中尺度对流系统演变中的非线性对流对称不稳定

应用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式用数值试验的方法分析了中尺度对流系统中非线性对流-对称不稳定的发展, 结果表明, 非线性对流-对称不稳定的发展过程首先是对流的发展, 为对称不稳定的发展创造了条件, 而对称不稳定发展的结果使对流组织化, 环流加强, 生命史增长, 并且对流发展与对称不稳定的释放存在一个正反馈过程, 从而给出了其中物理过程相互作用的概念模型.     

青藏铁路沿线地面气温演变的非线性振荡规律研究

将描述局地气温变化的非线性振荡方程应用到青藏铁路沿线9个测站(安多、当雄、托托河、班戈、格尔木、那曲、西宁、拉萨及五道梁)局地年气温演变研究中，根据各测站1966—1997年逐年年气温距平资料和反演理论获得具体描述各测站局地气温的非线性振荡方程。在不考虑外源强迫项的情况下，以经典非线性力学理论为依据，研究青藏铁路沿线9个测站的气温演变规律。结果表明，青藏铁路沿线9个测站局地气温系统是明显的非线性系统，其演变周期大致在3～6年之间，气温振幅随时间增加而衰减。其平均预报准确率为75．4％，有较好的预报能力。     

应用非线性振荡理论研究云南局地气温的演变规律

将描述局地气温变化的非线性振荡方程应用到云南省17个测站局地气温演变研究中,根据各测站1958年1月—2000年12月逐旬气温距平资料和反演理论获得具体描述各测站局地气温变化的非线性振荡方程。以经典非线性振荡理论为依据,研究了云南省17个测站的局地气温演变规律。结果表明,云南局地气温系统是弱的非线性系统;其演变的固有周期大致在6～10旬之间;在无外源强迫的条件下,云南局地气温振幅随时间增加总是衰减;考虑外源强迫的作用后,云南局地气温系统在其演变过程中只随外源强迫的振荡而振荡。应用反演获得的描述各测站局地气温变化的有外源强迫非线性振荡方程做出未来云南局地气温演变趋势预报,其平均预报准确率约为78．9％。说明该模型具有良好的预报能力和预报稳定性。     

对流温度在局地热对流降水预报中的应用

热对流降水是副热带高压控制下常见的一种天气现象,突发性强且时空尺度小,是目前天气预报业务中的难点。本文尝试使用对流温度（Tc）预报热对流降水。首先改进了 MICAPS3中Tc 的算法。然后使用2004—2013年7—8月南京站的探空和地面观测资料,探讨了在副热带高压控制下时使用Tc 预报热对流降水的可行性。结果表明,南京站热对流降水发生的气候平均概率约为1／6;热对流降水的发生概率随日最高温度（Tmax ）与Tc 的差值先增大后减小;当Tmax比Tc 低0．5℃以上时,发生概率低于平均概率;当Tmax比Tc 高0．5～1．5℃时,热对流降水的发生概率最大,达到了40％。Tmax＞30℃、Tmax－Tc＞－3．5℃是副热带高压控制下的热对流降水发生的两个必要条件。另外,对34个热对流降水的统计表明,热对流降水主要出现在每日13—18时,平均持续时间为50 min,平均降水量为7．8 mm。     

层状云中对流泡特征及其在降水场中的作用

层状云中夹有对流泡对整个雨系降水的启动、发展以及降水场的分布、变化有很大作用，对寻找人工增雨最佳人工影响潜力区也有特殊意义。该文在总结大量历史资料的基础上，利用雷达、卫星、地面实况、天气、机载云雨探测和数值模拟等各种手段，对层状云中夹着的对流泡进行系统深入地研究，进而为人工增雨作业提供依据。     

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及 ERA5 再分析资料,对 2019 年海上卫星发射气象保障过程中 6 月 1 日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明：1）辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2）潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3）聊城风暴进入烟台后传播方向与 850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4）在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

不同深对流参数化方案在降水预报中的比较试验

用中尺度模式（ＭＭ５）与国家气象中心全球谱模式相嵌套,对华东地区２７个测站两个月（１９９７年３月和７月）的降水预报,进行了３类深对流参数化方案的比较试验,发现不同深对流参数化方案对降水预报质量的影响存在一定的差异,而且这种差异在７月份要比３月份明显。     

首都机场浓雾中的能见度突发性振荡及其演变规律

利用2000—2011年北京首都机场每分钟的自动观测资料,对影响首都机场的52次浓雾过程进行分析,发现浓雾的形成、发展和消散过程中能见度演变具有突发性和振荡性的特征。浓雾中的能见度振荡可分为前导振荡、中间振荡和后位振荡,三者所占比例分别为86.5%、62.5%和79.2%。冷季浓雾比暖季浓雾具有更明显的温度振荡,在影响首都机场的34次冷季浓雾中,有61.8%的个例具有温度的振荡。辐射雾中温度振荡超前于能见度振荡,而平流雾来临前有温度振荡,雾发生时温度振荡不明显。根据统计结果本文定义了浓雾振荡指数DFOI,并发现DFOI为±0.2可以作为首都机场浓雾临近预报的阈值,使用该阈值可以将首都机场2000—2011年的浓雾预警平均提前1~2 h。根据2012年1月的实际预警测试,发现单独使用该指数无法区分浓雾、降雪和霾过程,今后在雾的预警过程中还需要引入其他指数。     

