陕西省强对流天气气候特征分析与对流指标探讨

选取2007—2014年陕西省98个气象站降水和冰雹观测资料、1970—2013年数据完整的90个气象站的雷暴观测资料,采用统计方法分析陕西雷暴、冰雹、短时强降水的气候特征。结果表明:陕西强对流天气多发生于10—20时,其他时间发生的概率比较低。冰雹多发生在5—8月;短时强降水大多出现在6—9月,雷暴主要出现在6—8月。2007—2014年,陕西降雹天气年际变化不明显,短时强降水的年际变化较大。1970—2013年雷暴日整体呈减少的趋势,2007—2013年明显偏少。冰雹天气的高值中心集中在陕西北部,短时强降水呈北少南多的特点,雷暴为中部少、南北多。利用2007—2014年探空资料和MICAPS资料统计陕西省冰雹和短时强降水天气的物理量指标,为短时临近天气预报提供依据。     

青海强对流天气时空特征及其对气候变暖的响应

利用青海省38个测站1960～2006年4～10月冰雹、雷暴日数资料,其中24站有连续的温度资料,采用线性回归分析、经验正交函数（EOF）等方法,分析了青海冰雹、雷暴的时空特征及对气候变暖的响应。结果发现：47 a来38站平均雷暴、冰雹日数的年内分布都为单峰型分布,雷暴和冰雹日数都在7月达到峰值;年平均冰雹、雷暴日数均...     

中国雷暴气候分布特征及变化趋势

利用1951-2005年雷暴和冰雹观测资料,统计出中国743个站点的雷暴以及冰雹发生日数.统计结果表明,中国雷暴和冰雹等强对流天气发生的概率分布具有明显的地理和日变化差异,日间与夜间强对流天气分布变化很大.中国雷暴发生频繁的区域共有5个,分别是青藏高原东部、云南中南部、四川境内、华南两广地区及新疆西部,各区域雷暴日数存在不同的年际变化特征.全国雷暴日数除青藏高原地区略有上升外,总体呈下降趋势.冰雹发生频繁的区域主要在青藏高原祁连山地区,天山地区和华北北部为冰雹活动的次频繁中心.冰雹日的年际变化也因区域不同而有所区别.由中国雷暴日数的REOF分析可以看出,华南、长江流域等地区都存在独立的异常时空分布,与特定的大尺度环流密切相关.     

常州雷暴的气候特点及多普勒雷达回波特征

利用常州基本观测站1952-2007年长序列的雷暴观测资料和多普勒雷达回波资料,采用数理统计和小波变换方法,对常州雷暴的变化规律、周期特征以及雷达回波特征进行了分析.结果表明:(1)雷暴日数年代际间差异显著.(2)雷暴年际变化很大,最大值为最小值的5.9倍;雷暴日数总体呈显著减少的趋势.(3)夏季为雷暴高发季节,占总雷暴日数的66.8%.(4)月际变化差异大,雷暴集中出现在4-9月,其中7、8月为雷暴高发月.(5)从日分布来看,傍晚出现次数最多,其次为下午,上午出现最少.(6)常州年雷暴日数分布主要表现为12a(年代际)震荡周期贯穿在整个56年里;1952-2004年存在着非常明显7a左右的次周期特征;1968-2007年还存在3～4a的小周期特征.(7)常州雷暴的雷达回波基本反射率因子一般在30～65dBz之间,回波顶高为6～17km.(9)常州雷暴雷达回波移向主要有五类:西南东北向、东南西北向、西北东南向、旋转、局地生成.另外对常州雷雨大风和冰雹进行了统计分析,发现:7月为雷雨大风最高发月;5月和7月为冰雹最高发月.     

