北京一次持续性雾、霾的特征和成因分析

基于2013年1月9-15日北京地区一次持续雾、霾过程,对环流形势、要素、物理量场以及污染监测情况进行分析。结果表明：高PM_2.5和SO₂事件持续时间超过100 h,浓度达到严重污染级别。高空为偏西或西南气流且850 hPa有弱暖平流输送和地面倒槽维持少动是有利于雾、霾持续的背景条件。持续轻雾或霾对湿层厚度要求不高,在925 hPa下即可,且湿层越厚,能见度越低。逆温维持是雾、霾持续的主要原因,且轻雾或霾为主时逆温层特点为厚度浅强度弱,高度或强度的突然增大可预示向大雾或雪转换; 850 hPa以下涡度平流较弱是轻雾或霾持续的动力结构;总温度平流垂直分布表现为闭合中心强度在500 hPa明显分界,且相对较弱的平流中心的高度一般在850-1000 hPa之间,当高度达到500 hPa时或可预示雾、霾天气消散。     

北京2013年1月严重霾天气过程的气象成因分析

利用常规观测资料、地面自动站资料及NCEP 1°×1°分析资料,结合边界层散度场的诊断分析,探讨了北京2013年1月严重霾天气过程的环流特征和气象成因。主要结论如下: 1)500 hPa为偏西气流,冷空气活动弱,无明显冷平流,对流层低层850 hPa及其以下风速小、冷空气活动偏弱,是霾天气的显著特征。2)边界层存在逆温和大气层结稳定是霾发生的另一重要条件,逆温层不仅可出现在边界层,有时也出现在对流层低层850 hPa 附近。3)边界层存在弱辐合中心是霾形成的重要条件,特别是在区域性污染的情况下,边界层辐合可使霾因区域性污染物的输送汇聚而加重。4)偏东风对霾形成和加重具有重要作用,主要表现为风速一般较小,在边界层形成暖平流结构,易形成逆温,增加边界层相对湿度和维持边界层辐合,配合北京西部山地特殊地形,使污染物积累,最终通过增大污染物浓度及增大边界层相对湿度,造成大气水平能见度严重降低。5）1月10—14日霾天气过程主要是在边界层有弱辐合而相对湿度较低的条件下形成的,而27—31日过程主要发生在边界层相对湿度较高的条件下。     

雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

2004年冬季华北平原持续大雾天气的诊断分析

利用GTS1型数字式探空仪探测的资料、NCEP 1°×1°的6小时资料和常规观测资料,对2004年冬季华北平原历史上少见的持续大雾天气进行了天气动力学诊断分析。结果表明:华北平原近地面气层900hPa以下的负涡度平流、冷温度平流和弱辐合上升运动引起该层气温下降,900-500hPa的正涡度平流、暖温度平流和辐散下沉运动造成该层气温升高,在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的高度和强度影响雾的形成和状况。夜间辐射热力强迫作用和950hPa以下的微风是大雾形成的动力因子。大雾边界层中存在的水汽饱和层是在特定的环流形势下华北平原低空盛行东和东南向岸气流,将北部海面的水汽向西向北平流到冷近地面气层中的结果。     

北京地区重空气污染天气分型及个例分析

利用2008年1月至2014年12月北京地区高空和地面气象观测资料及逐日大气成分监测数据,对北京地区空气质量≥5级重空气污染的持续时间、500 hPa高空环流形势、地面气压场及相应的边界层结构特征进行了统计分析。结果表明:2008年1月至2014年12月北京地区发生重空气污染时500 hPa以纬向环流为主,占重空气污染总日数的58.4%。从地面气压场来看,低压辐合区型重空气污染出现频率最高,为38.3%;其次为高压后部型重空气污染,出现频率为18.8%。北京地区出现重空气污染天气时500 hPa多为纬向环流,850 hPa为偏南暖平流,地面气压场为低压辐合区、高压后部、高压底部、弱气压场、高压前部、低压倒槽、弱高压、鞍型场及华北地形槽时均可出现重空气污染天气过程。配合以上天气形势,重空气污染天气出现时,边界层长时间存在逆温、低层风速较小且湿度大,并根据重污染天气特征建立了北京地区重空气污染概念模型。     

