一次中尺度对流系统的闪电演变特征

利用地面雷电探测网资料、多普勒雷达和卫星资料对一次典型的MCS过程的地闪变化特征进行了分析,结果表明,在系统发展的最初阶段全为负地闪;在MCS的成熟阶段地闪频数一直较高,在10次/min以上,负地闪占绝对优势;在消散阶段,地闪频数急剧下降,同时正地闪所占比例越来越大,甚至超过负地闪。地闪基本出现在<-50℃的云区和前部大的温度梯度区内,集中发生于<-60℃的云区。负地闪主要发生在强对流区(>40 dBz),其持续时间和强对流的维持时间几乎相当,说明负地闪可以很好地指示或有助于识别强对流区;密集的正地闪也与强回波区相对应,而稀疏的正地闪则多发生在系统后部的稳定性降水或云砧部位。同时,在MCS成熟阶段出现高正地闪频数的瞬间突增有可能对应着地面强天气的发生,在强对流天气的临近预报中应予以关注。     

相似天气背景下深圳两次前汛期降水过程对比分析

在高空槽和低层切变线配合的相似环流背景下,2019年4月11日深圳出现短时暴雨(简称"2019年过程"),2020年4月11日以稳定性弱降水为主(简称"2020年过程"),利用ERA5再分析数据等对深圳这两次前汛期降水过程进行了对比分析。结果表明,2019年过程,温湿层结等对流条件和高空辐散条件较好,低空辐合动力条件相对较弱,在边界层辐合线触发下产生明显的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)活动,导致深圳出现短时强降水和雷暴大风。2020年过程,低层辐合等动力条件较好,但对流条件相对较弱,降水以稳定性降水为主。对比分析说明,温度和湿度层结条件较动力条件对华南前汛期MCS生成作用更为明显,强对流发生前12 h深圳等珠三角地区Q矢量辐合明显,对MCS活动以及强对流发生有较好的指示意义。     

Diurnal Variation of MCSs over Asia and the Western Pacific Region

Mesoscale convective systems (MCSs) are severe disaster-producing weather systems. Radar data and infrared satellite image are useful tools in MCS surveillance. The previous method of MCS census is to look through the printed infrared imagery manually. This method is not only subjective and inaccurate, but also inefficient. Different from previous studies, a new automatic MCS identification (AMI) method, which overcomes the above disadvantages, is used in the present study. The AMI method takes three steps: searching potential MCS profiles, tracking the MCS, and assessing the MCS, so as to capture MCSs from infrared satellite images. Finally, 47468 MCSs are identified over Asia and the western Pacific region during the warm seasons (May-October) from 1995 to 2008. From this database, the geographical distribution and diurnal variation of MCSs are analyzed. The results show that different types of MCSs have similar geographical distributions. Latitude is the main control factor for MCS distribution. MCSs are most frequent over the central Tibetan Plateau; meanwhile, this area also has the highest hail frequency according to previous studies. Further, it is found that the diurnal variation of MCSs has little to do with MCSs’ size or shape; MCSs in different areas have their own particular diurnal variation patterns. Based on the diurnal variation characteristics, MCSs are classified into four categories: the whole-day occurring MCSs in low latitude, the whole-day occurring MCSs in high latitude, the nocturnal MCSs, and the postmeridian MCSs. MCSs over most places of mainland China are postmeridian; but MCSs over the Sichuan basin and its vicinity are nocturnal. This conclusion is coincidental with the hail climatology of China.     

多源探测资料在一次非线状MCS分析中的综合应用

用多种加密观测资料和NCEP日再分析资料分析了2010年7月14日强降水期间咸宁地区一次非线状MCS活动造成短时强降水的发生发展机制.结果表明,14日13-18时非线状MCS回波结构组织性差,强对流单体散乱地分布在大片层状回波中,准静止地维持在湖北咸宁地区大约5h,造成了短时强降水.该MCS发生在梅雨锋锋面附近的地面涡旋环流中,高空冷空气侵入和锋前抬升运动是对流的主要触发机制,切变线南侧不稳定的暖湿气流在长江中游地区辐合集中、局地的地面气流辐合和边界层有利的风切变是该非线状MCS发展维持在成宁地区的有利条件.高时空分辨率探测资料对MCS演变过程有较好的分析能力.     

一次东北冷涡背景下MCS过程多尺度能量相互作用研究

采用WRF模式对东北冷涡背景下MCS过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为3个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究MCS发展过程,多尺度系统能量相互转化,以及动能与降水的联系。研究表明:在此次过程中各尺度之间都有位能向动能的大量转化,为系统发展提供能量。在对流单体发展到M CS成形前,中低层天气尺度动能减少,天气尺度动能向β中小尺度动能转换,促进对流单体的发展;高层天气尺度动能增强,对应高空急流增强,促进对流系统发展;β中小尺度系统在中层对α中尺度系统有动能输送,促进MCS形成。在MCS形成和发展阶段,各尺度位能向α中尺度和β中小尺度动能转化达到最大。在MCS减弱阶段,天气尺度系统和α中尺度系统在中高层对β中小尺度系统有一定的抑制作用,使β中小尺度系统发展减弱。此次过程中β中小尺度系统是降水的直接成因,动能变化的正值中心对应大的降水中心。     

