基于ECMWF模式的江西及周边地区锋面暴雨预报检验和订正

利用全国降水资料（包括江西加密降水资料）、探空资料、ECMWF模式72—24 h降水和形势预报资料,采用天气学检验、SAL定量降水预报检验等方法,对2017—2019年江西及附近地区锋面暴雨的实况和模式产品进行检验分析,检验主要影响天气系统预报效果,得出ECMWF模式降水预报误差分布特征及原因,并对模式的暴雨预报进行订正。结果表明：ECMWF模式对2017—2019年锋面暴雨过程预报较实况大多偏北,落区预报误差主要源于大尺度降水。从锋面暴雨三种SAL分析误差可见,落区预报较实况大多偏北,暴雨过程强度多数较实况偏弱,结构较实况偏小。对误差较大个例的分析得出两点订正思路：1） 锋区南侧有较明显动力热力对流发展的弱锋区暴雨,暴雨落区可订正至925 hPa锋区南侧高温高湿区。2） 较强锋面暴雨,当中低层切变辐合抬升区重叠时,暴雨落区可向925 hPa锋区位置调整,暴雨通常不易出现在锋区北侧冷区。     

金华市一次暴雨过程成因及EC预报误差分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密资料、欧洲数值模式(ECMWF,简称"EC")资料对2018年5月7日08时至8日08时出现在金华市的一次暴雨过程进行成因分析,并将EC预报的环流形势、物理量场与实况进行对比分析,找出预报误差产生原因,提出春夏交替季节暴雨落区预报的订正着眼点。分析结果表明,此次暴雨落区沿850 hPa切变线呈带状分布,高低空系统呈后倾槽结构,强降水主要位于850 hPa切变线附近,地面倒槽顶后部;降水前期低空急流的建立为暴雨区输送了充分的水汽,与高空急流的耦合作用加强了上升运动;低层冷空气入侵为斜升不稳定提供了动力条件,江南倒槽及地面中尺度辐合中心的抬升触发作用加强了此次降水。而EC的暴雨落区预报偏东偏南,金华市暴雨漏报,浙南和东南沿海的暴雨空报,其主要原因:一是形势场和物理量场预报与实况有偏差;二是没有考虑到高低空系统呈后倾槽配置,暴雨倾向于出现在倒槽后部。低层弱冷空气迫使暖湿气流爬坡斜升,使暴雨落区偏北;三是没有结合中尺度模式来调整中尺度辐合中心的位置;四是没有根据特殊地形的抬升作用来调整暴雨落区。以上4点也是对此次数值预报暴雨落区进行订正的着眼点。     

榆林市2017年两次暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL1°×1°间隔6 h再分析资料,对2017年7—8月榆林市相继出现的两场区域性暴雨过程（7月26日暴雨过程,简称“7·26暴雨”;8月22日暴雨过程,简称“8·22暴雨”）的热力、动力机制进行对比分析。结果表明：两次暴雨与高低空急流关系密切,当高低空急流加强,出现强动力抬升时出现强降水,暴雨落区位于低空急流左前侧的强水汽辐合区。“7·26暴雨”低空急流和水汽辐合更强,大暴雨出现在高低空急流耦合的强上升区。两次降水过程热力机制有所不同,“7·26暴雨”过程中层有冷空气卷入,中低层存在强对流不稳定,低层切变线触发不稳定能量释放,产生强降水;“8·22暴雨”过程大气整层饱和,锋面作用显著,暖湿空气被冷空气抬升,低层存在对流不稳定,大尺度稳定降水系统伴随中小尺度对流发展,降水加强。对流层低层VMP1（湿正压项）负高值中心对暴雨落区有较好的预报指示意义。     

四川东北部“9·20”暴雨落区预报误差分析及思考

利用常规气象资料、卫星云图及雷达资料、自动气象站资料及NCEP1°×1°逐6h再分析资料,对2018年9月19—20日四川盆地东北部一次暴雨落区预报误差进行分析。结果表明:副高快速东退南压,配合低层强北风,加快了低层切变线和急流东退南压;西南气流偏西分量增强,偏南分量减弱,加快降水系统的东移,使得降水系统主要停滞在四川东北部的广安及达州中南部区域,造成该区产生暴雨和大暴雨。数值预报场上副高、切变线和急流东退南压速度均明显慢于实况,导致此次过程暴雨预报落区较实况误差较大。由卫星云图、地面流场和露点锋区分析可以看出,通过暖湿气流中具备抬升作用的位置可以判断1~3h内云团的演变趋势,确定强降水落区,为短临预报提供较好参考。通过多普勒雷达垂直风廓线产品(VWP)分析700hPa附近引导气流的转换来判断系统移动的速度和移出的时间。数值预报具有自身的误差和不稳定性,在实际业务中应以数值预报为基础,综合分析多种观测资料订正数值预报才能提高暴雨落区预报准确率。     