2007年吉林省大雾天气分析

本文利用2007年吉林省的大雾资料,从天气特征、气象要素和天气形势等方面对全省大雾天气进行了分析总结,发现：大雾分布存在明显的季节性和地区分布特征;从气象要素来看,地面和850hPa风速都很小,并且在地面到850hPa之间有逆温存在,大雾出现当日相对湿度较大,前日多出现降水或多为多云天气;大雾出现前一日高空大多数有冷槽或冷平流,在地面气压场上主要是由弱的气压场控制大雾出现区域,根据地面气压场系统不同又分为高压类、弱低压类和平流雾类三种类型,其中高压类占四分之三。     

2009年11月10-12日河南北部暴雪天气诊断分析

利用常规观测资料和FY2C卫星产品,对2009年11月10-12日河南北部地区暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:500 hPa图上在中高纬地区形成稳定的"两槽一脊"环流形势,出现"南槽北脊"结构,低空急流显著发展,850 hPa盛行偏东气流,地面图上河套倒槽与回流形势同时发展,触发了这次暴雪天气;深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雪产生提供了充沛的水汽条件;低层辐合、高层辐散是触发不稳定能量释放的重要启动机制,中低空正涡度平流中心和温度冷平流中心先于暴雪出现,对暴雪天气预报有指示作用;低层冷空气较强,高层暖湿空气较强,这种"冷垫"与"暖盖"稳定形势是这次连续性区域暴雪产生的重要热力条件。     

内蒙古东北部一次致灾大到暴雪天气分析

应用基本观测资料及NCEP再分析资料,对一次漏报的内蒙古东北地区致灾大到暴雪天气进行了诊断分析。结果表明:本次大暴雪天气过程与内蒙古大雪、暴雪天气学概念模型有所不同,没有强劲的水汽输送建立,垂直上升运动大值区集中在850～500 hPa层,强降雪呈现时间短、强度大、范围小、灾害严重的中尺度特点。这次过程中,850 hPa有很强的暖平流配合500 hPa西南气流中弱冷平流,对流层中低层温度平流随高度减小,有利于对流层中低层的不稳定层结的建立;地面副冷锋与气旋合并加强,850 hPa中尺度低涡强烈发展,加强了对流层低层的辐合上升运动,触发不稳定能量释放是强降雪形成的主要原因。边界层"冷垫"作用对强降雪有一定的增幅。     

低层温度平流对华北雨雪天气过程的降水相态影响分析

利用常规地面、探空观测资料、NCEP FNL和GFS分析资料,通过对2012年11月3—4日华北地区雨雪天气过程的降水相态特征进行分析,发现涡旋外围的雨雪分界线基本与925 hPa的0℃等温线和925 hPa偏北与偏南风的流线辐合线相吻合;而涡旋中心附近的雨雪分界线则存在从涡旋西北象限向涡旋中心逆时针旋转的特征。气旋发展初期,降雪主要集中在850 hPa低涡的东北偏北象限到西北象限之间,低涡的东南象限为降雨。随着气旋强度增强,低层冷平流导致低涡西南象限温度下降,降雪落区逐渐沿气旋西侧的流场向南发展,最终呈现出气旋形状的分布特征。雨雪相态的转变取决于整个对流层低层(850~950 hPa)的温度平流状况。当900~850 hPa或者950~900 hPa出现较强暖平流时,即使其他层次存在明显冷平流,降水相态仍然可能以雨为主。低层涡旋西侧的西北冷平流是造成降雪的最重要原因,当低层气流转变为偏东风后,冷平流消失,降水相态转变为雨。     

