2015年12月新疆极端暴雪天气过程分析*

2015年12月10-12日新疆大面积暴雪是欧洲脊发展衰退、乌拉尔低槽东移南下环流形势下的极端强天气过程,环流形势、高低空系统配置与新疆强降水研究成果[1-3]吻合,高低空三支急流是大尺度上升运动维持和水汽输送、辐合的重要系统。暴雪过程中存在3条水汽输送路径,水汽长时间向暴雪区输送且输送厚度较厚,水汽辐合从低层发展、东移时层次抬升强度增强,水汽输送和辐合主要出现在低层700-850hPa,当水汽输送层和辐合层降低、强度减弱后最强降水开始。天山地形强迫抬升作用明显,低层水汽在天山北坡聚集抬升,低层冷垫有利于中层西南暖湿气流向北输送。环流经向度大和槽前偏南风强、天山地形的强迫抬升和上升运动维持以及水汽持续输送和3条中尺度云带的持续影响是此次新疆极端暴雪形成的重要机制。     

玉树地区初秋一次强对流天气触发机制分析

利用常规高空、地面、卫星云图、各物理量场以及数值模式资料,对玉树地区一次强对流触发机制进行了诊断分析。结果表明:500h Pa高空图中,高纬地区环流形势为两槽一脊型,中纬地区有高原槽活动,玉树州处于高原短波槽和584dgpm外围西南暖湿气流中,极易触发降水过程。高低空涡度场、散度场配置为低层辐合、高层辐散,有利于强降水的产生。降水过程前期存在增湿的过程,且玉树地区低层水汽辐合明显,为此次强降水过程提供有利条件。玉树地区处在假相当位温密集区,且其值在76~80℃,并存在高能舌,有深厚的不稳定层结存在,极易引发强对流天气,可以作为未来24小时玉树地区出现强降水的预报指标之一。     

广东2008年罕见“龙舟水”特点及成因诊断分析

2008年5月下旬末至6月中旬,广东出现了历史罕见的持续时间长、范围大、强度强、灾害重的暴雨到大暴雨降水过程,并有4个明显降水期.诊断分析发现:过程是在亚洲中纬度两槽一弱脊,东槽明显的平均背景场产生的,副高较弱位置较东,南支槽活跃,每一强降水期与一次西风槽的影响相联系,高空急流和低层切变线的南压过程配合一次强降水的发生;低空急流的最大风速变化与暴雨的发生同步,降水的减弱期伴随低空急流的向上抬升;过程的水汽源于孟加拉湾和南海,而以前者为主,水汽的辐合主要发生在华南沿海;龙舟水期间存在两个明显的局地经向环流,低层的两股气流在20～25°N区辐合抬升为持续性强龙舟水的产生提供了稳定的上升运动背景;4个主降水期有3个是在层结不稳定的条件下出现暴雨.     

华北地区2015年“1106”降雪过程诊断分析

利用中国气象局MICAPS地面、高空等常规观测资料及欧洲中心ERA-Interim的0.25°（纬度）×0.25°（经度）逐6 h再分析资料,对2015年11月5日至7日影响北京、河北的一次降雪过程的环流形势和动热力物理量进行了诊断分析,揭示了降雪特征及其形成原因。环流形势分析发现,此次降雪是在高空两槽一脊叠加短波槽活动天气背景下的“回流型”降雪。500 hPa有西伯利亚脊的发展和内蒙古地区气旋性涡旋及其向南发展出的弱槽,使得偏北冷空气与西南暖气流在河北地区相遇,伴随低层700 hPa的低涡发展,造成了此次降雪天气。500 hPa多小槽波动东移,使得雨雪天气维持较长时间;700 hPa受偏南暖湿气流影响,850 hPa为偏东风,地面高压底部偏东风配合倒槽,有较好的上升运动和水汽输送条件;高湿的大气环境条件和低层水汽辐合及抬升为降雪发生提供了充沛的水汽;高低空急流的形成,与散度场、涡度场和垂直速度场的高低空耦合配置,为降雪天气的发生创造了动力条件。     

