一类降水过程多尺度天气系统结构特征

对2010-2013年弱冷空气影响造成降雨过程,采用统计分析和典型个例分析相结合方法,分析了降水过程中大、中、小尺度天气系统的结构特征。结果发现：（1）不同尺度天气系统一般都具有明显的结构特征,天气系统结构的配置与降雨强度存在对应关系;（2）在A类天气形势下,斜云带更有利强降雨的产生,横云带的降雨强度相对较弱,逗点云系容易产生较强降雨;（3）弱冷空气影响过程中,在地面通常有中尺度负变压区形成,对流主要发生在中尺度负变压区内,以线状对流为常见;（4）约有半数以上的强、中降雨过程有低空急流出现,但也有低空急流出现并无强降雨现象,低空急流与降雨强度呈弱相关的统计关系。     

秋季渤海海效应降雨的统计特征及形成机理

利用综合观测资料统计分析了1999—2020年秋季31次渤海海效应降雨过程的基本特征,通过典型个例分析揭示了海效应降雨的形成机理,并与渤海海效应降雪进行了比较。结果表明:(1)秋季渤海海效应降雨发生在10月中旬至11月,以11月中上旬发生频率最高;10月为纯雨,11月可产生纯雨,也有雨转雨夹雪(雪)或雨雪共存的天气过程;海效应降雨分布在山东半岛北部沿海地区,过程降雨量均为小雨,持续时间不超过1 d。(2)海效应降雨发生时的冷空气强度比海效应降雪弱,降雨时山东半岛850 hPa的温度10月在-1 ℃左右,11月在-6 ℃左右;11月发生雨转雨夹雪或雪时,850 hPa的温度一般为-9~-8 ℃,地面气温集中在2~4 ℃之间。(3)典型较明显的渤海海效应降雨过程环流形势表现为500 hPa冷涡、850 hPa西北冷平流和地面冷高压,强冷空气入侵渤海和山东半岛,790 hPa以下北部沿海地区产生浅层对流不稳定,风向风速辐合触发不稳定能量而产生海效应降雨;强海效应降雨时段北部沿海地区对流层低层存在偏东北风与西北风之间的切变线及明显的风速辐合,最大雷达反射率因子为45~50 dBZ。(4)渤海海效应降雨的环流形势、水汽来源、热力、动力及雷达径向速度特征与海效应降雪基本相同,主要差异在于海面温度和冷空气强度。渤海海效应降雨的预报关键期为10月下旬至11月。     

高原降雨天气过程中总体输送系数的变化特征

以中日亚洲季风机制合作研究计划设在西藏的4个自动气象站（AWS）获得的近6年（1995年7月-1999年6月）观测连续、时次密集的近地层大气梯度观测资料为基础,选取了高原中、东部夏季雨季的一些典型降雨过程,应用廓线-通量法计算了这些站降雨过程中每隔20min一次的总体输送系数,分析了其随层结稳定度、地表粗糙度以及在降雨天气过程中的变化特征。结果表明：总体输送系数的变化与近地层大气层结稳定度、地表粗糙度具有确定的、密切的关系;总体输送系数对降雨天气过程有明显的响应,但在与降雨过程的雨量峰值、降雨时段的对应上,各站的规律性略有不同。     

天津市降水特征及人影作业影响分析

利用天津市1986-2008年13个测站日降水资料,总结天津市降水特征并分析人影作业影响因子在其中产生的影响.结果表明:天津市降水空间分布不均匀,东西方向差异小,南北方向差异较大,雨量由北向南呈现递减趋势,且北部等值线密集,南部稀疏,雨量递减的速率由北向南减慢.降水季节性差异较大,降雨量和降雨日数都集中分布在夏季,春秋两季降雨次之,冬季降雨最少;人影作业未改变天津区域雨量相关系数,对空间分布影响较小,这与天津的作业特点有关;人影作业会对雨型概率分布产生影响,对1986-2001年和2002-2008年两个时期的各个雨型降雨日概率进行对比分析,结果表明,人影作业后的小雨降雨日概率相对较小,中雨以上的降雨日概率相对较高,但这些差别并不明显.     

