山东半岛强对流天气风暴参数统计分析

利用烟台新一代天气雷达(CINRAD/SA)资料,统计分析了2005—2012年烟台和威海地区27次强对流天气过程的风暴参数。总结出山东半岛不同月份冰雹和雷暴大风的风暴参数判据:对于冰雹,5月、6月、8月基于单体的垂直积分液态水含量(C-VIL)≥35kg·m-2,7月C-VIL≥45kg·m-2,最大反射率因子(DBZM)≥55d BZ;5月、7月C-VIL≥60kg·m-2,6月、8月C-VIL≥45kg·m-2,DBZM≥60d BZ,强中心高度(HT)≥4km,单体顶高(TOP)≥9km,可产生直径大于20mm的冰雹,当风暴单体的最大HT≥6km,TOP≥10km时,可产生直径大于40mm的冰雹。对于雷暴大风,当DBZM≥55d BZ时,HT≥5.5km,TOP≥11km,可产生10级大风;HT≥4.5km,TOP≥9km,可产生8~9级大风。指标在2013—2015年9次冰雹天气过程中进行了验证,冰雹的C-VIL判据准确度较高。     

泰山CD与济南SA天气雷达探测强冰雹风暴参数对比分析

利用泰山CD雷达和济南SA雷达探测资料,对2016年6月13—14日和9月11日4个长寿命强冰雹风暴参数进行了对比分析。结果表明,4个强冰雹风暴成熟阶段济南SA雷达探测到的DBZM值都在60 d BZ以上,C-VIL值基本在50 kg·m~(-2)以上,TOP值基本在9 km以上,0613平阴风暴和0614章丘风暴不仅持续时间相差不多,而且DBZM、C-VIL、TOP值基本相近,DBZM基本在64d BZ以上,最大达到70 d BZ,C-VIL基本在60 kg·m~(-2)以上,最大在80 kg·m~(-2)左右,TOP值基本在10.5 km以上;SA雷达和CD雷达监测到的风暴参数有明显差异,SA雷达观测到的强风暴DBZM、C-VIL和TOP值明显大于CD雷达观测到的值,特别是DBZM和C-VIL在风暴强盛阶段差异更加明显,风暴强盛阶段,SA和CD雷达观测到的0613阳谷风暴、0613平阴风暴、0614章丘风暴和0911高青风暴的DBZM平均差值分别为10 d BZ、10 d BZ、9 d BZ和7 d BZ,C-VIL平均差值分别为30kg·m~(-2)、28 kg·m~(-2)、29 kg·m~(-2)和28 kg·m~(-2)。造成强风暴参数差异性的主要因素是大的粒子或者强降雨对CD雷达电磁波强烈衰减,同时泰山CD雷达的地理环境和观测模式也是原因之一。     

两次长寿命非超级单体孤立强风暴多普勒天气雷达观测对比分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空和天气实况资料,对2次历时超过4 h的孤立非超级单体风暴强度结构、流场结构和环境物理量及其差异性进行了分析。结果表明,0611和0915风暴均产生于东北冷涡底部西北气流和低层切变线环境形势下,上干冷下暖湿,0～6 km具有强垂直风切变,600 h Pa为起点的下沉对流有效位能(DCAPE)具有较大值。旺盛阶段,0915风暴的最大反射率因子(DBZM)、基于单体的垂直累积液态含水量(C-VIL)和强中心高度(HT)参数平均值明显大于0611风暴,差值分别是6. 7 dBZ、11 kg·m-2和2. 4 km。0915风暴成熟阶段的前期表现为明显中层径向辐合(MARC)特征,中期风暴中层表现为强气旋性旋转气流结构,后期又演变为MARC特征,同时辐合强度更加显著。0611风暴旺盛阶段中层具有双涡结构,但前期气旋性旋转强度明显大于反气旋性旋转强度,后期情况相反,反气旋性旋转强度明显大于气旋性旋转强度。两次过程中环境物理量差别明显的是对流有效位能(CAPE)和低层比湿,0915风暴CAPE和低层比湿明显大于0611风暴过程。在相似的形势背景下,低层湿度大,具有大的CAPE值,风暴内部上升气流的最大上升速度较大,利于强反射率核的悬垂和维持。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 h Pa与500 h Pa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为"S"型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