一次温带气旋涡度场演变特征及气旋发生发展机制分析

气旋是涡旋运动,因此相对涡度(以下简称涡度)是确切表征气旋中心位置和强度的物理量,分析气旋发生发展过程就是分析涡度的变化机理。文中采用1000 hPa地转风涡度表征地面气旋,利用常规地面观测、6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场等资料,对2014年6月一次具有螺旋式回转路径的北方温带气旋过程进行了诊断分析。利用Petterssen地面气旋发展公式,再结合300 hPa涡度平流、散度场与850 hPa热力场的配置关系,考察了对流层中低层温度平流、500 hPa涡度平流以及300 hPa涡度平流引起的辐散对地面气旋发展的贡献。结果表明:(1)这次气旋过程中500、300 hPa存在两个正涡度区及涡度中心的替换:即在地面气旋发生发展阶段,第一个涡度中心为主要的涡度中心;在气旋减弱阶段,第二个涡度中心成为主要的涡度中心。(2)地面和高空涡度中心均以逆时针螺旋式路径移动。在地面气旋初生和发展阶段,高低层涡度中心及正涡度区呈后倾结构;当高低层涡度中心及正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展。(3)温度平流项在气旋初生阶段起主要作用;500 hPa涡度平流决定了地面气旋的发展。(4)当300 hPa正涡度平流引起的辐散区叠加在对流层低层850 hPa斜压锋区上时,地面气旋发展。     

垂直运动对雾-霾及空气污染过程的影响分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,分析2013年山东分别出现雾和霾的两次严重污染过程,结果表明:(1)大气静稳状态时,500 h Pa为脊前西-西北气流,850 h Pa为暖脊,有弱暖平流,地面气压场较弱,易出现逆温、混合层高度低、风速小,导致大气水平和垂直扩散能力差。850 h Pa弱上升和700 h Pa弱下沉,造成高空干洁大气和地面"脏"空气对峙的局面,垂直交换停滞是雾-霾和污染持续的根本原因。(2)强冷空气驱散雾-霾的过程,正是打破了空气垂直交换停滞的状态,使得高空清洁大气能够下沉到地面。空气质量的根本改善由垂直交换完成。(3)弱冷空气伴随的弱下沉运动和锋面附近整层上升运动能够减轻污染。(4)冷锋过后剧烈下降的地面露点温度即是高空干洁大气到达地面的标志。     

2008年初贵州低温雨雪凝冻灾害天气成因分析

利用NECP 2.5°×2.5°的日平均再分析资料和常规观测资料,对2008年1月12日-2月13日期间贵州省历史罕见的持续低温雨雪凝冻天气过程的环流特征及物理量进行了分析,并对中东部凝冻严重的前期和西部凝冻严重的后期做了对比.揭示了此次灾害天气的几个主要天气特征:(1)地面静止锋的位置关系着我省低温雨雪凝冻灾害的区域.(2)500 hPa环流前期和后期影响系统明显不同.过程期间欧亚大陆500 hPa高度场距平呈"北高南低"分布,亚洲区极涡南掉,面积偏大.(3)过程前期850 hPa冷舌明显,等温线密集;后期700 hPa 温降低,有冷舌活动,850 hPa冷舌明显减弱,低温维持.中东部和西部地区冷暖平流垂直方向上的配制不同.强盛的700 hPa暖湿气流是此次过程的主要水汽来源.     

宁波区域霾过程的天气分型及环流场特征

利用2001—2012年NCEP逐日再分析资料和宁波7个县（市）区的地面气象资料,运用Lamb Jenkinson客观分型方法和统计方法,分析宁波区域霾发生规律和大气环流场特征。结果表明,宁波区域霾具有冬季频发、夏季少发的季节分布特点,年均15次,2011和2012年区域霾明显增多与大气环流密切相关;区域霾的主要环流类型为A型、AN型、AS和C型,分别占总数的65.9%、12.3%、6.7%和4.7%, A型主要出现在稳定平直环流的秋、冬季,AN型出现在环流经向度明显增加的冬季,AS型出现在冷暖气流转换空隙期的春、秋季,C型出现在西太平洋高压明显加强的地面弱低压环境场的春、夏季;东部沿海500 hPa气旋性环流、偏西气流及850 hPa微风有利于宁波区域霾发生,反之,500 hPa反气旋环流、850 hPa强盛偏南气流则不利于霾发生;A型环流在弱冷空气影响或静稳天气条件下,连续霾日、重度霾出现概率增大。     