应用全型散度方程诊断鄂东北一次梅雨强降雨

利用0.5°×0.5°GFS分析资料和常规气象观测资料,分析2013年7月5—7日鄂东北梅雨连续暴雨过程。结果表明:1降雨具有比较明显的日变化,夜间加强,白天减弱;鄂东北低层辐合也有与降雨强度一致的日变化特点。2散度变率在高层出现正值、中低层出现负值有利于降雨加强,且这种变化比暴雨发生稍有提前。一般傍晚散度变率在低层即出现负值,这有利于夜间低层辐合加强。3利用全型散度方程2项组合诊断发现,虽然非线性平衡方程偏差项确是散度变率的主要项,但在降雨开始阶段只有余项在低层出现较为明显的负值。4利用全型散度方程4项组合诊断发现,边界层水平风场辐合是降雨启动因子之一;非地转平衡项在近地面出现较大正值对于降雨减弱有较好的指示;与垂直运动有关的项在降雨峰值阶段中层负值较大。     

风廓线雷达对降水相态变化的观测分析

利用北京延庆风廓线雷达资料对2012年11月3日地面由降雨转为降雪的过程进行宏观和微观结构分析。结果显示:风廓线雷达的强度和速度产品能够很好地监测、诊断降雨到降雪相态变化的持续时间。降雨发生前,风廓线雷达反射率、信噪比、谱宽等因子均表现为不连续特征;地面降雨发生时,800~1000 m高度上出现明显的反射亮带;随着亮带的消失,地面降雨转变为降雪。地面降雨阶段,回波功率密度谱图呈现分层结构,1300 m以上表现为固态粒子特征,700 m以下为液态粒子,分层的高度与温度存在密切的关系,一般在274~275 K的环境内为融化层,融化层功率谱密度变化最为明显。另外,北京近3年层状云降水条件下.降雨和降雪阶段的垂直径向速度和信噪比数据统计表明,降雨发生时径向速度的范围一般在3~6 m·s~(-1)之间,信噪比在15~25 dB;而降雪发生时垂直径向速度值较小,在0~1.5 m·s~(-1),信噪比在3~15 dB之间。     

2015年10月29日弱降雨前后的层状云微物理参数反演和分析

利用Ka波段毫米波云雷达和微波辐射计资料对2015年10月29日安徽寿县的一次弱降雨过程的云参数进行了反演,所采用的反演方案是单参数法和双参数法。论文先介绍了单参数和双参数反演方法,然后反演了降雨前后的云微物理参数,对比分析表明：（1）降水发生前云滴数浓度较大,典型值1 000个·cm^-3左右,有效半径小于4.5 μm;（2）降雨后,云滴数浓度显著减小,典型值在500个·cm^-3左右,但有效半径略增大了1~1.5 μm;（3）云中含水量的变化不明显,降雨后略增大,增加量在0.1 g·m^-3以内; （4）降水发生前,云微物理参数随高度的起伏较大,降水后的廓线比较平缓,显示出降雨后的云层动力特性更稳定。     

华西秋雨天气过程中GPS遥感水汽总量演变特征

利用成都地区地基GPS观测网2007年9-11月的观测数据, 结合自动气象站资料计算出30 min间隔GPS遥感的大气水汽总量(GPS-PWV)。将成都地区秋季降雨分为阵性降雨和连续性降雨(秋绵雨), 结合其他气象要素资料, 分析了GPS-PWV变化与成都秋雨之间的关系。结果表明:高值的水汽总量是产生降水的必要条件; 不同的降水过程, GPS-PWV的变化幅度、极值水平和持续时间存在明显差异。水汽的增长、上升运动的增强和温度的减少是造成阵性降水的主要原因; 而秋绵雨过程中, 水汽的增长和地面露点温度差与降水过程有较好的对应关系。     

ATOVS资料的变分同化对一次暴雨过程预报的影响分析

利用ATOVS卫星辐射率资料和T213资料,采用GRAPES 3D-Var同化系统和中尺度暴雨数值模式AREM设计了直接用T213做初始场的控制试验和以T213做背景场直接同化ATOVS辐射率资料的同化试验,对2005年7月9—10日发生在湖北西部-河南南部的一次大暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明,直接同化ATOVS辐射率资料获得的分析场可有效改进温度场和湿度场的分布,尤其是对海上、高原等地的改进明显。对比试验结果表明,同化试验较控制试验可更好地模拟出暴雨的天气形势、主要影响系统,对降雨的落区、强度、暴雨发生时段有更好的反映。     

基于芝加哥法的桂林市短历时暴雨特征分析

利用桂林气象站1957-2014年逐分钟降雨资料,运用线性倾向估计、M-K突变检验方法分析了桂林市短历时暴雨变化特征,采用芝加哥法推算了重现期2a,历时30-180min的暴雨雨型。结果表明:(1)桂林市各短历时最大降雨量均呈增加趋势,30-90min最大降雨量增加趋势较为显著,120-180min最大降雨量增加趋势不明显;(2)各历时前10个降雨极值在1986-2014年间出现的个数大于1957-1985年间,降雨极端值均出现在1978年以后,各历时年最大降雨量变化均未有明显的突变;(3)桂林市短历时暴雨雨型为单峰型,30-90min雨峰位置降雨量随着历时的增加而增加,90-150min雨峰位置降雨量随着历时的增加先减少后增加,雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位;(4)30min和60min降雨过程的累积降雨量一开始出现激增变化,随后增速趋于平缓,历时90-180min降雨过程的累积降雨量经过平缓增加-激烈增加-平缓增加的过程。     

