大气变量物理分解法在极端温度事件前期信号提取中的应用

观测的高空大气位势高度和温度可以应用物理分解的思路估算出纬圈平均的对称气候态、非对称气候态、纬圈平均的瞬变对称扰动和非对称扰动等四个分量。本文用美国NCEP/NCAR再分析资料分解出的非对称高度扰动和温度扰动可以作为发生在华北的2005年6月区域热浪和12月区域低温事件的早期信号。结果得到:地面区域极端气温事件是对流层和平流层大气扰动在地面的表现。这次热浪最强日对流层上部(250 hPa)正的高度扰动和对流层低层(850 hPa)正的温度扰动是在7d前从欧洲传播而来的,而这次低温最强日对流层上部(300 hPa)负的高度扰动和对流层低层(850 hPa)负的温度扰动也是在13 d前从欧洲传播而来的。物理分解后的瞬变扰动天气图是地面热浪和低温事件预报的一种可用工具。     

我国南方冬季低温雨雪冰冻事件的大气扰动信号分析

利用中国549个站点的温度和降水资料确定了1960～2008年发生在我国南方冬季的23次低温雨雪冰冻事件。对全球大气变量再分析资料做物理分解得到天气尺度扰动分量用于这些事件的早期信号分析。结果表明,在低温事件发生时,南方地区上空300 hPa对应有最大负高度扰动,850 hPa有负温度扰动。这些扰动的传播特性可以作为低温事件发生的早期信号。在低温雨雪站日数大于10的11次事件中,它们的扰动信号平均可提前11.2天追踪到。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

暴雨中两种尺度之间位势转换的诊断分析

本文应用平滑滤波的方法分离天气尺度和次天气尺度系统。选取同一暴雨过程中的两个时次,计算暴雨系统中这两个时次的天气尺度和次天气尺度系统间的位势转换量。得出:在某一区域,同一暴雨过程中不同时次,不同层次,天气尺度和次天气尺度系统之间的位势转换是不同的;即使是同一时次,水平位势和垂直位势的作用也是不同的。整层积分的结果是天气尺度系统向次天气尺度系统转换位势;次天气尺度系统也可向天气尺度系统转换位势。最大转换层均发生在对流层顶200—100hPa上。     

春季次天气尺度气旋年际变化对江淮地区降水的影响

基于1979-2013年ERA-Interim逐日6h的850 hPa位势高度场资料,利用气旋最外围闭合等值线自动识别方法提取了春季影响江淮地区的二维气旋集,研究了次天气尺度气旋活动年际异常与江淮地区降水异常的联系.结果表明:次天气尺度气旋活动对江淮大部分地区春季降水作用明显,贡献率达25％以上,次天气气旋活动出现对应...     

中国东部7类暴雨异常环流型

近年来的研究发现,瞬变扰动天气图上的扰动场天气系统对区域暴雨的落区指示能力强于传统天气图上的总场天气系统。为供预报员在业务预报中参考,本文划分1998年发生在中国东部地区的41日次区域暴雨为7类扰动场天气系统。与区域暴雨相联系的7类异常环流型分别是:华南切变线、华南涡旋、华南倒槽、长江切变线与槽、沿江涡旋、华北涡旋和东北涡旋。无论是在对流层的垂直剖面上,还是在850 hPa水平分布上,扰动天气图上位势高度低值和风扰动辐合处并配合大的水汽扰动对应有区域暴雨,而传统天气图上的低值系统和高水汽区与暴雨之间存在位置上的偏移。由此建议,用实况大气变量和中期数值模式产品绘制扰动天气图有助于预报员确定区域暴雨落区。     

