江淮锋面和华南暖区两次暴雨过程可预报性对比

以2008年6月9—10日江淮地区的锋面暴雨和2008年6月6—7日华南地区的暖区暴雨为例,采用模式试验的方法,研究了这2个不同地域不同类型的暴雨的模式可预报性的差异．控制试验的结果表明,2个地区的暴雨都可以用WRF模式得到较好的模拟再现．通过在控制试验的初始场上对温度场和风场添加高斯随机扰动误差构造敏感性集合成员,结果表明初始场的微小误差在24 h内使得华南暴雨与江淮暴雨的模拟结果都发生较大改变,但华南暴雨的误差增长快于江淮暴雨,导致华南暴雨模拟结果发生更大的改变．通过对集合离散度的分析表明,华南暴雨与江淮暴雨的离散度都随积分时间延长而不断增大,但华南暴雨的集合离散度增长更快,华南暴雨的集合离散度在模式各层上都远大于江淮暴雨．从误差增长和集合预报的角度讲,华南暴雨的模式可预报性比江淮暴雨的模式可预报性差     

华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

湿位涡子项在华南前汛期两类暴雨中的诊断分析

本文从湿位涡的正压项(ζMPV1)和斜压项(ζMPV2)两子项出发,应用常规资料和NCEP再分析资料,通过动态合成分析法,分别分析ζMPV各子项在华南前汛期连续性锋面暴雨和暖区暴雨过程中的特征,并用双雨带过程进行了验证。结果表明:低层ζMPV2的子项(ζ22),对华南锋面降水诊断能力较强,特别是对强降水分布结构特征及中心位置具有明显的诊断能力,不足之处是其强弱并不能直接指示降水的强弱。锋面强降水中心附近的低层ζMPV1与降水量有一定的反相关性。低层强ζMPV1负值对暖区强降水具有潜势预报能力,但其负中心位置或分布结构不能表征降水中心位置及其分布。ζMPV2及其两子项对暖区暴雨无明显诊断能力。以上所得结论物理意义明确,有助于预报员在实际预报业务中更好地使用湿位涡。     

双雨带过程中的回流暖区暴雨个例对比研究

利用常规观测资料、NCEP 1 °×1 °FNL资料、自动站降水资料,对华南两次双雨带过程中的回流暖区暴雨个例进行了对比分析,结果表明:(1)与暖湿的南到西南气流相比,变性高压脊后部回流的东到东南气流具有一定干冷属性,边界层两支不同性质的气流汇合形成辐合渐近线和边界层锋区。回流暖区暴雨实际是先有回流、预先在东侧形成浅薄的冷池,后有高空槽加深东移、带来边界层西南风,与东南风辐合,形成低层辐合抬升条件,西南风暖平流使边界层锋区加强并缓慢东移,产生的暴雨。回流和高空槽均起到关键的作用;(2)回流暖区暴雨区域在边界层内具有弱对流性不稳定或湿中性层结、而在中低层具有明显对流性不稳定,其发生发展机制有别于锋前暖区暴雨和典型锋面暴雨;(3)边界层较大水平螺旋度与回流暖区暴雨有良好对应关系,对回流暖区暴雨预报有指示意义,是回流暖区暴雨区别于锋面暴雨的重要动力学特征;(4)回流暖区的水汽输送主要集中在850 hPa以下,以925 hPa最显著,北侧锋区的水汽输送主要集中在850~700 hPa;南北两支雨带低层的水汽输送通道可能存在部分重合,当南侧暖区雨带的对流发展起来后,部分水汽可能被南侧辐合系统截留,从而影响北侧的水汽输送强度。这可能是导致北雨带降雨强度不如南雨带的一个原因。      