一次降雪过程持续原因分析

利用多种观测资料和中尺度数值模拟资料,对2011年2月14日发生在江淮地区的一次预报失误的持续性降雪过程进行较为全面的分析.结果表明:前期的降水导致近地面维持较大湿度,补充南下的冷平流促使低层大气接近饱和,降雪持续期间,水汽集中在对流层低层浅薄的层次中;对流层中层发展和维持的强冷平流导致降水区上空迅速降温减湿,从而在对流层中低层,逐渐建立起弱对流不稳定层结.而叠置其上的稳定层则将对流活动和水汽的向上输送限制在对流层低层内,使得水汽和能量得以在一定范围内集中;不断补充南下的冷空气强迫近地层风场发生扰动,形成的中尺度切变线,为这种浅薄层次下的弱对流活动提供了触发条件.尽管辐合抬升较弱,但与其它季节相比,气温较低的冬季,在抬升凝结高度较低的大气中,水汽易凝结成云致降水.造成这次预报失误的原因,是忽略了近地层系统的变化.另外,对补充冷空气的影响作用考虑不充分.     

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。     

2015年7月中旬京津冀持续性夜间雷雨天气成因初步分析

2015年7月15日00:00至20日00:00（协调世界时,下同）期间,京津冀地区每天傍晚均有明显雷阵雨天气过程发生,持续约一周时间。天气形势分析发现:虽然都是傍晚到夜间出现雷雨天气,但15~17日的雷雨过程,500 hPa主要表现为两槽一脊天气形势,京津冀地区处于低槽前部的不稳定区。18~19日两天,京津冀地区西部为低槽,东部为副热带高压（副高）,主要表现为西低东高的天气形势,是华北地区典型的暴雨天气型之一。15~17日与18~19日的水汽输送路径也有明显区别,15~17日以西南暖湿气流直接向东北方向输送以及台风外围偏东风气流向京津冀输送水汽为主,18~19日则为西南暖湿气流向东北方向直接输送到东海以东洋面后转为偏东风向京津冀输送为主,但是,水汽辐合中心均出现在京津冀附近,且水汽通量及辐合总是在12:00大于00:00,意味着傍晚的水汽条件好于白天。动力条件方面,整个降水期间,京津冀区域的对流层高层均处于南亚高压外围辐散区,低层辐合层次主要集中在700 hPa以下,近地面层12:00的辐合更为剧烈,中层均有干冷偏西气流下沉后与低层暖湿偏东气流辐合抬升,12:00的干冷气流下沉层次更低,与偏东风的辐合更强。温度层结方面,京津冀区域平均的气温垂直温差在800 hPa以下总是12:00高于00:00。降水期间,上升速度在中高层均表现为00:00大于12:00,但是低层的上升速度都是12:00强于00:00,傍晚的动力和水汽条件都更利于降水发生。     

一次连日暴雨精细化预报偏差的原因分析

2010年6月24～28日广东省出现大范围的连日暴雨,由于应用多家数值预报模式对东莞地区在该次强降水过程进行的精细化预报结论(降水强度、出现时段、过程结束日等)与实况出现较大的偏差,社会服务效果极不理想。利用日本、欧洲数值预报模式,结合实时环流形势、卫星云图、多普勒雷达产品及自动站资料,回头跟踪该次连日暴雨的预报与实况的偏差,进一步分析造成偏差的原因。结果表明,数值预报产品模式与实况误差较大是导致偏差的基本原因,而根本原因是:初期暴雨漏报,主要是对高空江淮气旋涡诱发西风低槽移入华南,触发近地层中尺度辐合对流发展,具有突发性和区域性的认识不够;而空报则是对在夹长的低槽区内,水汽汇集抬升辐合区域的分析不细致;中期降水量级偏大主要是由于对降水持续时间及副高加强西伸的动力抬升作用考虑不周。并针对上述分析提出了预报着眼点。     

