2010年7月海河流域一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测资料及NCEP再分析资料,对2010年7月18-20日海河流域暴雨过程进行了天气学诊断分析.分析结果表明:本次暴雨过程的主要影响系统是高空低涡及低空暖切变,暴雨是产生在前期大气对流不稳定区域里,暴雨期间对流层中低层的辐合及上升运动为暴雨的产生提供了动力条件,亦是本次暴雨动力场结构的主要特征,而西南暖湿气...     

干冷空气入侵台风"海棠"残余低压引发的华北地区大暴雨分析

利用地面逐小时观测资料、NCEP/NCAR (1°×1°)再分析资料、FY-2F卫星加密观测(6 min分辨率)的云顶亮温(TBB)和常规观测资料,对1710号台风"海棠"残余低压北上与冷空气结合导致华北东部大暴雨天气过程进行分析。结果表明:(1)该华北东部大暴雨过程分为两个主要时段,2017年8月1日23时—2日20时(北京时)华北东南部暴雨,由台风残余低压产生,8月2日20时—3日11时华北东北部暴雨,是由减弱变性的台风环流与西风槽东移带来的干冷空气结合进而导致新生气旋和低涡产生引起。(2) 8月2日20时,台风与冷空气逐渐结合,干冷空气从对流层中高层进入变性台风北部,造成位涡下传,进而导致对流层低层形成低涡、地面形成新生气旋,同时激发出中尺度对流系统,系统稳定发展并缓慢向东北方向移动,导致持续近5 h的短时强降雨。(3)暴雨水汽来源主要有两部分,一是台风本身携带来的由南风输送的水汽,二是来自黄渤海由东风输送的水汽,二者结合后从对流层低层将水汽带至华北东北部,且在燕山前形成了水汽强辐合,为该暴雨过程大提供充足的水汽条件。     

海河流域暴雨的气候特征与环流分型

选用海河流域1961~2012年132站逐日降水资料,通过趋势分析、M-K检验、EOF和REOF等方法分析了50余年海河流域暴雨的气候统计特征。利用NCEP/NCAR再分析资料和历史天气图资料,研究了海河流域14个典型强致灾暴雨过程的大气环流特征。结果表明:(1)海河流域夏季暴雨日站数和暴雨量的时空分布相近,暴雨日站数下降趋势较为显著;(2)海河流域夏季暴雨的空间分布可划分为3个分布型态:西南型、东北型和东南型;(3)海河流域暴雨在20世纪70年代末至80年代初存在一次突变现象;(4)海河流域强致灾暴雨过程可归纳为5类主要环流型,即高空低槽型、高空冷涡型、副高外围切变线型、低空低涡型和台风北上型。     

天津地区城市热岛环流与海风环流相互作用的研究

利用中尺度数值模式（TJ WRF）模拟资料及天津加密自动气象站资料等,选取几个典型天气过程（城区附近局地强雷暴天气过程、受海风影响明显的无天气过程）个例,分析研究天津城市热岛环流与海风环流的空间结构特征及相互作用;重点对城市热岛环流与海风环流相互作用触发局地强雷暴的机制进行分析。结果表明：城市热岛环流的伸展高度基本在800 hPa 附近、空间范围约为20 km、环流内有弱的辐合上升;海风环流的伸展高度在800~750 hPa、空间范围40~60 km,海风环流前沿海风锋的伸展高度为950~900 hPa,垂直上升速度平均为0.2 m·s-1 ,略强于城市热岛环流。海风环流对城市热岛环流有明显消弱作用,城市热岛环流对海风环流有一定的阻挡作用,其阻挡的程度与城市热岛环流强度有关。随海风环流向内陆推进,海风环流与城市热岛环流相遇出现叠加,叠加后的辐合上升运动明显加强,最大上升速度可达0.6 m·s-1,并在不稳定天气形势条件下能触发局地强雷暴天气的出现。     

冷涡影响下一次冰雹强对流天气中尺度特征及形成机制

将NCEP/NCAR 1°×1°高空分析资料与地面加密自动站资料融合,建立高密度探空资料场,计算并分析2016年6月10日天津冰雹强对流天气过程中高分辨率时空场对流参数,结合变分多普勒天气雷达分析系统(VDRAS)的雷达热动力反演资料,研究冰雹强对流天气的发生发展机制。结果表明:此次降雹发生在蒙古冷涡环流背景下,初始回波由北京西部山区地形热力和动力强迫局地触发产生,东移进入平原区后,冷池与周边高能区形成中尺度能量锋,并诱发次级环流使雹云得以发展维持;考虑了地面温湿特征的高分辨率CAPE、LI、修正全总指数(TTm)能够反映雹云发生发展的中尺度环境特征,对雹云发生发展的局地性具有明显的指示意义,同时来自渤海的偏东水汽输送带与中尺度辐合线的交汇更有利于冰雹强对流的发生。     

