降雪与冻雨天气研究回顾

2008年初,中国南方许多地区出现了历史罕见的持续雨雪、冰冻天气,对电力、交通、农业、林业等造成了极大破坏。分析研究这种在全球气候变化背景下发生的极端天气事件的形成原因,有助于提高预测水平和对类似灾害性天气的防范能力。在对近年来国内外关于冬季降雪和冻雨天气研究进行简略回顾的基础上,对其未来研究方向进行了展望。认为：在全球气候变暖的背景下,要加强雨雪、冰冻天气形成机理与变化规律的研究,特别是要加强其发生的前兆性研究;要充分利用现代先进的探测技术和手段,提高对雨雪、冰冻天气的监测能力;要建立和完善对雨雪、冰冻灾害天气时间发生、发展的预报技术和方法。     

我国雷达气象工作的新进展

一、前言 雷达用于探测降水天气,在我国已有近三十年的历史。天气雷达在对台风、暴雨、冰雹、龙卷等强对流天气的探测中,显示了它的优异性能;在对中、小尺度天气系统的研究、大面积降水的定量测量、人工影响天气试验以及云和降水物理学研究等项科学实验中,也显示出具有巨大的潜在能力。为了对降水等天气的探测、警戒,全国各地陆续设置了许多天气雷达,开展了日常的探测业务。     

多普勒天气雷达在沙尘天气监测中的应用

应用CINRAD/CC新一代天气雷达监测资料分析了天山北部一次强沙尘天气过程,对沙尘天气的分布、回波强度和面积的变化以及相应天气背景、气象要素变化作了初步研究。     

灾害性天气总结中存在的问题和关键要点分析

为了帮助预报员加深对灾害性天气的认识并提高其预报预测准确率,联系近2～3年来武汉中心气象台灾害性天气总结实际,分析了灾害性天气总结中存在的若干问题,并对其原因进行了简要剖析;在此基础上,以若干灾害性天气总结为例,归纳了灾害性天气总结的关键要点,即从预报业务实践中提炼科学问题,综合应用多种探测资料,重视灾害性天气数值模拟和试验研究,加强灾害性天气形成机理研究,尝试灾害性天气三维结构和物理图像的总结,加强灾害性天气可预报性问题探讨,注重灾害性天气预报思路和着眼点的总结;最后,就如何做好灾害性天气总结和充分发挥其效益,提出了几点建议。     

中亚低涡研究若干进展及问题

总结了50多年来中亚低涡研究及其对新疆天气影响的主要成果,从低涡定义、时空分布特征、生命史、活动规律及其对新疆极端天气的影响,以及低涡环流配置、相应水汽输送、三维动热力结构、长维持的物理成因进行了总结。由于新疆地区天气受到的关注和研究相对较少,近些年中亚干旱气候背景下的中亚天气学发展和预报预警技术研究与东部季风区差距日益加大,致使目前“丝绸之路”核心区建设气象防灾减灾的能力严重不足。提出了中亚低涡研究待解决的问题：中亚低涡背景下中尺度结构特征和演变规律、强对流天气物理模型和中尺度分析诊断量,中亚低涡造成强对流天气的关键影响因子和预报预警指标,这些问题的研究对推进中亚天气学、短期短时天气预报技术的发展,增强防灾减灾能力具有重要意义。     

基于位置的网格数据在跑步天气产品中的应用研究

基于增加格点天气数据研究出多要素的天气服务提示库,特别是针对不同性别对天气要素的敏感程度进行计算,研究出跑步运动状态趋势算法和最佳运动时间。跑步天气产品上线后,社会反馈良好,同时该产品对未来在马拉松专业比赛中应用做出了展望,对潜在的服务市场做出了探索。     

南安市秋季一次大暴雨天气过程诊断

应用常规观测资料、自动站加密观测资料、天气图、物理量场和云图等,对福建省南安市秋季一次历史同期罕见的大暴雨天气过程进行了分析,研究了此次大暴雨天气过程的天气系统、水汽条件、不稳定度和动力触发机制,分析了该天气系统的演变及物理量场的配合情况。通过与历史同期天气过程的比较分析,发现在该时期本地区发生大暴雨天气过程的一个重要原因是存在热带低压与较强冷空气的相互作用;探空资料的应用对定量分析大暴雨过程的演变发展具有重要作用。由于秋季在南安乃至泉州出现这种大范围暴雨天气过程极其罕见,对此次大暴雨天气过程的研究利于基层台站预报员对此类现象的认识和把握。     

友谊县2017年3月13-14日暴雪过程分析

1引言暴雪是黑龙江省常见灾害天气之一,黑龙江省暴雪天气最易出现在秋末冬初和冬末春初。从20世纪70年代开始,我国许多学者对暴雪天气进行了研究分析并取得一定成果。袁美英等分析了造成黑龙江省大雪、暴雪的几种环流形势,并对每种环流形势给出了预报着眼点和指标;高玉中等采用温压结构的天气概念模型分析技术,研究了黑龙江省暴雪预报方法.     