台风苏迪罗登陆次日分散性暴雨成因及预报着眼点

利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。     

两次华北冷涡降水成因及预报偏差对比分析

利用多种常规及非常规观测资料、美国国家环境预报中心全球模式业务系统分析资料(NCEP/FNL)以及三家全球确定性模式产品对2017年两次华北冷涡降水过程成因及模式预报偏差进行了对比分析。结果表明;个例1(6月22日)降水回波为层-积混合型,对流发展高度低,小时雨强小,先后经历了持续的稳定降水和弱对流降水两个阶段;个例2(7月6日)降水以积云状对流回波为主,对流发展高度高,短历时强降水特点明显。二者对应的环境场差异较大,前者冷涡处在成熟期,副热带高压位置偏南,前期暖区对流冷池降温明显,对流能量及水汽条件一般;后者冷涡为发展期,副热带高压位置偏北,中低纬相互作用明显,水汽与能量充沛。两次过程北京均出现了暴雨及以上量级降水,对应的中尺度对流系统(MCS)特征、对流触发机制以及对流不稳定能量重建过程存在明显差异。前者为层状云中发展的γ中尺度MCS,边界层偏东风增强为MCS提供了触发机制,中低层偏东风暖湿输送以及对流层高层干冷平流有利于对流不稳定能量重建;后者为组织化的β中尺度MCS,列车效应明显,偏南低空急流及其气旋式切变配合地形为MCS发展提供了抬升条件,对流不稳定能量建立与中低层偏南低空急流强暖湿输送有关。各家数值模式对不同类型冷涡降水的预报偏差特征一致,即对冷涡成熟期的降水,因对动力条件预报过强导致空报降水;而对冷涡发展期的降水,由于对槽前暖区辐合及其对流性降水预报不足导致强降水出现漏报。     

库尔勒市大降水天气的环流背景及其中尺度触发机制分析

利用库尔勒市2005-2013年暖季逐小时降水量资料分析了当地大降水天气的发生的时间、强度特征,从天气预报的角度对大降水天气环流形势进行了分型、找出了产生大降水的中尺度触发抬升机制,建立了大降水天气的三种概念模型。研究得到库尔勒大降水影响系统包括低槽或涡东移型、南北低槽汇合型、锋区南压型以及脊前短波槽或西北气流型四类,降水触发机制分为冷锋触发类、干线触发类以及混合触发类三种。结合大降水发生前的影响系统、发生时抬升触发机制和雷暴降水天气形成的动力、水汽、不稳定条件以及大降水落区的显著特征的总结分析,归纳出包括了锋区急流类大降、低涡气旋类大降水以及低槽切变辐合线类大降水三种不同的库尔勒大降水天气概念模型。     

预报异常极端高影响天气的 “集合异常预报法”：以北京2012年7月21日特大暴雨为例

对罕见极端高影响天气,既使一个模式有能力预报它,其数值预报也至少有以下难点:一是有多大把握确定所预报的天气是极端事件？二是其具体的定时、定量、定点预报可靠吗？本文介绍了集合预报和气候资料相结合的 “集合异常预报法”,并通过北京2012年7月21日（7.21）特大暴雨事件揭示出“集合异常预报法”和集合预报可以提供比单一模式预报更可靠和更准确的信息,从而可有效地缓解上述两大难点。作者建议中央气象台和其他有条件的台站可采用这种办法提高重大灾害性天气的预报能力。文中具体讨论了如下三方面:（1）标准化异常度（SA）的定义以及它同集合预报相结合提高对罕见极端高影响天气预报的可靠性,并由此可导出一个“社会影响矩阵”来定量地表达一个预报对社会的潜在影响;（2）利用集合预报,特别是多模式集合预报可以克服单一模式前后预报的跳跃性或不连续性问题,由此可延长实际可预报时效,如北京7.21事件超过100 mm大暴雨的实际可预报时效提前了2天;（3）SA还有助于认识异常天气发生的原因:从SA的分布看,造成北京7.21 大暴雨事件的短期天气尺度背景因素是从西北方向移来的冷锋和台风倒槽的相遇;从SA的演变看,该事件的中期大背景因素是在北京东北方向有阻塞高压发展并导致北京以西地区的低槽加强和发展（地面强冷空气堆积）,在高纬度形成了一个高、低压系统相间的波列,发展并维持,同时诱导热带系统北进。     

