018年5—9月太原的雷暴大风进行天气学分型，选取雷暴大风的消空因子以及不同天气型下的预报因子并确定其阈值，利用指标叠套法，建立雷暴大风潜势预报方法，并进行预报检验。结果表明：(1)选取700 hPa温度露点差、850 hPa与500 hPa的温差、条件性稳定度指数和混合相层4个环境参数作为消空因子并确定了消空阈值。（2）将雷暴大风分为高空槽型、冷涡型、切变线型、西北气流型和副高边缘型5类，选取了5类天气型下雷暴大风的预报因子，利用指标叠套法，建立了太原雷暴大风潜势预报方法。(3)运用雷暴大风潜势预报方法开展历史样本回报检验和2019-2020年试预报检验，取得了较好的预报效果。     

广西霾天气系统分型

利用2009—2013年NCEP再分析资料和广西14个地级市的历史气象资料,通过天气学方法对广西233个霾日对应的天气系统进行了分类,将形成广西霾日的天气系统分成冷高压脊控制型、入海高压后部型、低压槽型、均压场型、冷锋前部型、副高控制型、静止锋暖区型和热带气旋外围型共8种类型,研究了各类型天气系统的特点及其在广西霾形成中的作用。结果表明:冷高压脊控制型、入海高压后部型、均压场型和低压槽型是4种主要的环流型,造成的广西霾日较多,静止锋暖区型和热带气旋外围型造成的霾日较少;冷高压脊控制型和副高控制型的霾过程持续时间比较长,冷锋前部型的霾过程持续时间最短;地面风速较小,中低空为下沉气流是出现霾日时各类天气型的共同特征。     

A Case Study of the November 2012 Mixed Rain-Snow Storm over North China

A mixed rain-snow storm associated with a strong burst of cold air and development of an extratropical cyclone occurred over North China from 3 to 5 November 2012.This early snowfall event was characterized by a dramatic drop in temperature,strong winds,high precipitation intensity,broad spatial extent,and coexistence of multi-phase precipitating hydrometeors.This study investigates the multi-scale interactions between the large-scale circulation background and the synoptic-scale weather systems associated with the storm.The results are as follows.（1） The Arctic Oscillation （AO） had been in its negative phase long before the event,leading to southward advection of cold air into North China in advance of the storm.（2）The large-scale atmospheric circulation experienced a decreased number of long waves upstream of North China prior to the storm,resulting in reduced wave velocity and an almost stagnant low pressure system （extratropical cyclone） over North China.（3） An Ω-shaped blocking high over East Asia and the western Pacific obstructed the eastward movement of an upstream trough,allowing the corresponding surface cyclone to stabilize and persist over Beijing and its neighboring areas.This blocking high was a major factor in making this event a historically most severe precipitation event in autumn in Beijing for the past 60 years.（4） Baroclinic instability at lower levels gave rise to rapid development of the cyclone under the classical ＂second type＂ development mechanism for extratropical cyclones.（5） Moisture originated from the Yellow Sea entered the slowly-moving cyclone in a steady stream,creating fairly favorable water vapor supply for the heavy rainfall-snowfall,especially during the later stage of the cyclone development.（6） Moisture transport and frontal lifting triggered low-level instability and updrafts.Intensification of the front enhanced the vertical wind shear,causing conditional symmetric instability （CSI） to expand upward within the unstable lower troposphere,and to eventually gear into the CSI region of the upper troposphere,which facilitated the upward development of low-level updrafts.