对流温度的数值计算及热力对流云预报应用

对流温度(Tc)可用于估计局地热对流发展的可能性,但在实际业务中囿于有限的探空时次和诸多前提假设,其实用性受到限制.针对此问题,首先给出Tc的一种数值计算方案,进而提出基于模式探空制作热力对流云预报的思路,即:利用数值预报输出的2 m露点温度、地表气压和等压面温度计算各预报时刻的Tc,结合2 m高度气温(T2 m),构...     

夏季青藏高原上的对流云和中尺度对流系统

运用1998年6～8月逐日逐时日本地球静止气象卫星(GMS)红外辐射亮温资料,计算和分析了青藏高原及周边地区对流云和中尺度对流系统的活动,揭示了它们形成和发展的月际变化和地理分布、强度、日变化、移动和传播等诸多特征,以及与长江流域暴雨过程的关系.     

对流温度含义阐释及部分示意图隐含悖论成因分析与预报应用

分析和预报局地对流时常用到对流温度,对流凝结高度常被用于估计局地对流云的云底高度。对流温度和对流凝结高度用于局地对流分析时存在一定的前提,且其蕴含的物理意义非常丰富。论文剖析了几本较为经典的气象专业书籍中对流温度概念图示,指出其中隐含的悖论,包括与大气稳定度基本常识相悖、违反大气能量学理论、以及与物理量本身含义明显抵触。进一步阐释构图不够严谨、对对流温度含义理解不完全到位是出现这种悖论的根本原因。并构造了物理意义清晰、气象基本理论更为合理的对流温度示意图。利用观测资料,分析了北京夏季对流云的发生频数和生成时间,尝试用对流温度预报局地对流云的生成,用对流凝结高度预报局地对流云云底高度。结果表明,对流温度在局地对流云的预报中具有一定的指示意义,对流凝结高度能在一定程度上反映出局地对流云的云底高度。如果将最高温度不低于对流温度1℃作为判定能否产生对流云的一个标准,临界成功指数达到45%。     

对流温度在局地热对流降水预报中的应用

热对流降水是副热带高压控制下常见的一种天气现象,突发性强且时空尺度小,是目前天气预报业务中的难点。本文尝试使用对流温度（Tc）预报热对流降水。首先改进了 MICAPS3中Tc 的算法。然后使用2004—2013年7—8月南京站的探空和地面观测资料,探讨了在副热带高压控制下时使用Tc 预报热对流降水的可行性。结果表明,南京站热对流降水发生的气候平均概率约为1／6;热对流降水的发生概率随日最高温度（Tmax ）与Tc 的差值先增大后减小;当Tmax比Tc 低0．5℃以上时,发生概率低于平均概率;当Tmax比Tc 高0．5～1．5℃时,热对流降水的发生概率最大,达到了40％。Tmax＞30℃、Tmax－Tc＞－3．5℃是副热带高压控制下的热对流降水发生的两个必要条件。另外,对34个热对流降水的统计表明,热对流降水主要出现在每日13—18时,平均持续时间为50 min,平均降水量为7．8 mm。     

2019年夏季三江源局地热对流云宏微观特征的初步分析

在中国气象局西北人影工程项目的支持下,2019年8—9月在青海省三江源地区增设714XDP车载X波段双偏振多普勒雷达开展局地热对流云观测试验。主要基于雷达体扫观测数据分析研究某日高原局地热对流云的宏微观特征,同时将FY-4A卫星反演对流云特征与雷达观测热对流云回波进行点对点对比。结果表明:该日试验区具备局地热对流云形成的动力条件、热力条件和一定的水汽条件;回波自西北向东南移动,与地形的走向呈90°或150°夹角(顺时针方向),与500 hPa流场方向一致,多数移速大于35 km/h;高原局地热对流云宏观特征表现为最大回波强度较小(30~48 dBz),最大回波顶高4~5 km,冷云过程为主,垂直积分液水含量较小(<1 kg/m^(2)),持续时间较短(30~90 min);分析典型个例认为动力抬升对高原局地热对流云发展起主要作用,其发展成熟阶段零度层以上粒子相态以冰晶、过冷水、霰或小雹为主;对比FY-4A卫星反演对流云特征与热对流云回波的异同,云粒子有效半径较大(>16μm)的像素点与回波强度大值对应较好。     

白云机场终端区一次热力对流诊断分析

利用白云机场气象观测资料和0.5°×0.5°的ERA-interim再分析资料,对2019年7月22日发生在白云机场终端区夏季的一次热力对流天气进行诊断分析,结果表明:西南低涡有利于西南暖湿气流的输送,中层气旋和低压槽使大气处于不稳定环境,地面存在中尺度辐合线,为对流提供抬升条件;白云机场上空大气层结不稳定,有能量锋区...     