2012年12月20-23日巴州寒潮降雪天气的特征分析

利用常规观测资料、自动站、T639客观分析资料,结合天气学原理和天气动力学诊断分析方法,对2012年12月20-23日巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）的寒潮天气过程的成因和降雪天气特征进行分析,并给出巴州降雪天气概念模型。结果表明：这次寒潮降雪过程是北欧阻塞高压向东南衰退,导致脊前横槽转成竖槽东南移,高空冷空气南压至40°N附近,造成巴州强降温、强降雪等寒潮天气,降雪阶段关键影响系统是700 hPa上的冷暖切变和风场辐合,水汽主要源自中低层西北方的经向和低层东南方的纬向输送;后续的冷凝降雪和阴雪阶段天气局地特征明显,水汽源自850 hPa至近地层局地的垂直输送。     

大雾天气对城市环境中空气质量的影响及危害

商丘市的大雾多形成在大陆高压型、冷锋前暖区型、均压场型、(低压)倒槽型天气形势中。空气中的污染物不仅增加了水汽凝结核,那些可溶性气溶胶还降低了饱和水汽压,使空气中的水汽更容易饱和,因此被污染的空气更容易形成雾。而大雾天气抑制了近地面层污染物的垂直扩散,加剧了城市污染。     

北京海坨山区低槽降雪云系演变特征的观测研究

2019年2月14日在北京海坨山地区出现了一次由低槽云系产成的降雪过程。利用飞机、Ka波段云雷达、微波辐射计、降水粒子谱仪、雪晶显微观测仪等协同观测数据集,分析了此次降雪过程的天气形势、中尺度和微观结构的演变特征。协同观测显示:（1）降雪过程由高空低槽和地面倒槽槽前西南暖湿气流与低层东风回流干冷偏东风共同影响形成,西南风厚度和强度与地面降雪量以及降雪粒子数浓度成正相关。（2）降雪云系为冰云,地面降雪形状主要为片状、枝状和柱状单晶体,冰雪晶的凝华-聚并增长是降雪的主要形成机制。（3）大量枝状雪花的攀附现象出现在地形云爬升阶段,即低层东风回流减弱,转由倒槽槽前西南暖湿气流控制。（4）过冷水的出现与地形抬升有关,地形云爬升期间存在人工增雪潜力。      

华北区域冰雹天气分型及云系特征

基于地面加密观测资料、FY-2E静止气象卫星观测资料和NCEP分析资料,选取2010—2012年华北区域内27次冰雹过程,按大气环流背景、主要影响系统和云系的云型特征等将其分为冷涡云系尾部型、低涡槽前型和偏北气流控制型3种类型。分析结果表明:3种天气型下冰雹对流云系特征存在差异,但90%以上的冰雹过程发生在对流云团的快速发展阶段中,降雹集中出现于准圆形或椭圆形对流云团边缘或带状对流云系的传播前沿区域,对应于云顶亮温梯度的大值区。在掌握背景环境的前提下,综合分析红外图像中对流系统的发展演变、水汽图像暗带和暗区变化等信息,对冰雹的监测和预警有一定的参考价值。定量统计分析表明,大的亮温梯度值 (不低于8 ℃/0.05°) 是辅助判断冰雹能否发生的重要参量,而当冰雹云同时具备低云顶亮温和大亮温梯度的情况下,更有利于大于10 mm大冰雹的发生。     

