基于因子分析的广东省短时强降水预报模型及其业务试验

利用每天4次0.125°×0.125°的ECMWF-Interim再分析资料和广东省2009—2018年地面气象站逐时雨量观测的短时强降水数据集,针对广东不同季节、不同地域的短时强降水,以提高命中率同时控制虚警率为目的,提出基于显著性和敏感性评价的物理量优选和因子分析法,用于构建分期、分区的广东短时强降水概率预报模型....     

2010—2019年浙江暖季短时强降水特征分析

利用2010-2019年浙江省暖季(5-9月)1426个国家站和区域站小时雨量数据和NCEP 1° X 1°逐日4次再分析资料,分析了浙江省暖季短时强降水、极端短时强降水时空分布特征及区域性短时强降水事件,结果表明:①近10年暖季短时强降水频次呈增多趋势,降水强度变化平稳;8月(上旬)降水频次最多,9月(中旬)强度最强...     

龙川枫树坝水库库区短时强降水的特征分析

利用2010—2014年枫树坝水库周边自动站逐时降水数据及NCEP 1°×1°再分析资料对水库库区短时强降水的特征进行了分析,结果表明:枫树坝水库库区短时强降水具有明显的季节性和日变化特点,频次和日数都在6月份达到一年中的1个峰值,最易发生在下午到傍晚时段;短时强降水频次空间分布表明靠近水库山前迎风坡及水库周围的平原地区是短时强降水发生的高频区;根据500 h Pa环流特征来划分产生短时强降水的大尺度环流特征,可分为西风槽型、副高边缘型、高压型、热带气旋型和东风型5种类型。     

桂林重大短时强降水时空分布特征

利用常规气象观测资料、区域气象自动站资料和MICAPS格式资料,对2018—2022年广西桂林重大短时强降水时空分布和形成机理进行分析。结果表明,近5a桂林重大短时强降水2019年出现频次最多,2018年最少;重大短时强降水天气出现在2—9月,6月最多,其次是5月和7月。日变化特征明显,01时频次最多,其次是02时和03时,夜间频次多于白天,下半夜频次多于上半夜。桂林重大短时强降水具有明显的空间分布特征,总频次大值区位于资源南部的中峰-兴安北部-灵川北部-市区-临桂北部-永福一线,比传统暴雨带位置更偏北。重大短时强降水发生频次与地形有关,在迎风坡越城岭东南侧,边界层偏南风与地形辐合的地方易出现重大短时强降水。     

西北地区东部短时强降水概念模型

利用2001-2011年NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料对影响西北地区东部的天气环流形势进行分型,分析了各类天气型下短时强降水的时空特征和气候特征,以短时强降水发生的时间和环流状态为着眼点,结合能量天气学理论分类建立了西北地区东部短时强降水的低涡型、低槽型、两高切变型和西南气流型等4类天气学中尺度概念模型。结果表明:西北地区东部区域性短时强降水事件的天气型有明显的季节性特点和区域性特征。时间上,春末夏初和秋季主要为低槽型短时强降水,而盛夏主要为西南气流型和两高切变型;空间上,戈壁荒漠区以低槽型短时强降水为主,青藏高原东北边坡区以西南气流型为主,而黄土高原区和秦岭以南区以西南气流型和低槽型为主。     

冷涡背景下东北地区短时强降水统计特征

利用2011-2020年6-8月全国2400个地面自动站观测的逐小时降水资料和常规观测,结合美国NCEP/NCAR 1°×1°的6h间隔再分析资料,基于站点统计了冷涡背景下东北地区短时强降水的时空分布特征.然后着眼降水落区,基于冷涡位置、形状、发展阶段以及与热带系统的相互作用等将冷涡短时强降水分为西北气流型、纬向型、南...     

南疆短时强降水概念模型及环境参数分析

利用南疆2010-2016年自动气象站及区域自动气象站逐小时降水量资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及探空资料,分析不同强度的短时强降水的时空分布,得出南疆短时强降水事件的天气型有明显的季节性特点和区域性特征。总结了典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立了短时强降水的三种概念模型:中亚低槽(涡)型、西伯利亚低槽(涡)型和西风短波型。通过7个探空站的温湿廓线形态、地面露点温度、T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500)、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、抬升凝结高度、0～6 km垂直风切变等分析了南疆短时强降水的环境背景:短时强降水Ⅰ型(整层湿)、短时强降水Ⅱ型(上湿下干)和短时强降水Ⅲ型(上干下湿)发生前大气水汽含量充沛、存在一定的CAPE和较明显的垂直风切变以及0℃层高度偏低、暖云层厚度偏厚等特征,而合适的CIN,有利于对流不稳定能量的积聚和爆发,促进短时强降水的发生;短时强降水Ⅳ型(干绝热型)存在大气层结较干和较大的T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500);Ⅰ型和Ⅱ型是南疆短时强降水的主要类型,常出现在南疆中部、西部地区的盛夏和夏末,多为西伯利亚低值系统(低涡、低槽)型和中亚低值系统(低涡、低槽)型影响。     