中国东北及邻近地区夏半年极端暖事件的时空和环流特征分析

夏半年（5—10月）是我国东北农作物生长的关键期,但偏高的气温尤其是大范围极端偏暖事件会对农业生产造成不良影响。基于强度、范围和持续时间等指标,对1980—2019年夏半年发生在我国东北及其邻近地区的16个极端暖事件进行分析。结果表明,东北及邻近地区的极端暖事件的强度和频率呈明显增加的趋势,夏初（5—6月）和秋初（9—10月）发生的暖事件频次较多。地面极端增暖事件发生时,东北区域的西北侧大陆地面低压异常和东侧西北太平洋海上高压异常导致东北地区出现异常偏南风及暖平流;对流层至平流层呈现出准正压的结构,最大位势高度异常中心多出现在250 hPa附近,其下方的正温度异常（暖气柱）会延伸到地面,有利于地面异常增温。暖事件发生时,地面增暖区位于对流层上层急流入口区的左侧,利于下沉气流出现。上述大气温压场扰动结构和环流特征通过影响短波辐射和绝热增温过程,共同导致地面极端暖事件的发生。在预报意义上,有90%以上的东北极端暖事件可以在250 hPa上至少提前10天追踪到位势高度的扰动信号。      

华北北部相似形势下的两次雨转暴雪过程对比

利用加密自动站资料、风廓线资料、NCEP／NCAR1°×1°再分析资料和常规观测等气象资料,对2009年10月31日至11月1日和2012年3月17～18日发生在华北北部的2场相似形势的典型雨转暴雪天气过程进行了对比分析。结果表明：2次雨转暴雪天气过程都发生在过渡季节,并伴随雨雪转换,850hPa有明显锋区,锋前有倒槽发展,雨转暴雪出现在850hPa湿正压位涡项负值区（MPV1〈0）、湿斜压位涡项正值区（MPV2〉0）、整层大气可降水量大值区和700hPa的锋生函数脊线的重叠区域。700hPa出现冷平流中心且高度降低,近地层偏东风的有组织增强,850hPa温度≤-4℃,地面温度≤1℃是雨转雪的一个重要特征。     

2018年1—2月中国地区低温雨雪天气特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和国家气象信息中心观测站温度资料,对2018年1月26日至2月4日中国地区的典型低温雨雪天气事件进行分析。结果表明：低温雨雪天气发生前,极涡开始向西倾斜收缩并逐渐呈椭圆状,受极涡异常增强影响,冷空气南下加强。强高压脊在低温雨雪天气发生前15 d左右形成,并在乌拉尔山地区发展形成稳定且强大的西伯利亚高压,该高压在欧亚大陆北部不断增强且向东移动。低温雨雪天气发生前2 d, 850 hPa风场的两支异常偏南气流配合异常的水汽输送,与500 hPa乌拉尔山上游呈东北—西南方向并逐渐减弱的位势高度正距平共同作用,导致西伯利亚地区的异常强冷中心聚积大量冷空气并南下,为此次中国地区低温雨雪天气提供了有利条件。     

北半球冬季风暴轴与ENSO循环的关系及其能量平衡特征

利用欧洲中期天气预报中心的再分析资料,分析了北半球冬季对流层上层300 hPa面上风暴轴与ENSO循环的关系以及风暴轴的能量平衡特征.研究表明,由于El Nino年北太平洋的哈德莱环流增强,导致北太平洋西风急流向赤道和向东伸展,进而引起了北太平洋风暴轴的增强并向赤道和向东伸展;而La Nina年事件期间情形正好相反.在北大西洋,El Nino年其西风急流中心最大值有所减小,但整个西风急流区域有所扩大并向西和向赤道伸展,相应北大西洋风暴轴强度在El Nino年也有所减弱并向西和向赤道方向伸展;La Nina事件的情形正好相反.能量分析表明,斜压转换的正值中心位于风暴轴及其上游区域.在El Nino年,北太平洋斜压转换的正值中心向赤道和向下游伸展,而北大西洋斜压转换的正值中心向赤道和向西伸展,这与北太平洋风暴轴和北大西洋风暴的变化趋势是一致的.行星尺度扰动对斜压转换的贡献比天气尺度扰动的贡献要小,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项对斜压转换的贡献更小.研究还表明,能量正压转换的正中心化于风暴轴的上游,负中心位于风暴轴区域.相对于La Nina年,El Nino年北太平洋东部的正压转换负值中心偏北,北美的正值中心位置偏南,而北大西洋的负值中心强度减弱范围变小.这些变化与从La Nina年剑El Nino年北太平洋和北大西洋风暴轴的变化是一致的.在能量的正压转换过程中,天气尺度扰动的贡献要大于行星尺度扰动,而行星尺度-天气尺度扰动的相互作用项的贡献更小.     

