强对流风暴新一代雷达产品特征分析

利用濮阳、三门峡新一代天气雷达产品,结合卫星、探空、天气图、地面雨量等资料对2006年6月25日发生在河南省北部、西部和中部的强对流风暴过程进行分析发现:(1)此次强对流风暴表现为多个处于不同发展阶段的的强对流回波单体组成长80～400km、宽40km的NE-SW向中β对流回波带即飑线;(2)强对流风暴在发展旺盛期间,其前沿有雷暴出流边界;(3)低层强NW风推动对流回波带向前发展成弓型带状回波;(4)在强对流风暴前侧,紧挨雷暴出流边界内侧产生了一条弧线窄带速度线,随着雷暴出流边界远离强对流风暴主体,该弧线窄带速度线也远离大片的速度区,并逐渐消失;(5)不同性质的强对流天气,其基本反射率、回波顶高、垂直液态积分含水量时有差异.北部雷雨大风伴短时强降水的强对流天气,强中心基本反射率在53～63dBz,回波顶高9～14km,垂直液态积分含水量在38～48kg*m-1之间;而西部中部的雷雨大风伴随局部冰雹和短时强降水的强对流天气,强中心基本反射率在53～65dBz,回波顶高度11～16km,对应垂直液态积分含水量在48～63kg*m-1之间;(5)在强对流风暴发展旺盛时期一直有中气旋伴随,中气旋出现在强对流单体前侧或前侧的入流槽口处.强对流风暴的新一代雷达产品特征是强对流天气监测预警的重要参考依据.     

孟加拉湾风暴对高原地区降水的影响

利用卫星遥感数据TRMM(3B42)与地面观测数据变分订正后的降水量资料、TBB资料、NCEP/NCAR再分析资料,对1998 2010年25个孟加拉湾风暴的登陆路径、强度、冷空气入侵及大气季节变化对高原地区降水的影响进行了分类统计分析,结果表明:(1)孟加拉湾风暴是造成高原地区降水的重要天气系统,最活跃的时段集中在5月和10 11月,对高原地区的影响主要以降水为主;(2)在孟加拉湾风暴登陆的3条路径中,东北路径对云贵高原和青藏高原东南部地区影响最大,西北路径登陆风暴主要影响青藏高原南部地区,偏西路径登陆风暴对高原地区影响最小;(3)东北路径登陆风暴,热带风暴强度比飓风强度给高原地区带来更强的降水,而西北路径飓风强度风暴的影响较大;(4)当东北路径孟加拉湾风暴与云贵高原地区冷空气相遇时,其降水量比无冷空气配合时大2个等级;(5)孟加拉湾风暴活动时段存在5月和10 11月两个峰值,因季节性的大气环流(引导气流)和水汽输送(强弱)以及热带气旋生成基本条件的不同,导致了高原地区降水程度的差异。     

基于多普勒天气雷达资料的“6.1”监利极端大风成因分析

2015年6月1日湖北省监利县发生一次由下击暴流带来的极端大风天气过程(简称"6.1"监利大风),受其影响,"东方之星"客轮在长江侧翻失事。应用常规观测资料以及加密自动站资料、探空资料、多普勒雷达产品与NCEP再分析资料,分析了"6.1"监利大风过程的环流背景与影响系统,基于雷达资料,重点探讨了其形成原因。结果表明:(1)较强的低层垂直风切变、较低的对流凝结高度等是其发生的有利条件,地面中尺度涡旋、冷锋的发展为其提供了触发机制;(2)"6.1"监利大风由线性多单体风暴造成,其在强盛阶段伴随有超级单体,并连续多个体扫出现中气旋;(3)风暴单体在发展成超级单体后,中气旋旋转速度逐渐增强、底部高度不断降低很可能是龙卷大风产生的先兆;(4)导致"东方之星"失事的下击暴流带来的极端大风(以下简称极端大风)发生前和期间均伴随低仰角速度大值区发展,而极端大风发生时风暴单体的中气旋特征已减弱,此外,极端大风产生前连续5个体扫强反射率因子核出现持续下降;(5)雷达径向速度产品、风暴属性表产品、中气旋属性表产品对"6.1"监利大风临近预警具有重要参考价值,风暴演变趋势、中气旋属性表、低仰角速度大值区在极端大风产生前均呈现出具有一定指示意义的特征。     

