强对流天气监测预报预警技术进展

强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。     

基于Γ函数的暖季小时降水概率分布

我国暖季小时降水的气候概率分布特征分析是开展短时强降水概率预报的重要基础工作。本文使用1991—2009年5月1日至9月30日的小时降水资料,采用最大似然估计方法,对用于描述518个观测站点降水分布的Γ函数的形状参数α和尺度参数β进行了估算,对极端α和β分布情况下大于0.1 mm的暖季小时降水的概率密度分布状况及其累积概率密度分布函数进行了分析,并给出了多个站点基于Γ函数的超过给定阈值的降水累积概率的分布。结果表明:α和β之间的相关性高达0.975,其分布与我国的地势分布有很大的关系。Γ分布可以很好地描述小时降水的分布状况,模拟得到的结果具有更好的连续性,揭示了实况降水中不能观测到的极端降水发生的可能性;华南沿海和海南西北部为最容易出现短时强降水的区域,在有降水的情况下,其小时雨量超过10、20和30 mm的累积概率分别达到了8.0%、2.0%和0.7%,另一个常出现极端降水的区域为鲁苏皖交界处,这是强对流预报中值得注意的区域;95%累积概率密度对应的小时降水阈值分布显示,自西北向东南,极端小时降水的阈值不断增大;α与站点海拔高度之间具有很好的指数相关性,其相关系数达到了0.709,表明地形对我国暖季小时降水量的分布具有重要的影响。     

“东方之星”客轮翻沉事件周边区域风灾现场调查与多尺度特征分析

2015年6月1日21:30左右长江湖北监利段发生"东方之星"客轮翻沉特大事故。本文根据事发周边陆地区域现场天气调查结果,结合卫星和雷达观测资料分析认为,6月1日21:00-21:40左右事发江段和周边区域发生了下击暴流导致的强烈大风灾害,最强风力超过12级,并具有空间分布不连续、多尺度和强灾害时空尺度小等特征。事发周边区域北部受中气旋影响陆地区域(顺星村、老台深水码头、四台村养猪场附近、新沟子养鸡场附近等)灾情较南部阵风锋及其后侧下击暴流影响的陆地区域更为显著。综合雷达观测资料和现场调查资料分析判断多数调查点灾害为显著微下击暴流所致,其中老台深水码头有龙卷发生的可能。导致此次风灾的强对流风暴气流具有显著的多尺度性;事发周边区域北部的四台村养猪场附近树林中同时发生了多条相邻的微下击暴流条迹,呈现出辐散和辐合交替分布的特征,展示了此次强对流风暴中大气运动的复杂分布特点。虽然下击暴流会伴随中小尺度的涡旋特征,但此次现场调查发现的与下击暴流相联系的辐合特征水平尺度仅几十米,远小于弓形回波两端的书挡涡旋或者中涡旋等几千米级的水平尺度。     

水文气象研究进展

从面向流域的定量降水估测与预报、流域水文模型、水文气象耦合预报三个方面系统介绍水文气象研究进展。研究指出,融合天气雷达、卫星遥感及实况降水等多源信息是精细化定量降水估测产品的主要发展方向;采用多模式降水预报集成技术是提高定量降水预报精度的重要途径;分布式水文模型是流域水文模型的发展方向;引入定量降水预报的水文气象耦合预报模式可以延长洪水预报预见期,水文集合预报是水文预报方法的有效解决途径,而数值预报模式与水文模型的双向耦合模式是另一重要发展方向。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

GOES9云图在黄海海雾区域识别中的应用

海洋雾霾天气由于其特殊的发生环境,很难用常规站网方法来监测和预报。本文尝试在MM5模式下,用GOES9卫星的可见光云图和地面探空站资料,对2005年3月9日黄海区域的一次海雾进行研究。首先判定海雾类型,通过对云图的处理和多幅多次不同时刻可见光云图和地面能见度观测值的比较,确定雾区对应的可见光反照率为0.13,然后将此值应用到黄海2005年5月31日的海雾过程中去。结果证明:可见光云图上确定的雾区与沿海地面站实际能见度观测能很好的吻合起来。     

观测降水概率不确定性对集合预报概率Brier技巧评分结果的分析

利用淮河地区652个站点日降水量和参加全球交互式大集合预报计划的中国T213集合预报系统24 h累积降水预报,建立了新的集合预报评分中观测资料的处理方法.该方法基于模式检验的观测资料处理中考虑不确定性的思想,构建了观测概率法和观测百分位法的观测资料处理方法.本文方法和通常数值预报检验观测资料处理方法的模式检验对比分析表明:采用了观测概率法和观测百分位法处理降水观测后,五个降水阈值预报Brier评分检验表明,新的观测资料处理方法使预报的Brier评分分值下降,即预报性能得到提高,尤其在中低降水阈值区域较为明显.Brier技巧评分可靠性和分辨性的分析表明,模式五个降水阈值预报都有预报技巧.新的观测资料处理方法普遍提高了五个降水阈值预报的分辨性,但是降低了可靠性.本研究结果对在今后集合预报评分方法中考虑观测资料不确定性的影响,尤其是对集合预报降水的评估起到非常积极的作用.     