对流云团资料在局地暴雨数值模拟预报中的应用

使用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式,对两次暴雨实例进行了数值模拟试验。结果表明：相对应用地面及高空常规资料作为初始场的控制试验而言,就用实时卫星对流云团资料增强局部湿度场的敏感性试验,可使暴雨及邻近地区对流层中低层气流辐合上升运动增强,     

强对流系统中对流云合并的观测分析

用雷达等观测资料以及LAPS(Local Analysis and Prediction System)中尺度再分析场资料,对2009年6月14日在河南、安徽等地引发冰雹大风天气的两个强对流系统的形成演变过程中的对流云合并现象进行观测分析.研究表明,不论是单体间的合并还是对流系统间的合并,合并后单体或对流系统都有显著的...     

具有“双对流云线”特征的北京局地暴雨初步分析

2009年7月13日北京出现了一次罕见的有双“对流云线”现象的局地暴雨,对此记载并主要采用雷达资料四维变分同化系统(VDRAS)得到的分析场资料进行了初步分析,结果表明: 在高空槽、低层风场辐合的有利天气尺度背景下,在北京西南部与河北交界处,由于地形作用首先出现数个对流单体;同时由于北京城区南部存在伴随中尺度风场辐合的温度梯度带,为单条对流云线的形成提供了重要条件,因而出现了对流单体呈东东北-西西南走向线状排列的形态,单条对流云线形成。在出现单条对流云线后,强降水开始发生,对流云线两侧由于强降水产生的边界层冷池出流与环境场风场形成辐合,其中南侧出流与环境场的偏南风产生狭长辐合线,北侧出流与附近雷暴冷池及雷暴高压产生的西北气流产生辐合,同时这两条辐合线阻挡削弱了环境场对原对流云线的能量和水汽输送,从而原对流云线减弱消失,在其两侧新生出两条新的对流云线。在对流云线两侧冷池出流附近,如果环境场存在较强的温度梯度、湿度梯度以及风场辐合,则可以激发出走向与环境风场垂直相交的两条平行分布的对流云线。伴随较强垂直上升速度的边界层辐合线对对流风暴的新生有显著的动力学指示意义,时效约30～60 min。      

葵花8号卫星在暴雨对流云团监测中的应用分析

高时空分辨率的葵花8号卫星(简称H8卫星)2016年在我国得到应用,而该年是我国暴雨过程频繁、极端性强的一年,H8卫星到底在暴雨对流云团监测方面有何优势也是预报员所关心的。目前的业务中H8、FY-2卫星和雷达资料到达业务平台的平均延迟时间分别为15、35、6 min左右。本文利用H8卫星红外云图结合地面降水,在2016年汛期27次暴雨过程中每个过程选定一个主要的目标对流云团分析其初生情况,并与FY-2卫星和雷达探测的情况进行对比,结果表明:H8和FY-2卫星在同时刻云顶黑体亮温(TBB)观测数值上差别不大,时间变化趋势也基本一致,但H8卫星由于高频次观测的优势对暴雨对流强弱的变化刻画得更加细致,在监测暴雨对流云团方面具有明显时间上的优势,即H8卫星较FY-2卫星平均提前23 min发现对流云团,较雷达平均提前达33 min。通过结合地面小时和10 min降水量对2016年华北"7·20"极端暴雨过程进行分析,发现TBB与地面降水量之间有很好的反相关关系,同时降水量的变化幅度明显大于TBB的变化;当TBB峰值向低温一侧移动时,与之对应的地面降水量级也增大,降水逐渐转为冷云降水为主。     

Microphysical Properties of Convective Clouds in Summer over the Tibetan Plateau from SNPP/VIIRS Satellite Data