吉林省雷电天气气候特征及其成因分析

本文主要分析了吉林省雷电天气的时空分布特点,并对区域性雷暴天气的年代际变化、气候倾向及阶段性、周期性等特征进行了分析研究,在此基础上,对未来雷暴天气的变化趋势做了探讨性展望,旨在为我们正确认识雷暴天气的气候变化规律及进行短期气候预测提供理论依据。     

江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究进展

经过新中国成立以来多次中尺度天气试验研究,江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究取得长足进展。其进展主要体现在两个方面:一是用较高分辨率的观测资料(包括地面和高空探测的加密观测以及卫星和雷达的观测)对形成暴雨和强降水的中尺度天气系统的结构特征和生命史过程建立了天气学概念模型,特别是对暴雨和强降水有重要影响的α中尺度和β中尺度对流系统,建立了观测个例的中尺度物理模型;二是探索了暴雨和强降水的动力学和热力学的物理机制,为精细化数值模式的设计提供了理论支撑,为灾害性天气预测预警提供了技术支持。本文在以往暴雨和强降水研究的基础上,着重对暴雨和强降水的中尺度天气科学试验、江淮以南地区暴雨和强降水发生主要区域的中尺度天气动力学研究进行了概述。     

A review of major progresses in mesoscale dynamic research in China since 1999

Mesoscale research conducted by Chinese meteorologists during the past four years is reviewed.Advances in theoretical studies include (a) mesoscale quasi-balanced and semi-balanced dynamics, derived through scale analysis and the perturbation method which are suitable for describing mesoscale vortices;(b) subcritical instability and vortex-sheet instability; (c) frontal adjustment mechanism and the effect of topography on frontgenesis; and (d) slantwise vorticity development theories, the slantwise vortex equation,and moist potential vorticity (MPV) anomalies with precipitation-related heat and mass sinks and MPV impermeability theorem. From the MPV conservation viewpoint, the transformation mechanism between different scale weather systems is analyzed. Based on the data analysis, a new dew-point front near the periphery of the West Pacific subtropical high is identified. In the light of MPV theory and Q-vector theory, some events associated with torrential rain systems and severe storms are analyzed and diagnosed.Progress in mesoscale numerical simulation has been made in the development of meso-α, meso-β vortices,meso-γ-scale downbursts and precipitation produced by deep convective systems with MM5 and other mesoscale models.     

Contributions of Fuqing ZHANG to Predictability,Data Assimilation,and Dynamics of High Impact Weather: A Tribute

This article reviews Fuqing ZHANG’s contributions to mesoscale atmospheric science,from research to mentoring to academic service,over his 20-year career.His fundamental scientific contributions on predictability,data assimilation,and dynamics of high impact weather,especially gravity waves and tropical cyclones,are highlighted.His extremely generous efforts to efficiently transmit to the community new scientific knowledge and ideas through mentoring,interacting,workshop organizing,and reviewing are summarized.Special appreciation is given to his tremendous contributions to the development of mesoscale meteorology in China and the education of Chinese graduate students and young scientists.     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

多尺度大气数值预报的技术进展

随着计算机和计算理论的发展,数值模式正在向全球化、精细化发展,以适应多尺度、多目的应用的要求,从而模糊了大气环流模式和中尺度数值模式的界限,其主要手段就是改进模式动力框架、离散化手段、计算方法、物理过程的普适性。在实际应用中如何提高模式的多尺度计算性能则是问题关键。该文从模式球面坐标系、网格构造、离散化方法的动力特性、垂直坐标和地形处理以及对物理过程的要求出发,探讨分析多尺度大气数值模式的特点:全球/区域可选、非静力近似、具有良好的频散关系和详细的物理过程,垂直高度坐标和"剪切"地形对多尺度通用模式的改良十分重要。除上述特点外,模式所采用的计算方法也应该最大限度地描述大气动力过程特性,采用高性能计算方案有利于多尺度预报。结合当前多尺度预报的国际研究热点和开发前沿,探讨我国新一代多尺度数值预报系统GRAPES的进一步发展及改进方向。     