2021年7月17日长江中下游地区β中尺度低涡及其模式预报不确定性分析

2021年7月16—17日,在大尺度鞍型背景场中长江中下游地区生成了准静止的β中尺度低涡系统,造成苏皖地区出现局地特大暴雨及雷暴大风天气。欧洲中心（EC）控制预报对低涡位置的描述较实况明显偏北,由此在降水预报中也呈现出较大偏差,给预报决策带来较大误导。采用EC控制和集合预报产品,并基于“预报挑战度（MFC）”和“可预报性演变指数（PHDX）”等客观方法对低涡及降水预报不确定性进行分析,并在此基础上探讨模式偏差成因,得到以下结论:（1）对流层低层低涡东侧西南气流和东南气流的辐合以及低空急流的水平涡度输送是低涡发展的主要动力因素,而低涡东侧和南侧降水的潜热释放则构成低涡发展的热力因素;（2）EC控制预报不同起报时次均出现低涡位置偏北及雨带预报偏北现象,其集合预报产品离散度无法覆盖实况降水,揭示了此次过程的低可预报性,MFC和PHDX则能够客观指示此次过程低可预报性;（3）前期模式对低涡南侧西南气流南风分量预报偏大及对东侧辐合区刻画偏北造成前期东段降水偏北,而后在潜热释放、低空急流与低涡正反馈机制影响下,偏北的降水区造成低涡进一步预报偏北,最终导致整个时段预报较观测呈现巨大差异。      

江淮地区两类低涡型暖式切变暴雨的中尺度特征分析

为探究江淮地区低涡型暖切变暴雨的中尺度特征,利用常规观测资料、自动站加密观测资料以及FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR再分析资料等,针对江淮地区两次不同类型的典型暴雨过程进行对比分析。其中,"稳定型"过程降水持续时间长、范围广,而"东移型"过程降水相对集中,持续时间短、雨强大。结果表明:(1)两次降水均发生在高空槽和低层暖切变影响下,"稳定型"系统少动,而"东移型"的500 hPa低压槽和低空低涡向东移动发展,与地面中尺度低压相对应,且中低层辐合较强。(2)"稳定型"对流组织形式为"前向次第发展",对流系统结构相对松散,而"东移型"对流组织形式为"后向次第发展",对流系统组织化程度较高。(3)两次暴雨过程均发生在整层高湿环境中,低空急流对水汽输送起关键作用,降水主要位于西南急流轴前部的风速辐合区。其中,"稳定型"水汽主要输送能力体现在850 hPa上,稳定形势下的持续性水汽输送有利于形成较大范围的强降雨;"东移型"西南低空急流风速相对较强,降水后期有活跃的超低空东南急流,两支急流共同作用有利于局地出现更集中的降水。(4)两次过程中,低空西南与东南风的风速辐合形成明显的中尺度抬升条件,且"东移型"比"稳定型"的外力抬升条件更好。强降水多位于地面辐合线附近,对应的中尺度风场辐合线是触发对流的有利条件,对短临降水落区预报有一定指示意义。     

EC-thin资料在渭河流域中尺度暴雨概念模型中的应用

选取2019年8月渭河流域3次中尺度暴雨过程进行实况观测资料和EC-thin资料的中尺度分析,套用渭河流域中尺度暴雨概念模型,对每次过程的EC-thin资料预报的影响系统、物理量场以及强降水落区进行检验和误差分析。结果发现,应用中尺度概念模型能够在一定程度上订正EC-thin资料的降水落区预报,EC-thin对中纬度西风带的西风槽和切变线位置预报相对比较好,但对于水汽输送通道（包括低空西南急流和东风急流）位置的预报偏西偏北;实际预报业务中,还应该关注EC-thin的物理量大值中心及其大值区演变的预报,并配合影响系统进行综合分析研判,之后再对降水落区进行订正;EC-thin强对流降水预报资料中,在面上雨量预报相对较小的情况下,个别站点的强降水预报应该引起预报员的关注和再分析。     

