自适应Kalman滤波用于GPS层析大气湿折射率

在分析Kalman滤波层析方法的基础上,将基于指数渐消因子的自适应Kalman滤波方法用于层析大气湿折射率,并结合香港地区CORS网观测资料及探空气象观测资料进行了分析.结果表明,该方法能够长时间以较高精度反演湿折射率垂直轮廓线,较好地反映了大气的实际状况,有效避免了一般Kalman滤波可能出现的发散.     

一次引发川东暴雨的西南涡特征分析

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料、自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY-2E云顶亮温资料,对2013年6月29日至7月1日发生在四川东部的大暴雨过程进行分析,结合涡度收支方程重点分析了引发这次大暴雨的西南涡结构。结果表明：在西南低涡发生发展过程中,对低涡发展起直接作用的是水平辐合辐散项和水平平流项,低涡形成前水平辐合辐散项起主要贡献,低涡形成后水平平流项贡献增大,并在对流层中低层以正贡献为主,扭转项贡献最小,而垂直输送项在低涡形成前期以正贡献为主,低涡减弱阶段以负贡献为主;在西南低涡形成前期,对流层高层有位涡大值区向下传输至中层,中高层正位涡叠加在低层负位涡之上,有利于低层低涡的发展及不稳定能量的存储与释放,是低涡维持发展的重要因素。     

“7.21”暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21~22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS(Equitable Threat Score)评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

对流层顶折叠检测新方法及其在中纬度 灾害性天气预报中的应用

对流层顶折叠是中纬度地区对流层上层—平流层下层区域(简称UT/LS)内的一个重要的大气现象,它与气旋生、暴雨强对流触发以及降水增幅密切相关。由于这些天气条件下的大气状况异常复杂,因此目前国际上普遍采用的基于干大气条件的对流层顶折叠检测方法存在很大局限性。本文在借鉴已有的卫星资料和数值预报相结合的模式识别法的基础上,通过统计分析的方法建立了高层大气水汽与广义湿位涡、臭氧浓度的关系以及对流层顶折叠与高空急流的位置关系,同时考虑了动力对流层顶高度在判识过程中的辅助作用,建立了一套基于FY-2E静止气象卫星遥感数据的,适用于与暴雨强对流有关的对流层顶折叠动态监测新方法。在利用FY-3A和FY-3B反演的臭氧总量、臭氧垂直廓线以及ECMWF Interim资料计算的位涡等资料对算法进行精度验证的基础上,将该方法在2012年7月21日北京特大暴雨天气过程以及2013年5月14~17日华南大暴雨天气过程的监测和分析上进行了应用,并取得了较好的效果。从应用效果看,本文提出的这种对流层顶折叠识别方法是合理可行的,并具有一定的应用价值,可为中纬度地区暴雨强对流天气的监测和预警提供参考指标。     

湿位涡子项在华南前汛期两类暴雨中的诊断分析

本文从湿位涡的正压项(ζMPV1)和斜压项(ζMPV2)两子项出发,应用常规资料和NCEP再分析资料,通过动态合成分析法,分别分析ζMPV各子项在华南前汛期连续性锋面暴雨和暖区暴雨过程中的特征,并用双雨带过程进行了验证。结果表明:低层ζMPV2的子项(ζ22),对华南锋面降水诊断能力较强,特别是对强降水分布结构特征及中心位置具有明显的诊断能力,不足之处是其强弱并不能直接指示降水的强弱。锋面强降水中心附近的低层ζMPV1与降水量有一定的反相关性。低层强ζMPV1负值对暖区强降水具有潜势预报能力,但其负中心位置或分布结构不能表征降水中心位置及其分布。ζMPV2及其两子项对暖区暴雨无明显诊断能力。以上所得结论物理意义明确,有助于预报员在实际预报业务中更好地使用湿位涡。     

