计算沙瓦特指数的一种新方案

为了提高沙瓦特指数（SI）的计算精度,提出一种计算SI指数的新方案。在气块沿湿绝热线上升求解500 hPa气块温度过程中,当给定气压,温度变化很小时,假相当位温与温度近似为线性关系,利用这种线性关系可导出计算气块温度的显式公式。实例计算表明,该方案计算速度快且精度较高,最大误差和平均误差分别为0.69℃、0.51℃。     

沙瓦特指数的数值计算方案比较研究

比较了三种假相当位温(θse)计算式的精确度,分析了θse对沙瓦特指数(SI)计算的重要影响,提出精度较高的SI计算实用方案。该方案首先利用干绝热过程中位温和比湿守恒性质迭代求解抬升凝结高度处温压变量;计算起始气块的θse;然后基于湿绝热过程假相当位温的守恒性质,采用Stackpole迭代方法计算湿绝热上升到500 hPa的气块温度,进而计算SI。研究发现,θse的误差是SI计算误差的重要来源,采用准确的θse计算方案非常重要。经计算比较,发现θse的Bolton公式和李任承公式计算精度较高,而经典的Rossby公式计算得到的θse表现为系统性偏低,偏低量随气块温湿的增加而增大。相应地,采用Bolton公式计算θse所得到的SI之精度最高,与查表值703个算例之间的平均绝对误差仅0.45℃,李任承公式效果与之接近;而传统的Rossby公式相应的平均绝对误差为0.66℃。与前人的SI算例对比表明,本方案计算精度得到进一步提高,在预报业务中具有一定实用价值。     

一个相对精确计算沙瓦特指数方案的实现

在对流性天气的预报工作中,沙瓦特指数是一个被广泛应用的物理量,准确、快捷计算该指数一直以来都具有重要的实际意义。根据干、湿绝热过程相当位温守恒的原理,运用David Bolton给出的系列公式计算凝结温度、相当位温,利用计算机编程实现了应用探空资料自动、准确计算沙瓦特指数。11个实例的计算表明,与其他5种沙瓦特指数计算方案相比,新方案计算简洁、绝对误差的平均值与最大值均有所减小。其可能的原因是,计算中间过程避免了繁琐的数学推导和多次近似处理,且抬升凝结温度、相当位温等重要物理量计算比较准确。利用2010-2011年湖北省汉口站MICAPS格式探空资料,对比了查表法与新计算的沙瓦特指数对有、无雷暴天气的预示作用。结果表明：如果规定该指数小于零时有雷暴,则计算得出的数据可以较好地减少雷暴漏报。文中还指出了应用该指数时的局限性。     

大气层结稳定度指数的近似算法及量值的测站分布图输出

本文提出了应用测站探空资料计算层结稳定度指数(假相当位温递减率(θse)/p、沙瓦特指数等)的实用方法,并分析对比了沙瓦特指数的计算值,指出了文中所提近似算法具有较高精度;并设计了由测站资料输入到量值测站分布图输出的程序计算系统,为日常业务预报提供辅助诊断手段。     

罗-辛假相当位温的精确计算

综合分析罗斯贝、辛普森、拉欣和桑德斯等关于空气的干绝热和湿绝热过程的研究,从定义出发,严格推出罗-辛假相当位温（θ_ses）的精确计算公式,包含罗斯贝假相当位温（θ_se）与辛普森假相当位温（θ_ss）,编制出5种假相当位温变量表,对比分析了文献[12]及其计算结果与本文相应结果的差异,并分析指出差异的原因。      

卷挟理论在对流研究和预报中的应用

一、引言 经典的气块绝热上升理论给出了静力稳定度的判据,以气块作有限位移时,由能量面积来分析条件性不稳定,并计算对流发展的强度和高度。但是,按绝热理论计算,往往夸大了对流的发展;在预报工作中,又不直接使用这些判据,而是综合层结稳定度和湿度因子的作用来建立各种预报指数,例如沙瓦特指数、K指数和平均不稳定能量指标等。其中沙氏指数由于计算简便和物理意义明确而为实际工作者所     

高分辨不稳定能量的实时计算显示及应用

介绍了高分辨不稳定能量的算法.用该算法实现的实用程序能计算出每个地面站每小时的高分辨不稳定能量、地面假相当位温、抬升凝结高度等,并能在福建地图上显示出来.个例分析显示:在高分辨不稳定能量正高值区或其下游,若短时内(未来3 h内)有对流回波产生或经过,则将会发展,其值越大,天气越强;而地面假相当位温分布图能细致表现能量分布及地面冷空气的活动.     