天津雷暴大风天气的环流场及雷达回波特征分析

利用加密自动站、闪电定位仪、FNL和多普勒雷达资料对2018—2020年汛期(4—9月)天津地区出现的47次雷暴大风过程的时空分布、天气形势和雷达回波特征进行统计分析。结果表明：(1)天津地区雷暴大风多出现在北部山区和东部沿海,高发月份为6—8月,多出现在傍晚到前半夜,持续时间多为1～4 h;(2)天津地区雷暴大风的天气形势主要有西北气流型、冷涡型、低槽型和西太平洋副热带高压边缘型,其中冷涡型出现频次最高;(3)造成天津地区雷暴大风的对流风暴类型主要有非线状多单体风暴、线状多单体风暴(不包含飑线)、飑线、弓形回波和普通单体风暴,其中飑线数量最多,飑线和弓形回波是造成雷暴大风极端值的主要风暴类型;(4)当最大反射率因子为61 dBZ、强回波中心下降率为260 m·min^-1上下时发生雷暴大风的可能性最高;(5)根据低层径向速度大值区,可对15.4%的非线状多单体风暴、14.3%的线状多单体风暴和22.2%的飑线雷暴大风提前30 min发布预警。     

山东一次强对流天气的环境条件和对流风暴特征

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2016年6月14日山东一次强对流天气的环境条件、风暴特征进行了分析。结果表明:(1)6月14日强对流天气主要发生在横槽转竖引导冷空气南下和低层暖湿气流交汇的环流形势下,地面辐合线是抬升机制。上干下湿的不稳定层结、低层水汽充沛及湿层厚是出现短时强降水的重要原因。假相当位温差(△θse)和风暴相对螺旋度(SRH)对强对流天气有较好的指示意义;(2)较低的融化层高度、适宜的0℃层和-20℃层高度是大冰雹的发生指标。抬升凝结高度低、P_(WV)较大等对短时强降水具有指示作用;(3)垂直风切变较大,风暴承载层平均风远大于风暴移动速度,致使超级单体持续时间长,并具有高悬强回波、有界弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散、倒"V"型缺口、中层径向辐合、中气旋、"钩"状回波和三体散射等回波特征;(4)降雹发生在Z_(max)大值期、VIL和DVIL最大时段、HGT增高期。中气旋厚度、最大切变和持续时间与天气的强烈程度密切相关。     

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。     

环北京地区八月风暴云的气候分布特征

基于2006—2008年8月北京新一代天气多普勒雷达资料,在TITAN(Thunderstorm Identifi-cation Tracking Analysis and Nowcasting)三维风暴识别、跟踪、分析算法的基础上,客观分析了北京地区8月的风暴气候特征。结果表明:(1)风暴初生的日变化特征表现为典型的双峰型,峰值分别在凌晨06~08时和傍晚18~20时;西南—东北走向的山脉附近风暴云初生频次明显高于其它地区,且迎风坡大于背风坡,表明地形对风暴触发的重要作用,同时地形对风暴移速、降水的分布等产生重要影响;(2)环北京地区8月50%的对流风暴云持续时间30 min,绝大部分风暴云体积400 km3,平均风暴云顶高度为6.9 km;(3)反射率因子阈值为35 dBz的风暴体积、面积、高度的频率近似呈对数正态分布;(4)通过尺度分析发现8月主要为D尺度风暴云,其平均组合面积较低纬度偏大,平均回波顶高比低纬偏高。     

美国中尺度天气预报的现状和展望

本文综合评述了美国主观中尺度天气预报的前景,并指出改进中尺度天气预报的主要可能性:(1)资料来源迅速扩大;(2)贮存、分析和显示资料的新型计算硬件;(3)下个5年内,计划把主要力量放在改进中尺度预报上,如风暴尺度业务和研究气象学(STORM)计划、九十年代先进的天气交互处理系统(AWIPS-90)等规划。目前人所共知的尚未解决的问题是:(1)如何集中不同来源的资料以及如何解决过剩的信息;(2)如何提高我们对中尺度和其它尺度大气运动相互作用的认识;(3)如何培养出新一代预报员。对最后一个问题,UNIDATA计划正在帮助一些大学加强中尺度气象学的教学。     

重庆一次暴雨过程的雷达产品特征分析

利用重庆万州CINRAD/SB雷达产品对2010年7月8~10日发生在重庆东北部的暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)此次过程主要以局地的对流性降水为主,降水回波在原地发展滞留时间较长,造成单点降水强度较大。回波相互合并,意味着能量的集中和辐合上升运动的增强,所以回波单体合并会导致单体呈现增强趋势;(2)降水过程中逆风区与邻近风场构成了强烈的辐合上升运动,影响水平辐合辐散的强弱和分布,有利于低层水汽的向上传输和降水粒子的降落;(3)从风暴移动情况来看,风暴均具有稳定少动、强度较强的特点,且消亡与生成时间相衔接,同一时间内无2个风暴并存现象。另外,风暴跟踪信息产品(STI)对风暴生成和消亡时的路径预测准确率不高,而成熟阶段的预报与实况吻合度相对较高。     

