南海季风爆发前罕见连续3场暴雨特征及成因

2010年5月上中旬南海季风尚未爆发,广东一周内出现罕见的连续3场区域性暴雨 (下称连场暴雨)。利用常规气象观测资料和NCEP分析资料,从降水时间特征和环流形势对比了连场暴雨和持续性暴雨的异同,并应用局地经向环流数值模式诊断探讨其可能形成机制。结果表明:中高纬度地区阻塞形势建立对广东5月连场暴雨和6月持续性暴雨发生均尤为关键,连场暴雨期间阻塞高压位于乌拉尔山附近,降水与中纬度短波槽南下密切相关;而持续性暴雨期间阻塞高压偏东位于亚洲大陆中部,降水主要受热带西南季风北推影响。尽管大尺度环流背景相似,但3场暴雨过程天气系统配置差异较大。数值诊断结果进一步表明:激发连续3场暴雨的主要物理因子为潜热加热、温度平流和西风动量输送。潜热加热是此次连场暴雨的正贡献和正反馈的最直接因子,而西风动量输送和温度平流对暴雨发生有一定触发作用和指示意义 (超前0~1.5 d)。因此,分析和预报季风爆发前的连场暴雨过程,应注意中高纬度地区西风动量输送、冷暖平流活动和相应的天气形势演变。     

基于自组织神经网络算法的华北区域夏季天气气候学特征

对华北区域的天气气候学研究,有助于理解该区域大气环流场与地面要素场之间的相互联系。利用自组织神经网络算法(SOMs),基于1958—2002年夏季ERA-40日平均海平面气压距平场(MSLPA),对华北区域的海平面气压场进行分型,研究其天气气候特征。36种典型地面环流形势被识别出来,包括强北高南低、强西高东低槽、强西北低东南高和强东部高压西伸4种极端类型,以及它们之间的过渡型。天气型的空间特征分析表明二维自组织图上天气型的对称性体现了华北区域天气气候的一般性特征,而非对称性则体现其独特性。天气型演变特征分析表明高、低压系统越强,或以高压系统活动为主时,华北地区的天气形势相对稳定,反之则转变较快。年际变化分析指示出其中6种天气型出现较明显的年际线性变化趋势。最后,分析天气型相应的降水分布特征,表明区域内不同地区的降水来自不同天气型的影响,地面环流场的细小差别将会造成地面强降水中心位置的较大不同,且地形的影响将进一步放大该差别。上述分析结果采用更完整和更高时间分辨率的资料,定量化地研究华北区域夏季的天气分型特征,拓展其天气气候学研究。研究成果可用于发展客观化的数值模式典型天气过程识别技术,以及作为区域气候情景分析的基础。     

OTS、MOS和OMOS方法及其优化组合应用于72 h内逐3 h降水预报的试验分析研究

开展了夏半年72 h内逐3 h降水预报试验,针对ECMWF模式预报、基于ECMWF的模式输出统计(MOS)预报、纳入超前空间实况信息的OMOS预报,以及三种预报的最优TS评分订正(OTS)预报,对比分析预报效果,探讨一种多方法结合能够提供良好预报性能的3 h定量降水预报技术方案。结果表明:在短期预报中,MOS预报与OTS订正相结合的MOSOTS综合预报方法的预报性能最好,而且MOS-OTS方法的3 h强降水预报与业务运行的城镇指导预报中融合主客观预报的降水预报相比,也具有一定优势;而在临近3 h预报中,则OMOS预报与OTS订正相结合的OMOS-OTS综合预报方法最优,3 h内0.1、3和10 mm以上降水的TS评分最高,比原始模式预报分别提高73%、198%和483%,Bias评分接近于1,在夏半年的逐日晴雨预报中,OMOS-OTS方法在大部分日期都稳定优于MOS-OTS预报和城镇指导预报。     

近10年中国现代天气预报的发展与应用

近10年来,随着数值预报技术的进步,探测手段的日臻完善和丰富,以及高性能计算机快速发展和应用,现代天气预报技术取得了显著的进步,其中快速更新同化分析和预报、集合预报、概率预报以及数字化预报等新技术的应用,促进了中国天气预报业务水平的提高,在中国防灾减灾、保障社会经济发展和人民安康福祉的气象服务中发挥了重要作用。回顾和介绍了近10年中国现代天气预报新技术,主要包括基于中尺度模式的多源资料快速更新同化预报技术,提供灾害性、极端性天气预报的不确定性信息的集合预报和概率预报技术及高时空分辨率气象要素的数字化预报技术,展望未来发展趋势,以期能够对未来天气预报技术发展提供借鉴和参考。     