南京地区闪电定位资料与探空资料的应用分析

利用江苏省闪电定位系统的观测资料,结合南京探空资料,分析了以南京探空站为中心的1°×1°的经纬度范围内,在两次探空放球时间段内所发生的闪电情况.分析表明,沙氏指数、700 hPa与1000 hPa假相当位温θse差、500 hPa与700 hPa假相当位温θse差、1000 hPa温度、500 hPa温度对南京地区闪电活动的实时预警有比较明显的作用,并定义了闪电概率指数,可用于预报0～30 min内闪电的发生概率.本研究对南京地区雷电实时监测与预警有参考价值.     

假相当位温的新算法及其应用

本文引入以气压、温度、水汽压(或相对湿度百分数)为参数的假相当位温新算法和计算程序来计算地面假相当位温的θ_(se),θ_d,θ_(sed)和θ_r[‰]等物理量。并以θ_r[‰]时间剖面图简例说明其在气象站大降水预报中的可能应用。     

2011年盛夏石家庄一次短时暴雨分析

2011年7月26日石家庄市出现一次暴雨冰雹天气,其特点是500 h Pa及以上高空强冷空气导致高空形势在12 h内发生剧变,短波槽快速南下,致使探空观测和数值预报失灵。本文对其他监测资料进行分析,发现这种剧烈变化的天气有明显特征:卫星云图上河套北部逗点云系尾长而粗壮,有向南发展趋势,云系后部的暗区表明干冷空气侵入,与低层暖湿空气形成对流云,尾部断裂表明冷空气加速南下。单站要素变化显示,石家庄地面假相当位温比正常值高了8℃,出现异常不稳定能量。强对流天气发生在假相当位温密集带内,能量中心假相当位温最高达到90℃以上,100 km内假相当位温温差超过25℃,最大降雨出现在假相当位温密集带内。雷达回波呈西南—东北带状排列,前部最大强度为65 d BZ,强回波前形成阵风锋,正负最大速度均超过20 m/s,飑线自西向东移动,它的移向和发展程度决定降雨和冰雹的路径和强度。石家庄市区风向转变和形成地面辐合线分别较降水起始时间提前21 min和30 min。     

安徽闪电分布特征和不稳定条件分析

利用安徽2008—2011年LD-Ⅱ型闪电定位系统资料,以统计方法分析安徽闪电分布特征,发现安徽闪电的发生较为集中在7—8月,闪电极性以负闪为主(约占总闪的93%以上),同时存在南北差异。南部的闪电数和平均电流强度比北部大,但北部正闪比例略高于南部。进一步结合2008—2011年阜阳、安庆两站探空资料,选取了抬升指数、对流有效位能、700~400 hPa平均相对湿度、700 hPa假相当位温、850~500 hPa温差、沙氏指数与K指数7个大气不稳定参数,以两站为中心的0.5个纬距范围内,分析了探空放球时间后6 h内,大气不稳定参数与闪电活动的关系,确定了闪电活动的不稳定参数阀值,为闪电活动预报奠定基础。     

锋面北侧冷气团中连续降雹环境场特征及成因

对2009年2月24日—3月5日我国南方锋面北侧冷气团中连续冰雹天气过程的环流形势和环境场特征及形成机理进行分析。此次冰雹过程是发生在我国南方典型的连阴雨天气形势背景下,欧亚中高纬度地区为两槽一脊形势,副热带高压偏强、中南半岛为低槽区,青藏高原有5次短波槽东移,中层700 hPa暖湿气流势力强盛。中层强西南暖湿气流在强锋区 (冷垫) 上抬升,形成我国南方典型的高架雷暴。高架雷暴的发生与中低层强温度锋区、中层700 hPa不低于20 m·s-1的西南急流、强风垂直切变、对流层中层较大的温度直减率、较低的0℃层高度 (4 km以下) 有关。     

1961—2017年中国华东区域高空温度变化特征

利用中国华东六省一市13个探空站1961—2017年高空温度数据,对850 hPa、500 hPa、200 hPa高空温度的时间变化特征和空间变化特征进行分析,结果表明：1961—2017年中国华东区域对流层中下层增温趋势明显,向上增温趋势减弱,对流层顶增温趋势有所增强。850 hPa、500 hPa温度的年代际变化均呈现出先降低后升高的趋势,而200 hPa温度的年代际变化则呈现持续升高的趋势。秋、冬季在各个层次上均为显著的增温趋势,冬季的增温趋势明显大于其他季节,500 hPa春季和200 hPa夏季有微弱的降温趋势。不同层次年平均气温的空间分布均有明显的南北差异,且随着高度的增加,南北平均温差先增大后减小。850 hPa、500 hPa年平均温度的空间变化趋势一定程度上呈现出华东沿海地区增温趋势大于内陆的特征,200 hPa则呈现华东南部的增温趋势大于北部的特征。850 hPa各季节呈现出中国华东沿海地区增温、内陆增温趋势不如沿海地区或内陆呈现降温趋势,500 hPa的春季和200 hPa的夏、秋季则呈现出中国华东南部地区增温、北部地区降温的趋势。     