2012年6月25—26日贵州省大暴雨天气诊断分析

利用Micaps常规气象资料、贵州省自动站资料、NCEP/NCAR资料和FY-2E卫星TBB资料对2012年6月25—26日贵州地区的暴雨过程进行了分析。结果表明:此次暴雨是受到500 hPa西风槽,700 hPa西南低涡和高低空急流的影响,暴雨落区主要位于500 hPa西风槽附近的上升区,西南低涡中心的东南侧,低空急流的北边和高空急流南边。暴雨发生所需的丰富水汽主要来源于南海,其次东海和孟加拉湾也有贡献,水汽辐合中心与强对流云团有很好的对应。垂直螺旋度的分析表明其与雨强中心有很好的对应关系,雨强中心位于中低层的垂直螺旋度正值中心的附近以及其东北侧。而湿位涡的分析表明本次暴雨的发生与暴雨落区北侧中高层"干入侵"有关,暴雨区低层存在着对流不稳定。     

2008年7月23-24日山东暴雨天气过程分析

利用常规气象资料、物理量场资料、卫星云图、大气监测自动站等资料,对2008年7月23-24日出现在山东中东部的暴雨天气过程成因进行了诊断分析.结果表明:暴雨天气过程是副高边缘的西南暖湿气流、西南涡和地面倒槽共同影响造成的;副高在暴雨预报中非常关键,副高的强弱影响暴雨的落区;低空急流向暴雨区源源不断地输送水汽,为强对流的发展积累了不稳定能量;850 hPa θse的水平变化、能量锋区和6 h降水区分布关系密切,高层引导气流对低层的引导作用较大,加强对500 hPa形势场的维持和变化分析,有利于准确预报低层影响系统的发展和变化;本次过程降水存在明显的中尺度降水特征,地面辐合中心和辐合线为强降水发展提供了启动机制,强降雨中心位于地面辐合中心、辐合线附近.     

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

广西春夏季旱涝的等级划分及时空分布特征分析

利用广西80多个站点1961～2006年的逐月降水资料,采用Z指数定义方法,对广西春夏季的旱涝进行等级划分.利用经验正交函数(EOF)分析方法对春夏季旱涝等级的时空分布进行研究,给出了四个旱涝典型场的分布特征.分析结果表明:全区性偏涝或偏旱是春夏季早涝分布的最主要型态;春季和夏季的前4种分布形态都通过了显著性检验,两个季度的第一、第二分布形态都是全区一致型和南北反向型;春季近5年时间系数多为正值,说明近年来全区春季表现为偏旱;1990年以后,夏季第一特征向量时间系数只有3年为正值,其余均为负值,说明近16年广西夏季降水较多,以偏涝为主,年代际变化也较明显.     

雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

“经济大国能源与气候论坛”进展及前景展望

"经济大国能源与气候论坛"在推动全球主要国家就应对气候变化主要议题达成一致方面取得了进展,已初步显示出其作为联合国气候谈判晴雨表的特征。该论坛的实质是主要发达国家为转移减排责任和压力,降低减排成本,绑架主要发展中国家在全球应对气候变化领域实施的集体强权政治。论坛的核心目标在于推动全球量化减排,目的是借全球量化减排,营造低碳和气候友好技术的广大市场,使得具有技术优势的这些经济大国拥有新的主导全球经济的力量。我国应坚持"共同但有区别的责任"原则,联合与会发展中国家强调气候变化的历史责任,反对为全球温室气体排放设限等不公平提议,团结广大发展中国家,同时抓住论坛力推低碳经济和低碳技术发展的机遇,使我国站在全球新一轮技术革命的前沿。     

Mapping and modelling trade-offs and synergies between grazing intensity and ecosystem services in rangelands using global-scale datasets and models