两次引发辽宁暴雪过程低涡的动力发展机制

应用NCEP FNL分析资料,从动力学角度对2015年初辽宁地区两次低涡暴雪过程(简称"2.16"和"2.25"过程)的形成机制进行分析。结果表明:两次过程共同特点是850 hPa附近有低涡生成或加强,低涡是暴雪引发的直接原因。两次过程促使低涡生成的正涡度变率增大原因存在差异,"2.16"、"2.25"过程中对正涡度变率贡献最大的强迫项分别是散度项和涡度垂直输送项。500 hPa低涡东移,冷平流使得涡底部高空槽加深,槽前正涡度平流加强,差动涡度平流增大使得上升运动发展,导致850 hPa高度附近辐合增强是"2.16"过程正涡度变率增长、低涡生成的动力机制。强烈上升运动,对低层正涡度垂直输送,则是"2.25"过程850 hPa附近低涡形成和加强的动力机制。     

“亚运演练”期间广州市一次持续灰霾天气过程分析

利用NCEP再分析资料和常规气象观测数据以及大气成分观测数据,对2009年11月24~29日广州市一次持续灰霾天气过程做了初步的分析。结果表明,此次灰霾天气过程在850 hPa为反气旋环流控制,灰霾的严重程度与850 hPa风速的大小密切相关;地面形势则为弱高压脊或脊后回流型,气压场多为均压场,海平面气压值通常小于1 017 hPa,灰霾的严重程度与弱压脊的位置及海平面气压大小密切相关;按气象标准当达到了灰霾日标准后,能见度可作为衡量灰霾严重程度的指标;此次灰霾天气过程中,SO2污染物在影响能见度中起到了主导作用。     

河北两次大（暴）雪过程对比分析

选取河北省2003年和2004年两次较大的降雪过程,利用常规气象资料和NCEP再分析资料,对它们的环流形势和物理量场作了对比分析。结果表明,500 hPa南北两支槽在110°E附近同位相叠加、地面气压场"北高南低"并在河套地区有倒槽生成是河北出现大(暴)雪的有利形势。低层暖温舌和暖平流的存在为大(暴)雪的形成提供了较好的热力条件。槽前西南气流、低层偏东气流和低空急流都能为产生大(暴)雪带来充足的水汽。高层辐散、低层辐合的水平散度结构和整层为垂直上升气流的分布,加强了上空的抽吸作用,有利较大降雪的发生。而整层是正涡度(正垂直螺旋度)对垂直上升运动最有利。925 hPa和850 hPa温度同时降至0℃以下,且地面气温小于等于1℃是适合降雪的温度条件。     

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。     

我国中东部一次大范围霾天气的分析

利用空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2007年2月5日我国中东部大范围霾天气进行了综合分析.结果表明:前倾槽结构和逆温层结为霾的形成提供了有利条件;800hPa以下层垂直速度、涡度和散度的绝对值较小.是霾维持的动力因子.大气混合层高度的变化对霾的生消有很好指示作用,霾天混合层高度北高南低分布,致使南方比北方更易出现严重霾天气.此外,要素对比结果表明,霾的相对湿度比雾低,温度露点差比雾大,逆温强度比雾弱,大气混合层高度比雾高,这些可为霾的预报提供参考依据.     

2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量、NCEP再分析资料和卫星云图,对2012年7月27日发生在陕北佳县的一次特大暴雨天气进行诊断分析,结果表明：暴雨前期副热带高压较强,当西风带的冷空气与副热带高压西北侧的西南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层700 hPa西南气流、850 hPa东南气流为特大暴雨提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空200 hPa陕西北部位于浅槽的前部、急流入口区的右侧,存在正涡度平流,这一区域有强烈的辐散,提供了较强的上升运动,是特大暴雨产生的主要机制;在卫星云图上表现为一个水平尺度为200~400km、云顶亮温最低为-60℃,生命史为14 h的中-α尺度对流云团。