罗甸县近50 a雷暴气候特征分析

统计整理罗甸县1961-2010年雷暴观测资料,通过时间对比法分析雷暴的季节、年代、年际变化等特征.发现罗甸县雷暴出现具有明显的季节性,雷暴天气年代变化明显,年际频率变化较大,近30 a年雷暴日数趋于减少.总结罗甸县雷暴初终日分布规律及初终日间隔日数特征,用Pearson相关系数计算方法,阐述雷暴日数和降水量、降水次数之间存在的非常强的正相关性.     

2008-2012年南京短时强降水特征分析

利用2008-2012年南京自动气象观测站逐时降水量的观测资料,分析南京短时强降水的发生规律,包括短时强降水的年变化、月变化、日变化和空间分布等特征。结果表明：2008-2012年南京雨强大于50 mm/h^-1的致灾性短时强降水过程的发生次数呈显著增长趋势;短时强降水天气主要出现在6-9月,其中7-8月出现日数最多,雨强最大;春雨期短时强降水最易发生在凌晨,梅雨期短时强降水最易发生在上午和傍晚,台汛期短时强降水最易发生在上午;下半夜-凌晨短时强降水出现次数较少,傍晚前后是短时强降水多发时段;短时强降水天气的空间分布具有明显的城郊差异;城市化效应不能引起城区的局地降雨,但在大尺度天气系统过境时,会使城区的对流活动较郊区更活跃,且城市下风向地区的降水也因此增强。     

不同类型大尺度环流背景下首都国际机场的雷暴特征分析

利用2001—2014年共14 a的北京首都国际机场(以下简称机场)观测资料和Micaps高空及地面观测资料,将发生在机场的雷暴日分为八类(即强雷暴、弱雷暴、湿对流、干对流、弱冰雹、强冰雹、冰雹大风和混合对流),对每种类型雷暴的气候特征进行了统计研究,得出如下结论:(1)机场雷暴以弱雷暴为主,其次为干对流。弱雷暴和干对流在6月出现最多,强雷暴和湿对流在7月最多,弱冰雹出现在春末夏初及秋季,而冰雹大风出现在6—7月,混合对流仅在7月出现一次。(2)从500 h Pa形势来看,西风槽造成的雷暴过程最多,其它为西北气流型。500 h Pa为西风槽和低涡、西北气流时,地面辐合线触发的雷暴最多,其次为冷锋。500 h Pa为横槽时,冷锋触发的雷暴比例增加,没有由地形辐合线触发的雷暴。而副高边缘和低压倒槽类型的雷雨过程,触发系统主要为辐合线。(3)从月分布来看,低涡和西北气流型造成的雷雨在6月最多,但横槽和西风槽造成的雷雨出现最多的分别在7月和8月。西风槽、低涡和西北气流型造成的弱雷雨均最多,其次为干对流。而雷暴的地面触发系统以辐合线最多,主要出现在6月,冷锋触发的雷雨主要集中在5—6月,地形辐合线主要集中在7、8月。(4)横槽、西北气流型雷暴的日循环分布只有一个峰值,分别出现在05—12UTC和08—14UTC,但低涡和西风槽却有两个峰值,主峰值分别出现在12—13UTC和08—17UTC,次峰值分别在07—08UTC和00—01UTC。     

肇庆市强对流天气的时空分布特征

采用2010—2015年肇庆市146个自动站3—10月的时雨量和最大风速资料,统计分析肇庆市短时强降水和雷暴大风的时空分布特征。结果表明:(1)肇庆短时强降水和雷暴大风发生的高峰期是5—8月,峰值位于5月。(2)肇庆短时强降水和雷暴大风日变化都有日强、夜弱的特征,高发期在白天的午后。短时强降水的峰值出现在17:00前后,雷暴大风的峰值则在15:00。3—6月的短时强降水在凌晨07:00前后有一个小高峰,雷暴大风在凌晨05:00有小高峰。(3)肇庆短时强降水空间分布受地形影响较明显,3—10月多发于山区与平原过渡的地区。3—6月短时强降水多发范围远大于7—10月。3—6月有呈南北向的弱(西部偏西)、强(中东部)两带,小中心分布与地形山脉间的山谷走向接近;7—10月的多发区在肇庆东部,小中心主要位于东部的东南迎风坡。(4)肇庆雷暴大风多发地多处于平原、盆地、西江沿岸等地形较为开阔处,在封开县江口附近有一个高频的多发中心。     