江西省冻雨垂直温度层结分析及预报

利用1960-2013年江西省89个气象观测站常规观测资料,采用统计分析和插值处理方法,对江西106次冻雨过程垂直温度层结进行分析,并建立冻雨预报思路。结果表明：江西省冻雨发生通常伴随1000-850 hPa剧烈降温和700 hPa增温,925-700 hPa存在明显逆温。融化层是冻雨发生的必要条件,87.7 %样本融化层位于700 hPa,9.4 %样本融化层位于850 hPa;一般以1000 hPa温度<1.0 ℃、925 hPa和850 hPa温度<-2.0 ℃和700 hPa温度≥0.0 ℃作为江西冻雨预报的温度阈值标准,同时也应注意融化层位于850 hPa的情况。地面气温越低,越有利于冻雨形成,冻雨发生时最低气温为0.0 ℃以下,平均气温为1.0 ℃以下。冷暖空气持续在27°-28 °N交汇,且鄱阳湖以南至抚河流域平均气温＜1.0 ℃和最低气温＜0.0 ℃出现比其他地区多,造成该区域冻雨发生频次比其他地区明显偏多。另外,通过大气逆温层结、地面气温与冻雨的对应关系,建立基于模式资料和常规观测资料的自动诊断方法。     

新疆北部降水相态的识别判据研究

利用2005—2014年春秋两季月降水资料,统计分析了近10 a新疆北部4个站点的雨雪天气;利用同时期的高空资料,选取了500 hPa和850 hPa高度差(H_(500-850))、700 hPa和850 hPa高度差(H_(700-850))、850 h Pa和925 hPa高度差(H_(850-925))、700 hPa和925 hPa高度差(H_(700-925))、500 hPa温度(T500)、700 hPa温度(T700)、850 hPa温度(T850)、925 hPa温度(T925)共8个指标参与统计,得出4个站点的主要影响因子及降水相态判别指标;并利用判别指标对2015年3—4月、10—11月伊宁及乌鲁木齐站点出现的降水相态进行检验。研究表明:(1)伊宁T925、T850分别为2.5℃、-2.5℃时;塔城站点T925、T850分别为1.8℃、-1.5℃时可作为雨雪分界指标;伊宁、塔城两站T700对降水相态的指示意义不大;阿勒泰T850、T700、T500分别为-2℃、-8.5℃、-25.3℃时;乌鲁木齐T850、T700分别为-1.75℃、-9.3℃时,可作为雨雪分界,T500对乌鲁木齐降水相态的指示意义不大。(2)伊宁H_(700-925)、H_(850-925)分别为2220 m、680 m时;塔城H_(700-925)、H_(850-925)分别为2 207.5 m、675 m时;阿勒泰H_(700-850)、H_(500-850)分别为1522 m、4 052.5 m时;乌鲁木齐H_(700-850)、H_(500-850)分别为1520 m、4 067.5 m时,可作为雨雪的简单分界。(3)通过检验,总结出的雨雪判别指标可为新疆北部降水相态客观预报提供较好的参考。     

基于集合预报极端天气预测指数的浙江分类强对流预报模型

利用2016—2021年ECWMF集合预报资料、浙江自动站实况资料等，计算浙江短时强降水、雷暴大风和冰雹等强对流天气相关物理量的极端天气预报指数（EFI：Extreme Forecast Index），分析EFI分布特征，并构建了分类强对流预报模型。结果表明：强对流天气与物理量的EFI有密切联系，发生短时强降水时，对流有效位能、整层可降水量、850 hPa与500 hPa温差和位温差的EFI较大，而垂直风切变的EFI为负值，因而较小的垂直风切变更有利于出现极端降水；发生雷暴大风和冰雹时，对流有效位能、850 hPa与500 hPa温差和位温差以及850 hPa温度露点差的EFI较大，700 hPa露点温度的EFI为负值，与上层干冷下层暖湿的有利层结条件有关。利用支持向量机多分类方法，将强对流天气相关物理量的EFI作为特征值开展训练，构建的预报模型对于非局地强对流天气有较好的预报效果，其中短时强降水的误判率明显低于雷暴大风。     