派比安降雨桂南明显差异原因初探

通过对大气环流形势特征、卫星云图和物理量场诊断结果对比分析,发现台风登陆后云图特征:云系显得松散,中南半岛没有云团向广西移动,低纬没有降雨云系流入位于广西的台风云系中;环境场中的下沉气流;西南急流的缺失造成水汽条件的不充分是位于桂西南的崇左市此次降雨量级明显偏小的主要原因。降雨分布和降雨强度与500hPa的垂直速度和850hPa的水汽通量有较好的对应关系。     

对2005年9月初鄂东一次连续大暴雨的诊断分析

应用湖北省鄂州、武(自动站雨量资料,常规气象资料,以及T213格点分析资料,对2005年9月初“泰利”热带低压引起的鄂东连续大暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:热带低压北侧东南风与东北风之间的倒槽以及倒槽附近的偏东风低空急流是造成大暴雨的主要影响系统;鄂东区域湿层平均温度露点差变化与降雨强弱变化基本一致;武(等观测站中、低层△θse(500-850)零线过境前后出现降雨峰值;鄂东连续大暴雨期间,地面冷空气较为活跃。     

一种短历时降雨综合评估方法在广州市的应用

基于广州市5个国家气象站1981-2015年逐小时降水资料,应用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验等方法对广州市气象站不同历时降雨年际变化特征进行分析,应用百分位法建立了一种基于降雨极值和降雨持续时间的短历时降雨综合等级评估方法,并使用此方法对2007-2011年广州市21次降雨过程进行综合评估,同时对灾损因子和短历时降雨因子进行相关性分析。结果表明,广州市短历时强降雨发生频次和极值均呈现上升趋势,其中1h强降雨频次上升趋势最为显著;综合等级评估方法对短历时降雨灾情具有一定的指示作用;短历时降雨持续时间和6h降雨极值与部分灾损因子相关系数较高。     

汉江流域极端水文事件时空分布特征

利用1960-2012年汉江流域15个气象站点的日降雨资料和3个水文站同时期日径流资料,分析了9个极端降雨指数的空间分布规律,运用广义极值分布（GEV）、Gamma分布两种极值统计模型对各站点的最大1 d降雨、最大3 d降雨极值样本进行拟合,遴选描述降雨极值分布规律最优概率模型,进而推算给定重现期下的降雨设计值,并分析其空间分布规律;选用Gumbel、Clayton和Frank这3种Copula函数建立降雨-洪量极值联合分布模型,优选最合适的Copula函数,由此计算给定重现期下的洪量设计值。结果表明：GEV分布模型能更好地模拟降雨极值序列,不同重现期下的降雨极值在空间上均呈西低东高的特征;3种Copula函数中,Frank Copula函数能更好地拟合降雨-洪量相关关系,由此推求的洪量设计值大于单变量拟合设计值。     

陕西黄土高原诱发地质灾害降雨临界值研究

利用陕西黄土高原47 a地质灾害和相对应的降雨资料,在陕西黄土高原地质灾害易发区划分基础上,采用面平均雨量确定各易发区的诱发地质灾害的临界降雨量,各易发区的临界雨量有明显的地域性差别;滑坡和崩塌的临界雨量明显不同,一般滑坡临界雨量均高于崩塌;高易发区的临界雨量并不一定低于中易发区和易发区。利用相关统计分析和日综合雨量方法,确定诱发地质灾害的降雨临界值,诱发滑坡的降雨启动值、加速值、临灾值分别为25、35、65 mm,诱发崩塌降雨启动值、加速值、临灾值分别为15、30、50 mm。     

基于降雨强度与历时的红层区滑坡降雨阈值分析——以普洱为例

普洱位于云南西南部,境内岩浆岩分布广泛。地质构造不仅复杂,也是典型的红层易滑区。本文利用普洱市2009—2014年降水量和滑坡资料,采用Caine阈值曲线和聚类分析方法,分析了红层区降雨型滑坡特征及确定降雨型滑坡的降雨阈值曲线,以期为红层区降雨型滑坡的预报预警提供理论依据。通过统计分析得出:(1)研究区域滑坡灾害主要集中在哀牢山群、无量山群及澜沧群,并属相应断裂带上。(2) 7—9月滑坡灾害发生最为频繁,占发生总量的77.1%。(3)滑坡灾害可分为短历时强降水型,中等历时弱降水型和长历时弱降水型、非降雨型滑坡,通过统计分析得出全市有40个滑坡事件与降雨无明显相关关系(0.7%)。(4)使用改进后的Caine模型研究了区域滑坡降雨阈值曲线,得到4类曲线:I=85 D~(-0.874)、I=45 D~(-0.811)、I=27 D~(-0.782)、I=12 D~(-0.774)。其最低阈值高于Guzzetti全球阈值,但较Caine全球阈值略低,最高阈值较福建台风型降雨滑坡阈值高。     

