黑风暴天气的研究和探讨

黑风暴是强风和强沙尘暴相结合产生的一种灾害性天气。以影响甘肃、宁夏、内蒙等地的1993年5月5日黑风暴为例,结合历史上黑风暴过程,详细叙述了黑风暴天气事实。从过程前期环流形势演变及物理量场诊断分析,云图及地面要素特征等方面初步研究了黑风暴的成因。对黑风暴中尺度系统进行数值模拟试验,探讨了黑风暴的物理机制、模型以及预报技术。研究认为,黑风暴是在不同尺度天气系统相互作用下,在特定的地理地表环境下形成的内陆强风暴天气,它的发生发展以及影响、危害和其他风暴相比都具有独特性。准确、及时发布黑风暴预报和服务对减灾抗灾有巨大效益。初步研究还指出:黑风暴的物理机制,气溶胶、辐射的作用,湍流效应,中尺度系统的预报和数值模拟等问题还需进一步深入探讨。     

一个中国沿岸台风风暴潮数值预报系统的建立与应用

依据三维斜压海洋环流模式POM建立了一个中国沿岸台风风暴潮数值预报业务系统.台风风场模型考虑了台风移动和周围环境风场的影响,采用了较合理的强风情况下的风应力计算公式,建立了稳定合理的模式海洋环流气候状态和模式边界条件.大量的数值模拟结果表明,该模式能较好地重现历史台风风暴增水过程,对近2年台风风暴潮个例的预报结果表明,该业务系统对台风风暴增水具有较好的预报能力,文章同时分析了模式存在的一些问题.该业务系统实现了从资料采集、模式运行到预报结果输出的全自动化,显示采用图片和MICAPS两种方式,后者与现有气象业务平台一致.     

影响广西的孟湾风暴

统计分析了1973年以来影响广西的孟湾风暴天气气候情况及环流特征,总结出该类天气演变的一般规律及预报着眼点,为提高天气预报准确率提供有益参考。     

黑风暴的沙尘形成与输送参数化及中尺度数值试验

西北地区典型黑风暴和强沙尘暴都是在特定大尺度环流背景和中尺度系统相互作用下发生和发展的，而中、低空强锋区相伴的强冷锋移经沙源充足的大沙漠区是黑风暴和强沙尘暴形成和发展的必要条件。为了研究黑风暴和沙尘暴的沙尘形成、输送及沉降机制，本文提出了一种沙尘源、汇项的参数化方案和一个沙尘输送方程，进而引入已有的ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统；应用这个改进和发展的模式模拟系统基本成功地模拟了“９３．５”黑风暴的天气系统演变及其沙尘浓度的近地层和垂直分布以及沙尘的沉降与输送。模拟结果分析表明，用包括沙尘输送方程及其沙尘源、汇项参数化方案的中尺度数值模式来研究黑风暴的沙尘形成、输送和沉降机制是一种具有应用前景的方法。     

尺度相互作用理论及其在强对流风暴预报中的应用

一、多尺度大气环流的性质强局地风暴的预报是一个复杂过程,要计算许多经验和半经验参数,然后预报某一时段在一定地区内出现强对流天气的概率。在这方面统计方法是很有用的,但对强风暴预报员和研究工作者说来,尚存在许多关于对流性环流的动力学性质及其和大尺度环流之间关系的问题。本文目的是提出与强风暴预报员和研究人员有关的问题,并介绍动力学的尺度相互作用理论,从而回答这些问题。在解释关于强对流现象的许多问     

影响广西的孟湾风暴

统计分析了1973年以来影响广西的孟湾风暴天气气候情况及环流特征，总结出该类天气演变的一般规律及预报着眼点，为提高天气预报准确率提供有益参考。     

0308号强热带风暴"天鹅"影响过程分析

利用天气图、卫星云图等资料,分析了0308号强热带风暴"天鹅"的高空环流形势及演变、双热带气旋的影响、日本24小时地面预报图和降水预报图以及FY-2云图,探讨了如何预报热带气旋的移动路径、登陆地点和时段,切实提高热带气旋活动的预报准确率.     