黄淮地区触发对流天气的干线特征

利用高空和地面观测、欧洲中期预报中心再分析资料（ERA5）以及卫星云图,统计2010—2019年4—9月我国黄淮地区触发对流天气的干线特征。结果表明:干线主要出现在山东德州附近和豫北周边地区,多呈准西北—东南向和准东北—西南向;长度集中在100~200 km,宽度在50~100 km;多出现在14:00（北京时,下同）或17:00;多发生在高空冷涡形势下,低层多有切变线（或辐合线）配合,地面多位于入海高压后部。地面气象要素统计显示:干线干侧温度较湿侧偏高1.9 ℃,湿侧露点温度较干侧偏高6.8 ℃,干线两侧温度梯度为-2.7 ℃·（100 km）-1,露点温度梯度为10.1 ℃·（100 km）-1,比湿梯度为5.9 g·kg-1·（100 km）-1。探空参数统计结果表明:干线湿侧大气可降水量略高于干侧,925 hPa,850 hPa和700 hPa湿侧比湿均大于干侧;对流有效位能湿侧平均值远大于干侧;干线两侧700 hPa,850 hPa与500 hPa温度差非常接近,即黄淮地区干线两侧对流有效位能的显著差异主要由干线两侧低层水汽条件差异造成,干线两侧条件不稳定度大致相当。     

四川盆地两次冬季寒潮天气过程对比分析

本文利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim全球再分析资料,常规地面、高空观测资料,及地面自动站观测资料,对2018年12月5～7日和27～29日四川盆地两次典型寒潮天气过程进行了对比分析。结果表明:两次过程均是在前期升温的基础上,500hPa欧亚中高纬度为一脊一槽,地面有强冷空气在中西伯利亚堆积,横槽转竖引导冷空气爆发南下造成的;冷空气爆发后,由于寒潮发生的环流背景、影响系统和冷平流强度、发展、路径不同,由此带来的天气现象和对四川盆地的影响也不同。两次过程中南支槽强度、移动速度和持续影响四川盆地时间存在明显不同,但当南支槽东移至85°E及以东位置时,南支槽显著加深,槽前强西南气流将暖湿水汽输送到四川盆地,并与南下的偏北冷气流交汇,导致四川盆地的降雨明显加强,降温幅度也加强。气温骤降,当盆地850hPa温度低于-5℃,1000hPa温度低于4℃,0℃层降到940hPa以下高度时,降水出现雨向雨夹雪或雪转换。      

许昌两次初春回流类雨转雪过程对比分析

应用micaps3天气图资料、卫星云图,对许昌市2011年2月25—28日和2014年2月16-18日两次雨转雪天气过程进行诊断分析和对比分析,对环流形势、水汽条件、动力、热力特征的分析结果表明：（1）两次过程的共同点为前期主要是500hPa高空槽和700hPa切变线影响的稳定性降水,后期是850hPa回流冷空气不断补充堆积形成深厚的冷垫,低层偏东气流与中高层槽前的西南暖湿急流交汇形成回流降水形势。另外,高低空的有力配合,冷暖空气的交汇为两场降水提供了较好的动力条件。（2）不同点为两次回流降水时段、持续时间、降水强度、降水落区不同。过程一水汽含量更高,辐合偏河南省北中部而且湿层更深厚,强度更强,水汽通量较过程二大一个量级,降水量较过程二也大一个量级。过程二辐合落区在河南省南部,且持续时间较短,系统配置较弱。（3）冷空气侵入时段、气温下降速度、降水时间、850hPa温度的临界值,都是是初春降水性质发生改变的关键点。其中850hPa温度低于-4℃作为雨转雪指标外,气温的下降速度可作为雨转雪的补充预报指标。     

鹰潭市一次冻雨暴雪天气过程分析

利用常规气象资料、T213资料等,对鹰潭市2008年2月1-2日出现的冻雨、暴雪天气过程进行分析。结果表明,暴雪出现在500hPa槽前、700hPa急流轴与切变线之间、850hPa切变线附近和地面冷高压底部的区域。高空低槽东移,700hPa西南急流的南压,使得700hPa温度下降为-3．7℃,温度条件变化有利于产生降雪。中低层辐合、高层辐散及较强的上升运动,为强降雪提供较好的动力条件。850—700hPa的逆温层有利于冻雨、暴雪出现,当700hPa温度≥-1℃时,出现冻雨;当温度≤-3℃时,出现暴雪。对流层中层较好的水汽输送,是暴雪发生的重要原因之一。