华北一次暖区暴雨雷暴触发及传播机制研究

2016年7月24日午后河北中东部至天津南部出现了一次短历时暴雨过程,暴雨中心位于天津南部,模式客观预报和预报员主观预报均存在偏差。利用常规地面高空观测资料、卫星云图、多普勒雷达探测资料和同化了雷达和地面加密资料的VDRAS资料等,对导致此次强降水过程形成原因进行分析,特别是对本次暴雨最为关键的问题——雷暴触发和传播机制进行了深入细致的分析,结果表明:(1)本次暴雨过程发生在副热带高压加强北上过程中,从传统流型识别的角度看不利于副热带高压西北侧的高空槽东移影响华北东南部,这是一次发生在副热带高压588 dagpm线控制下的暖区暴雨,是非典型流型下的短历时暴雨,预报难度大;(2)邢台探空较北京探空距离暴雨区更远,但对于副热带高压西北侧西南气流影响下的暖区暴雨,位于暴雨区西南的邢台探空更具参考价值,邢台站24日11时的订正探空显示:大气层结极不稳定、低层水汽异常充沛且湿层深厚,CAPE值达3874 J·kg~(-1),对流抑制仅为22 J·kg~(-1),8 g·kg~(-1)比湿达600 hPa,地面露点出现接近30℃的极端高值;(3)850 hPa暖式切变线附近,两条地面辐合线合并和中尺度锋生是触发中尺度对流系统的重要因素,卫星云图上亦可见两条云带合并,其合并使得边界层辐合加强,因而积云在辐合区发展,暖切变线附近上午有小积云发展,随着辐合加强形成东西向排列中尺度对流系统;(4)雷暴触发后,其移动和传播是预报的难点,因其决定了对流降水持续时间,本例中受辐合线和风暴阵风出流共同作用,切变线西段有新的雷暴触发,加之切变线南侧南北向的云街与切变线相遇,使得雷暴在向西传播的同时向南发展,即传播方向为西偏南,在环境西南气流的作用下,对流单体向东偏北方向移动,即平流方向东偏北,平流与传播方向相反,因而形成"列车效应",另外,南北向云街表明切变线南侧逆温层之下有偏南暖湿气流补充,加之对流风暴阵风的出流再次触发雷暴使得对流风暴持续。     

华北一次冷涡背景下飑线雷暴大风成因分析

利用NCEP再分析资料、地面和高空观测资料、卫星和雷达资料等,对风暴系统在华北中部加强发展为飑线并产生地面大风的原因进行了分析。结果表明:①2017年8月5日,在冷涡影响下,华北中高层有干空气渗透,具有条件不稳定层结,11:00天津订正探空CAPE高达3184J·kg-1,且低层水汽充沛,有利于雷暴大风和湿对流的产生。②风暴出流边界与华北中部地面辐合线合并,且东南部地面露点更高,是飑线系统在华北中南部强烈发展的重要原因。③高温高湿环境使得风暴向南传播,在西偏北的引导气流作用下,最终风暴向南偏东方向移动。④北京探空0～6km垂直风切变达到3.3m·s-1·km-1,气流在前侧上升后侧下沉,强垂直运动与强垂直风切变作用产生了强旋转,使飑线系统初期具有中气旋特征。⑤中层强辐合和风暴顶辐散产生强下沉气流,地面最大风出现在中气旋发展阶段和冷池合并阶段。     

一次回流型降雪过程的成因和相态判据分析

利用常规高空和地面观测资料、天津铁塔和雷达资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料、雷达变分同化分析系统资料、EC和NCEP再分析资料对2016年11月20—21日天津初雪天气进行成因分析,结果表明:本次过程是在高空槽和回流冷空气共同作用下产生的,主要水汽来源为对流层中低层槽前西南暖湿气流和回流东风,回流东风经渤海低空运行时吸收水汽由"干冷"变为"湿冷";动力条件主要来自回流冷垫的动力抬升作用,降水期间回流东风层厚度由1.5km增加至2km;锋面上的非地转次级环流可将回流东风水汽向上输送成为降水原料,同时可加强其上暖湿空气的垂直上升运动;高空云水粒子向云冰粒子的转换和边界层回流冷空气加强对本次雨雪相态转换是不可或缺的,回流冷空气北风分量风速和厚度陡增、800～950hPa出现均温层、云冰粒子陡增并向低空延伸、700～850hPa与850～1000hPa厚度的变化特征对雨雪相态的判别均有较好的指示作用。     

大气气溶胶光学厚度信息在林火检测中的应用研究

由于现有MODIS火点检测算法对不同区域和不同季节的适应能力有限,因此需要关注复杂地表条件下对森林火灾伴生烟羽的识别问题,以提高明火点和低温焖烧火点的检测精度。本文基于烟羽扩散对大气气溶胶分布产生的影响,通过提取火灾区域的大气气溶胶光学厚度信息来描述区域内潜在火点的烟羽扩散特征,作为判识火点的辅助手段。利用MODIS资料,借助暗像元法通过6S模式反演了多个火点及周围区域的气溶胶光学厚度(AOD),并对明火点和低温火点在不同扩散范围和不同方位角条件下AOD的累积效应对烟羽的敏感性进行实验。结果表明,利用暗像元法反演出的AOD能明显地表征火灾伴生烟羽的分布特征,指示烟羽扩散方向及大致扩散范围。当以火点为中心,取32位方位角,扩散半径为10 km时,下风向与上风向的AOD累积效应差异最为显著,其累积值之比均10,对烟羽检测最为敏感。由此建立烟羽识别条件,为判识火点提供辅助依据,有效规避了MODIS火点检测算法对离散火点,特别是低温火点的漏判。     