“93.5”黑风暴发展期中尺度期热量和水汽收支诊断

１９９３年５月４—６日（“９３．５”）在我国西北地区发生了一次极具破坏力的“黑风暴”。为了诊断这次黑风暴发展期的热量和水汽收支，使用了具有高分辨ＰＢＬ参数化及４０ｋｍ细网络的ＭＭ４对该例控制模拟的输出资料和热量与水汽收支方程。对视热源（Ｑ１）和视水汽汇（Ｑ２）的诊断结果指出，Ｑ１的垂直积分在黑风暴的前部和后部分别呈现一条显著的加热带和冷却带。在黑风暴区，Ｑ１和Ｑ２的区域平均垂直廓线揭示，黑风暴的Ｑ１加热主要发生在对流层的上部，而其中部加热主要出现在发展初期；与Ｑ１相应，Ｑ２在低空和中空分别发生明显的增湿变冷和变干加热。这些结果不仅与因黑风暴过程而观测到的强剧强降温率一致，而且也为改进和发展用于模拟和预报黑风暴的中尺度数值模式提供了一些物理依据     

强热带风暴“黄蜂”移速突增成因初步分析

通过大尺度环流形势、卫星云图、地转引导气流和湿热成风等资料对0214号强热带风暴突然加速的成因进行了较为细致的分析，得出大尺度环流形势的改变、引导气流的加强及热带风暴云系的变化是“黄蜂”移速突增的可能原因，所得结果可对今后预报提供一些启示和参考。     

中国西北地区1993年5月5日黑风暴的机理探讨

该文用天气学、诊断分析方法对1993年5月5日我国西部地区黑风暴天气过程的发生发展及形成机理进行研究。结果表明，这次黑风暴是由强寒潮爆发，在特定季节（春季）和裸露、疏松的下垫面（沙漠、戈壁）条件下形成的中尺度现象。在对流层中低层垂直方向上存在很强的风切变，利于湍流发展；非地转强迫作用对次级环流贡献大于地转强迫作用；黑风暴前后显著的辐射加热不均匀分布所形成的热力正反馈作用，造成近地层局地锋生，并使热力正环流大大加强。     

初夏孟加拉湾风暴活动期间青藏高原大气环流的异常特征

利用1979-2013年美国关岛联合台风警报中心(JTWC)孟加拉湾热带气旋数据以及美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)发布的2.5°×2.5°再分析资料、0.5°×0.5°降水格点资料,分析了35年初夏(5月)17个北上孟加拉湾风暴活动期间青藏高原及其周边地区降水、大气环流、水汽和热量收支及其气候异常特征,探讨孟加拉湾风暴活动对青藏高原大气环流的可能影响。结果表明:初夏孟加拉湾风暴活动期间,我国降水主要分布在青藏高原南侧、西南和华南地区,并相对于初夏气候平均表现为正异常。风暴北上过程伴随南亚高压北上,南支槽加深,青藏高原切变系统活跃等环流特征。与初夏平均相比,青藏高原东南部大气上升运动异常增强。同时受北上孟加拉湾风暴水汽和热量输送影响,该区域视热源和视水汽汇呈正异常区,而风暴影响下垂直运动增强是其热量和水汽收支异常的主要原因。     

2005年第8号热带风暴"天鹰"的预报分析

利用天气图、FY-2云图等资料,分析了0508号热带风暴“天鹰”的高空环流形势及其演变;检验分析了国家气象中心WTPQ20 BABJ的路径预报。热带风暴移动路径的预报首先着眼于两个大型天气系统西太平洋副热带高压和赤道辐合带(ITCZ),风暴内部结构也对移动路径有很大的影响。     