中国气象科学研究院雷达气象研究50年

该文回顾了自20世纪50年代以来, 中国气象科学研究院在模拟信号的天气雷达、数字化天气雷达、多普勒雷达和雷达新技术如双线偏振雷达、双基地多普勒雷达等雷达技术研究及其在冰雹、暴雨、台风等中尺度天气过程的监测和临近预报等方面的应用工作, 特别介绍了近年来开展的针对暴雨、台风的中尺度外场试验、双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达技术在风场中尺度结构中的应用、双线偏振雷达在云和降水微物理结构探测中的应用、新一代天气雷达三维数字组网及临近预报方法研究等工作; 对中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在雷达气象领域研究的未来进行了分析和展望。     

Advances in Severe Convection Research and Operation in China

This article reviews the advances in severe convection research and operation in China during the past several decades.The favorable synoptic situations for severe convective weather(SCW),the major organization modes of severe convective storms(SCSs),the favorable environmental conditions and characteristics of weather radar echoes and satellite images of SCW and SCSs,and the forecasting and nowcasting techniques of SCW,are emphasized.As a whole,Chinese scientists have achieved a profound understanding of the synoptic patterns,organization,and evolution characteristics of SCW from radar and satellite observations,and the mechanisms of different types of convective weather in China.Specifically,in-depth understanding of the multiple types of convection triggers,along with the environmental conditions,structures and organization modes,and maintenance mechanisms of supercell storms and squall lines,has been obtained.The organization modes and climatological distributions of mesoscale convective systems and different types of SCW,and the multiscale characteristics and formation mechanisms of large hail,tornadoes,downbursts,and damaging convective wind gusts based on radar,satellite,and lightning observations,as well as the related features from damage surveys,are elucidated.In terms of operational applications,different types of identification and mesoanalysis techniques,and various forecasting and nowcasting techniques using methods such as the"ingredients-based"and deep learning algorithms,have been developed.As a result,the performance of operational SCW forecasts in China has been significantly improved.     

Study on Formation Mechanisms of Heavy Rainfall Within the Meiyu Along the Mid-Lower Yangtze River and Theories and Methods of Their Detection and Prediction

As the project of National Key Basic Research Development Program: Research on Formation Mechanisms and Predictive Theories of Major Weather Disasters in China has been fulfilled by 5-yr efforts of Chinese scientists, achieving results of great significance are as follows: 1) development of multi-scale physical models for Meiyu frontal heavy rainfall based on a range of real-time observations; 2) construction of synoptic models for such heavy rainfall; 3) the Meiyu front found to consist of multi-scale systems that represent a subtropical front, which shears structural features of an extratropical front and ITCZ, displaying sometimes a bi-front feature in the mid-lower Yangtze Basin (MLYB). The positive feedback between pre-frontal wet physical processes and over-front strong convective activities as well as interactions among multi-scale systems of the Meiyu front act as the important mechanism for the maintenance and development of the Meiyu front; 4) proposal of theories and methods for quantitative retrieval of multiple mesoscale torrential rains from satellite remote sensings, leading to a line of products; 5) investigation of applicable theories and techniques for retrieving the heavy rainfall system's 3D structure from dual-Doppler synchronous detectings; and 6) development of a system for meso heavy rainfall numerical prediction models with a 3D variational data assimilation scheme included, a tool that played an active role in flood combating and relief activities over the Huaihe River Basin (HRB) in 2003.     

中尺度大气数值模式发展现状和应用前景

对国内外当前一些先进的中尺度大气数值模式的发展现状,应用前景及发展趋势作了概要综述。其内容包括：模式动力学的改进,叫就度模拟系统特征,区域谱模 发展积云参数化和显式云物理方案,行星边界层参数化,大气辐射参数、四维资料同化,区域实时数值天气预报,中尺度数值天气预报应用前景及新一代中尺度模式发展趋势。     

NUMERICAL SIMULATION AND MESOSCALE ANALYSIS OF A TORRENTIAL RAIN CAUSED BY TYPHOON

A heavy storm rainfall caused by Typhoon Acre (No.0418) when landing at Fujian has been successfully simulated by using AREM model. The simulation result is scale-separated by spatial band-pass filtering, which reveals the mesoscale low pressure and convergence line that has direct impact on this rainfall process. The physical characteristics of the two mesoscale systems and their relation with rainfall are also analyzed. Study shows that there exists a well corresponding relationship between the storm rainfall and mesoscale divergence and strong updraft arising from the convergence, which is caused by the interactions between the mesoscate systems and topographic features, and is directly responsible for the rainfall.