黄淮西部地貌过渡区深对流云的时空特征及其天气意义

中国黄淮西部地貌过渡带(30°-38°N,109°-118°E,山区和平原过渡带)地形复杂,每年夏季强对流天气频繁发生.为了深入了解该地区的对流发展和分布特征,用1996-2010年5-8月静止卫星多通道资料及河南省地面观测的对流天气(雷暴、冰雹、短时强降水)资料,对该地区深对流活动的时空分布及天气意义进行了统计和对比研究.结果显示:黄淮西部地貌过渡带及其附近深对流活动的时空分布不仅与气候带关系密切,而且,明显受地形和天气系统影响.淮河流域是深对流活动高发区,豫北和豫西山区是深对流活动次高发区.豫北和豫西山区的深对流主要产生雷暴和冰雹,而淮河流域、南阳盆地等地势较低地区的深对流活动则较多地与雷暴和短时强降水有关.深对流活动随夏季风北进和副热带高压的北抬而具有显着的月际、日际变化及明显的阶段性特征.不同月份的深对流活动日变化特征显着不同,表现出两种性质的对流活动,一种为持续时间较短的热对流,一种为大尺度天气系统控制的持续性对流.豫北深对流活动日变化主要为单峰型,且具有自西北向东南方向传播的特征;豫南深对流活动日变化表现为双峰结构.     

沈阳地区强对流天气潜势预报环境参数特征分析

利用常规探空观测和WRF分析场等资料,分析了2005—2014年沈阳地区强对流天气的气候背景特征、演变规律及日变化特征等,将强对流天气划分为冰雹、雷暴大风(≥17.2 m·s-1)、短时强降水(≥20 mm·h-1)和混合型4种类型;并分析探空资料在强对流天气潜势预报中的作用,着重探讨14时(02时)探空资料对沈阳地区强对流天气短时临近潜势预报的作用。结果表明:2005—2014年沈阳地区4种强对流天气中,以短时强降水天气发生次数最多,其次为雷暴大风天气,冰雹天气的发生次数最少,多数强对流天气发生在午后至傍晚。由合成T-Log P图的温湿廓线可知,沈阳地区短时强降水天气发生时中低层存在显著湿区,与雷暴大风和冰雹为主的强对流天气温湿廓线明显不同,多数合成T-Log P图的显著特点为中层大气干燥。冰雹型强对流天气的0℃层和-20℃层高度明显低于其他强对流天气类型的高度;冰雹型强对流天气T700-T500和T850-T500显著大于短时强降水型及雷暴大风型强对流天气,且T850-T500的指示意义更好;4种强对流天气类型平均SI均出现了正值,说明SI失去了不稳定性的指示意义;短时强降水天气的K指数明显高于冰雹天气;雷暴大风天气发生时对流有效位能明显小于其他强对流天气类型。可见,WRF中尺度模式中的T-Log P预报图对沈阳地区强对流天气的预报具有一定的指导意义。     