山东省线状中尺度对流系统与多单体风暴的合并特征

利用济南多普勒天气雷达产品和华北区域雷达拼图等资料,普查了2012—2016年影响山东的线状中尺度对流系统(linear mesoscale convective system,LMCS),分析了LMCS与多单体风暴的合并方式以及合并后的演变趋势等特征,得到如下几条结论:1) LMCS(A)与多单体风暴(B)有A追B,A扩展,A、B相向和B追A四种合并方式; 2) LMCS与多单体风暴合并的临界距离为30 km;3) LMCS与多单体风暴合并后,强度增强或维持,尺度增大,生命史延长,长轴将可能转向; 4) LMCS与多单体风暴合并时,其本身合并部分将减弱,多单体风暴合并进入LMCS,成为LMCS的一部分;5)合并是雷暴的传播运动造成的; 6) 63. 3%的合并案例会产生雷暴大风、冰雹或强降水灾害,雷暴大风灾害出现的概率最大。     

暴雨过程中逆风区特征及应用判据研究

为研究暴雨过程中逆风区特征及应用判据,统计分析2010—2017年山东临沂地区暴雨过程中的多普勒雷达观测资料,结果表明:暴雨过程中,风暴内的垂直环流是造成逆风区发生发展的直接原因;逆风区表现为β中尺度和γ中尺度,其形态在不同天气类型下有明显差异;逆风区持续阶段降水强度增大,持续时间与过程累积雨量呈正相关;当雷达最低仰角识别到逆风区,其厚度≥4. 0 km、强度≥15 m·s~(-1)、径向速度绝对值最大值≥5 m·s-1且持续30 min以上时,风暴常明显发展,相关特征可用于预报风暴和暴雨的发展。     

德州60a雨日和雨量及雨强变化特征

分析德州1951—2010年各类降水日数和降水量等资料,计算线性变化趋势系数和相关系数,结果表明:历年降水量平均10a减少19.5mm。大于等于0.1mm降水日数总体呈下降趋势,平均10a减少2.76d,且变化显著;大于等于150.0mm降水日数呈增多趋势,但变化不显著。大于等于25.0mm降水日数与年降水量变化之间的相关系数最大,为0.854,且相关显著。最长连续降水日数平均10a减少0.21d,最长连续无降水日数平均10a增加2.26d,最大连续降水量平均10a减少2.75mm,一日最大降水量平均10a减少1.80mm,1h最大降水量平均10a增加2.34mm,10min最大降水量平均10a增加0.49mm。总体上,德州降水资源呈减少趋势。150mm以上降雨日数有增多趋势,短时强降水等极端灾害性天气事件有增加趋势。     

长江口外海水中有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性

基于2008年5、11月2次调查数据,研究了长江口邻近海域水体有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性及其时空分布特征,探讨了CDOM含量、光谱斜率Sg值及其与特征波长下吸收系数a（440）的关系.结果表明,春季该海域有色溶解有机物的吸收系数a（440）的范围为2.232~8.671 m-1,平均值为4.523 m-1;秋季其吸收系数a（440）的变化范围为0.390~6.135 m-1,平均值为2.209 m-1.该水体CDOM吸收曲线基本呈指数衰减趋势.在400~440 nm波段内,春季其光谱斜率Sg值范围为0.002 0~0.014 2 nm-1,平均值为0.008 7 nm-1秋季的介于0.020 8~0.052 6 nm-1之间.平均值为0.037 5 nm-1.同时有色溶解有机物吸收系数a（440）与Sg值存在着较显著的负相关关系.     

青岛地区降水量超阈值天数的统计分析

降水量是影响港口装卸作业的重要参数。以青岛地区近30a历年日最大降水量≥5mm、≥10mm和≥25mm的天数为例,采用一元线性回归和Mann-Kendall法对青岛地区不同超阈值降水量天数进行了变化趋势分析和突变分析,给出其年际及年代变化特征:青岛地区各个超阈值降水量的天数总体上呈缓慢增加趋势。基于Gumbel分布、对数正态分布、广义极值分布、Weibull分布和Pearson III型分布对日最大降水量≥5mm、≥10mm和≥25mm的天数进行一维统计分析,选取拟合较优的Pearson III型分布推求相应的天数的重现值,为提高港口生产与船舶运行的效益提供决策参数。     

气候变暖背景下中国沿海降水变化特征

IPCC第六次评估报告指出,随着全球变暖,强降水事件通常会变得更加频繁和强烈。暴雨是我国主要气象灾害之一,是引发洪涝的最主要原因。目前洪涝灾害已成为影响滨海城市公共安全和经济社会发展的重要因素,了解降水的变化特征对于科学应对气候变化和防灾减灾具有重要意义。本文研究结果显示,1966-2020年中国沿海降水量和暴雨及以上级别降水日数（日降水量≥50 mm的日数）总体均呈增多趋势,但变化趋势不显著;降水日数（日降水量≥0.1 mm的日数）总体呈减少趋势,且变化趋势显著。降水量和暴雨及以上级别降水日数在长江口至福建北部沿海和海南沿海增加趋势明显,山东省及以北沿海、广东省东部沿海呈减少趋势;降水日数除在长江口附近呈增多趋势外,其他沿海地区均以减少为主。降水日数总体减少,降水量总体增多,表明降水过程中降水强度有增加趋势。中国沿海总体暴雨及以上级别强降水主要集中在5-9月,出现频率占全年81.7%。多地出现最大日降水量超过250 mm情况,局部最大日降水量超过500 mm。强降水过程期间往往伴随高海平面,影响滨海城市行洪排涝,增加淹没风险。     