T213预报产品在电力负荷预测中的应用

用2005—2006年4—9月准东电网负荷资料和T213预报产品资料,建立日平均有效时间序列数据,对电力负荷与T213主要预报因子的相关性进行了分析,筛选出影响该地区负荷变化的重要预报因子为700 hPa水汽通量、850 hPa水汽通量和降水量,建立日平均电力负荷变化的预报方程。对2007年进行试报,负荷变化趋势与实际一致,但对负荷发生明显波动的预报有时出现偏差,原因是T213对降雨天气预报有误所致。提出改进方案,采用模式与预报员经验相结合,从气象观测要素中再筛选出新的降雨因子,与T213重要预报因子重建预报方程,再次试报结果更接近实况。对2007年4—9月预报误差进行分析得到,计划负荷平均误差为11.5%,T213建模平均误差为8.2%,通过改进后重新建模的平均误差为6.4%。在降雨天气条件下,计划负荷误差22.3%,T213建模误差13.4%,而改进后的预测误差降低到8.9%。     

GPS遥感大气可降水量在暴雨天气过程分析中的应用

利用北京市气象局地基GPS监测试验网遥感大气可降水量（PWV）数据,分析2004年汛期暴雨天气过程PWV的变化特征及其与降雨量、降雨强度的关系;通过分析地面、高空的位势高度场、风场,以及比湿外水汽通量Q及水汽通量散度AQ等物理量诊断场分布,研究天气系统与大尺度水汽输送、辐合的关系,大尺度水汽输送、辐合与PWV变化的关系;探讨GPS遥感大气水汽资料在预报强降雨天气过程中的应用。得出：PWV的增长方式受当地天气系统的支配和制约,对于明显降雨过程,当地面、高空天气系统有利于暖湿空气的输送时,在北京附近形成等湿度线密集区,PWV逐渐增长（降雨开始前的13-24h）的趋势;当地面、高空有辐合系统东移或生成,或有中小尺度天气系统影响时,PWV显著增长（降雨开始前的3～4h）;当PWV大于某阈值后出现较强降雨,PWV值及增量的大小与降雨量的大小没有明显的关系。     

佛山市2014年秋季连阴雨天气环流和水汽特征分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和国家站观测数据,对佛山市2014年秋季的一次连阴雨天气进行时空分布、环流背景和水汽条件分析。结果表明:该次过程的累计降雨量比常年同期偏多200%～700%,北部的降雨大于南部地区,温度的变化总体上为先明显下降再缓慢回升;11月1—12日中层波动频繁以及近地面层弱冷空气活跃是该次连续阴雨天气的主要成因,较明显冷空气影响、中层西北风大风速带建立标志着阴雨天气结束。连阴雨期间在降雨强度大、降雨时间集中时段均有深厚的湿层和明显的水汽辐合;而在降雨停歇时段,700 hPa位势高度相对湿度小于90%,且925 hPa为一致的水汽辐散。     

柴达木盆地东北缘山区和平原区雨滴谱特征对比研究

利用2020年7-9月在柴达木盆地东北缘宗务隆山不同海拔处的雨滴谱观测资料,对不同降雨强度下不同粒径雨滴微物理参量的贡献、粒径-粒子数浓度平均谱、微物理特征参量和反射率因子-降雨强度（Z-R）关系展开研究。结果表明：雨滴数密度主要由小雨滴贡献,中雨滴和大雨滴则是反射率因子Z、降雨强度R和液态水含量W的主要贡献,大雨滴对Z、R和W的贡献在海拔较高的山区站占比更高。山区站在小雨、中雨和大雨时的谱宽更宽,且在不同降雨强度下大雨滴端的粒子数浓度要更高,地形的抬升对较大雨滴的N(D)有明显的促进作用。质量加权平均直径（Dm）随海拔升高而增大,R更高时雨滴直径也越大。广义截断参数（Log10Nw）会随降雨强度升高而先增大后有所减小,较小雨滴是构成降雨的主要来源,柴达木盆地降雨有其独特的雨滴谱结构特征。山区站Log10Nw与Dm的分布更为离散,且山区站相比平原站Log10Nw偏低而Dm偏高。若采用统一的降水估测公式Z=300R1.4会产生对降雨量的高估,山区站点降雨的高估更严重。