海陀山冬季降水天气分型及冬奥预报应用

基于2019—2021年1月1日至3月15日北京冬奥会延庆赛区（以下简称海陀山）降水观测资料和ERA5再分析资料,对期间34次降水过程进行天气分型,并对各天气型下不同海拔的降水实况特征开展统计分析。研究结果表明：冬季海陀山降水根据天气系统及地形影响可分为偏北气流型、偏东气流型、低涡低槽型、回流低涡低槽型四种天气型。不同天气型下海陀山地形高度以下主要气流方向和强度、水汽垂直分布等条件,以及与地形相互作用使得不同海拔之间降水量、持续时间等呈现显著差异。偏北气流型受500 hPa槽后整层强偏北气流控制,形成越山气流,降水集中在高海拔地区;偏东气流型受低层偏东气流影响,降水集中在低海拔地区,以上两种天气型无天气尺度系统配合,由地形强迫作用主导,降水量不大、持续时间相对较短。低涡低槽型受高空东移低涡低槽作用,配合低层西南气流,高海拔降水量更多,同时该型也是海陀山冬季最主要的降水天气型;回流低涡低槽型受高空东移低涡低槽影响,配合降水前东风回流对低层增湿并起到冷垫作用,低海拔降水量更多,以上两种天气型均存在天气尺度系统,并叠加海陀山地形作用,降水量显著且持续时间长,会对赛事运行造成较大影响。上述特征统计结果在2022年北京冬奥会期间一次强降雪预报服务中得到验证和应用,证明上述结果可以在冬季海陀山复杂地形降水预报中发挥作用。     

北京“7.21”特大暴雨高分辨率模式分析场及预报分析

2012年7月21-22日,61年以来最强降水袭击北京,北京大部分地区出现大暴雨,局部特大暴雨,过程雨量大、雨势强、范围广,造成了严重影响。此次强降水配置较为典型,业务预报提前指示出了此次过程,但预报结果存在强度偏弱,峰值偏晚等偏差。在对此次大暴雨进行综合分析的基础上,利用中国自动气象站与NOAA气候预测中心卫星反演降水资料CMORPH(Climate Prediction Center Morphing Technique)产品融合的逐时降水量网格数据资料作为观测,着重对北京市气象局新的快速更新循环同化和预报系统(BJ-RUC v2.0)的3 km高分辨率模式分析场和预报场进行了检验与分析,以期通过对中尺度模式预报性能的了解,为暴雨可预报性问题提供进一步的参考。研究结果表明,此次特大暴雨过程水汽条件极佳,降水区域较为集中,呈现西南一东北走向的中尺度雨带特征。利用常规检验评分对预报降水的时间序列进行检验发现,预报降水在时间上滞后,降水强度偏弱,存在偏西南的位置误差,并且未能反映降水系统的线状特征。进一步利用检验连续降水区域定量降水预报的CRA(contiguous rain area)方法,对预报误差进行分解表明,整体降水(5 mm/h)的主要误差来自于位置和形状误差;而在暴雨(20 mm/h)的预报中,降水强度的偏差占误差的主要部分。最后结合对预报场大尺度环流和物理量的诊断(水汽条件和不稳定条件),分析探讨了此次极端暴雨预报不佳的原因。     

渤海西岸边界层东风与暴雪天气的机理分析

2008年12月20—21日和2010年1月3日天津地区分别出现了历史同期罕见的暴雪天气。为了提高对这种极端天气发生机理的认识,利用多种资料对这两次天气过程进行了分析。结果表明：两次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统的演变却不尽相同。影响系统分别为高空横槽（高空槽）、850 hPa切变（850 hPa低涡切变）和地面倒槽（地面气旋）,水汽源自700 hPa西南气流和边界层东风的水汽输送。由于两次过程均与边界层东风相伴,特别对渤海西岸边界层东风对降雪天气的影响和作用进行探讨,表明偏东风不仅为本地输送一定量级的水汽,同时这种具有冷湿特征的东风还会与内陆具有暖湿结构的偏南风形成地面辐合线,加强地面的动力抬升作用,产生上升运动,有利于雨雪天气的加强和维持,因此可以认为边界层东风对暴雪的发生发展起到了显著的作用。