积云模式在人工增雨中的应用研究

采用胡志晋的一维时变双参数积云模式,利用福建省１９８５～１９９４年间的夏秋旱期可能出现的１２种天气类型（台风除外）对测站（福州）为主的十年旱期出现的积云降水日（Ｒ≥０．１ｍｍ）进行分类,并按１２种天气类型分别调试的结果（降水预报率达７５％以上）,经催化试验,确定福建省旱期积云降水的物理特征,人工增雨催化的方法、催化剂量和催化窗口,得到了一些有意义的结果,并根据催化试验的结果采用ＮＤＰ－ＦＯＲＴＲＡＮ和ＢＯＲＬＡＮＤＣ＋＋交互使用的方法,将云模式业务化成人工增雨指挥系统中的积云模式分系统,该系统可以进行旱期积云降水预报,人工增雨效果检验和作业方法的选择。     

降尺度技术在月降水预报中的应用

着重介绍月动力延伸数值预报模拟技巧较高的大气环流在局域降水方面的降尺度（downscaling）应用。克服动力降尺度和统计降尺度技术的缺点,从动力与统计相结合的角度,给出月尺度大气环流与局地降水之间的关系,该联系有清楚的动力学背景和天气学意义。120个月的历史实况资料回报试验证明了该关系的合理性。T63/NCC月动力延伸形势场集合预报进行中国降水的降尺度应用亦取得了较好的结果。     

TRMM/PR资料在中尺度模式中的应用

将中尺度非静力模式MM5中的积云参数化Grell方案作了改进,使它含液态水含量,并用该模式对1998年6月29日08：00～30日08：00(北京时,下同)和7月1日08：00～2日08：00发生在淮河流域的两次特大暴雨进行数值模拟研究,同时通过采用不同高度上的Z—qr关系式将TRMM／PR(Tropical Rainfall Measuring Mission／Precipitation Radar)雷达得到的反射率资料计算出比含水量qr,然后用qv=qv qr取代原模式中的比湿qv。结果表明,将TRMM／PR雷达资料加入模式后,由于PR雷达具有较高的空问分辨率,能够很好地反映中小尺度系统的空间结构,使湿度值接近实际,缩短了中尺度系统的发展时间,使得模拟出来的降雨强度、雨量中心位置以及雨带形状更接近实况。     

降水资料同化在GRAPES-MESO模式中应用试验研究

利用国家气象中心中尺度业务数值预报模式GRAPES-MESO v3.0,以2010年6月1～30日为例,开展地面降水率1DVAR(one-dimensional variational assimilation)同化方案在GRAPES-3DVAR(three-dimensional variational assimilation)同化系统中的应用试验研究(ASSI试验),并以未加降水资料同化的试验为对照试验(CNTL试验),以评估全国1h加密雨量资料在模式中同化应用的效果。结果表明:1)在相对湿度背景误差和降水率观测误差范围内,1DVAR同化方案能够对湿度廓线进行有意义的调整,使分析降水向观测降水靠近;ASSI试验对初始温、压、湿、风场的修正主要为正效果;2)对2010年6月17～21日江南、华南连续性降水过程进行了分析,整体而言ASSI试验对逐日及逐时降水强度的预报普遍强于CNTL试验,与实况更加接近;3)ASSI试验对2010年6月1～30日08时起报的0～24 h模式预报的小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨各个降水量级TS评分及ETS评分相比CNTL试验均有较明显提高,预报偏差也更接近于1;4)ASSI试验较CNTL试验能更好地模拟雨带的分布、雨带演变特征和降水强度的变化;5)对降水所做的典型个例和统计检验分析从不同角度说明了地面降水资料1DVAR同化方案在GRAPES-3DVAR系统中的应用改善了GRAPES-MESO v3.0的降水模拟效果。     

水文模型中雨量资料的解集分析及应用

分布式月水文模型由于时段长,雨强均化,导致在淮河流域的应用中,网格计算径流深出现了许多不合理的零值.利用解集方法,对月降雨资料进行解集后运行水文模型,其计算结果更加合理.并应用1998年淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)加强观测资料对模型进行了验证.     

