GRAPES_3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估

利用传统点对点TS评分、邻域法以及对象检验等多种方法,综合评估了GRAPES_3 km模式的对流风暴预报性能,分析了传统检验方法和新型空间检验方法对高分辨率模式评估的适用性和差异性,并同GRAPES_Meso模式的相关结果进行了对比。结果表明:对强对流典型个例的预报评估发现,综合应用多种评估方法能够更全面地评估对流风暴预报,获取模式在对流风暴初生和发展变化过程中的预报性能。使用点对点评分方法,GRAPES_3 km模式对风暴和强风暴的预报都明显优于GRAPES_Meso模式。对于模式不同起报时间的预报,起报时间越新预报效果越好。邻域TS方法考虑了时空偏差,GRAPES_3 km模式20和35 dBz采用时间邻域1 h,空间点对点时预报技巧最高;50 dBz时空偏差较大,时间邻域尺度为3 h技巧最高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_3 km模式对不同阈值的对流风暴预报均能达到最低技巧尺度,而GRAPES_Meso模式对35 dBz以上的对流风暴基本无预报能力。对象检验可以评估对流风暴特征的预报效果,GRAPES_3 km模式的对流风暴个数预报与实况较为一致,但面积预报明显低估。该模式对β中尺度的对流风暴形态、位置等预报较好,对γ中尺度的对流风暴预报尺度偏大、形状偏圆、轴角偏小,对α中尺度的对流风暴预报尺度偏小、形状偏扁、轴角偏大。GRAPES_Meso模式的对流风暴面积、个数、尺度预报较实况均偏小,位置预报偏差较大,形状预报较实况偏圆、轴角偏小。传统点对点TS评分方法和新型空间检验方法对高分辨率模式对流风暴预报的检验结论一致,依然具有一定的参考价值,但新型空间检验方法能够提供更详细的评估信息。     

2018年7月15—17日北京极端强降水过程三类对流风暴及其强降水特征分析

2018年7月15—17日,北京遭遇当年入汛以来最强降水过程。该过程具有持续时间长、累计雨量大、局地雨强强等特点。针对小时降水量阶段性减弱的特征,对该过程不同阶段三类对流风暴及其强降水特点进行了对比分析。结果表明： 16日凌晨副热带高压边缘暖区强降水主要由低质心型对流风暴造成,该时段暖湿层结深厚,垂直风切变较弱;对流系统具有类似热带强降水型风暴特征,加之“列车效应”影响,导致北京密云出现极端强降水;高质心型对流风暴出现在16日至17日凌晨,受高空槽和副热带高压共同影响,中层有干空气侵入,整层垂直风切变较强;对流系统存在悬垂结构特征,但局地性强、移速快,其造成的最大降水量要弱于低质心型对流风暴;混合型对流风暴对应17日高空槽过境的强降水,该时段能量和水汽条件较前期明显减弱;对流风暴的强度和降水量级在三类风暴中最弱。不同类型对流风暴对应的环境条件、结构特征及其移动传播特点决定了该过程不同阶段的降水强度和量级。     

北京一次罕见夜间突发性强增温事件成因分析

夜间降温是正常的地表气温日变化,但统计表明北京及周边地区冬半年时常出现入夜后气温不降反升的现象,甚至出现了小时升温超过10℃的剧烈增温事件。这种增温具有明显的突发性,且很快转为降温,常对业务预报造成困扰。2010年11月26日夜间冷锋过境该区域造成了最强达12℃·h^-1的夜间急剧增温事件,与气候统计结果相比,该次增温幅度和影响区域范围非常罕见且极端。文章对其进行了详细诊断分析,使用的资料包括自动气象站、常规地面和探空、铁塔、卫星、风廓线雷达等观测资料和美国环境预报中心(NCEP)最终分析资料。分析结果表明:该次过程对流层低层有非常显著的冷平流;垂直速度诊断、卫星和风廓线雷达观测都表明,对流层中低层都存在显著的强下沉运动;铁塔观测和北京探空观测演变都表明增温过程中近地面大气有显著的湍流运动。分析此次罕见过程的机理包括三个方面:高原地区地面位温显著高于平原地区(二者最大可差10 K),是该次罕见增温事件形成的首要条件;强下沉运动使得低密度高位温空气强迫下沉到边界层,是增温必要条件;强湍流混合作用则是地面空气增温的必要机制。估算结果表明,边界层急流伴随的强湍流混合可引起约8℃的罕见地面空气增温。最后,给出了该次事件的机理概念模型。     