豫东地区短时强降水时空分布特征及物理量指标分析

利用1985-2018年汛期(5-9月)豫东地区20个国家站小时降水资料和2011-2018年同期豫东地区区域自动站观测数据、NCEP(1°×1°)再分析资料、高空地面观测资料等,统计分析了该区域小时雨强分别≥20mm/h、≥30mm/h和≥50mm/h的短时强降水时空分布特征,结果发现:豫东地区近34年汛期平均年降水量为458.9～577.5 mm/a,短时强降水次数为72.8次/a;2000年是短时强降水多发年份,≥20mm/h的雨强出现158次,是常年平均次数的1.17倍;主汛期的7-8月是不同强度短时强降水多发时期,34年来共计发生≥20mm/h的短时强降水1821次,占同强度短时强降水总次数(2476次)的近74.0%;在短时强降水的日变化中,05时是不同强度短时强降水多发时段,20时为次多发时段。对不同环流背景影响下短时强降水过程的水汽、动力、热力及能量等物理量作统计分析,低槽型短时强降水过程的动力条件优于其他两个类型的,850hPa涡度平均值达3.8×10~(-5)s~(-1),700hPa垂直速度平均值达-0.36 Pa·s~(-1);副高边缘型短时强降水过程不稳定能量条件优势显著,850hPa假相当位温平均值达354.1 K,500-850hPa假相当位温差的平均值达-17.80℃,K指数平均值为38.1℃、CAPE值平均值为2075.0 J·kg~(-1);而台风倒槽型短时强降水过程则在水汽输送方面更具优势,850 hPa比湿平均值为15.5g·kg~(-1),整层可降水量达70.0 mm。     

淮河上游短时强降水天气学分型与物理诊断量阈值初探

利用常规高空、地面气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2001—2010年淮河上游短时强降水过程进行中尺度天气分析和物理量场诊断。然后,根据该区域短时强降水的环流形势和主要影响系统,将短时强降水过程分为副高边缘型、低槽型和台风倒槽型,其中副高边缘型又分为副高和低槽共同影响型、副高控制型和下滑槽副高型,归纳各类短时强降水天气系统配置模型,并提炼出表征短时强降水天气的物理量阈值。结果表明,淮河上游77.8%的短时强降水与西太平洋副热带高压有关,中低层多有急流、切变线和低涡,地面影响系统多为倒槽、辐合线和弱冷锋。短时强降水发生在低层辐合、高层辐散、低层正涡度以及中层上升运动的动力条件下;中低层有较强暖湿空气输送,湿区深厚,强降水发生在假相当位温(θse)大值区顶部;0℃层高度较高,中层风切变小,低层风切变较大,有利于短时强降水发生。     

廊坊市短时强降水特征及其临近预报指标研究

利用MICAPS资料、自动站资料、雷达资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,对2005—2013年河北省廊坊市短时强降水的天气特征和物理环境场进行了综合分析,在研究强降水天气过程雷达特征的基础上,探讨了廊坊短时强降水天气的临近预报指标。结果表明:平均降水强度最大的区域集中在廊坊中西部固安、永清和霸州等地,强度达32~36 mm·h-1,整体呈现从中部向南北减小趋势,年际分布呈波动形式;短时强降水的雷达回波有移入型、合并加强型和本地发展型三种,而区域性短时强降水多为移入型或合并加强型;强降水开始前1 h,垂直方向上1.5—3.0 km之间有南风向西南风的转换,同时伴随风速增大。     

副高边缘暴雨的多普勒雷达回波特征

利用常规观测资料和多普勒雷达探测资料，对2003-2004年湖南省4次副高边缘暴雨的天气形势和雷达回波特征进行了分析研究。结果表明：4次暴雨过程的副高位置适当，高空有低槽，中低层有低空急流和低涡切变线，地面上有冷锋。在基本反射率图上，低槽暴雨有S-N向的窄带回波特征、冷式切变线暴雨有准W—E向的积层回波特征、暖式切变线有NE—SW向的积层回波特征，但每一次暴雨过程不尽相同。在多普勒速度图上常出现低空急流、冷暖平流、冷锋、逆风区以及高层大风核等特征，并常是几种特征同时出现，有利于强降水产生。     