基于ECMWF模式的江西及周边地区锋面暴雨预报检验和订正

利用全国降水资料（包括江西加密降水资料）、探空资料、ECMWF模式72—24 h降水和形势预报资料,采用天气学检验、SAL定量降水预报检验等方法,对2017—2019年江西及附近地区锋面暴雨的实况和模式产品进行检验分析,检验主要影响天气系统预报效果,得出ECMWF模式降水预报误差分布特征及原因,并对模式的暴雨预报进行订正。结果表明：ECMWF模式对2017—2019年锋面暴雨过程预报较实况大多偏北,落区预报误差主要源于大尺度降水。从锋面暴雨三种SAL分析误差可见,落区预报较实况大多偏北,暴雨过程强度多数较实况偏弱,结构较实况偏小。对误差较大个例的分析得出两点订正思路：1） 锋区南侧有较明显动力热力对流发展的弱锋区暴雨,暴雨落区可订正至925 hPa锋区南侧高温高湿区。2） 较强锋面暴雨,当中低层切变辐合抬升区重叠时,暴雨落区可向925 hPa锋区位置调整,暴雨通常不易出现在锋区北侧冷区。     

WRF3.1微物理参数化方案对两例暴雨的集合预报试验及可预报性分析

采用WRFV3.1.1数值模式,选取模式中的10个微物理过程参数化方案构造10个集合预报成员,分别对2008年6月9—10日江淮地区暴雨与2008年6月6—7日华南地区暴雨进行集合预报试验,并进一步讨论了这两例暴雨的可预报性差异。结果表明:各参数化方案在暴雨的模拟中所表现出来的优势是相对的,但微物理过程集合预报在两例暴雨中都取得稳定且优异的模拟效果;通过比较两例暴雨的ETS(Equitable threat score)评分距平发现,华南暴雨在各个量级上的ETS评分距平都大于江淮暴雨,且华南暴雨集合成员之间的ETS评分差别也较大;大多数集合成员的模式误差在初始12 h增长最快,其后将减慢或者降低。对各成员的均方根误差(σ)距平分析表明,华南暴雨的σ距平增长相对较快且成员之间差别较大。因此从模式误差增长的角度来说,华南暴雨的可预报性低于江淮暴雨。     

广西重大锋面暴雨天气过程的特征分析

对1970~2006年汛期(4~9月)发生在广西的重大锋面暴雨天气过程作一系统分析,得出汛期广西重大锋面暴雨过程的月际分布具有明显的"单峰型,"桂北锋面暴雨明显比桂南偏多。高空深槽型是锋面暴雨的主要类型,4~9月都有此型重大锋面暴雨的发生。     

新疆一次罕见的暖区暴雨过程特征分析

2018年7月31日新疆出现了一次罕见的暴雨过程,最大暴雨中心位于新疆东部哈密市,哈密市伊州区沁城乡小堡村过程累计雨量115.5 mm,连续2个时次小时雨强29.2 mm。对比哈密市建站以来6个国家气象站历年资料发现,此次暴雨特征与以往冷锋暴雨明显不同,暴雨降水时段更为集中,强度比冷锋暴雨更强,暴雨云团为典型的中尺度云团,范围小、呈块状。由于500 h Pa西太平洋副热带高压偏西偏北,高空无低值系统和冷空气入侵,哈密市主要受西太平洋副热带高压外围偏南暖湿气流的影响,此次暴雨结合了南方副热带高压型和偏南风风速辐合型暖区暴雨的典型特征,具有暖区暴雨的热力结构和风场配置,是一次罕见的暖区暴雨过程。暴雨区偏南风风速辐合和暴雨区山区地形的抬升效应是本次暴雨重要的触发机制,700 hPa孟加拉湾和日本海南部两支水汽在华北平原汇合沿东南输送路径至暴雨区且有强烈水汽辐合。暴雨发生在云顶亮温(TBB)等值线密集区梯度最大处,越接近TBB低值中心梯度处的暴雨强度越强。     