山东夏季强降水的影响系统和物理量特征

应用2009—2013年6—9月山东全省加密自动站资料、地面和探空观测资料,选出了98次区域性强降水过程。统计分析了产生强降水的天气系统特征,把500 hPa天气系统分为6种类型,850~700 hPa天气系统分为5种类型,地面影响系统分为7种类型。统计分析了强降水过程中及前期24个代表大气热力、水汽和动力特征的物理量,给出了最小值、最大值、平均值和各阈值所占百分率。850 hPa和700 hPa偏南风达到急流(≥12 m·s~(-1))强度的分别占56.1%和62.2%。对流有效位能(CAPE)≥300 J·kg~(-1)占72.6%。K指数≥30℃占86.7%。沙氏指数SI≤0占75.5%。925 hPaθse≥68℃占82.2%,850 hPaθ_(se)≥66℃占74.8%。GPS/MET水汽监测大气可降水量≥55mm占81.8%。850 hPa和700 hPa的水汽通量平均值分别为8.0和5.9 g·(cm·hPa·s)-1,水汽通量散度平均值分别为-4.6×10~(-9)和-2.7×10~(-9)g·(hPa·cm~2·s)~(-1)。925 hPa、850 hPa和700 hPa的涡度平均值分别为12.6×10~(-6)、12.3×10~(-6)和9×10~(-6)s~(-1),散度平均值分别为-5.5×10~(-6)、-3.1×10~(-6)、-3.4×10~(-6)s~(-1)。850 hPa、700 hPa和500 hPa的垂直速度平均值分别为-4.5×10~(-4)、-7.4×10~(-4)和-11.1×10~(-4)hPa·s~(-1)。     

鲁南三次低涡暖式切变线强降水的中尺度对流系统特征

应用地面加密降水观测资料、天气图资料和FY2-E红外卫星云图及TBB资料,对山东南部3次中尺度低涡暖切变线强降水的中尺度对流系统特征进行分析研究。结果表明:3次强降水都是产生在中尺度低涡环流东部的暖切变线附近,有较强的低空西南风气流,都是在鲁南和鲁中南部造成强降水,强降水中心都在鲁东南。3次强降水都由中尺度对流系统(MCS)直接影响产生,有多个中尺度云团发展和合并,有多个强对流云团中心。造成3次强降水的中尺度对流云团都是从鲁西南移入,向北发展,缓慢向东移动,在东部沿海达到最强。最低TBB在-62~-78℃,造成1h降水量达30~137mm的强降雨,在同一测站产生强降水的时间为1~3h。对于同一个MCS降雨强度与TBB成反比。"09.8.17"和"12.7.09"的MCS东移快,造成强降水的时间为18~19h,"12.7.09"的MCS东移慢,造成强降雨的时间达25h。"09.8.17"的TBB较高,最低TBB为-61.1℃,但是雨强最大,最大1h雨量达137.2mm,"12.7.09"的TBB最低,达到-78.2℃,但是最大1h雨量为88.3mm。     

热带印度洋降水、蒸发的时空特征及其对海表盐度的影响

本文利用降水、蒸发等资料分析热带印度洋年降水量、蒸发量、净淡水通量的分布特征,并选取4个典型海域来分析降水量、蒸发量、净淡水通量的季节变化和年际变化。结果表明:东印度洋的苏门答腊岛西部海域年降水量最大,季节变化较小,属全年降雨型;孟加拉湾的东北部和安达曼海的北部海域年降水量较大,其年际变化以4.2 mm/a的速率增长,强降水出现在5-9月;阿拉伯海的西部海域年降水量较小;南印度洋东部（20°~30°S,80°~110°E）海域年降水量较小,年蒸发量较大,年蒸发量在2000年之前以5.1 mm/a的速率增长,之后以4.5 mm/a的速率减小。本文还采用Argo盐度等资料探讨降水、蒸发对海表盐度的影响,研究结果表明:降水量远大于蒸发量的海域,海表盐度较低;降水量远小于蒸发量的海域,海表盐度较高。表层水平环流是导致高净淡水通量中心与低盐中心并不重合的主要原因,也是导致强蒸发中心与高盐中心并不重合的主要原因。选取的4个典型海域海表盐度的季节变化与净淡水通量关系不大,而是与表层水平环流有关。孟加拉湾强降水对表层盐度的影响显著,强降水发生后表层盐度降低0.2~0.8,其影响深度为30~50 m。     