基于时间序列的地表温度反演:以松江河地区为例

为研究同一地区不同时相的地表温度受植被和地表状况等因素影响后,其温度变化程度的差异,以Landsat 5 TM和Landsat 7 ETM+热红外数据为数据源,采用辐射传输方程法分别反演了松江河地区12个不同月份的地表真实温度,并分析出现稳态温度异常地段的影响因素,计算12个月的温度反演结果的均值和方差。结果表明:1平均值图像中的温度异常区域与绝大部分时相图像的温度异常区域十分相似,图像西北区域和中心区域出现较多温度异常。2方差图像中原系列图像中高温异常的区域,其方差也较大,即时间序列上温度波动较大;原系列图像中植被覆盖度较高的区域,其方差较小,即时间序列上温度变化较为稳定。     

长白山地区主要断裂带与地表温度场关系研究

基于Landsat 5 TM和Landsat 7 ETM+影像,采用辐射传输方程法反演长白山地区地表温度,以已知断裂带为中心线,向两侧相同范围做等间距划分,统计各等分带内的平均地表温度和平均距离,运用图形的形式展现温度场和断裂构造之间的关系,并用等分带平均温度和平均距离绘制相关性曲线来进一步描述温度场与主要断裂构造之间的关系。结果表明:9月份时区域内的6条断裂带与地表温度场相关性显著,区域特征稳定,等分带内距离断裂带越远,地表温度越低;4月份时地表温度场随断裂构造的变化趋势和11月份时地表温度场随断裂构造的变化趋势呈现出很大程度的吻合。区域内的北东向和近东西向断裂带,其地表温度场与断裂构造之间表现出一定的相关性,北西向的北岗断裂带、红旗村—天池断裂带以及漫江断裂带与地表温度场的相关性并不显著,红旗村—天池温度场与漫江温度场可能属于一个更大尺度的温度场的两侧。     

欧亚大陆极端降水事件的区域变化特征

近年来,在全球变暖的背景下,极端气候事件特别是极端降水事件,发生频率愈发上升。本文使用美国气候预测中心提供的逐日降水资料,统计分析了1979—2018年期间欧亚大陆各个子区域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:1)从气候态的空间分布特征来看,南欧、南亚、东南亚、东亚地区为欧亚大陆全年总降水量高值区,同时也是极端强降水频发地区;而东亚地区青藏高原、中国中西部至蒙古一带,南亚地区印度次大陆以及中亚、西亚等地的部分地区则是连续性干旱事件的高频区,极端强降水事件发生频次较少;2)在21世纪初之后,东南亚、南亚、东亚、北亚、西亚和南欧这6个地区的全年总降水量发生年代际增加,且在研究时段呈显著增加趋势。在过去近40 a,南亚、东亚和中亚的RX1day(日最大降水量)、RX5day(连续5 d最大降水量)、中雨日数(R10mm)、大雨日数(R20mm)自20世纪90年代中期年代际增加,且呈长期增加趋势。南亚、北亚、东亚、中亚这4个地区的最大连续干旱日数在20世纪80年代初显著增加,但长期趋势并不显著。需要指出的是,自2014年起极端强降水事件在东南亚、南亚和东亚地区持续增多,而连续性干旱事件在北欧地区持续增多。     

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。     

基于遥感技术的森林资源分类研究

<正>森林是陆地生态系统的重要组成部分,在抑制全球气候变暖和保护生物多样性等方面发挥着重要作用。森林分布的广阔性、区域性和复杂性等特点,使遥感技术在森林结构探测中具有得天独厚的优势。不同类型的森林植被由于光谱特征的差异,在遥感影像上表现出一定的灰度差异,为森林资源分类提供了可能。遥感技术具有信息量大、观测范围广、精度高、速度快、实时性以及动态性等特点,使开展大范围     

大气扰动分解技术在副高边缘大暴雨落区精细化分析中的应用

利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）再分析资料，基于大气扰动分解技术，对2012年7月华北东部两次副高边缘大暴雨事件进行扰动分析。结果表明：边界层及对流层低层扰动辐合中心与副高边缘大暴雨中心有较好地对应关系；扰动锋区和扰动比湿大值区（4 g·kg^-1）叠加的区域与大暴雨落区相对应，与切变线类暴雨不同，副高边缘暴雨中心并不是出现在冷暖空气対峙扰动（0 ℃线）的位置，而是发生在扰动锋区内的暖区一侧（扰动温度0 ℃以南）；两次过程均存在自南向北的水汽通道，且水汽在输送过程中不断得到抬升，大暴雨落区对应的扰动水汽通量散度中心分别达到-6.8×10^-8g·cm^-2·hPa^-1·s^-1和-11.9×10^-8g·cm^-2·hPa^-1·s^-1，为大暴雨的形成提供了较好地水汽条件。