安顺市大暴雨的时空分布特征与物理量分析

利用2009-2019年安顺市6个国家站和77个区域站的逐日和逐小时降水资料、 Micaps资料,对安顺市大暴雨的时空分布特征及物理量进行分析,结果表明：安顺市年平均大暴雨日数为10.1d,年平均影响范围为54.1站次,5-9月是大暴雨出现的集中期,6月大暴雨出现频次最高,影响范围最广,大暴雨的主要发生时段和最强影响时段出现在夜间到早晨;区域性大暴雨比局地性大暴雨出现时间晚,结束时间早,6月是区域性大暴雨和局地性大暴雨出现最多的月份,5-7月局地性大暴雨出现的频率最高;安顺主要出现单日大暴雨,持续2d以上的大暴雨只出现过16次;大暴雨总日数的空间分布有两个高频区和两个低频区,总量的空间分布与总日数基本一致,强度的空间分布呈南强北弱,总站次的空间分布呈南多北少;在5月预报大暴雨天气时要更注重分析T85和T75,6-7月产生大暴雨时对能量和中低层的水汽含量的要求高于其它月份。     

广西锋面、暖区及高压后部暴雨个例对比研究

利用常规、非常规气象资料,及高时空分辨率T639、mm5、NCEP资料,深入分析了两次华南前汛期暴雨天气过程(2010年"4.29"暴雨和2011年"5.12"暴雨)。基于这两次过程,对锋面、锋前暖区及高压后部暴雨进行了大尺度环流背景和中尺度特征对比分析,进而探讨三者在天气形势、中尺度系统发生发展机制等方面的差异及原因,以提高对华南前汛期暴雨的认识。     

基于增长模繁殖法的暴雨集合预报

采用WRF模式对2010年9月发生在河南省附近的一次暴雨过程进行了集合预报试验。用增长模繁殖方法(BGM)制作了集合预报方案1;为了充分利用背景场信息,结合时间滞后法,制定了集合预报方案2:滚动繁殖法;考虑到暴雨过程中天气形势的特殊性,结合区域空间特征,制定了集合预报方案3:区域繁殖法。这3组试验均对变量U、V、T、Q进行了初值扰动,加上控制预报,均产生了9个集合成员。试验结果表明:几种集合预报方法在预报效果上相较于控制预报都具有明显的改善,滚动繁殖法及区域繁殖法对增长模繁殖法都具有一定的改进作用,其中区域繁殖法的预报效果更优,与实况更为接近。     

四川山地暖季夜间暴雨的空间分布以及对海拔高度的依赖性

四川盆地是我国夜雨发生频次最高的地区，夜间暴雨是夜雨中可致灾并加剧防范难度的一类特殊气象灾害，但以往对四川山地夜间暴雨精细特性的相关研究较少。利用四川省2010—2019年2 165个国家及区域气象站逐小时降水资料，分区统计了四川暖季（5—9月）暴雨日夜间降水占日降水量的比例、夜间暴雨频次和夜间平均暴雨强度的基本特征，并通过趋势分析和地理加权回归等统计方法，分析了其空间分布及其与海拔高度的关系，获得以下结果：（1）四川暴雨日夜间降水占日降水量比例呈现自南向北递减的趋势，以海拔2 800 m为分界，表现为随海拔高度升高呈先增大、后减小的垂直分布特征，川西南山地与其他山地区域整体上升的变化趋势明显不同。（2）夜间暴雨频次较多的测站沿川西与川西南山地陡峭地形呈线性分布，夜间暴雨频次随海拔高度升高总体呈现减小的特征，川西山地和川西南山地的频次最大值分别出现在海拔800 m和500 m。（3）四川夜间平均暴雨强度整体随海拔的升高而减小，大值区主要位于川西山地和川东北山地，海拔700 m高度处的峰值强度主要由川西山地贡献。（4）川西山地夜间暴雨特征呈次数较多且每次强度大，川西南山地夜间暴雨为次数多但单次降水量较小，而川东北夜间暴雨的强度较大但次数较少。以上结果有助于深化对山地夜间暴雨精细特征的认识。     