线状中尺度对流系统的多普勒雷达统计特征分析

利用济南CINRAD/SA新一代多普勒天气雷达资料,统计分析了2004—2015年约15万km2区域内发生的148个线状中尺度对流系统(linear mesoscale convective systems,简称LMCSs)的多普勒雷达回波特征。主要分析了LMCSs的年和月分布、典型尺度、典型回波强度的统计特征以及初始回波出现时间、位置、LMCSs持续时间、演变过程回波合并特征、移动速度和方向、发展后期回波演变特征、组织类型等。LMCSs存在明显的年际变化,不同年份之间有很大的差别,而每年的6月和7月是LMCSs的高发期;80%的LMCSs是大于50 km的中-β尺度,20%属于中-α尺度,成熟期97.3%LMCSs的最大回波强度在55~70 d Bz间;10—22时之间易开始形成LMCSs,14—16时是峰值,凌晨不易形成LMCSs,而LMCSs持续时间在2~18 h之间,6~8 h是峰值;一半的LMCSs在演变过程出现回波合并,合并过程可以分为与孤立对流单体合并、与对流回波群合并和与对流回波带合并三类;地形对LMCSs的触发有重要影响,太行山脉、鲁中山区的北麓和西麓容易触发形成LMCSs。这些研究为认识LMCSs发生、演变、减弱各阶段的特征,进一步提高对LMCSs的实时监测、短时预警水平提供了基础。     

基于TRMM的热带气旋降水三维结构特征分析

利用TRMM卫星PR、TMI、VIRS资料研究了0608号"桑美"台风降水的三维分布特征。结果表明,"桑美"台风降水有很大的不均匀性,强降水主要分布在眼壁附近。大范围的降水区内包含几条明显的强雨带,其中存在很多独立的对流性降水区。降水主要集中在距台风中心50 km以内,而这部分的面积只占台风总降水面积的很小一部分。距离台风25～30 km处平均降水量最大,然后降水量随距离的增加迅速减小,由于台风降水中含有强降水带,所以随着与台风中心距离的增大,平均降水量会出现波动。"桑美"台风降水中大部分为层性降水(占总降水面积的84.3%),对流性降水仅占总降水面积的15.7%,但它对总降水量的贡献却很大(达到50.4%)。对流性降水的平均降水量为层性降水的5.5倍,明显大于热带海洋地区的平均值。     

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明:1)两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2)两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0℃层高度之下。3)风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子Z_(DR)和比差分相位K_(DP),Z_(DR)≥0.5 dB,K_(DP)≥0.5°·km~(-1),相关系数CC≥0.95;反射率因子在50～54 dBZ之间,对应的K_(DP)1.0°·km~(-1),CC≥0.97,Z_(DR)适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4)两次强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现Z_(DR)柱和K_(DP)柱,高度接近-10℃层高度,8月10日强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱略高于0℃层高度,Z_(DR)柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

一次强降水事件中的中尺度涡旋特征分析

利用济南多普勒雷达探测资料,参考美国国家强风暴实验室发展的中气旋探测算法,对2005年9月2日发生在山东鲁南地区的1次强降水事件中的中尺度涡旋结构及其演变特征进行了分析。结果表明:造成此次强降水过程的中尺度对流系统内存在1个尺度为20km左右的风切变区,其内包含1个尺度为10km左右的涡旋;该风切变区及其涡旋在4～6km高空处最明显,其首先于高空6km附近发展,然后向上、向下生长;它们的尺度和强度达到最大的时刻也是降水最强的时段。     

影响广西的台风极端灾害趋势风险分析

利用趋势性检验和R/S分析方法探讨了影响广西的极端台风灾害的风险演变趋势。结果表明:1961—2018年影响广西的台风频数呈显著下降趋势,但强致灾台风频数在近年来显著上升,未来可能持续增加;台风影响日期服从正态分布,极早与极晚事件的发生率相关性较强,变化趋势较为一致,均随着年代变化呈下降趋势,在未来可能继续下降;影响广西的台风最大风速≥39 m/s被定义为极端大风事件,其发生概率整体呈增加趋势,并在未来可能持续增加;影响广西的台风累计最大雨量服从伽马分布,降水量≥388 mm被定义为极端大雨事件,在58 a间其发生概率持续增长,在未来可能继续维持增长趋势。     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。