江淮地区夏季高温事件与北极冷异常的动力联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析和相关分析,研究了2010年、2013年及2016年夏季江淮地区高温事件发生时,大气环流异常的主要特征及其与北极冷异常的可能联系。结果表明:这3年江淮地区夏季高温事件发生频次明显偏高,期间江淮地区500 hPa位势高度为正异常,对流层中低层平均温度为暖异常,整个对流层和平流层纬向风减弱;而北极500 hPa高度为负异常,对流层中低层平均温度异常偏冷,纬向风明显加强。因此,江淮地区高温事件与对流层纬向风存在密切联系,在东亚中低纬度地区呈负相关,而在北极呈正相关。东亚中低纬度地区对流层西风减弱抑制对流活动,地面吸收太阳短波辐射增加,进而有利于高温事件发生。     

基于T213集合预报的延伸期产品释用方法及初步试验

基于T213集合预报系统2008年1月中国及附近区域500 hPa高度和850 hPa温度的1~15 d预报资料,构建延伸期产品释用方法,通过对逐日11~15 d预报资料做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均,进而得到延伸期(11~15 d)候平均和候距平预报,并对预报效果进行检验,结果表明:对11~15 d预报场做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均均能降低预报误差,改善整体预报效果。由此得到的500 hPa高度场和850 hPa温度场11~1 5 d候平均预报误差与逐日控制预报第5d的水平相当,候距平相关系数均接近0.6,整体而言效果较好,具备一定的应用价值。500 hPa高度场和850 hPa温度场11~15 d候距平预报在中国大陆地区位相准确率均较高,东南沿海和东北部分地区稍差,且850 hPa温度场的位相准确率整体高于500 hPa高度场。候距平预报对延伸期(11~15 d)的大范围持续性异常距平具有较强的捕捉能力,对异常距平出现的范围和分布、强距平中心的位置的预报均较好,但强度整体偏弱。     

5—6月东北冷涡持续活动及强度特征

利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。     

冬季欧亚型遥相关候时间尺度异常特征及其对我国天气的影响

本文利用NCEP/NCAR全球逐日再分析资料,确定了冬季欧亚（EU）型遥相关逐候指数持续性异常的标准,继而分析了EU指数持续性异常的特征,探讨了对应时段的环流特征及其对我国冬季天气的影响。统计结果表明：1957—2010年的54个冬季共发生了26次异常过程;正、负异常过程各有三个高发时段分别为12月、1月第2—5候、2月第4候至3月第1候,以及12月第4—5候、1月前3候、2月第3候至3月第1候。选取200、850 hPa分别代表高低层大气,对异常过程合成分析后发现：指数异常时,高低层大气具有强的EU型特征;我国大部分地区的气温受EU指数异常影响,差异显著;黄河中下游、长江中下游及东南局部地区的降水差异显著;正异常过程中,受西伯利亚高压加强的影响,我国对流层低层盛行偏北风,温度普遍偏低,降水偏少;负异常过程相反。     

Applying Anomaly-based Weather Analysis to the Prediction of Low Visibility Associated with the Coastal Fog at Ningbo-Zhoushan Port in East China

Low visibility episodes (visibility < 1000 m) were studied by applying the anomaly-based weather analysis method. A regional episode of low visibility associated with a coastal fog that occurred from 27 to 28 January 2016 over Ningbo-Zhoushan Port, Zhejiang Province, East China, was first examined. Some basic features from the anomalous weather analysis for this case were identified: (1) the process of low visibility mainly caused by coastal fog was a direct response to anomalous temperature inversion in the lower troposphere, with a warm center around the 925 hPa level, which was formed by a positive geopotential height (GPH) anomaly in the upper troposphere and a negative GPH anomaly near the surface; (2) the positive humidity anomaly was conducive to the formation of coastal fog and rain; (3) regional coastal fog formed at the moment when the southwesterly wind anomalies transferred to northeasterly wind anomalies. Other cases confirmed that the low visibility associated with coastal fog depends upon low-level inversion, a positive humidity anomaly, and a change of wind anomalies from southwesterly to northeasterly, rain and stratus cloud amount. The correlation coefficients of six-hourly inversion, 850?925-hPa-averaged temperature, GPH and humidity anomalies against visibility are ?0.31, 0.40 and ?0.48, respectively, reaching the 99% confidence level in the first half-years of 2015 and 2016. By applying the anomaly-based weather analysis method to medium-range model output products, such as ensemble prediction systems, the anomalous temperature?pressure pattern and humidity?wind pattern can be used to predict the process of low visibility associated with coastal fog at several days in advance.     