冬季北半球风暴轴的多尺度能量变化特征及其可能机制

基于1971—2016年NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料及NCPC(美国国家海洋和大气管理局气候预报中心)的海温、大气环流及海洋指数等资料通过多尺度能量分析(MS-EVA)等方法,把冬季北半球风暴轴看做一整体,分析了风暴轴区域多尺度的能量变化特征及其可能机制。主要结论概括如下:(1)多年气候平均状态下,风暴轴的动能来源主要表现为在风暴轴中上游先由低频尺度向天气尺度输送有效位能,随后在风暴轴主体区再由天气尺度有效位能转换为天气尺度动能,其中风暴轴西端可直接由低频尺度向天气尺度输送动能。(2)北半球三大风暴轴联合EOF结果表明:第一模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴与北太平洋风暴轴强度的减弱(增强),同时伴随着北大西洋风暴轴位置北抬(南压);第二模态下,主要体现了北西伯利亚风暴轴强度减弱(增强),同时北太平洋风暴轴位置北抬(南压)中东部强度增强(减弱),而北大西洋风暴轴位置南压(北抬)。(3)回归分析表明:北半球风暴轴异常在不同模态下与低频尺度环流联系密切。低频尺度波动可通过海温及西风急流等异常变化先影响风暴轴区域多尺度间的能量转换,进而影响风暴轴整体的异常变化。     

0308号强热带风暴“天鹅”影响过程分析

利用天气图、卫星云图等资料，分析了0308号强热带风暴“天鹅”的高空环流形势及演变、双热带气旋的影响、日本24小时地面预报图和降水预报图以及FY-2云图，探讨了如何预报热带气旋的移动路径、登陆地点和时段，切实提高热带气旋活动的预报准确率。     

一次超级单体风暴的天气学成因及多普勒雷达回波特征研究

对2002年5月27日发生在安徽蚌埠地区的一次超级单体风暴过程的天气形势、卫星云图、雷达回波进行了分析,此次过程为该地区近50 a来发生的最强烈的一次超级单体风暴过程。本文尝试从常规的高空、地面环流形势中寻找特殊的异常信息,结合卫星云图、多普勒雷达资料对超级单体的结构及其演变过程进行分析。发现这次强对流性超级单体风暴过程是在较为有利的大尺度环流形势下,多尺度天气系统相互作用,由中尺度对流云体激发产生的超级单体风暴;文章揭示了该地区超级单体风暴的多普勒雷达回波典型特征,旨在对这类强天气的监测、识别和临近预报提供天气学及雷达回波分析的参考依据。     

2005年第8号热带风暴“天鹰”的预报分析

利用天气图、FY-2云图等资料，分析了0508号热带风暴“天鹰”的高空环流形势及其演变；检验分析了国家气象中心WTPQ20 BABJ的路径预报。热带风暴移动路径的预报首先着眼于两个大型天气系统西太平洋副热带高压和赤道辐合带（ITCZ），风暴内部结构也对移动路径有很大的影响。     

南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)及其业务应用

介绍了中国气象局广州热带海洋气象研究所建立的南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)框架、系统中各模式特点以及针对模式所做的改进工作;并基于广东省沿海浮标资料,分析和研究了该系统中各个专业模式预报性能。得到如下结论:(1)从给出的统计检验和技巧评分来看,区域海浪模式逐年改进,具有一定预报能力;区域海浪模式和欧洲中期天气预报中心全球海浪模式相比,前者预报技巧TS评分大于后者;(2)实测海表温度的同化明显改进了区域海洋环流模式对海表温度的预报,检验结果显示海表温度预报与浮标观测海表温度相关系数在0.7左右,通过了α=0.01显著性检验;(3)将基于广东茂名科学试验基地得到的拖曳系数计算方案引入风暴潮模式,可以有效地改进风暴潮模式对强台风"威马逊"风暴增水预报,2013—2015年6个风暴潮模式预报检验显示,模式可以提前20 h以上给出最大风暴增水预报,而且最大风暴增水预报与实际相差不大。     

