综合传感器

1.引言美国国家大气研究中心(NCAR)已经研制出第二代移动式自动中尺度站网(PAMⅡ),目前正在扩大,拟发展到100个站。每个站测量风矢量、气温、湿度、气压和降雨。我们支持短期、深入的研究计划,野外作业政策强调完全禁止作任何野外校准的组件的可     

地面气温观测系统设计与实验研究

为提高大气温度测量的准确度,本文设计了一种新型地面气温观测系统并推导了相应的辐射误差修正方程。首先,利用计算流体动力学（CFD）方法对该测温系统进行结构优化设计以及辐射误差量化计算。然后,利用BP神经网络算法拟合可针对多变量变化的辐射误差修正方程。最后,以076B型强制通风测温仪器的测量值作为温度基准,验证该测温系统的测温精度。实验结果表明,该新型地面气温观测系统的测量值与基准温度的均方根误差（RMSE）和绝对误差（MAE）分别为0.031 ℃和0.041 ℃。     

新疆巴州“6.4”罕见大暴雨中尺度特征分析

利用FY卫星、新一代天气雷达、区域自动站及GFS/NCAR 0.5°×0.5°再分析资料,对2012年6月4日发生在新疆巴音郭楞蒙古自治州境内的一次罕见大暴雨进行中尺度特征分析。分析结果表明:(1)高空冷槽是主要影响系统,地面中尺度辐合中心和中尺度切变线等中尺度天气系统与大暴雨的形成和分布关系密切。(2)显著的不稳定能量是产生暴雨的重要因素,特殊的地形对水汽辐合抬升起到了关键作用。(3)暴雨发生在MCS中云顶亮温小于-55℃且长时间维持的冷云盖边缘。人字形回波头部、逗点云尖点处长时间维持50 d Bz以上的多单体风暴是形成大暴雨的主要原因。     

长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统分析Ⅰ：组织类型特征

利用2010年6—7月长江流域雷达拼图和观测资料,统计分析了长江中下游地区梅雨期中尺度对流系统的类型和活动特征。结果表明,长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统发生个数比非线状中尺度对流系统发生个数略多,存在8类典型的线状中尺度对流系统:尾随层状降水中尺度对流系统(TS)、准静止后向建立中尺度对流系统(BB)、邻接层状单向发展中尺度对流系统(TL/AS)、前导层状降水中尺度对流系统(LS)、平行层状降水中尺度对流系统(PS)、断裂线状中尺度对流系统(BL)、镶嵌线状中尺度对流系统(EL)、长带层状降水中尺度对流系统(LL)。其中,有6类和已有的研究结果类似,EL中尺度对流系统和LL中尺度对流系统是长江流域梅雨期新统计的两类线状中尺度对流系统。TS、LS、PS和BL等4类中尺度对流系统是移动性的,TL/AS、BB、EL和LL类中尺度对流系统为移动缓慢相对静止的。线状中尺度对流系统平均持续时间大多数在7h以上,TL/AS和TS类持续时间较长。线状中尺度对流系统多形成在长江两岸附近,重庆北部至鄂西沿江地带、江汉平原地区、皖南和赣北地区、大别山地区是中尺度对流系统的多发地;中尺度对流系统移动路径分为东、东偏北、东偏南、南等4种,这与环境场的引导气流有关。长江中下游地区中尺度对流系统发展阶段日变化呈现多峰型特征,在成熟阶段的下午至夜间发生强降水的概率明显大于凌晨至上午。     

局部大暴雨形成的机理与中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6 h的1°×1°的再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料、多普勒雷达探测资料,对2012年7月7-8日河南商丘地区大暴雨天气过程形成机理和中尺度系统活动特征进行了研究.结果表明:500 hPa低槽与低层东西向切变线和低空急流相互配合、共同作用是此次大暴雨形成的大尺度环境条件。中尺度分析显示:多个中尺度雨团的活动形成了4个大暴雨中心,中尺度雨团与MαCS相伴,而MαCS是由多个MγCS和MβCS合并、加强的结果。这些MγCS和MβCS是由地面中尺度辐合线或辐合中心触发产生并发展,MαCS覆盖区下强降水回波的移动和发展与地面中度辐合系统对应较好,大暴雨出现在地面辐合系统形成后的1~2 h内;而暖平流导致的局地升温,是地面中尺度辐合系统形成的主要原因。TBB梯度与降水强度成正比,当▽TBB/0.5°E≥34℃,并且TBB≤-63℃时,将产生30mm·h~(-1)的强降水;当MCS发展成熟时强降水发生在中尺度对流云团TBB低值中心附近,当TBB在1 h内降低31℃以上时,1~2 h后该地将出现雨强为50 mm的短时强降水。因此,地面热力不均匀导致的局地升温是此次地面中尺度辐合系统生成的主要原因,而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展,导致了局部大暴雨的产生。根据中小尺度对流云团的TBB强度及变幅,可提前1~2 h预报短时强降水。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

