水汽图像在高原天气预报中应用的初步分析

通过对1998年8月4～5日那曲低涡和7月18～20日高原切变线活动的卫星水汽图像以及这次高原低涡形成前改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度的数值试验的分析，分析指出：(1)水汽图像上水汽涡旋比天气图上高原低涡形成反映提前，且水汽涡旋对高原低涡活动有指示意义。(2)水汽图像上切变线水汽带比天气图上高原切变线形成反映提前，且切变线水汽带的变化对高原切变线活动有指示意义。在切变线水汽带范围变宽时，高原切变线稳定；切变线水汽带减弱时，高原切变线东南移。(3)水汽图像上高原以南洋面上空对流层中上部水汽输送会影响低值天气系统的形成和发展，水汽灰度梯度大值区的变化可预示强降水中心区的变化。(4)数值试验表明：利用水汽图像改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度，可对数值预报有较大的改进。在高原地区天气预报中应重视水汽图像的应用。     

高原低涡东移过程的水汽图像

通过对1998年8月3-5日水汽图像分析发现；（1）对流层中，上部水汽涡旋的出现，东移、消失对高原低涡的形成，东移、消失有指示意义。（2）与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移，变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移，变化是密切相关的，（3）高原低涡的形成与印度洋，阿拉伯海，印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关，在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

高原低涡东移过程的水气图像

通过对1998年8月3～5日水汽图像分析发现(1)对流层中、上部水汽涡旋的出现、乐移、消失对高原低涡的形成、东移、消失有指示意义。(2)与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移、变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移、变化是密切相关的。（3）高原低涡的形成与印度洋、阿拉伯海、印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关。在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

青藏高原东侧暴雨过程的水汽图像分析

利用1998年汛期GMS-5卫星水汽图像，分析了1998年高原东侧区域性暴雨天气过程的水汽图像。发现高原东侧暴雨过程的产生及强度与其对流层中、上层水汽的汇集形式密切相关。     

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。     

高原横切变线与高原低涡关系的初步研究

基于大气运动方程组及散度方程,对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心(ECMWF)ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场,切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果,辐合增强区有利于高原低涡生成,低涡中心对应非平衡正值中心,低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时,低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时,有利于低涡生成;进一步,当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时,低涡趋于发展加强。     

对流层中上部水汽对高原低涡形成影响的数值试验

对1998年8月4日那曲低涡形成前的卫星监测水汽图像的分析,用η模式对该低涡进行的数值模拟,及对高原以南及洋面上空对流层中上部增加水汽的数值试验,得出印度洋阿拉伯海是这次高原低涡形成在对流层中上部一个重要的水汽源;印度西部-阿拉伯海上空对流层中上部水汽增加,可使高原上出现有利于低涡形成的高度场、温度场条件;用卫星监测的水汽图像改善在高原以南及洋面上空对流层中上部水汽条件,对数值预报结果有改进.     

移出与未移出高原的高原切变线背景环流对比分析

利用NCEP再分析资料,采用对比分析方法,对2000-2004年汛期（5～9月）青藏高原（下称高原）上高原切变线活动过程进行了普查和分类,并对移出与未移出高原的高原切变线的生成日,移出高原的高原切变线的移出日与未移出高原的高原切变线的强盛日的背景环流特征场进行了对比分析。结果表明,500hPa层上,两槽一脊的背景环流形...     

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss（OW）参数（V_OW）来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 hPa等压面上V_OW值由正转负,V_OW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。V_OW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以V_OW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。     

《卫星水汽图像和位势涡度场在天气分析和预报中的应用》导读

最近科学出版社出版了译著<卫星水汽图像和位势涡度场在天气分析和预报中的应用>一书.此书的作者是法国的帕特里克·桑特里特和保加利亚的克里斯托·G·乔治夫.该书的特点是把动力气象的位势涡度理论、数值预报模式输出的物理量场和卫星遥感的水汽图像有机地结合起来,向天气预报人员介绍了一种可操作的预报思路,也为数值预报模式开发者提出了利用卫星水汽图像改进模式的潜在途径.在评述这本卫星气象新书的同时,简要地介绍了本书的结构,各章的主要内容和特点,希望能帮助中国的预报员更好地阅读和理解此书.     

利用TRMM卫星资料对青藏高原地区强对流天气特征分析

利用热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,结合NCEP再分析资料,研究了发生在青藏高原地区的一次强对流天气特征,综合分析了高原地区对流云特殊的水平、垂直结构特征。结果表明:(1)该强对流降水系统由几个孤立、零散的块状降水云团组成,以深厚弱对流降水为主,微波亮温的低值区也呈孤立、零散的块状分布,并且整个对流系统的云顶高度一致偏高,深厚强对流降水的雨谱主要集中在1～20mm.h-1的范围内,90%以上的深厚弱对流降水样本数和降水量都集中在0～5mm.h-1范围内,在垂直方向上呈被"挤压"状态。除云冰粒子集中在6～18km高度外,可降冰、可降水和云水粒子都集中在低层8km以下,冰雹天气表现为可降冰粒子在低层含量偏高。(2)高原地区强对流天气的特征与其他地方的不同,表现为雨强较小,比平原地区明显偏弱,且对流云降雨样本在不同降雨率范围内分布不均匀,降水云团雨顶高度也远低于平原地区的对流云,地表降水率大值区与微波辐射亮温低值区呈不完全对称分布,潜热释放呈单峰型。(3)高原地区强对流系统发生时,垂直上升运动在400hPa达到最大,水汽主要集中在400hPa高度以下的范围内。     

