近10年晴空湍流的研究进展

晴空湍流是威胁航空安全的一种极端危险性天气,因其不伴有明显的天气现象,机载雷达难以探测,故对飞行安全威胁巨大,因此对于晴空湍流的形成机制与预警预报的研究十分重要。从晴空湍流的形成机制、晴空湍流的观测手段和晴空湍流的预报方法3个方面,对近十年国内外有关研究进行归纳和综述。重点引述了惯性重力波在晴空湍流形成中的重要作用、多种新型观测手段为晴空湍流研究提供宝贵的实况资料、基于湍流指数集成算法的晴空湍流数值预报等重要进展。本文对晴空湍流未来的研究趋势进行展望。     

晴空颠簸区的一种判断方法及其物理机制的分析

利用高空大气运动晴空颠簸区的观测事实,得到适合于晴空颠簸区湍能倾向方程的简化形式,通过对方程中各项物理意义的分析,提出了一种判断晴空颠簸区的指标,并与以前提出的其他一些判断指标进行比较,获得了一些新的认识。     

新一代天气雷达晴空回波反射率因子特征分析

本文基于新一代天气雷达、地面自动站、探空资料和卫星资料,综合利用天气雷达反射率因子和气象要素等资料分析了晴空回波的特征。结果表明:我国不同地域（华北、华中、华东和华南）晴空回波具有明显的日变化和年变化特征,具体表现为每年的春秋两季天气雷达可探测到明显的晴空回波,而且晴空回波主要出现在傍晚到第2天清晨之间。进一步的分析表明雷达探测的晴空回波和折射指数的涨落关系密切,此外逆温层和高湿区的存在也与雷达是否能够探测到晴空回波存在较高的相关性。     

晴空回波特征与风场信息应用

为研究晴空回波风场信息在对流性降水天气中的预警应用价值,选取山东省临沂雷达站2008—2013年5—9月的观测数据分析降水晴空回波特征。研究发现:临沂地区5—9月约87%的日数会出现晴空回波,且90%以上出现在距离雷达站100km范围之内,反射率因子多在10~25dBz,具有明显日变化;晴空回波的速度产品能提供有效监测对流性降水出现前的大气低层风场信息,能一定程度反映低层湍流的耗散率,对降水过程有一定的指示性,相关研究成果对降低对流天气漏报率和提高预警提前量有重要意义。     

南海周边海域越洋航线晴空颠簸的数值预报研究

采用WRF v3模式, 利用AMDAR资料与NCEP再分析资料, 对2007年发生于南海周边海域的高空越洋航线上, 110个中度以上晴空颠簸事例与196个无颠簸事例进行数值模拟。选取布朗指数、水平风切变指数等6个晴空颠簸诊断指数, 通过计算各指数的有颠簸诊断准确率、无颠簸诊断准确率、TS评分、ETS评分等指标, 研究指数及其阈值的适用性。研究表明:(1)布朗指数是诊断南海周边海域越洋航线上的晴空颠簸的最佳指数, 并在取"3.2×10^-5"为阈值时诊断效果最佳。(2)南海周边海域的越洋航线上的晴空颠簸对于诊断指数阈值的选取十分敏感, 在晴空颠簸的数值预报中, 在合理选择指数的基础之上, 应当认真研究设定指数的阈值。     

晴空湍流(CAT)对大尺度和中尺度动力强迫过程的响应

该文利用中尺度客观分析资料,对θ坐标系下Ri数倾向方程中的非湍流变形强迫场进行了诊断分析,以揭示晴空湍流（CAT）对大尺度和中尺度动力强迫过程的响应关系。计算结果表明：晴空湍流往往出现在对流层高层或高空急流附近。在层结稳定的高层大气薄层中,Ri数较小的空气微团遇有较强的非湍流变形强迫场时,由于动力强迫和Ri的耦合作用,往往导致晴空湍流的发生。     

晴空或少云状况下紫外辐射强度及指数预报模式

在大气辐射传输理论的基础上，利用中分辨率大气辐射传输系统，应用可测得的实际大气物理参数，建立睛空或少云天气状况下石家庄市紫外波段（280-400nm)辐射强度及指数预报模式，考虑了臭氧的两个吸收带。晴空条件下的散射主要考虑了分子和气溶胶的多次散射，少云时还考虑了云对紫外辐射的影响。其中多次散射的计算采用子离散坐标法。且对由于臭氧实时资料的短缺造成的误差进行了系统订正，并将订正结果与实况资料进行了对比。结果表明，由模式客观预报紫外辐射强度是可行的。     

晴空回波在强对流天气临近预报中的应用

该文介绍了利用多普勒天气雷达资料判断环境风场辐合、辐散的两种方法:径向速度图像特征定性识别法和EVAD技术定量计算法,并结合2009年8月两次强对流天气过程详细介绍了两种方法的具体应用。统计分析了2005-2008年5-9月晴空回波特征以及不同高度散度和对流出现时间的关系,晴空回波出现在距离雷达中心50km范围之内,反射率因子多在10～20dBZ,径向速度大部分为-5～5m/s;强对流天气出现之前,对流层低层均会出现辐合,可以利用低层连续5个体扫出现辐合作为环境场具有辐合条件的指标。根据统计结果建立了强对流天气临近预警系统,该系统在2009年6-8月试运行,预警命中率为88.9%,虚警率为29.8%,临界成功指数为64.5%,辐合提前对流天气出现时间平均为7.1h,对降低强对流天气漏报率,提高强对流天气的临近预报水平有重要意义。     