一次导致大暴雨的中尺度对流系统演变和风场垂直结构特征

利用NCEP分析资料、云地闪电、卫星、多普勒雷达、风廓线雷达和RASS观测资料,对引发2009年8月6日广州南沙大暴雨的中尺度对流系统的演变和风场垂直结构进行分析,结果表明:(1) 此次暴雨的直接影响系统是登陆后重新加强的热带风暴内发生、发展的α-中尺度对流系统,其内若干对流单体及其“列车效应”是导致大暴雨的直接原因;(2) 强地闪集中发生在云顶相当黑体温度(TBB)低于-64 ℃云区和大TBB梯度区内,或40 dBZ以上的强回波区及回波梯度大值区,强地闪活动略落后于强降水;(3) 风场垂直结构观测表明,α-中尺度对流系统的低层急流有两次加强过程,与低空入流两次增强有直接对应关系;急流轴上多个中尺度脉动及低涡发展与雨强的剧增相对应,其时间尺度为0.5~1.0 h,这种风场的中尺度特征正是中尺度对流系统中强上升入流和下沉气流在风廓线雷达观测到风场垂直结构中的反映;(4) 边界层的上升运动发生在α-中尺度对流系统的前部,上升运动与地面中尺度低压生成及辐合线有关,中尺度低压和上升运动的出现比强降水提前1 h。      

一次黄海之滨中尺度对流复合体多尺度结构特征观测研究

2006年7月3日傍晚到4日凌晨,苏北到黄海的一个中尺度对流复合体(MCC)产生了系列龙卷、直线型对流大风和强降水,利用常规高空地面观测、区域自动气象站、卫星云图以及多普勒天气雷达资料,详细分析此次中尺度对流复合体的结构和产生的天气背景。主要结论如下:(1)该中尺度对流复合体高层为对应分离背景场的强辐散,中层在副热带高压西北侧和500 hPa东移的短波槽前,地面位于锋面气旋暖区内;该中尺度对流复合体发生在中等到强的对流有效位能、强的深层(0—6 km)和低层(0—1 km)风垂直切变环境下;(2)该中尺度对流复合体主要垂直环流特征为:近地层东南气流和其上的中低层西南暖湿气流从对流复合体南部流入到复合体中心,复合体后部对流层中低层和中层为较干冷的西北气流夹卷进入中尺度对流复合体,导致降水蒸发冷却形成强烈下沉气流,产生带有西北风动量的下沉气流,到地面形成β中尺度冷池,冷池与周边暖湿气流的交界处为β中尺度阵风锋,同时中尺度对流复合体位于对流层低层到地面部分形成深厚冷池导致的雷暴高压,阵风锋前部有β中尺度暖低压;中尺度对流复合体中高层由于水汽凝结潜热释放加热形成暖心结构,位于对流层中层的主要特征为β中尺度气旋性涡旋对应的中尺度低压,对流层高层存在β中尺度辐散反气旋环流;(3)多普勒天气雷达探测揭示该中尺度对流复合体成熟阶段主要呈现为线性结构,主要构成是一条尺度在150—200 km的活跃弓形飑线,还有数条较弱的呈气旋性弯曲的对流雨带,雨带旋入共同的涡旋中心,该涡旋中心与地面锋面气旋的中心相对应(重合),同时也是相应中尺度对流复合体的β中尺度气旋的中心,直径为40—60 km;(4)在上述活跃弓形飑线的前侧出现多个中尺度涡旋,4个EF2级龙卷和3个EF1级龙卷都发生在这些中尺度涡旋内,导致龙卷的中尺度涡旋水平尺度为4—5 km,旋转速度接近超级单体的强中气旋旋转速度,垂直伸展比超级单体中气旋浅薄,形成机制也与超级单体中气旋有明显差异;(5)该中尺度对流复合体成熟阶段的云系尺度为1000 km,其中低于220 K (-52℃)冷云盖的尺度在400 km左右,其内部结构的主要构成是一条150—200 km长的活跃弓形飑线,地面β中尺度冷池和阵风锋,沿着弓形飑线前侧出现多个尺度为4—5 km的中尺度涡旋,其中部分中尺度涡旋导致尺度只有几十至几百米的EF1和EF2级龙卷,呈现出明显的多尺度结构特征。      