位温、等熵位涡与锋和对流层顶的分析方法

等熵位涡分析是位涡理论的分析基础。此文的目的是介绍等熵位涡分析所必需掌握的基本概念和方法。文中从位温和位涡、对流层和平流层、锋和对流层顶的基本性质出发,讨论了锋和对流层顶在剖面图、等压面图及等位温面（即等熵面）图上的特征。文中给出了各种分析实例图形,并通过分析和对比指出：平流层的高位涡是对流层顶以上位温随高度急剧增加位温垂直梯度特别大的结果;位温垂直梯度是决定位涡分布的主要因子;等熵位涡图主要反映极地气团的活动,同时也是与极地气团密切关联的锋、急流、对流层顶的综合反映。最后提出了等熵位涡分析中需要避免的一些错误认识,特别是不能将等位温面上的流线当成轨迹的错误,并由此得出平流层空气侵入对流层下部的错误推论。     

2007年夏季我国深对流活动时空分布特征

利用逐时FY-2C卫星红外亮温 (T_BB) 资料讨论了2007年夏季 (6—8月) 我国深对流活动的时空演变特征,并同10年的深对流活动特征进行了对比分析。从T_BB≤-52℃统计特征来看,2007年夏季我国大陆深对流活动主要集中在4个区域:华南沿海地区,青藏高原,云贵高原东部及四川、重庆,江淮流域。我国中东部地区深对流日际变化特征表明:不同月份深对流分布特征不同,深对流活动具有明显的间歇性、波动性特征。对比10年T_BB≤-52℃统计结果来看,2007年夏季深对流日变化具有如下异常特征:华南地区深对流具有午后发展特征;青藏高原深对流活动持续时间明显短于10年统计结果,并且东传特征不明显;贵州东部、四川东北部山区、湖北西部山区、山东丘陵地带、江淮流域与华北平原深对流日变化表现出明显的多峰特征;江淮流域深对流日变化具有明显的向东传播特征。     

华东登陆台风的对流非对称结构分析

利用FY-2气象卫星的TBB资料对登陆华东地区的台风进行了对流非对称结构的分析。不同象限的对流分析显示,在台风登陆的-24—6 h过程中,其南侧的对流始终强于北侧,西侧的对流在登陆至8 h之前强于东侧,之后两者的对流相对强弱发生变化。台风对流的非对称分布,一部分是由于环境垂直风切变和台风移动造成的,还有一部分是由于台风登陆过程相关象限对流受限引起的。此外,华东沿海的地形抬升作用也有利于台风东侧对流的产生和加强。对比华南登陆台风的非对称对流分布特点,发现导致两者明显不同的原因主要在于台风登陆过程的路径与海岸线的相对夹角,以及台风东侧的不同地形。     

2007年夏季川渝与江淮流域MCS分布与日变化特征

2007年夏季川渝地区及江淮流域持续性降水、极端强降水和强对流事件频发.利用强暴雨发生时段2007年6月28日至7月26日逐时FY-2C红外TBB资料对这两个地区及周边区域(25°～38°N、100°～130°E)进行普查,共获得570个生命史≥3小时的中尺度对流系统(MCS).MCS的定义为-52℃ TBB闭合等值线内TBB≤-52℃的面积≥400km~2,不区分形状与生命史.MCS识别由计算机自动完成,MCS追踪由人工完成.普查结果发现,云南西北部至四川西部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域四个区域是MCS活跃区,但淮河流域又有三个波动状MCS活跃中心.普查区域内总体MCS和川渝地区活动最频繁的MCS持续时间为3～7小时,但江淮流域活动最频繁的MCS生命史为4～9小时.按时间尺度将570个MCS分成三类,第一类MCS生命史3～5小时,第二类MCS生命史6～11小时,第三类MCS生命史≥12小时.三类MCS的地理分布特征及触发机制各不相同:第一、二类MCS在西太平洋副高平均位置的内、外侧都有发生,它们的发生、发展及移动受中尺度因素影响明显,可能与地形、中尺度辐合线等有关;第三类MCS发生在西太平洋副热带高压平均位置的外侧,其发生、发展及移动路径受天气尺度环境控制因素显著.三类MCS日变化具有明显不同的日变化特征.三类MCS的形成高峰都出现在午后.第一类MCS无显著的夜发性特征,第二、三类MCS有较显著的夜发性特征.第一、二类MCS在午后最活跃,但第三类MCS活动最活跃时段在下半夜(18UTC).川渝地区和江淮流域的MCS都具有多峰型日变化特征,但二者的活跃时段有所不同.本文还给出了2个引发强降水的MCS典型个例及1个长生命史MCS演变特征.