高寒草原不同量级降水对干旱解除的影响

基于2017年3月1日至10月31日逐日每10 min降水量和土壤体积含水率试验数据,分析不同降水量级不同处理对土壤体积含水率的影响,结果表明:(1)小雨仅能提高0～10 cm土壤墒情,且在遮挡率超过30%时,效果明显减弱,同时地表植被覆盖能在一定程度上提高降水利用率。(2)在土壤底墒较差条件下,中雨能改善对照区、遮挡率20%和30%处理下0～10 cm土壤体积含水率;在土壤底墒较好条件下,中雨能有效补充对照区、遮挡率20%、30%和40%处理下0～30 cm土壤水分。(3)大雨条件下,在对照区、遮挡率20%、30%、40%和60%处理下,0～20 cm土壤体积含水率均有明显增加,在20～30 cm土壤层对照区、遮挡率20%、30%、40%处理下增加亦比较明显,大雨能完全解除0～30 cm土壤干旱。(4)短时强降水对土壤水分的补偿十分有限。暴雨对提高0～20 cm土壤体积含水率非常明显,但对提高20～30 cm土壤水分含量不及大雨效果明显。(5)在对照区,0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层有效降水量阈值分别为2. 5、7. 0和10. 0 mm。(6)特旱、重旱、中旱和轻旱条件下,0～10 cm土层干旱解除所需的最小降水量分别为21. 5、11. 7、5. 0、1. 4 mm,10～20 cm土层所需的最小降水量分别为32. 9、18. 6、8. 6、2. 7 mm。     

西宁近地面臭氧特征及其影响因素

利用青藏高原东北部城市西宁2015—2017年O_3质量浓度和各气象要素数据(紫外辐射、最高气温等),分析近地面O_3变化特征及其影响因素,结果表明:该地区臭氧平均质量浓度呈现单峰型日变化规律。每年6—8月O_3质量浓度最大,12月至翌年2月最小。依据环境空气质量指数AQI统计分析,6—8月污染天气O_3占首要污染物总天数的72%。O_3与NO_2、CO呈极显著负相关,臭氧日最大1 h平均质量浓度与紫外辐射、日最高气温呈极显著正相关,与日平均气压、日最高气压、日最低气压呈极显著负相关,与日平均相对湿度相关性不显著。不同季节不同高度风速大小和风向频率对O_3质量浓度影响不同,500 h Pa盛行风向以WNW为主时有利于扩散。2017年青海省大部地区O_3月平均质量浓度总体呈先增加后减小变化趋势。纬度越低,海拔越高的地区,O_3质量浓度升高越早。降水量的差异对O_3质量浓度影响较小。     

江苏省雷灾特征分析及灾情灰色关联评估

雷电是雷雨云之间或云地之间产生的瞬间放电现象。雷电产生的强大的雷电流、高电压及强电磁辐射产生的巨大破坏力会导致各类无法挽回的损失。因此在对各类雷电灾害特征进行全面统计分析的基础上建立合适的评估模型,对雷电评估与防护工作的开展有一定的实际参考与指导意义。根据19982009年雷电灾害汇编资料及近30年江苏省雷暴日资料,利用数理统计方法分析了江苏省近12年来的人员伤亡、经济损失等雷电灾害特征及行业雷灾特征,在此基础上结合灰色理论建立与之相适应的灰色评估模型。经统计分析发现,近12年间江苏省雷灾程度较重的城市集中在扬州、泰州、无锡、盐城等市;雷灾经济损失涉及的行业主要分布在石油化工、制造业、居民用户及广电通信等行业。依据灰色研究理论,在对原始数据作归一化处理的基础上再对各因素进行比较,同时在对分级指标进行函数转换的前提下统一灾情等级的划分标准。依据灰色关联分析方法,以灰色关联系数求解公式为基础,最终确立江苏省雷电灾害的灰色关联度,并根据该灾害关联度从大到小的排序即关联度序,得到江苏省各市灾情轻重的比较结果:近年来江苏省无锡、苏州、扬州市为重灾及中灾区,其余各市均为小灾区。     