豫北一次持续性大雾的成因分析

本文应用MICAPS探空资料(第五类站点数据)及地面观测资料(第一类格点数据、第四类站点数据)和NCEP再分析资料,对2009年11月13~14日发生在豫北地区的一次大雾天气过程的形成、持续及其性质转变的原因进行分析,发现地面中尺度辐合线(区)的时空分布与大雾过程有时间上的伴随关系。水汽通量输送和温度平流的变化以及地面辐射降温的共同作用导致了这次大雾的性质在持续过程中发生了转变,即由辐射雾变成平流雾。分析表明:13日08时之前豫北的降雪带来的充足水汽和夜间晴朗少云微风造成的辐射降温是形成辐射雾的主要原因;13日14时开始在豫北水汽通量输送加大和暖平流不断加强的同时地面持续降温,使得暖湿空气在较冷的下垫面冷却导致辐射雾转变为平流雾。     

空气热储存和垂直平流对干旱均匀裸土地表能量平衡的影响

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"的数据,估算了我国西北干旱区典型均匀裸土下垫面条件下的空气热储存和垂直平流输送,并分析了空气热储存项和垂直平流输送项对干旱区地表能量不闭合的影响。研究发现:由于干旱区温度梯度大,热力抬升作用较强,即使在均匀下垫面条件下也存在可观的垂直平流输送。在地表能量平衡方程中引入空气热储存项和垂直平流输送项之后,二者对能量不闭合的平均补偿分别达到1.0 W/m2和7.1 W/m2,闭合度分别提高2%和14%,地表能量不平衡残差平均值由26.4 W/m2减小到18.2 W/m2,地表能量闭合度由82%提升到98%,干旱区地表能量平衡有明显改善。     

咸阳机场对流天气中高层垂直运动场初探

对2011年西安咸阳国际机场所有雷暴日雷暴发生时间前后的NCEP1°×1°再分析资料的400hPa垂直速度场进行分析,发现大多数雷暴发生在中高层为上升气流区的环境中,少数雷暴发生在中高层为下沉气流区的环境中。进一步的研究表明：当低层为高温高湿且有明显辐合运动时,中高层的垂直速度场对雷暴的出现并不起决定性的作用;但当低层的对流条件不明显,而中高层为强的上升气流区时,仍有发生雷暴的可能。研究为雷暴天气的预报提供了新的思路,提醒预报员在低层对流条件不明显时,还需关注中高层强上升气流区的作用。     

2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量、NCEP再分析资料和卫星云图,对2012年7月27日发生在陕北佳县的一次特大暴雨天气进行诊断分析,结果表明：暴雨前期副热带高压较强,当西风带的冷空气与副热带高压西北侧的西南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层700 hPa西南气流、850 hPa东南气流为特大暴雨提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空200 hPa陕西北部位于浅槽的前部、急流入口区的右侧,存在正涡度平流,这一区域有强烈的辐散,提供了较强的上升运动,是特大暴雨产生的主要机制;在卫星云图上表现为一个水平尺度为200~400km、云顶亮温最低为-60℃,生命史为14 h的中-α尺度对流云团。     

一次东北南部特大暴雪的动力机制分析

应用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2007年3月3—4日东北南部特大暴雪的动力机制,结果表明:850 h Pa低涡切变线附近对应着强降雪中心,其辐合抬升作用最明显,是本次过程的主要影响系统和成功预报的关键;涡度变率更能准确反映出暴雪切变线生成、发展的物理机制,且对于强降雪中心的位置和强度变化具有一定的预报意义;在涡度变率的各影响项中,700~900 h Pa正涡度区的强辐合项是正涡度倾向的主要强迫源,低层涡度增加,在强上升运动的作用下向上输送,使系统发展,从动力机制上进一步说明本次过程中主要影响系统的作用;涡度变率中绝对涡度平流项与各层高空槽移动或强度变化有关,反映了暴雪过程中各高度影响系统的垂直结构变化;而扭转项在低层一直产生负贡献,说明上升运动在水平方向的不均匀形成负涡度倾向,不利于系统的发展。