华南沿海一次暴雨中尺度对流系统的形成和发展过程

应用观测分析和数值模拟方法研究了2004年5月13～14日发生在华南西部沿海的一次暴雨中尺度对流系统（MCS）。结果发现：MCS开始发生在低层切变线南侧的偏南气流中，强盛时其水平范围达中口尺度，生命史近10个小时。在MCS的形成和发展过程中，低层的涡旋环流不明显，但其上空对流层中层500hPa上有流场的扰动与之对应。观测分析及数值模拟结果均表明沿海地形引起的辐合在对流的启动中有重要的影响。而对流发展起来后，由于凝结加热的作用，中层的扰动得到加强和发展，主要表现为涡度的增大，气旋性环流在500hPa高度附近表现最为明显，并在MCS东移发展的过程中起着重要的组织作用。MCS在有利地形触发作用下发生。并通过对流层中层扰动组织发展的过程，有别于华南其它一些暴雨过程常伴有低层涡旋系统向上发展的形式，有其独特的特征。还对中层扰动的增强过程和物理机制进行了分析，并提出了一个用于解释中层扰动对MCS组织发展影响的观点。     

基于静止卫星红外云图的MCS自动识别与追踪

由于缺乏成熟的中尺度对流系统 (MCS) 自动追踪工具,使基于静止卫星红外云图的MCS研究的深度和广度受到制约。手工目测法识别追踪MCS,工作量大且容易造成误差,无法用于长时间序列卫星云图的MCS普查。该文结合我国中尺度对流天气的特点,在重新定义MCS云团识别标准的基础上,给出了一种基于图像处理和时间序列分析技术的MCS自动识别、存储、追踪和时间序列特征统计方法。通过对2003年淮河大水期间连续时次卫星云图的MCS自动识别、追踪和特征统计,对该方法的应用效果进行了检验,结果表明:该方法不仅能对每个时次的MCS进行快速识别,同时也能对多时次的MCS进行有效追踪。     

Fragility functions of blockwork wharves using artificial neural networks

The use of artificial neural networks in the general framework of a performance-based seismic vulnerability evaluation for earth retaining structures is presented. A blockwork wharf-foundation-backfill complex is modeled with advanced nonlinear 2D finite difference software, wherein liquefaction occurrence is explicitly accounted for. A simulation algorithm is adopted to sample geotechnical input parameters according to their statistical distribution, and extensive time histories analyses are then performed for several earthquake intensity levels. In the process, the seismic input is also considered as a random variable. A large dataset of virtual realizations of the behavior of different configurations under recorded ground motions is thus obtained, and an artificial neural network is implemented in order to find the unknown nonlinear relationships between seismic and geotechnical input data versus the expected performance of the facility. After this process, fragility curves are systematically derived by applying Monte Carlo simulation on the obtained correlations. The novel fragility functions herein proposed for blockwork wharves take into account different geometries, liquefaction occurrence and type of failure mechanism. Results confirm that the detrimental effects of liquefaction increase the probability of failure at all damage states. Moreover, it is also demonstrated that increasing the base width/height ratio results in higher failure probabilities for the horizontal sliding than for the tilting towards the sea.     

我国中东部地区夏季中尺度对流系统形成前物理量诊断分析

利用2008—2010年夏季(6—8月)FY-2地球静止卫星红外云图资料识别出我国中东部地区(110°E—124°E,27°N—40°N)共208个中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)和174个不能增长发展成为MCS的普通雷暴群(widespread convections,WCS).提取MCS形成前约6h和WCS成熟时(个数最多)的NCEP再分析资料(时间间隔6h,空间分辨率1°×1°),通过对表征水汽、动力和热力等条件的基本物理量和一些常用衍生物理量采用平均值、标准差等常用统计方法、动态合成和评估方法逐步筛选和分析诊断两种系统环境物理量场,最终从众多物理量中挑选出了能显著区别两种系统的物理量(即MCS形成的关键物理量),分别为强天气威胁指数、修正的K指数、地面抬升指数、2m比湿和0~3km垂直风切变,希望对预报我国中东部地区MCS发生与否提供一定的科学依据.     

引起“碧利斯”强降水的MCS数值模拟研究

利用多种观测资料和数值模拟,对0604号强热带风暴碧利斯登陆后在湖南、广东等地引发强降水的中尺度对流系统活动特征进行了分析.结果表明,在"碧利斯"登陆后西行减弱过程中,由于西南季风的持续维持,"碧利斯"减弱后的低压环流中仍保持有强降水所需的充足水汽供应,造成局地强降水的MCS十分活跃.ARPS模式较好地模拟了7月15日发生在湖南南部的中尺度降雨过程,并揭示出"碧利斯"变性过程中,环境风场垂直切变结构强迫的次级环流决定了MCS活动特点,同时利用湿Q矢量诊断了低压次级环流的垂直运动特征.造成这次强降水过程的MCS在台风低压切变线以北的偏北潮湿气流中生成发展,低层偏北急流造成的动力辐合效应、对流不稳定性层结的建立是MCS在湖南南部迅速发展的重要原因.