自动临近预报系统及其在北京奥运期间的应用

该文介绍了对流风暴自动临近预报系统(BJ-ANC)及其在2008年北京奥运会期间的应用。BJ-ANC是在技术引进基础上,通过本地化改进和拓展研发而形成的适合于在京津冀地区使用的对流风暴自动临近预报系统。BJ-ANC系统通过对风暴进行分析,利用临近预报算法和模糊逻辑集成技术,生成反映风暴发生、发展和消亡的分析及预报产品。系统考虑了京津冀地区边界层辐合线及地形与风暴生消发展之间的密切关系。通过对2008年实时预报结果的检验表明:系统对风暴单体在1 h内的外推预报与实际观测的风暴单体中心的距离偏差较小;系统的1 h定量降水预报和自动站的降水观测接近;系统对风暴回波的总体预报性能明显优于持续性外推方法。通过对2008年奥运期间对流风暴个例的实际应用分析表明:系统对风暴的临近预报具有指导意义,边界层辐合线对风暴的局地新生和快速演变具有明显的正面预报效果。另外,系统反演得到的对流层低层热动力三维特征提供了风暴生消、发展预报的重要判据。     

GRAPES_3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估

利用传统点对点TS评分、邻域法以及对象检验等多种方法,综合评估了GRAPES_3 km模式的对流风暴预报性能,分析了传统检验方法和新型空间检验方法对高分辨率模式评估的适用性和差异性,并同GRAPES_Meso模式的相关结果进行了对比。结果表明:对强对流典型个例的预报评估发现,综合应用多种评估方法能够更全面地评估对流风暴预报,获取模式在对流风暴初生和发展变化过程中的预报性能。使用点对点评分方法,GRAPES_3 km模式对风暴和强风暴的预报都明显优于GRAPES_Meso模式。对于模式不同起报时间的预报,起报时间越新预报效果越好。邻域TS方法考虑了时空偏差,GRAPES_3 km模式20和35 dBz采用时间邻域1 h,空间点对点时预报技巧最高;50 dBz时空偏差较大,时间邻域尺度为3 h技巧最高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_3 km模式对不同阈值的对流风暴预报均能达到最低技巧尺度,而GRAPES_Meso模式对35 dBz以上的对流风暴基本无预报能力。对象检验可以评估对流风暴特征的预报效果,GRAPES_3 km模式的对流风暴个数预报与实况较为一致,但面积预报明显低估。该模式对β中尺度的对流风暴形态、位置等预报较好,对γ中尺度的对流风暴预报尺度偏大、形状偏圆、轴角偏小,对α中尺度的对流风暴预报尺度偏小、形状偏扁、轴角偏大。GRAPES_Meso模式的对流风暴面积、个数、尺度预报较实况均偏小,位置预报偏差较大,形状预报较实况偏圆、轴角偏小。传统点对点TS评分方法和新型空间检验方法对高分辨率模式对流风暴预报的检验结论一致,依然具有一定的参考价值,但新型空间检验方法能够提供更详细的评估信息。     

“雨燕”中风暴算法在北京奥运天气预报示范项目中的应用及改进

介绍了临近预报系统“雨燕”中的风暴系列算法, 包括风暴识别、 风暴追踪、 基于TREC技术的风暴位置预报, 以及预报位置实时评分算法等。利用2008年北京奥运期间出现的多个强对流天气, 统计出该风暴产品在30 min和60 min预报时效的绝对距离误差分别约为13 km和23 km。分析了北京奥运天气预报示范项目期间该风暴产品误差较大的原因, 主要集中于TREC技术本身及其适用范围, 以及风暴预报方案中处理细节的不足, 具体为TREC技术不适用于孤立的回波单体, 雷达探测边界对TREC技术的影响, TREC矢量有时呈现出一定的空间不连续性, 以及对孤立少动单体的不当处理等。针对上述原因, 提出了一系列的改进方案, 包括对用于风暴位置预报的TREC矢量增加一致性检验, 利用风暴的历史轨迹校正不恰当的TREC矢量; 对TREC技术中象素阵列大小进行统计分析, 选择最适合北京地区的阵列大小; 风暴预报位置超出回波范围时新的处理技巧等。利用北京奥运期间的强对流资料, 对改进后的风暴算法进行评估。结果表明, 一方面, 改进后的算法能较好地控制风暴预报位置的绝对误差, 在30 min和60 min预报时效, 绝对误差分别减小了25%和26%。另一方面, 由于预报位置精度的提高, 能够提升相邻时刻风暴匹配的效率, 使得与以前算法相比有更多的风暴样本参与了各个预报时效的评分。