The influence of atmospheric circulation on the occurrence of hail in the North German Lowlands

The atmospheric circulation and thermal conditions in the troposphere were analysed to identify the situations which are conductive to hail development in the North German Lowlands. They were established on the basis of the data obtained from the US National Center for Environmental Prediction/US National Center for Atmospheric Research Reanalysis database, and they included sea level pressure, 500 hPa geopotential height, the temperature at 850 and 500 hPa and HYSPLIT backward trajectories model. Daily information about hail occurrence in 16 selected stations was received from Deutscher Wetterdienst database and it covered the years 1951–2010. It was found that hail in the studied area was connected with large negative anomalies of the sea level pressure over Scandinavia and, consequently, the northwestern direction of air mass influx. In some cases, hail was associated with the northern influx, with strong negative anomalies of the temperature, and with positive anomalies of the temperature during the southern influx of air masses.     

华东高温期的大气环流特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站点资料,对1951—2005年华东高温日数较多（少）月和高温过程各阶段的500 hPa位势高度、850 hPa温度和相对湿度及700 hPa垂直速度的环流特征进行对比分析。结果表明：在高温日数较多月,副高西伸,850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东中南部下沉气流明显,华东多为位势高度、温度和垂直速度正距平及相对湿度负距平;而在高温日数较少月,副高东退,850 hPa温度较低而相对湿度较高,整个华东为上升气流,并为位势高度、温度和垂直速度负距平及相对湿度正距平。与高温前期和衰退期相比,高温盛期副高北抬西进,华东850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东南部下沉气流强盛,各要素距平值增加,多数要素距平中心移向华东或其周边。高温间断期则比盛期各要素距平减弱。大气环流要素场及其距平场的变动可以作为预报华东7—8月高温日数多寡和高温进程的参考依据。     

欧亚持续性阻塞对6月大兴安岭地区气温和降水的影响及气温的前兆信号研究

根据国际新开发的可识别持续闭合性阻塞和开放性高压脊事件的判别方法,讨论了欧亚地区不同区域500 hPa持续性高值事件(PMZ)的发生频率及其对中国大兴安岭地区夏季气温和降水的影响.结果表明:欧亚105°—125°E区域内PMZ事件与夏季尤其是6月大兴安岭地区气温关系最为紧密.105°—125°E地区PMZ事件频发时,贝...     

热带副热带高度异常对长江流域和华北旱涝影响的数值模拟与分析

前期南亚高压的异常增强或者减弱,热带、副热带地区100 hPa高度的异常增高或者降低,热带西风的异常增强或者减弱,对长江流域和华北地区夏季的降水异常具有预示作用。文中设计了一系列的数值试验进行模拟研究,包括控制试验、敏感试验和4组合成试验。合成试验模拟结果表明,前期热带、副热带高度异常分布,能够再现长江流域、华北旱涝情况。前期南亚高压、热带、副热带高度、风异常对长江流域和华北地区夏季降水的异常均有预示作用。100 hPa叠加高度、风异常的敏感试验结果表明:前期南亚高压、热带与副热带地区100 hPa高度场和环流场的异常不仅可以预示、事实上能够引起长江流域和华北夏季降水的异常———前期南亚高压异常增强、热带、副热带地区100 hPa高度场异常增高、西风异常增强,易引起长江流域降水偏多、华北降水偏少;反之,则容易引起长江流域降水偏少、华北降水偏多。