高时空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究

以业务应用为目标,开展高时、空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究。运用北京快速更新多尺度分析和预报系统集成子系统（RMAPS-IN,Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Integration）,对雷达四维变分分析系统（VDRAS）30 min临近预报的高时、空分辨率三维风场作为数据源与自动气象站风场观测进行快速融合处理。结果表明,以VDRAS临近预报风场取代数值模式预报场作为融合初猜场后形成的分析结果对于风场有明显的改善:（1）长时间序列客观检验结果表明,地面10 m高风场U/V分量绝对误差分别为0.05和0.06 m/s。实时融合对未来预报的影响随着预报时效的延长,U/V分量的绝对误差不断增大。（2）对于11个强对流个例,地面10 m高风场风速均方根误差降低0.3 m/s,风向均方根误差降低13°;边界层三维风场,风速均方根误差降低0.8 m/s,风向均方根误差降低10°。平原站点融合以后风速、风向预报效果有较大改善,山区站点融合以后改善相对较小。（3）通过对2017年7月20日暴雨和7月7日雷暴大风个例的详细分析,发现融合基于雷达资料四维变分同化获得的高分辨率临近预报风场对各对流系统中的中尺度结构特征给出了更加细致准确的描述。      

京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

强热带风暴“莲花”(0903)非对称降水结构分析

利用雷达回波和NCEP分析资料,本文从水汽条件、环境风垂直切变和风暴移动状态等方面诊断分析了0903号强热带风暴"莲花"非对称降水结构形成的可能机制。结果表明:"莲花"南侧充足的水汽输送为强降水的发生提供了基本的水汽条件,同时水汽通量在水平空间上的非对称分布也在一定程度上导致了降水的非对称分布。环境风垂直切变是导致"莲花"降水结构改变并最终形成一波非对称降水结构的主要动力因子。随着垂直切变的增强,同时配合风暴南侧充足的水汽条件,一波非对称降水结构逐渐形成,在较强垂直切变长时间的作用下,强降水最终集中于顺切变方向左侧。在较强垂直切变的作用下,逆切变一侧的下沉运动抑制了陆地摩擦和地形抬升所形成的对流的发展。相对于较强的垂直切变而言,"莲花"相对稳定的移速和移向条件难以主导强热带风暴降水的空间分布。     

数值预报湿度场Q系统性误差的订正方案

数值预报Ｔ＿（４２）Ｌ＿９湿度场Ｑ的系统性误差，假定是由于风场造成的，按照八个方位的数值预报风场ｕ、ｖ，和同时刻的湿度场之关系，制定出了一套和天气预报规则相似的订正方案，经过误差比检验，每个场都有不同程度的订正效果。     

一次强冷空气天气的个例分析

从主导系统的发展,分析了影响系统的成因,并以700hPa冷空气的活动,分析了形成这次强冷空气天气的冷源及东部大降水的成因.     

梅雨锋中大振幅重力波的活动及其与环境场的关系

本文分析了梅雨锋暴雨过程中中-β尺度大振幅惯性重力波的活动及其与环境场的关系。突发性降水所构成的雨峰线能表征这类波的活动,重力波平均波长为200km,振幅2hPa。周期6—8h,移速为60—80km/h,强降水全部位于中尺度气压波槽后和脊前的辐合区内,波动的传播方向各异,靠近低空急流的波动大体沿低层盛行风方向传播;有的则受中尺度散度场移动、变化的影响;或受冷锋前先期到达的冷涌性中尺度锋区的影响,并与它一起移动。这类短波活动对环境风场的影响是:它破坏近地层的急流状结构和日变化,却使对流层中、下层环境风增强,急流轴上抬以至消失,这类短波活动使大尺度风场获得能量。     

青藏高原地区500hPa FGGEⅢb风场订正方法及其分析

本文在文献[1]的基础上,用Cressman逐步订正方法,对高原地区500hPa FGGEⅢ_b资料(1979年5—8月每天2次流场图)用我国同期青藏高原气象科学实验资料进行了订正。与天气图(包括科实资料)及科实的流线图对比,发现与天气图等对应得很好,此方法有一定的实用意义。另外,订正图与FGGEⅢ_b流线图比较,主要结果:(1)NCAR软件所绘的流线图能很准确地反应格点风向。(2)FGGEⅢ_b资料能较好地反应高原地区的大尺度环流,但对次天气尺度系统如高、低中心漏分析的很多,尤其是低涡中心,只有1/2的准确率,但它们都对应于正负涡度区。有一点要特别指出:FGGEⅢ_b资料在高原西部常出现很强的低涡,而在订正图上不但涡小,且常只有低槽与之对应。(3)由订正图上可以看到低涡集中出现在高原中部30—35°N的纬带内,而反气旋中心则出现在其北侧(35°N以北)和南侧(30°以南)。(4)在高原的西南及东北边缘地区常出现地形槽,槽线为西北东南走向。它们的形成与地形影响密切,对高原东侧的天气影响也是明显的,值得进一步研究。