我国中部区域人工增雨天气系统分型及典型天气系统特点

利用常规气象观测资料、自动站观测资料和探空资料等,对所选取的2004—2013年共78例降水过程进行分析,将中部区域春秋季降水过程分为3个类型:低槽/切变线冷锋型、低涡(西南涡/西北涡)气旋型、低槽/切变线冷高压型。统计结果表明,中部区域春秋季降水出现概率最多的类型依次为切变线冷锋型、低槽冷锋型和西南涡类型,各天气类型的雨区移动方向均以自西向东为主,低层700 h Pa和850 h Pa多存在西南或偏南急流,水汽主要来自于孟加拉湾。分析中部区域3种主要降水类型特征及其增雨潜力区位置发现:1)低槽冷锋类型降水一般出现在500 h Pa和700 h Pa低槽前部、地面冷锋后部,多为连续性降水;其增雨潜力区主要位于500 h Pa低槽前部、700h Pa槽前和西南急流出口区的左侧,以及地面冷锋后部或锋线附近区域。2)切变线冷锋类型降水多出现在地面冷锋后部、低层切变线两侧附近;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa两切变线之间且较靠近700 h Pa切变线一侧、急流出口左侧的带状区域。3)西南涡波动类型降水一般出现在低涡中心及700 h Pa暖式切变线两侧附近,降水持续时间较长;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa低涡中心附近及暖式切变线北侧区域。     

夏季江南地区暖区暴雨的统计分析

本文首先给出江南地区暖区暴雨的定义,并按天气形势将其分为暖切变型、冷锋锋前型、副热带高压(以下简称副高)型和强西南急流型四类。然后利用2010—2016年5—9月常规和自动站逐时降水等非常规观测资料统计暖区暴雨的时空分布特征和降水性质等,并对暖区暴雨的形成原因进行初步分析。最后利用NCEP FNL全球分析资料,基于中尺度分析技术给出四类暖区暴雨的系统配置:(1)四类暖区暴雨均为分散性局地降水,降水多发生于山区、平原和湖泊交界处等不均匀下垫面附近。其中,暖切变型降水范围广、强度最大、极端性最明显且主要位于江南中西部;冷锋锋前型降水集中、强度较大且具有一定极端性,主要位于江南中部;副高型降水强度较弱,主要位于江南中东部;强西南急流主要位于江南西部。(2)暖切变型和强西南急流型以夜间降水为主,副高型降水集中在午后,冷锋锋前型降水日变化不明显。(3)暖区暴雨由稳定性和对流性降水共同组成且降水量越大,降水对流性越明显。(4)在低层高湿、不稳定能量积聚等有利背景下,暖切变型、冷锋型和副高型暖区降水多由边界层(地面)中尺度辐合线配合高低空急流耦合产生,强西南急流型一般形成于低空急流上的中尺度风速脉动及地面辐合线附近,且低空急流越强,暴雨强度越大。(5)暖切变型和冷锋型暖区暴雨的落区分别位于低层850hPa暖切变以南和地面锋前的显著湿区内,副高型和强西南急流型的暴雨落区分别位于副高内和强低空急流出口区左前侧的水汽充沛且大气层结不稳定区内。四类暖区暴雨常表现为长生命史的移动型中尺度雨团途经山区或河流湖泊等不均匀下垫面时,强度增大、移速减慢,形成暖区局地强降水。     

江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。     

闽西北冰雹的时空特征与天气形势分析

利用1990—2008年常规观测资料和850 hPa、500 hPa高空资料,分析了闽西北冰雹的时空分布特征和有利于产生冰雹的天气型。结果表明,闽西北是福建省冰雹多发区,近年来降雹呈明显减少趋势;月变化呈现一大明显单峰（4月）和两小双峰（7月、11月）现象,主要发生时次在14：00—20：00;连续降雹日数以孤立日为主,每次降雹以1～2站次较为多见;11至翌年5月,有利于产生冰雹的天气型（850 hPa）为暖切适中型、低涡冷切适中型,冷切适中型和低槽偏东型;冷切偏西和暖切偏北型降雹发生概率较适中型低,较偏南型高;74.1%的雹日伴有低空西南急流,并以急流适中和偏北型居多;大于等于3站次降雹的主导天气形势为暖切适中型、低涡冷切适中型,81.5%伴有低空西南急流;6—9月有利于产生冰雹的天气型（500 hPa）为副热带高压边缘型和副热带小高压型,发生较大范围冰雹的可能性小。     