一条弱静止锋上对流系统发生过程的中尺度特征

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2010年6月8—9日广西境内一条弱准静止锋上的2个中尺度对流系统发生发展过程,分析地面中尺度变压场、温度场、湿度场、流场、卫星云图和雷达回波等的中尺度系统的配置和特征。研究表明:(1) 当弱冷空气以扩散方式南下,准静止锋移入桂北后锋生加强,暖湿空气在准静止锋前中尺度负变压槽中辐合,湿舌从北部湾伸到辐合区内;(2) 准静止锋在桂中与湿舌相遇,锋面抬升触发深对流形成了第1个中尺度对流系统;(3) 随着“滇东南-桂西”低空低涡的发展,低涡东侧气流变化致使“北部湾-桂中”湿舌转向为“北部湾-桂西”,准静止锋在桂西与湿舌相遇触发了第2个中尺度对流系统。(4) 2个中尺度对流系统都是锋面抬升暖湿空气触发深对流而形成的,触发机制相同;(5) 2个中尺度对流系统都是在中尺度负变压槽中发生,中尺度负变压槽的形成或加强超前于中尺度对流系统发生约2～3小时。最后,给出了中尺度对流系统发生过程的概念模型。      

天津一次局地大暴雨中尺度对流系统组织化特征与成因

应用常规观测资料与地面加密自动站、卫星云图、多普勒雷达等多种非常规观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)分析场资料,对2013年7月1日天津南部大暴雨中尺度对流系统的结构、演变特征及其成因进行了分析。结果表明:(1)大暴雨发生在副热带高压边缘暖湿气流、低空700—850 h Pa暖性切变线、高低空急流有利配置的背景下,属暖区暴雨。(2)大暴雨由若干β中尺度对流云团合并加强后的α中尺度对流云团造成,对应雷达,强降雨是由西南方向不断移入天津南部的γ中尺度对流单体发展加强,并先后组织成若干东—西向带状β中尺度对流系统先东北后偏东方向移动造成的,在大港南部有列车效应,具有典型的热带型降水回波特征。(3)逆风区的出现、中空急流向低层伸展,低空急流、超低空急流先后形成并加强,是降水强度加强的重要原因。(4)地面中尺度切变线的维持、加强和中尺度低压倒槽东移、发展、入海加强为中尺度气旋,是先后造成对流单体发展加强并组织成带状中尺度对流系统的两个中尺度系统。(5)近地层中尺度切变线是地面中尺度切变线形成的原因,对流单体前侧的偏南冷性水平出流的叠加,一方面增强了沿切变线的辐合,一方面也加大了低层的水汽输送;带状对流系统后侧的偏北冷性水平出流与东南气流形成的中尺度切变线是地面中尺度气旋形成的原因。     

1998年6月8～9日香港特大暴雨中尺度对流系统分析

利用卫星和多普勒雷达的高时空分辨率观测资料,对1998年6月8～9日香港暴雨过程中的中尺度对流系统进行分析,表明:(1)此次暴雨是冷锋前暖区的对流性降水,期间有3次强降水过程,每次维持时间2～5小时,中尺度对流系统是造成强降水的主要系统.(2)雷达回波强度与卫星云图对比发现,强回波区全位于云顶温度≤-32℃的云团内,但具体分布有两种情况:一种强回波区位于通常所说的发展强盛的α中尺度云团的边缘TBB等值线密集区,一种如尺度较小的线状强回波则位于两个β中尺度云团(云顶温度≤-52℃)之间.这利用常规观测资料是无法识别的.(3)分析单多普勒雷达反演的水平风场发现:大尺度的环境风场中,存在β中尺度系统的独立流场;中尺度云团内部的流场辐合与强回波带相对应.     

城市精细天气预报的理论与技术研究进展

对最近二十多年,城市中尺度天气学和精细预报技术研究进展进行了回顾,包括以下几个方面:(1)城市环流对中尺度降水系统的影响研究;(2)城市环流与地形相互作用的物理过程及其对中尺度系统的影响过程研究;(3)城市环流与海(湖)风环流的相互作用对中尺度天气系统的影响过程研究;(4)城市或城市群对大雾形成与分布的影响研究。最后,对未来城市精细天气预报技术的发展方向进行了展望,认为针对特大城市典型的中尺度天气系统开展精细化观测研究,并将研究成果应用于中尺度模式物理过程的改进之中,进一步完善城市冠层模式,可能是提高城市精细化预报能力的主要有效手段。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

台湾地区中尺度试验（TAMEX）简介

一、概况台湾地区常受灾害性洪水困扰,1985年台湾针对改进暴洪的预报,制定了台湾地区中尺度试验(TAMEX)计划.其主要目的是研究:1.梅雨锋环流;2.中尺度对流系统;3.台湾地形影响;4.地形、梅雨锋和中尺度对流系统之间的相互作用,特别着重于由这些系统相互作用而产生的暴雨.TAMEX的长期目标是改进暴洪的预报.     