一次甘肃天水强冰雹的雷达回波特征及成因分析

利用常规气象观测资料、天气雷达以及NCEP FNL再分析资料,对2017年5月18日下午天水一次强冰雹天气的雷达回波结构演变特征和成因进行了详细分析。结果表明:(1)降雹对流单体低层反射率因子呈现出明显的"V"型缺口,最大回波强度出现在低层,为63 d Bz。反射率因子垂直剖面呈对流单体有界弱回波区和其上的回波悬垂,相应的径向速度垂直剖面呈中低层径向风有明显的辐合特征,高层转为辐散,尤其风暴顶附近。(2)对流单体发生在对流层中层河套地区至甘肃河东东部低涡及其附近冷区和河西中部高压脊及其东北部冷池和低层甘肃与宁夏交界处冷性低涡分别为干冷空气入侵和暖湿气流辐合抬升提供有利条件的环境背景下;较高CAPE值和低CIN值有利于强对流天气发生;对流层中低层深厚的上升气流,中层下沉气流和0℃层以上强气流上升有利于对流单体水汽输送以及生成、发展和维持;距地高度2600～2900 m的0℃层为大冰雹落地提供了环境条件。(3)冰雹临近预警的雷达参数化指标为最大反射率因子达55 d Bz,VIL最大值和VIL密度分别达25 kg·m-2和2. 3 g·m-3。     

雷达径向速度资料同化中不同坐标转换方案的对比试验

利用江苏省气象局与美国强风暴实验室联合开发的高精度数值分析及预报系统(Precision Weather Analysis and Forecast System,PWAFS)对雷达资料同化中径向速度资料的两种坐标转换方案进行对比分析。Grid方案将雷达径向速度资料通过最小二乘法从极坐标映射到模式三维网格;Tilt方案将雷达径向速度资料通过双线性插值在水平方向插值至标量水平网格,但在垂直方向不进行插值,保留在雷达仰角对应的高度上。两种方案对反射率资料的处理均是插值到模式三维网格点。Grid方案在近雷达处进行平滑,在远雷达处进行插值,会导致低层数据平滑,Tilt方案减少了雷达径向风观测垂直插值引发的误差,更多的保留了雷达观测的特性。本研究分别通过龙卷、大风及梅雨锋暴雨个例对这两种方案的同化结果进行对比分析。龙卷个例中Grid方案得到了部分虚假的较大的同化风场,Tilt方案结果清楚展示了龙卷发生位置的回波及流场的精细结构。大风个例中两种方案得到的最大风速值差3 m·s^-1,Tilt方案的结果更接近观测最大风速值,且得到的大风速区分布更符合观测。梅雨锋暴雨个例中Grid方案对东北及西南两个区域的大风速区均未能很好的反映,Tilt方案得到的水平风速大值区范围明显优于Grid方案。在靠近雷达中心的低层,观测资料密集,Tilt方案能够更好的反应实际大气状态。但是因为缺乏其他观测资料进行验证,两种方案的效果还需要利用数值预报或其他方法进行对比。     

多普勒雷达资料同化在福建地区暴雨过程中的模拟试验

利用中尺度模式WRFV3.5,对福建地区的一次暴雨过程进行了模式参数化方案模拟效果的敏感性试验,并同化了多普勒雷达资料进行了模拟研究。结果表明,WSM5微物理方案与BMJ积云对流方案的组合模拟大雨和暴雨量级降水的TS评分可达0.29,模拟效果优于其他各种组合。在此基础上,采用WRFV3.5三维变分系统,直接同化多普勒雷达资料,并和登陆台风的外围暴雨过程的控制试验比较,结果表明,仅同化反射率资料使得暴雨落区会向南调整,更接近于实况(TS评分提高了0.12),而仅同化径向风资料使得模拟的降水强度更趋近于实况(TS评分提高了0.13);同时同化反射率和径向风资料,使得暴雨落区及其强度的模拟最接近于实况(TS评分从0.12提高到0.28);敏感性试验的对比结果以时间间隔为3 h时模拟效果最优,6 h间隔次之。因此,合理同化雷达资料会显著改进福建登陆台风的降水模拟效果。     