夏季东亚副热带西风急流不同尺度波的特征分析

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和中国国家气象站20时的日降水量资料,分析在超长波、长波和天气尺度波的不同尺度纬向风场中,夏季东亚副热带西风急流的空间分布和活动特征,初步研究了不同尺度波的东亚副热带西风急流与典型梅雨异常年降水的关系,通过分析东亚副热带急流的周期性变化,进一步探讨本研究工作的实际应用价值。研究表明,超长波是东亚副热带西风急流扰动的主要成分,与急流位置的演变具有较高的一致性,对于梅雨期间的雨带位置和强度变化均有较好的指示意义;长波、天气尺度波是叠加在超长波上的次低频和中间尺度扰动,后者与梅雨强度的变化有一定对应关系。东亚副热带西风急流与其超长波的位置变化具有明显的单、双周振荡特征,在实际预报业务中可以充分利用超长波的周期性和较高预报技巧,为中期天气分析和预报提供更有价值的参考信息。      

北极区近30年环流的变化及对中国强冷事件的影响

利用1971—2000年NCEP再分析资料和中央气象台提供的我国强冷空气过程统计资料,分析了近30年冬半年北极区及中高纬度地区大气环流形势的气候变化以及对中国强冷事件的影响。结果表明,20世纪70~90年代北极区大气温度发生了明显变化,极涡系统也随之改变。80年代中期前,极涡范围偏大;之后面积减小。从长期趋势来看,70年代中期至90年代中期,极涡强度与面积呈反位相变化;同期,亚洲中高纬地区大气环流也相应调整,总体趋势由低指数向高指数模态转变,环流经向度减小;东亚大槽东迁,槽线90年代比70年代东移了近1个经距,冬季则更为突出,平均东移2.2个经距;西伯利亚冷高压也发生了年代变迁,70年代高压强度弱、控制范围偏小,80年代增强,范围明显扩大,90年代高压中心强度变化不大,但高压主体向南扩展的纬度较80年代偏北1~2个纬距,主体面积减小了5%。研究表明,正是由于极区、近极区环流系统的改变,造成近30年我国强冷空气爆发的事件特性发生了年代际变化。70年代强冷事件最为频繁,以西路冷空气为主,80年代频次明显减少,以偏西北路冷空气为主,但多源自新地岛东部,极端强冷事件降温距平达到最大,单次冷空气势力最强;90年代强冷事件频次又有所增加,但冷空气强度明显减弱。究其原因,主要与气候增暖、积温偏高,易产生降温有关。而上述近30年冷事件频次和强度的变化特征符合极端天气事件与气候变化的关系,因此我国强冷空气爆发事件特性的改变可能也是气候增暖的结果和反映。     

一种综合相似中期预报模型

该文采用人机交互方式制作中期预报综合相似模型。该模型在客观相似分析的基础上，引入主导环流系统（关键区）和环流演变场，以此来渗入预报员丰富的预报经验、降低相似环流变化的随机性，经业务应用结果表明在中期天气要素预报上取得较好的效果；同时模型具有广泛的适用性。     

扰动变量在强对流天气分析和模式评估中的应用——以苏北里下河地区引发龙卷的扰动系统为例

2016年6月23日14:00—15:00时,江苏省盐城市阜宁县发生了EF-4级有记录以来的强龙卷风过程,造成了当地30 km长,1.7 km宽的严重气象灾害。受局地环境影响,邻近地区在近50年中发生了大于10人次死亡事件的龙卷风11次,其中6次发生于1979年以后。文章首先是:(1)把6次事件日的再分析变量场分解成瞬时气候和扰动两个部分,发现6次事件都与近地面层出现的负高度扰动轴线和扰动冷暖气团的对峙有关,龙卷发生在暖气团一侧;(2)用模式初始场分解的扰动变量和扰动物理量评估欧美模式对产生阜宁龙卷扰动系统的预报能力。后者的结果也发现,当日14时925 hPa高度扰动槽和850 hPa扰动风辐合线作为环境扰动系统,以及湿涡度扰动和湿散度扰动等环境扰动指标量能够突出地表达有利于龙卷风发生的环境条件。欧洲全球模式能够提前42 h稳定预报出后来扰动槽和环境扰动指标量的位置,美国全球模式也可以提前18 h预报出这样的扰动特征。这些扰动变量和扰动指标量能够快速地帮助预报员判断有可能发生强对流天气的大致时空区域和特征。     

一个表征江南春雨的环流指数及其天气学特征

利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异,定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数,通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明:该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上,高指数年江南春雨偏多,而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日,我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强,江南地区对流层高层辐散增强,低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件,有利于春季江南地区降水的产生;低指数日,西北太平洋副热带高压位置偏南,江南至华南地区对流层低层存在弱辐散,这种形势配合下不利于江南春雨的产生。