极端天气预报指数和集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用北大核心

利用2016—2021年ECMWF集合预报,评估了极端天气指数EFI(Extreme Forecast Index)、尾偏移指数SOT(“Shift of Tail”index)以及集合异常预报法在浙江台风和梅雨暴雨预报中的应用效果。通过研究极端天气预报指数对浙江台风和梅雨暴雨的最优预报阈值,发现梅雨暴雨阈值比台风暴雨明显偏小,且随预报时效增加减小速度偏慢。最优阈值预报相比确定性模式预报,在台风和梅雨暴雨预报检验中体现出更好的稳定性、提前性和准确性。进一步研究发现,通过区分天气类型确定的最优预报阈值,可作为台风和梅雨暴雨落区预报的参考依据。925 hPa水汽通量散度的集合异常度对浙江台风暴雨的落区和强度变化有较好的预报效果,850 hPa涡度和700 hPa垂直速度的集合异常度可以反映稳定性梅雨暴雨的过程演变。     

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。      

一次闽南暖区暴雨的多尺度动力过程

作为气象研究中的一个难点问题,暖区暴雨的动力学一直为学界所关注。基于多尺度子空间变换(MWT)以及基于MWT的局地多尺度能量学分析和正则传输理论,对2018年5月7日的一次闽南暖区暴雨进行研究以了解其多尺度动力过程。首先将原始物理量场重建到三个尺度子空间:背景流子空间、天气尺度子空间和暴雨子空间。重构场上可以很好地看出背景环流尺度的高低空急流,以及暴雨尺度上的垂直环流。以往的研究普遍认为暖区暴雨的动力过程具有弱斜压性这一特征,而就此次事件而言,正压失稳和斜压失稳都起着很关键的作用,暴雨主要落区内既发生了正压失稳,也发生了斜压失稳。研究表明,对流层不同高度上的动力学存在差异,低层主要表现为正压失稳,天气尺度子空间与背景流子空间向暴雨子空间传输的动能相当; 中层主要是混合失稳,除正压失稳外,斜压正则传输也将有效位能从背景流子空间传输到了暴雨子空间,再通过浮力转换将有效位能转为动能,从而维持暴雨在中层的动力过程; 高层则与低层相似,但只存在背景流子空间向暴雨子空间的能量传输。      

Circulations and Thermodynamic Characteristics of Different Patterns of Rainstorm Processes in the Eastern Foot of Helan Mountain

Based on the observational hourly precipitation data and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) Reanalysis 5(ERA5) products from 2006 to 2020, 22 rainstorm processes in the eastern foot of Helan Mountain are objectively classified by using the hierarchical clustering method, and the circulation characteristics of different patterns are comparatively analyzed in this study. The results show that the occurrences of rainstorm processes in the eastern foot of Helan Mountain ar...     

浙南梅汛期大暴雨天气分型及诊断分析

利用美国NCEP再分析资料，分析计算了1960--2002年5—6月发生在浙南地区的17次大暴雨个例的天气形势场、物理量场（其中包括Q矢量散度场）。通过分析，给出大暴雨发生时的天气形势分型以及物理量场特征，并着重探讨了Q矢量场和大暴雨的关系。分析结果表明：采用温度场为主的大暴雨天气形势分型简明实用。中低层Q矢量的辐合和大暴雨的发生有着很好的对应关系，非热低压引起的大暴雨位于Q矢量辐合中心区附近，或者辐合中心区南-西南方。利用上述分析特征，指导2005年浙南地区5—6月份暴雨过程预报，取得了较好的实际效果。     