城市水文过程对气象环境影响的模拟分析

采用引入城市水文过程的WRF/SLUCM方案,以北京2010年7月4—6日高温热浪天气为背景,模拟了绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程对城市气象环境的影响。结果表明:(1)绿地灌溉、绿洲效应和人为潜热等水文过程可导致北京城区13 ∶00(7月4—6日小时平均,下同)潜热通量升高最多约100 W·m^-2 ,02 ∶00升高最多约15 W·m^-2;感热通量13 ∶00降低最多约80 W·m ^-2;02 ∶00降低最多约5 W·m^-2 。(2)城市水文过程可导致城区13 ∶00相对湿度增加最多约4%,02 ∶00约6%;地表气温13 ∶00降低最多约1.2 ℃,02 ∶00约0.4 ℃。(3)城市水文过程对北京城市热岛强度的减弱效果白天明显好于夜间,且在10 ∶00—14 ∶00出现了强度约0.8 ℃的冷岛效应。(4)水文过程会导致北京城区500 m高度以下白天大气温度最多降低0.5 ℃,相对湿度最多增加3%,但夜间影响较小。由于热对流运动的减弱,城区边界层高度降低约200 m;城区1 km高度以上水平风速增大,低层风速减小。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。     

1961—2010年中国气候生产潜力时空格局变化及其潜在可承载人口分析

以气温、降水格点数据为基础,采用Thornthwaite Memorial模型计算了中国气候生产潜力(CPP),并从气候的角度估算了耕地上气候资源潜在可承载的人口数,以便增强了解气候变化的影响及气候资源最大人口支撑能力。结果表明:1961—2010年中国CPP总体呈突变性增加趋势,1987年为突变点,年最低、最高及平均值分别为689. 18、814. 56和744. 05 g·m^-2·a^-1。空间上呈现出从西北向东南逐渐递增的带状分布,其中高值区主要分布在华南大部,最高值达2103. 56 g·m^-2·a^-1;低值区主要分布在西、北部地区,最低值为39. 28 g·m^-2·a^-1。2001—2010年中国大部分地区CPP年平均值相对于1961—2010年多年平均值变化幅度不大,变化比例高的地区基本上分布于中国西、北部,其中增加的区域达82%,主要分布在华东地区、新疆西部、西藏北部及青海大部,远大于缩减的区域(17%)。1995—2010年,基于公里网格的耕地气候潜在可承载人口为46—2180人·km^-2,全国平均值最低的年份为1130人·km^-2,对应的实际人口为0—49729人·km^-2,全国平均值均不高于137人·km^-2;全国实际总人口为11. 43—13. 04亿,耕地气候潜在可承载总人口为19. 72—20. 22亿,前后比值为58%—65%。这表明,中国耕地生产力未达到气候生产潜力,尚有一定的开发潜力;实际人口在中国大部分地区均没有超出气候资源潜在可承载的最大人口,然而在少数省市(如生态环境脆弱的青海省以及经济发达的大城市及沿海地区)已超出。     

1987—2016年安徽省暑期体感温度时空变化特征

基于安徽省1987-2016年81个国家站暑期7、8月逐日平均气温、最高最低气温差、平均相对湿度和平均风速,计算各站点体感温度,并分析其逐年变化特征。联合站点体感温度和DEM地形数据,建模并给出体感温度的空间分布;依据舒适度划分等级,得到安徽省暑期舒适度空间分布。结果表明:(1)安徽省近30 a暑期体感温度呈波动上升趋势;与平均气温、平均相对湿度呈正相关,与最高最低气温差、平均风速呈负相关;平均气温、平均相对湿度的上升,高低温差、平均风速的下降,使得体感温度呈上升趋势,其气候倾向率(0.0224℃·a^-1)略高于平均气温的气候倾向率(0.016℃·a^-1)。(2)体感温度随地形变化特征显著。沿淮部分地区与沿江大部平原地区普遍超过29.0℃;受海拔、植被覆盖、地形遮蔽效应影响,大别山、皖南山区大部体感温度低于27.0℃。(3)沿淮淮北、江淮大部、沿江等平原地区多为"较不舒适"地区;大别山、皖南山区均包含"最舒适"、"舒适"和"较舒适"地区。山区地形遮蔽效应与高植被覆盖为安徽省避暑旅游提供了良好的区域气候条件。