The Tibetan Plateau (TP) plays an important role in formation and development of the East Asian atmospheric circulation, climate variability, and disastrous weathers in China. Among the many topics on TP meteorology, it is critical to understand the microphysical characteristics of clouds over the TP;however, observations of the cloud microphysics in this area are insufficient mainly due to sparse stations and limited cloud physical data. The Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VⅡRS), onboard the Suomi National Polar-orbiting Partnership (SNPP) satellite, has an improved imaging spectroradiometer with 17 channels of 750-m moderate resolution and 5 channels of 375-m image resolution. The high-resolution instrument has an advantage for observing the small or initial convective clouds. Based on the methodologies that we proposed before for retrieving cloud microphysical properties from SNPP, an automated mapping software package named Automatic Mapping of Convective Clouds (AMCC) has been developed at the scale of satellite swath. The properties of convective clouds are retrieved by AMCC and their values are averaged over 0.33°×0.33° grids based on the SNPP/VⅡRS satellite data over the TP during the summers of 2013-17. The results show that:(1) the temperature of lifting condensation level (TLCL) at Naqu meteorological station and the cloud base temperature (Tb) retrieved from VⅡRS are linearly correlated, with a correlation coefficient of 0.87 and standard deviation (STD) of 3.0℃;(2) convective clouds over the TP have the following macro-and microphysical properties. First, the cloud base temperature (Tb) is about -5℃, the cloud base height above the ground (Hb) ranges between 1800 and 2200 m, and the cloud water content is low. Second, the cloud condensation nuclei concentration (NCCN) is between 200 and 400 mg-1 with 0.7% in maximum supersaturation (Smax);consequently, the condensation growth of water cloud droplet with less NCCN and higher Smax is fast. Third, because the precipitation initiation depth (D14) varies within 1500-2000 m and 500-1000 m at the Yarlung Zangbo River basin and southern Tibet, respectively, the clouds over these areas are more prone to precipitation. Fourth, mean height of the cloud top above sea level (Htop) is between 10 and 13 km, but the cloud depth (Dcld) is rather small, which is about 5000 m in southern TP and gradually reduces to 2500 m in northern TP. Fifth, the glaciation temperature (Tg) ranges from -30℃ in central and southern TP to -25℃ in northern TP, which, combined with the warmer Tg and the Tb less than 0℃, leads to the domination of ice process in the clouds;(3) the macro-and microphysical properties of convective clouds over the TP explain why rainfall there is frequent and lasts over a short time with small amount and large rain drops.     

闽东北地区夏季对流云特征的初步分析

利用新一代天气雷达资料分析闽东北地区夏季对流云的回波特征。分析表明:多单体合并对流云在生命史、回波高度、强度、尺度等方面都超过了单体对流云,其液态水总量也更大,自然降水条件和人工影响潜力都优于单体对流云,是夏季降水和人工催化的重要云系。分析得到对流云发展的不同阶段、不同高度层辐合辐散特点,为进一步研究夏季对流云结构和降水原理提供科学依据。通过对两个个例的天气形势分析,指出冷空气对对流发展有一定的激发作用。     

广西夏季对流云降水特征分析

利用广西93个站的10年地面雨量资料和南宁714SD雷达资料,分析了广西夏季对流云降水的分布特征和物理特征。从分布特征看,广西夏季对流云降水分布不均匀,具有随地域、时间、昼夜而变化的特征。采用雷达回波资料计算、分析了夏季对流云的回波特征、降水规律,并计算了Z-I关系。     

江淮夏季对流云合并发生的天气学条件

应用NCEP再分析资料,根据2005—2006年江淮地区夏季33个对流云合并的个例发生的条件和环流背景分析研究,得出了对流云合并发生的5种天气系统类型：华北槽前型、华北槽后型、副高内部型、副高外部型和东风系统型;不同的天气系统类型触发对流云合并的热力学和动力学物理条件也不同;山区地形对地面气温和能量的影响与对流云的发生和合并有密切关系。     

青海对流云数值模拟分析

利用中国气象科学研究院三维对流云模式和2002年青海省河南县秋季外场试验取得的资料，进行了数值模拟试验。该地区秋季对流云降水主要为冷云降水，暖雨过程不易启动。降雨主要是由于霰落入暖层融化，雨水的蒸发是雨水减少的主要机制。霰在降水的产生中发挥了重要作用。霰的生成又与冰晶密切相关。冰晶是霰的主要来源，而且也是霰生长的主要因素。初始的霰粒主要由冰霰自动转化生成，而较少由雨滴冻结生成。霰胚通过收集过冷云水和冰晶与霰的碰并又促进了霰的进一步生长。冰晶的生成主要是由于自然冰核的核化，因此，自然冰核的数浓度对整个降水过程都有影响。霰是云中过冷水消耗的主要因素。     

对流云人工增雨潜力初步探讨

利用在古田水库建立的以新一代天气雷达为主,包括稠密地面雨量站网等人工增雨综合监测技术系统,结合古田水库“蓄水型”人工增雨外场试验研究对流云降水量、降水效率和人工增雨潜力。研究表明:①试验区对流云自然降水效率平均约为1222×103m3,最大为1626×103m3;②人工催化后18~36 min,平均降水效率提高6个百分点,每次作业降水量增加395.5×103m3;相对增加28.36%,最大分别增加10个百分点,为972×103m3和59.78%;③每次作业水库入库流量增加143×103m3;④综合12年(1975~1986)古田人工增雨试验和2004年古田水库“蓄水型”人工增雨效果分析,可以认为对流云云内含水量大,有明显的增雨潜力。