Vast areas of rangelands across the world are grazed with increasing intensity, but interactions between livestock production, biodiversity and other ecosystem services are poorly studied. This study explicitly determines trade-offs and synergies between ecosystem services and livestock grazing intensity on rangelands. Grazing intensity and its effects on forage utilization by livestock, carbon sequestration, erosion prevention and biodiversity are quantified and mapped, using global datasets and models. Results show that on average 4% of the biomass produced annually is consumed by livestock. On average, erosion prevention is 10% lower in areas with a high grazing intensity compared to areas with a low grazing intensity, whereas carbon emissions are more than four times higher under high grazing intensity compared to low grazing intensity. Rangelands with the highest grazing intensity are located in the Sahel, Pakistan, West India, Middle East, North Africa and parts of Brazil. These high grazing intensities result in carbon emissions, low biodiversity values, low capacity for erosion prevention and unsustainable forage utilization. Although the applied models simplify the processes of ecosystem service supply, our study provides a global overview of the consequences of grazing for biodiversity and ecosystem services. The expected increasing future demand for livestock products likely increase pressures on rangelands. Global-scale models can help to identify targets and target areas for international policies aiming at sustainable future use of these rangelands.     

Henry's law and the behavior of weak acids and bases in fog and cloud

Experimental data from two field experiments on ground based clouds were used to study the distribution of formic acid, acetic acid, ammonia and S(IV) species between liquid and gas phase. The ratio of the concentrations of these compounds between the phases during concurrent measurements was compared to ratios expected according to Henry's law (considering the pH influence). Large discrepancies of several orders of magnitude were seen. Three hypotheses have been investigated to explain the observed discrepancies: The existence of a microscale equilibrium which does not persist in a bulk sample, a thermodynamic shift of the equilibrium due to competing reactions, and nonequilibrium conditions due to mass transfer limitations. Approximate quantitative calculations show that none of these hypotheses is sufficient to explain all of the discrepancies, so a combination of different effects seems to be responsible for this observation. The same theoretical considerations also suggest that mass transfer limitation may be an important factor for highly soluble compounds. The data presented here indicates that it is not possible to simply extrapolate interstitial gas phase composition from measured bulk liquid phase concentrations of a fog or cloud.Notation [r _max] liquid phase molar uptake rate (mol l^–1 s^–1) - [A _g ] concentration ofA in gas phase (atm) - [A _l ] concentration ofA in liquid phase (mol l^–1) - [A _g , 0] concentration ofA in gas phase (atm) at time 0 - LWC liquid water content (g m^–3) - R universal gas constant (0.082 l atm mol^–1 K^–1 - D _g diffusivity (for all gases 0.1 cm² s^–1 was used) - K _H ^* effective Henry's law coefficient (mol l^–1 atm^–1) - t _f lifetime of fog droplet (s) - a droplet radius (cm) - accommodation coefficient - R factor of discrepancy - T temperature (K) - v mean molecular speed (cm s^–1) formic acid: 35 000 acetic acid: 31 000 ammonia: 58 000     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

由中国气象科学研究院主持，江苏农业科学院、广东气候应用研究所、吉林气象科学研究所、国家气候中心科研人员参加的“十五”国家科技攻关项目“农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究”13课题“农业气象灾害预警技术研究”经过近3年的研究取得了大量成果，并于2003年12月顺利通过农业部项目办公室组织的专家验收，得到专家一致好评。     

从气旋和反气旋谈正、负阻尼

在定常条件下,利用简化的大气运动控制方程,分析了气旋与反气旋的基本特征。在此基础上,利用常微分方程的定性分析与求解,获得了气旋和反气旋轨道的解析解。接合气旋与反气旋的基本特征,论证了正负阻尼在气旋和反气旋运动中具体体现,并从物理机理上说明产生气旋和反气旋运动中正负阻尼的差异在于水平辐合在低层的不同。     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1农业气象灾害预警技术研究 2002年是"十五"国家科技攻关计划项目"农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究"之第13课题(编号:2001BA509B13)实质性研究的一年,在收集资料、田间试验和模型研制等方面取得了较好的阶段性进展.年内广泛收集了环流、海温、气候及田间试验等各类资料.开展了干旱对小麦影响盆栽试验和油菜盆栽淹水试验,并在荔枝和香蕉园建立自动气象站,进行小气候观测.初步研制出4种灾害的长期统计预测模型和华南寒害短期数值天气预报模式,建立了基于东北玉米、华北小麦和夏玉米以及江淮小麦、油菜生长过程的动态模拟模式,探讨了实现作物模型区域化的方法,开展了区域气候模式与东北下垫面嵌套,生成作物模式所需预报值的方法试验.