基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

阿克苏初秋一次暴雨过程诊断分析

本文利用常规地面与高空观测资料、自动站逐时资料、NECP1°×1°再分析资料,对阿克苏地区2015年9月7日局地暴雨进行分析。结果表明,造成此次暴雨的主要原因有(1)中尺度分析暴雨发生前阿克苏处于高能高湿不稳定区域;(2)08时至20时探空图中湿层、风向以及不稳定能量的突变预示了强对流天气的发生;(3)暴雨过程的大部分水汽是通过低层偏东气流输送,水汽的来源主要为孟加拉湾,其次北疆短波槽及蒙古槽也提供了少量水汽(4)锋区加强、垂直风切变增大、水平风速辐合提供了热力及动力条件,垂直速度伸展高度影响了对流云厚度及高度。(5)地面风速辐合触发对流,加之较好的地面热力条件以及一定的地形增益暴雨强度。(6)地面辐合线及偏东风输送位置影响暴雨落区。     

The effect of Doppler correction on measures of storm track intensity

In climate research, the intensity of a storm track is often measured by the band pass filtered eddy kinetic energy, geopotential variance or related variables. The interpretation of such fields disregards the influence the advection speed might have on these measures. In this paper the need for a Doppler corrected storm track measure is discussed. A Doppler corrected measure is defined and applied to 10 years of ECMWF reanalysis data, correcting the storm track measure for spatial and temporal variability of the advection speed. The storm track intensity is also calculated correcting only for the temporal variability of the advection speed. It is also related to fluctuations of the NAO teleconnection pattern. The Doppler correction suggests that (1) maximum and minimum baroclinic activity is found somewhat downstream of the locations indicated by non-corrected measures, (2) the storm track activity estimated by conventional measures is much too low in the areas of the eastern ends of the storm tracks, (3) the monthly mean time series of the strength of a storm track, as estimated by conventional measures, is strongly influenced by the variability of the advection speed at times, (4) the strength of the storm track seems to be less strongly connected with teleconnection patterns such as NAO or with the background mean flow speed than usually thought on the basis of conventional Eulerian statistics.     

Increased hurricane intensities with CO2-induced warming as simulated using the GFDL hurricane prediction system

 The impact of CO₂-induced global warming on the intensities of strong hurricanes is investigated using the GFDL regional high-resolution hurricane prediction system. The large-scale initial conditions and boundary conditions for the regional model experiments, including SSTs, are derived from control and transient CO₂ increase experiments with the GFDL R30-resolution global coupled climate model. In a case study approach, 51 northwest Pacific storm cases derived from the global model under present-day climate conditions are simulated with the regional model, along with 51 storm cases for high CO₂ conditions. For each case, the regional model is integrated forward for five days without ocean coupling. The high CO₂ storms, with SSTs warmer by about 2.2 °C on average and higher environmental convective available potential energy (CAPE), are more intense than the control storms by about 3–7 m/s (5%–11%) for surface wind speed and 7 to 24 hPa for central surface pressure. The simulated intensity increases are statistically significant according to most of the statistical tests conducted and are robust to changes in storm initialization methods. Near-storm precipitation is 28% greater in the high CO₂ sample. In terms of storm tracks, the high CO₂ sample is quite similar to the control. The mean radius of hurricane force winds is 2 to 3% greater for the composite high CO₂ storm than for the control, and the high CO₂ storms penetrate slightly higher into the upper troposphere. More idealized experiments were also performed in which an initial storm disturbance was embedded in highly simplified flow fields using time mean temperature and moisture conditions from the global climate model. These idealized experiments support the case study results and suggest that, in terms of thermodynamic influences, the results for the NW Pacific basin are qualitatively applicable to other tropical storm basins. Received: 20 July 1998/Accepted: 24 December 1998     

塔克拉玛干沙漠腹地贴地层风沙流结构研究

利用微梯度集沙仪在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区实测的2014年7—8月贴地层输沙量梯度观测资料(观测高度区间0~5 mm、5~15 mm、15~35 mm、35~85 mm),对沙尘天气过程贴地层风沙流结构进行了研究。结果表明:(1)沙尘天气(沙尘暴和扬沙)过程中,随着风速的增大,各高度层输沙量也随之增大。沙尘暴天气中,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量超过5~15 mm处的百分含量,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量达到最大,其余各高度含量变化不明显。扬沙天气中,风速8.0 m·s~(-1)时,百分含量最大值出现在35~85 mm高度处,占48.9%,风速8.0 m·s~(-1)时,大小依次为:15~35 mm(49.5%)35~85 mm(31.7%)0~5 mm(12.7%)5~15 mm(9.2%)。(2)两种天气过程中,沙粒的平均粒径在垂直高度上均呈现先减小后增大的趋势。粒径峰值均处在125~250 um,极细砂含量最高,细砂次之。与扬沙天气相比,沙尘暴天气过程中极细砂、细砂、中砂在各高度层上的含量略微下降,粉尘含量有所升高。     