地形影响下海河流域北系强降水成因分析

利用区域自动站观测和NCAR/NCEP 1°×1°再分析资料,对比2012-2014年海河流域北系4次强降水过程成因,重点分析地形对强降水过程的影响。分析结果表明,4次强降水过程均属于低槽类暴雨,高空槽是影响流域北系强降水的主要影响系统,副热带高压、低层辐合系统对暴雨强度、位置及持续时间存在明显影响。此外,除能量及水汽的积聚外,地形对海河流域北系降水强度有明显增幅作用。风场与地形相配合的地形抬升是降雨增幅的动力因子。在水平方向上,呈"V"形分布的上升运动区,对应燕山山脉迎风坡坡度较大地区;在垂直方向上,地形强迫引起的低层上升运动中心与天气系统抬升引起的中高层上升运动中心逐渐合并加强。地形阻挡导致的水汽通量辐合也是迎风坡降雨增幅的重要因子,低层地形引起的水汽辐合明显强于中层天气系统引起的水汽辐合。     

频率匹配法在海河流域ECMWF集合预报融合产品中的应用研究

针对ECMWF(European Centre for Medium-range Weather Forecasts)集合预报,融合降水产品在海河流域的偏差特征,进行基于频率匹配法的降水偏差订正,并对订正前后降水评分结果进行了系统检验。结果表明:经过2016年5—8月逐日试验分析表明,改进后的ECMWF集合预报融合产品显著改善了原产品降水量和雨区范围偏大的特征,订正后降水预报的平均强度与实况更接近,且预报时效越长、降水量级越大、预报偏差越大改进效果越明显;改进后ECMWF的集合预报融合产品降水预报的TS评分均有一定程度的提高,降水预报的Bias评分更接近1,特别是对于小雨和暴雨、大暴雨量级的改进尤其明显,消除了大片降水虚报区;降水预报的空报率明显减小,但漏报率有所增加。     

基于融合资料的天津短时强降水环境物理量可信度及特征分析

针对2009—2017年6～9月天津地区140次短时强降水天气过程,将NCEP FNL(1°×1°)全球分析资料与地面气象观测数据融合,计算天津地区短时强降水的融合物理量参数,通过偏差和偏差区间占有率等分析融合物理量的可信度,并在大量样本统计基础上给出不同月份的短时强降水环境参量特征和指标。结果表明：(1)基于NCEP FNL分析资料与地面气象观测数据的融合物理量在短时强降水潜势判断中具有较高的可信度,融合CAPE、LI、LCL平均绝对误差分别为260.7J.kg_^-1、0.9℃、14hPa,与融合前的NCEP FNL物理量相比绝对误差分别降低了58.1%、48.0%、49.0%。(2)不同月份短时强降水发生所必需的水汽、热力和能量等环境条件差异显著,TPW、K、LI、CAPE、LCL和Z₀均呈现明显的月变化特征。(3)若以75%短时强降水发生的环境条件作为预报指标,7～8月TPW、K、CAPE、Z₀、LCL物理量阈值极为相近,短时强降水多发生在TPW>45kg.m_^-2、K>32℃、CAPE>835J.kg_^-1、LCL>882 hPa、Z₀>4300m条件下,6月物理量指标要求明显降低,如TPW>34kg.m_^-2、K>30℃、CAPE>353J.kg_^-1、LCL>880 hPa、Z₀>3900m,9月预报指标要求则最低。     

利用插值法建立历史旱涝格点资料的可行性

主要利用《中国近五百年旱涝分布图集》等历史文献旱涝等级资料,采用气候学分析中常用的插值方法,建立中国东部地区(106°—122°E、25°—41°N)历史时期旱涝等级格点场资料,试图从大尺度的时空变化上,分析比较插值前后资料的结构和特征方面的异同,以说明采用格点资料对中国东部地区进行古气候分析的可行性。采用普通Kriging插值法,对1470—2000年中国东部地区旱涝等级资料进行空间插值。通过交叉验证,分析了站点实际值与估算值间的平均绝对误差,说明采用Kriging插值法将站点旱涝等级资料网格化是可行的;在获取插值结果后,采用数理统计分析方法,比较了插值前站点资料与插值后网格点资料的要素场时空特征,其时间变化趋势的一致性及空间分布的无漂移,进一步说明采用该插值方法是可行的。     

基于地基遥感设备构建遥感探空廓线

利用天津地基遥感(风廓线雷达和微波辐射计)数据及地面自动气象站数据构建地基遥感探空廓线系统(简称遥感探空廓线), 旨在弥补常规探空层结信息时空密度不足, 对2020—2021年5—9月遥感探空廓线反演结果进行模式检验, 并从中选取10次强对流过程进行个例效果评估。结果表明:反演数据与欧洲中期天气预报中心再分析数据(ERA5)比湿的平均绝对偏差为1.06 g·kg-1, 对流有效位能相关系数为0.84(达到0.01显著性水平)。10次强对流过程中强对流发生前临近时次常规探空对流有效位能平均值为322 J·kg-1, 遥感探空廓线具有分钟级时间分辨率, 能高时效性地跟踪大气状态的演变趋势, 对流发生前8 h内对流有效位能平均峰值为1451.88 J·kg-1, 与常规探空相比具备明显对流指征。研究表明:遥感探空廓线能动态描述热动力参数的配置及对流潜势的发展与释放过程, 有利于提高短时临近预报的精细化水平。