提高多普勒天气雷达晴空探测能力的一种方法

该文通过对晴空大气返回信号特性的分析, 提出采用相干累积技术, 有可能提高多普勒天气雷达探测晴空大气的能力, 具体测算了提高探测能力的限度, 并对雷达信号处理器适应晴空探测进行了改进设计.     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。     

理查逊数和晴空颠簸的关系

对切变气流中重力内波的稳定性进行了数值计算，结果表明，判别晴空颠是否发生的临界Ｒｉ数随波长，层结稳定度和基本气流变强度的不同而有所变化，预报业务中用Ｒｉ〈０．２５作为预报晴空的指标易出现空报。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS ON THE DYNAMICS AND NUMERICAL SIMULATION OF CLEAR AIR TURBULENCE(CAT)

Clear air turbulence(CAT),a meso-or microscale(subgrid scale)phenomenon occurring insynoptic scale flow field at high altitude,is very difficult to be observed by the conventional obser-vation network.Thus it is necessary to approach an index to predict CAT.But at first,the struc-ture characteristics of CAT should be preanalyzed.In this paper,based on the theoretical and diag-nostic analysis of a case,features for wind profile,energy budget and dynamic mechanism of thiscase were presented.Furthermore,an objective and quantitative index for CAT forecast was giv-en.The verification for its efficiency was done with both real-time observation data and productsfrom a numerical model.The results are very encouraging.     

边界层急流型重力波─-飞机颠簸的一种形成机制

采用线性化的Boussinesq流体边界层绝热流动方程,比较一维边界层急流型重力波的垂直运动量级,讨论边界层急流型重力波中的湍流发展,认为边界层急流型重力波是造成边界层飞机颠簸的一种机制。     

A STUDY OF 1.5-ORDER CLOSURE TURBULENCE MODEL

Based on turbulence theory,a 1.5-order closure turbulence model is established.The model incorporating with theground surface energy budget equation is constructed by means of a vertical one-dimensional(1-D)40-levelgrid-mesh.The numerical results reveal the 24-h evolution of the clear planetary boundary layer comparing with theWangara boundary layer data of days 33—34.The model also takes into account some physical processes of radiativetransfer and baroclinicity,revealing some important characteristics observed in the boundary layer,especially for theevolution of the mixed layer and low-level jet.The calculated results are in good agreement with the observational data.On the other hand,we also run the high-resolution model of the planetary boundary layer in the Mesoscale Model Ver-sion 4(MM4)with the same physical processes and initial conditions.The results show that the high-resolution modelcan not reveal those important characteristics as the 1.5-order closure model did.In general,it is shown that the 1.5-or-der closure turbulence model based on turbulence theory is better in rationality and reality.     

EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5

In nested nonhydrostatic mesoscale model MM5,the characteristic quantities of atmosphericturbulence,i.e.,the standard deviations of the turbulent fluctuated speeds for three directions inPBL are computed by Mellor-Yamada's level 2.5 closure scheme.The magnitudes and the verticalprofiles of these quantities computed from the model are closely connected with temperature andwind speed profiles as well as the type of the ground with a significant diurnal variation,and are inagreement with known magnitudes and regularities in different stratification conditions.Hence themethod in this paper is reasonable and convincible.Their horizontal distribution depends on thehorizontal distribution of the stratification.The method of predicted characteristic quantities ofturbulence from mesoscale model in this paper can be used in the problem of atmospheric diffusionand atmospheric environment.     

化工设备维修气象指数的分析及预报

在分析制约化工生产企业停产检修期间的气象条件时，根据其施工特点及生产实际，得出了降水、日最高气温、860hPa以下温度层结分布与化工设备维修密切相关；设计出化工设备维修气象指数；依据T106场格点预报资料建立了未来4天的滚动预报服务系统。     

民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

为确保民机阵风载荷测量试飞的质量和效率,规避风险,保障安全,解决“找风难”问题,从飞行员飞机颠簸报告入手,利用欧洲中期天气预报中心提供的ERA5全球大气再分析资料,基于10个预报效果较为理想的颠簸指数,通过加权集成算法给出了高空急流背景下的颠簸潜势综合指数。综合指数中单一指数的权重是通过发生颠簸的预报准确率PODY、未发生颠簸的预报准确率PODN、总体预报准确率PODA及TSS评分及中度以上颠簸所占面积fMOG五项评价指标共同确定的。同时评估了颠簸潜势综合指数性能对单一指数数量的敏感性以及对参与建模样本量的敏感性。结果表明:Dutton指数因预报得分φ达1.043,是这10个单一指数中总体预报效果最好的,Brown指数、L-P指数次之。由Dutton指数、Brown指数、L-P指数、TI1指数及风相关指数加权集成的综合指数,较好地集成了各单一指数的优点,各项指标均较为优秀,PODA达90%,TSS达0.80,fMOG达9.2%,预报得分φ达1.225,总体效果最好。随着单一指数数量的增加,综合指数的诊断效果先增大后减小,当单一指数增加到5个的时候,效果最优。随着参与建模的飞机颠簸样本量增加,综合指数性能逐步提升。该综合指数能较好地解决民机阵风载荷测量试飞潜在颠簸区域寻找的问题。      

利用地面气象资料进行福州市空气质量日预报

空气污染预报是建筑在空气污染与气象条件关系的基础之上的。利用福州市1995－1997年地面气象预测资料，运用统计学方法，探讨污染物浓度与气象因子（温度、气压、风、湿度、大气稳定度、降水等）分布规律，建立气象预报指标及统计预报方程，在1999年2－8月进行福州市空气污染物浓度等级试预报。结果表明运用统计模式开展城市空气污染浓度等级预报是切合实际并且可行的。