广义极值分布在重庆短历时极值降水中的应用

利用广义极值分布函数拟合1981—2016年重庆34个国家气象站短历时(1、3、6、12 h)极值降水序列,对拟合结果进行显著性水平检验,并给出不同重现期极值降水的空间分布。结果表明:广义极值分布函数能较好地拟合重庆地区的短历时极值降水。随着降水历时的延长,服从Weibull分布(Frechet分布)的站点数逐渐减少(增加)。各短历时不同重现期降水的空间分布具体表现为10 a以下及20 a以上基本相似,位于长江沿线以北的重庆西北部地区降水量明显大于重庆长江沿线以南地区,且渝东南降水的相对大值区位于彭水地区。随着重现期的增加,降水中心更加集中,渝东北的大值中心随着历时的延长向北移动。广义极值分布函数的形状参数的绝对值接近或超出0.5时,计算的高重现期(大于样本长度)极值降水存在较大偏差;当不同历时降水拟合的形状参数值具有明显差异时,高重现期降水可能出现与客观规律相悖的现象。     

雷达估测降水在区域站降水质控中的应用

利用高分辨率雷达定量估测降水的格点数据,与自动站实际观测到的降水量进行分析对比,发现雷达估测降水映射得到的自动站估测小时降水量与自动站实际观测的小时降水量的比值服从正态分布,以此来反推区域自动站实际观测的小时降水量的可信程度,并通过建立回归方程来对那些降水失真自动站作估计。以“菲特”台风期间的区域站降水量为例作了分析计算,结果表明雷达定量估测降水对自动站实际观测降水有良好的质控效果,值得进一步分析研究。     

昆明冬季降水相态识别判据研究

利用昆明气象站1952—2013年冬季的降水及天气现象资料,统计分析了昆明冬季降雪的气候特征。利用1980—2013年高空、地面资料,选取500 hPa温度、700 hPa温度、0℃层高度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度和日平均温度6个物理量,针对雨和雪的降水相态进行统计分析,采用降雪TS评分最高的原则确定物理量的阈值。对每个单一判据给予不同的权重,采用权重线性法设定降雪的综合判据,通过对6个物理量降雪判据进行不同的组合试验,并考虑到综合判据的业务化,最终选定700 hPa温度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度3个单一判据组合为综合判据,并用中尺度WRF模式对2014年的13次降水天气进行了降水相态判别检验,结果表明综合判据可为昆明冬季降水相态客观预报提供较好的参考。     

DERF产品在贵州降水主分量逐步回归预报模型中的释用

从短期气候预测业务面临的实际问题出发,针对月尺度气候预测,通过多元逐步回归统计方法对1981~2010年贵州省降水主分量与NCEP/NCAR再分析资料的500 h Pa高度场建立预报模型,进而将该预报模型分别应用到2007~2013年5月16日、21日、26日起报的DERF产品500 h Pa高度场中,以检验不同起报时间DERF产品的预报能力。结果表明:贵州83站6月降水量EOF前5个模态的方差累积贡献率均达到了65%以上,PC1与同期6月降水量标准化序列的相关系数达0.955。贵州6月降水量与副热带高压位置以及中高纬度大气环流密切相关。释用DERF产品发现,该产品对贵州6月降水主分量具有一定的可预报性,其中5月26日起报的预报效果较好,其与同期NCEP/NCAR拟合值和实况值的相关系数分别为0.76和0.53。对2007~2013年5月26日起报6月的DERF产品释用预报结果进行Acc和Ps评分检验,发现除2008年预报评分较低外,其余6 a预报评分较好,Acc平均为0.45,Ps平均为82.0,尤其是2007年和2009年DERF产品释用的预报Ps评分分别达83.9和83.5,表明DERF产品在贵州降水主分量逐步回归预报模型中的释用具有较好的预报能力。     

云凝结核浓度对WRF模式模拟飑线降水的影响：不同云微物理参数化方案的对比研究

采用WRF模式模拟一次影响中国广东省的飑线过程, 分别选取Morrison、 Thompson07、 Thompson09和WDM6云微物理方案实施了四组试验, 每组试验包括不同云凝结核（CCN）浓度的三次模拟, 称为 “低浓度”、 “中浓度” 和 “高浓度”, 将模拟区域划分为深对流、 浅对流和层云区域, 对比分析四组试验中CCN浓度变化对模拟的总降水量、 不同区域降水率和不同区域面积的影响, 进一步分析了云微物理过程、 动力环流强度等受CCN浓度变化的影响。发现: （1） 由于不同云微物理过程与CCN浓度有着直接或间接的联系、 不同云微物理过程之间存在复杂的关联、 云微物理过程与动力环流之间发生非线性耦合, 采用不同的云微物理方案导致模拟的CCN—降雨影响既有相似、 也有差异; （2）模拟的CCN—降水影响在采用Thompson09和Thompson07方案时更显著, 采用WDM6方案时最小; （3）四组模拟试验均出现CCN浓度增加延迟降水产生、 初期降水减弱的情况, 在模拟后期降水量也随着CCN浓度增加而减小, 而飑线成熟阶段CCN—降水影响更加复杂。