集合方根滤波同化多普勒雷达资料在一次飑线过程中的应用研究

针对2005年7月12日发生在山东省中西部地区的一次飑线天气过程,采用集合方根滤波方法开展基于WRF模式的多普勒雷达资料的同化应用试验,考察了此同化系统对实际雷达资料的同化效果。主要结论如下：（1）集合方根滤波同化系统能有效同化实际雷达资料,雷达资料的加入增加了模式的中小尺度信息,使分析场得到了显著改善,有效缩短了模式起转时间,改进了对地面降水的预报。（2）利用三次同化分析后的集合平均分析场进行的确定性预报表明,与控制试验相比,同化后分析场能更准确地预报飑线系统的微物理量场,预报的流场结构符合风暴的动力特征,动力场和热力场的分布与配置也基本合理。（3）集合平均分析场对飑线系统传播方向的预报与实况一致,但预报的系统传播速度较实况快,由于对流系统的非线性发展迅速,对系统的预报时效为5—6 h。     

Modelling Air-Sea Fluxes during a Western Pacific Typhoon： Role of Sea Spray

It has long been recognized that the evolution ot marine storms may De strongly alIected Dy the nuxtransfer processes over the ocean. High winds in a storm can generate large amounts of spray, which canmodify the transfer of momentum, heat, and moisture across the air-sea interface. However, the role of seaspray and air-sea processes in western Pacific typhoons has remained elusive. In this study, the impact ofsea spray on air-sea fluxes and the evolution of a typhoon over the western Pacific is investigated using acoupled atmosphere-sea-spray modeling system. Through the case study of the recent Typhoon Fengshenfrom 2002, we found that: (1) Sea spray can cause a significant latent heat flux increase of up to 40% ofthe interfacial fluxes in the typhoon; (2) Taking into account the effects of sea spray, the intensity of themodeled typhoon can be increased by 30% in the 10-m wind speed, which may greatly improve estimatesof storm maximum intensity and, to some extent, improve the simulations of overall storm structure in theatmospheric model; (3) The effects of sea spray are mainly focused over the high wind regions around thestorm center and are mainly felt in the lower part of the troposphere.     

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及 ERA5 再分析资料,对 2019 年海上卫星发射气象保障过程中 6 月 1 日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明：1）辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2）潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3）聊城风暴进入烟台后传播方向与 850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4）在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

产生致灾大风的超级单体回波特征

基于中国东部平原地区31部S波段多普勒天气雷达数据和实况记录,筛选出2002-2020年56次由超级单体风暴导致的25m·s-1以上的直线型大风事件,分析超级单体风暴多普勒天气雷达回波特征与其导致的直线型大风间关系,获得产生直线型致灾大风的超级单体的量化结构特征,为超级单体产生的大风的主客观监测预警提供参考.统计结果表...     

North Atlantic cyclones in CO2-induced warm climate simulations: frequency, intensity, and tracks

The effect of CO₂-induced climate change on the North Atlantic storm and cyclone tracks in winter is analysed using time slice experiments of the Hamburg atmospheric general circulation model (ECHAM3) with triangular truncation at wave number 42 (T42) and 19 levels. The sea surface temperature (SST) and sea ice boundary conditions for these experiments are taken from a transient Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) scenario A run of ECHAM1/LSG at the times where the 1×CO₂ (control run), the 2×CO₂ and the 3×CO₂ concentrations are reached. Using a cyclone identification and tracking scheme, we detect the low pressure systems as relative minima in the 1000 hPa geopotential height field and connect them to cyclone tracks. The results of the Eulerian analysis of the storm track using filtered variances and the Lagrangian analysis of the cyclone trajectories from the three climate runs are discussed and compared with each other. In the 2×CO₂ experiment, the storm track shifts eastward, whereas the cyclone density shifts northeastward. In the 3×CO₂ experiment the storm track shows a southeastward shift, whereas the cyclone density shifts northward. The variability of the cyclone tracks is determined by a cluster analysis of their relative trajectories considering the first three days of the cyclones. The relative cyclone tracks are grouped into stationary, zonal and northeastward travelling cyclones. This analysis provides a method to assess the model quality and to detect changes of the cyclone trajectories in different climates. In the 2×CO₂ (but not in the 3×CO₂) run the occupation number of northeastward cyclones increases. Received: 27 January 1998 / Accepted: 19 May 1998     

基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响.雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合...