螺旋度在对流天气预报中的应用研究进展

螺旋度表征流体旋转与沿旋转方向运动的强度,在等熵流体中具有守恒性。螺旋性是维持大气运动的基本物理图案：边界层流体、湍流、强风暴、热带气旋等都有较强的螺旋结构;对流风暴常发生在螺旋度值大的地方,流体稳定性与螺旋度密切相关,高螺旋度阻碍了扰动能量串级,对超级单体风暴的维持有重要作用;z螺旋度对大范围暴雨有较好的指示意义。风暴相对螺旋度对决定对流风暴类型有重要作用,其大小决定超级单体是否能形成中气旋,同时,其对冰雹预报有一定的指示意义;风暴相对螺旋度用于预报时计算的难点在于确定预报风暴移动速度。热力场与螺旋度有内在联系,地面相对螺旋度可视为地转风或实际风引起温度平流的一个量度。     

滇西北高原强对流天气客观物理量特征分析

应用MICAPS客观物理量资料,对丽江市2006—2011年82次强对流天气进行诊断分析。结果表明,强对流天气发生前,水汽大多处于高湿或中等湿度状态,一般暴雨时700hPa比湿大于等于9g/kg,冰雹时大于等于6g/kg,或700hPa相对湿度暴雨时大于等于80%,冰雹时大于等于60%;热力状况大多处于高温、高热、高能和对流不稳定状态,部分在川滇间有明显的能量锋存在,特别是暴雨,一般沙氏指数SI小于等于0℃、K指数大于等于35℃、丽江假相当位温θse大于等于68℃,丽江与西昌或成都间的θse差大于等于10℃;动力条件则大多表现为低层正涡度,高层负涡度的有利配置,部分中高层有明显的冷平流,特别是冰雹时,一般700hPa涡度大于等于0×10-5s-1,300hPa以上任一层涡度小于等于-30×10-5s-1,或700hPa层以上任一层温度平流小于等于-1×10-5℃·s-1。     

人工智能技术在数值天气预报中的应用

当前,人工智能迎来第3次发展浪潮并在多个领域大数据分析中取得巨大成功,这为人工智能技术与数值天气预报结合提供了契机。已有大量研究尝试将人工智能技术用于数值天气预报的初值生成、预报和产品应用过程中,涉及观测资料预处理、资料同化、模式积分、后处理以及高性能计算,通过误差估计、参数估计和局部代理等手段使预报结果,得到改进且计算速度大幅提升,展示出良好的应用前景,一些神经网络模型也表现出纯数据驱动预报的可能性,在短时强对流天气、降水以及气候预测中已有较为理想的应用实例。然而,人工智能技术在数值天气预报中的应用与发展仍面临一些挑战,主要包括深度学习的弱解释性、不确定性分析以及两者的耦合等,除了应对这些挑战,未来两者的深度结合还需要在理论指导下的人工智能模型设计、高时空分辨率人工智能预报模型设计以及使用更多新型人工智能技术等方面深入探索。     

小波变换在天气雷达图像压缩中的应用

针对航空气象保障中常用的几种天气雷达图像的特性，采用双正交小波变换方法，应用嵌入式零树编码和自适应算术编码，提出了一套合理的图像压缩编码软件方案。试验表明，该方案是解决天气雷达回波图像存储和远程传输的一种有效途径，并在气象业务工作中发挥了重要作用。     

2001年春季寒潮天气中数值预报的应用

2001年4月6-9日，新疆出现了一次全疆性寒潮天气过程。阿克苏地区8县1市普遍出现了强风暴、强降温。但由于我台对数值预报产品的正确释用，成功地报出了这次天气，体现了数值预报的优点。     

区域天气雷达拼图的应用

通过对 1998年 7月开始实行的全国天气雷达拼图产品的生成、使用方法及存在问题进行分析 ,得出了天气雷达拼图应用的优点 ;大范围天气雷达组网拼图资料比天气图的时空分辨率高 ,能及时掌握天气系统的演变及生消过程 ,有利于预报员分析和制作降水预报。     

华北强天气的水汽图象特征研究

利用1991～1993年共37个时次的NOAA TOVS反演的红外水汽亮度温度图、卫星云图及常规气象资料，分析华北地区夏季强天气过程，归纳出降水和强对流天气的水汽图象4种基本类型，为分析和预报此类天气提供了新的依据。     

开封市强对流天气的气候特征分析

利用开封辖区5站1961～2000年的气象资料,分析了开封市强对流天气发生的气候特征、变化趋势,并探讨其形成的原因.     

菏泽市一次暴雪天气过程的预报分析

利用常规天气图、数值预报、卫星云图、雷达资料和各种物理量场等对2009年11月11—12日菏泽市暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：深厚的水汽、充足的水汽来源和中低层水汽辐合作用是暴雪天气发生的必不可少条件,影响这次暴雪有两个水汽来源,一个是700hPa的西南气流对水汽的输送,一个是850hPa的偏东风对水汽的输送,两个水汽输送带的辐合中心在菏泽交汇,造成此次暴雪天气;低层辐合高层辐散是造成这次暴雪的垂直环流机制;数值预报对于强降水出现的时间和落区有一定的指导意义。