一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅰ:中国暴雨可预报性综合指数

针对当前暴雨预报检验采用二分类事件检验方法存在的双重惩罚导致评分过低,没有考虑到中国暴雨可预报性时、空分布不均,不便于对比分析不同区域暴雨预报能力差异等问题,为了发展基于可预报性的新型暴雨预报评分方法,在综合分析影响预报员暴雨预报信心的主要因素（暴雨气候统计特征、天气影响系统运动尺度特征及数值模式预报能力等）基础上,利用2008—2016年4—10月中国国家气象信息中心5 km×5 km分辨率的多源降水融合格点分析资料、站点降水观测资料和中国国家级业务区域模式降水预报资料以及扩展空间暴雨样本统计方法,构建了一种新型的中国暴雨可预报性综合指数（Synthetic Predictability Index of Heavy Rainfall,以下简称SPI）数学模型,以定量描述中国各区域的暴雨可预报性特征。SPI数学模型由暴雨气候频率、暴雨面积比率和模式暴雨预报成功指数（Threat Score,TS）3个分量组成,计算了2008—2016年4—10月SPI的3个分量及其时、空变化特征。分析结果显示:暴雨面积比率对SPI的时间和空间变化影响最大,两者偏相关系数大于0.9;其次是暴雨气候频率的影响,两者偏相关系数值为0.8左右;第三是模式暴雨预报TS评分的影响,两者的偏相关系数为0.7左右。分析还发现,SPI大值区随季节而变化,空间分布不均匀:4—5月,可预报性大值区主要分布在华南地区;6—7月,主要分布在江淮流域;7月中旬至8月,大值中心从江淮北部移到华北和东北地区;9月,副热带高压南撤,大值中心也相应南撤。      

2019年6月桂林三次强降水天气成因对比分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP再分析资料,对桂林2019年6月6-12日接连3次强降水天气过程的环流背景、影响系统与形成原因进行了对比分析。结果表明:(1)3次过程按影响系统分属暖区暴雨、低涡暴雨和锋面暴雨过程,均发生在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区。(2)3次过程均受500 hPa短波槽和地面中尺度辐合线影响,但第1次过程中西南急流及地形等、第2次过程中低涡切变线、第3次过程中冷锋也起到重要作用。(3)3次过程的触发系统不同,第1次暖区暴雨过程迎风坡地形对其起触发作用,西南急流使得后向传播的对流云带维持;第2次低涡暴雨过程的触发系统为低层位于贵州一带的西南涡,西部冷空气侵入与西南急流加强是低涡对流云团维持较长时间的原因;第3次锋面暴雨的触发系统为冷锋,锋面配合锋前暖湿气流使对流云带加强。(4)第1次过程暖区暴雨MCS模态主要为线状后向扩建类,极端强降水出现在线对流中后端;第2次过程低涡暴雨MCS模态为涡旋类,极端强降水出现在涡旋中心附近;第3次过程锋面暴雨MCS模态由前期后部层云区线状对流转为层状云包裹对流系统,强降水发生在线对流弯曲或中心强回波处。     

近30年中国暴雨时空特征分析

利用1981—2010年全国2400多个站的降水资料,分析了暴雨过程和暴雨日的年、季、月气候分布及变化特征,结果表明21世纪以来南方地区暴雨过程明显增多,但以短持续性强降水过程为主,尽管总暴雨日较多,但总降水量不及20世纪90年代。年(月)降水量与年(月)暴雨日数变化趋势基本一致,但在江南春雨阶段平均雨量大,暴雨日数相对较少。最大年暴雨日数分布与年平均暴雨日数分布极为相似,呈现出南多北少东多西少的特点,但数值上是平均暴雨日数的两倍,甚至更多,并且受地形影响,呈现出多中心特点。由于受影响的天气系统不同,即使是同一省的不同地区最大月平均暴雨日数出现的时间也不尽相同。2000年以后暴雨日数总体呈增加趋势,一年中暴雨开始时间早,结束晚,暴雨出现的时段较以往更长。在近年来极端降水事件及次生灾害频发的背景下,详细了解暴雨的年、季、月平均分布、最大值分布及时空变化特征,可以为定量强降水的预报提供更好的气候背景参考。