2016年6月23日江苏阜宁EF4级龙卷天气分析

2016年6月23日,江苏省盐城市阜宁县发生了历史罕见的EF4级龙卷,导致99人死亡,846人受伤,并有大量建筑物被损毁。文章利用观测资料对产生强龙卷的天气背景和中尺度特征进行了分析,发现：阜宁龙卷发生在我国东部龙卷最高发的地区和季节,产生龙卷的天气尺度背景为典型的梅雨期暴雨环流,产生龙卷的中尺度对流系统发生在地面暖锋南侧,这里也是高低空急流耦合的区域,与高空急流相伴的动力强迫特征明显,大气热力不稳定条件为中等偏强;产生阜宁龙卷的中尺度对流系统与美国大部分强龙卷相似,为块状的离散单体对流模态,且具有经典超级单体的钩状回波和强中气旋特征,并伴有龙卷涡旋特征（tornado vortex signature,TVS）;龙卷位于钩状回波顶端,主要发生在中气旋底高高度低于1 km期间。     

Statistical characteristics of environmental parameters for warm season short-duration heavy rainfall over central and eastern China

Water vapor content,instability,and convergence conditions are the key to short-duration heavy rainfall forecasting.It is necessary to understand the large-scale atmospheric environment characteristics of shortduration heavy rainfall by investigating the distribution of physical parameters for different hourly rainfall intensities.The observed hourly rainfall data in China and the NCEP final analysis（FNL）data during 1May and 30 September from 2002 to 2009 are used.NCEP FNL data are 6-hourly,resulting in sample sizes of 1573370,355346,and 11401 for three categories of hourly rainfall（P）of no precipitation(P<0.1 mm h^-1),ordinary precipitation(0.1≤P<20 mm h^-1),and short-duration heavy rainfall(P≥20.0 mm h^-1),respectively,by adopting a temporal matching method.The results show that the total precipitable water（PWAT）is the best parameter indicating the hourly rainfall intensity.A PWAT of 28 mm is necessary for any short-duration heavy rainfall.The possibility of short-duration heavy rainfall occurrence increases with PWAT,and a PWAT of 59 mm is nearly sufficient.The specific humidity is a better indicator than relative humidity.Both 700-and 850-hPa relative humidity greater than 80%could be used to determine whether or not it is going to rain,but could not be used to estimate the rainfall intensity.Temperature and potential pseudo-equivalent temperature are also reasonable indicators of short-duration heavy rainfall.Among the atmospheric instability parameters,the best lifted index（BLI）performs best on the shortduration rainfall discrimination;the next best is the K index（KI）.The three rainfall categories are not well recognized by total totals（TT）or the temperature difference between 850 and 500 hPa（DT85）.Threequarters of short-duration heavy rainfall occurred with BLI less than-0.9,while no short-duration heavy rainfall occurred when BLI was greater than 2.6.The minimum threshold of KI was 28.1 for short-duration heavy rainfall.The importance of dynamic conditions was well demonstrated by the 925-and 850-hPa divergence.The representativeness of 925-hPa divergence is stronger than that of 850 hPa.Three-quarters of short-duration heavy rainfall occurred under a negative divergence environment.However,both the best convective potential energy（BCAPE）and vertical wind shear were unable to discriminate the hourly rainfall intensities.     

2017年5月7日广州极端强降水对流系统结构、触发和维持机制

2017年5月7日,广州市增城区新塘镇等地出现了小时雨量超过180 mm、3 h雨量超过330 mm的极端强降水事件(简称“5·7”极端强降水事件),导致了严重的经济损失。这次过程的高强度降水分为两个主要阶段：花都区降水和增城区降水,每个阶段的强降水均集中在2~3 h内,最大分钟级降水达到了5 mm的强度,增城区新塘镇184.4 mm的极端小时雨量中约120 mm的雨量是在05:30—06:00的半小时内产生的。地闪监测显示,对流发展的第一阶段伴有较少的负地闪,第二阶段仅伴有几个闪电。雷达和卫星资料显示,强降水对流系统具有空间尺度小,发展迅速的特征;但发展成熟阶段的反射率因子大值区和卫星低TBB区在空间上出现明显偏离。强倾斜上升气流可能是造成反射率因子大值区和卫星低TBB区空间偏离的原因。雷达资料垂直剖面显示,对流具有回波顶高较低、云底高度低、强回波质心低等低质心暖云降水的特征。地势分布和辐射降温是花都北部低温中心的主要成因,大尺度弱冷空气和冷中心伴随的地形的共同作用,使得偏南暖湿气流向北移动受阻后,在花都地形的强迫抬升下触发了对流。偏南暖湿气流的持续输送、花都地形的阻挡和冷池的作用是01—03时对流维持的主要原因,弱冷空气的南下对03—04时对流系统的快速南移起到了重要作用,而冷池驱动的对流发展模型可以解释增城地区05—06时对流的较长时间维持。弱的环境引导气流和偏南暖湿气流使得高效的低质心、高效率强降水对流系统较长时间影响同一局地区域,从而导致了花都和增城两地局地极端强降水的出现。