2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究

通过对雷达、卫星、地面等观测资料的诊断分析以及数值模拟研究, 对2005年6月广东 (粤中) 地区特大持续性暴雨的β中尺度系统进行了研究, 得出以下结果: (1) β中尺度系统是该次广东持续性暴雨的直接制造者, 当地的喇叭口地形非常有利于β中尺度系统的触发与维持。β中尺度系统发展初期有一些更小的γ中尺度系统的活动, 它们形成带状, 逐渐发展合并为β中尺度系统。 (2) 在较为成功的模拟的基础上, 采用模式输出资料对β中尺度对流雨团P作了仔细分析, 结果显示低层对应风场的辐合, 高层对应风场的辐散, 这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持, β中尺度雨团中心对应着上升运动, 而在雨团北侧有弱下沉气流的补偿。引起降水的β中尺度系统多位于锋前暖区的相对更暖区域。 (3) 在同一次暴雨过程中, 粤桂两地同处锋前暖区, 对其风场上的异同点作了比较。共同点是低层均存在风场的辐合。但广西为风速辐合, 辐合中心具移动性, 而广东为风向辐合, 有明显辐合线, 辐合中心, 稳定少动。 (4) 地面辐合线上的扰动以及地面较强的温湿对比区的热力作用对于β中尺度系统的触发可能有重要的影响。地面资料提供了很有用的信息, 是一种重要的工具。 (5) 在此基础上提出了锋前暖区中尺度对流系统及地形、地面风、温、湿分布对其影响的概念模型。     

2008年初夏孝感一次大暴雨天气过程的分析与诊断

利用常规观测资料和气象卫星、自动站、加密雨量站资料等,对2008年5月3日湖北省孝感市一次大暴雨天气过程进行诊断分析.结果表明,中尺度辐合是造成此次过程第一段强降水的主要原因,西风槽、西南涡和低空西南急流是其第二段强降水的主要影响系统;温度露点差<4 ℃、K指数≥36 ℃、△θse700-850<0 ℃与两段暴雨过程存在较好的对应关系;整个过程主要是3个中尺度对流云团活动所致,云团具有明显的中尺度特征;地面中尺度辐合线的强度变化及其移动,与两段强降水的强度及落时、落区变化有较好的对应关系.     

大别山西侧极端降水中尺度对流系统结构与传播特征

2012年7月12—13日中国鄂东北连续2 d出现特大暴雨,过程最大总雨量达600 mm。重点利用卫星、雷达和地面自动气象站观测资料等,分析了7月12日大别山西南侧极端强降水型中尺度对流系统的发生发展过程、结构和传播特征等。研究表明:(1)鄂东北特大暴雨是由一个向后传播-准静态α中尺度强对流系统(后向建立中尺度对流系统)产生的。(2)该类型中尺度对流系统频发于鄂东北地区,与鄂东北东侧大别山脉对雷暴冷池的阻挡有密切关系。主要表现在,大别山山脉对雷暴冷池的阻挡导致冷空气在山前堆积并形成回流,回流使中尺度对流系统传播由向下风方转为向上风方。(3)向后传播方式演变的中尺度对流系统因少动或因列车效应明显,常在山前一定距离内产生极端强降水。(4)雷暴冷池向上风方运动导致对流单体向后向传播,是指状对流云团形成的重要机制之一。     

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。     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

2011年湖南一次强暴雨过程中尺度分析

以LAPS局地分析资料为主,综合利用卫星云图、地面自动站资料和NCEP提供的全球分析资料,对2011年6月9—10日湖南一次特大暴雨过程进行了分析,结果表明:降水主要发生在对流云团中亮温TBB-70℃的区域的偏西一侧,在TBB-80℃的区域内降水最强;锋前暖区中的对流云团,在中低层是以条件不稳定机制为主的垂直上升运动,而在中高层,是以条件对称不稳定机制为主的垂直上升运动。中尺度对流系统在不断东移南压的过程中,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强。强气旋性切变和正涡度平流触发中尺度气旋发生、发展,β中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统。对整层的高度场和流场进行滤波分析发现,此次暴雨过程中的中尺度气旋活跃,强降水雨团与中尺度低层辐合、高层辐散中心基本重合。利用高(低)层中尺度辐散(合)中心位置确定暴雨中心有一定的预报指导作用。