长江中下游地区暖区暴雨特征分析

利用2007到2013年5-9月间常规和非常规资料以及6 h一次的NCEP 1°×1°再分析资料,将长江中下游地区暖区暴雨按天气形势划分为冷锋前暖区暴雨、暖切变暖区暴雨以及副热带高压边缘暖区暴雨三种类型。统计表明暖区暴雨一般发生在距离切变线(锋线)100~300 km的暖区内。主要结论包括:(1)冷锋型降水强度偏弱且分布均匀,集中在5、6月;暖切变型发生次数最多且强度大,主要发生在6、7月长江中下游地区的偏南部;副热带高压边缘型发生次数最少但强度较大,发生在7、8月。暖区暴雨的发生次数及强度在大别山、皖南山区较为集中。(2)暖区暴雨中短时强降水贡献大。(3)冷锋背景下的暖区暴雨一般产生在锋前低压槽中,暴雨落区与高低空急流耦合有紧密联系;暖切变型以低层暖切变线为主要天气背景,地面常有弱静止锋,暖区对流活动与中尺度急流结构、地形强迫等因素存在较高的相关性;副热带高压边缘暖区暴雨与局地的水汽积累和对流不稳定条件的发展有密切关系。据此建立三类暖区暴雨的概念模型。     

8月柳州一次副高影响下的持续性大暴雨过程分析

利用常规观测资料、区域自动站雨量资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及国家气候中心的副高指数资料,分析2017年8月9~15日柳州北部的持续性大暴雨到特大暴雨天气过程。结果表明:这次连续降雨过程可分为副高稳定且高原小波动东移、副高西进且切变线北抬、华北槽南压且副高东退三个阶段。第一阶段,波动引导干冷空气侵入,低层暖湿空气加大,θ_se锋区增强,边界层辐合抬升触发暴雨,低层风速辐合为增强机制;强降水发生在锋区南侧西南气流加强过程中,落区稳定,集中在柳州北三县,局地性强,傍晚加强,白天减弱,与高原波动频率一致。第二阶段,副高加强西伸,广西整层转为西南急流,桂北处于急流轴附近,垂直运动存在高低两个中心;桂北处于高温高湿的不稳定层结中,中层受副高下沉气流影响,低层暖湿不稳定能量集聚,当近地层超低空急流加强,急流轴北推时,其左侧的气旋性切变和风速辐合抬升触发暴雨,不稳定能量释放过程中使得高低层两个垂直运动中心打通,上升运动进一步加强;其强降雨落区南界北收到三江融水交界,雨强更大,暴雨成片,无时间间歇。第三阶段,前期副高控制让桂北集聚了大量的暖湿不稳定能量,随着华北槽的东移,中高层干冷空气叠加在高温高湿的不稳定气流之上,随低层切变线南压进入广西,低层强烈的辐合抬升触发强降雨,中高层干侵入对降雨有增强作用,强降雨落区随着副高东退从桂北逐渐南压到桂南,其强度、范围和累计雨量均为最大。      

锋面北侧冷气团中连续降雹环境场特征及成因

对2009年2月24日—3月5日我国南方锋面北侧冷气团中连续冰雹天气过程的环流形势和环境场特征及形成机理进行分析。此次冰雹过程是发生在我国南方典型的连阴雨天气形势背景下,欧亚中高纬度地区为两槽一脊形势,副热带高压偏强、中南半岛为低槽区,青藏高原有5次短波槽东移,中层700 hPa暖湿气流势力强盛。中层强西南暖湿气流在强锋区 (冷垫) 上抬升,形成我国南方典型的高架雷暴。高架雷暴的发生与中低层强温度锋区、中层700 hPa不低于20 m·s-1的西南急流、强风垂直切变、对流层中层较大的温度直减率、较低的0℃层高度 (4 km以下) 有关。     

基于风廓线雷达的湖北梅雨期暴雨中小尺度特征

针对2016年湖北梅雨期3次(“6·19”、“7·5”和“7·19”)暴雨过程,首先对比了汉口站探空数据与汉口、咸宁两个风廓线雷达站水平风速、风向,发现“6·19”和“7·5”过程汉口风廓线雷达站3 km以下水平风速和探空数据较为接近,而3次过程中咸宁风廓线雷达站8 km以下水平风向、风速和汉口站探空数据基本吻合。在此基础上利用风廓线雷达资料并结合常规、加密自动气象站资料,对3次过程中水平风场、平均垂直速度及其变率、水平风速垂直切变、大气折射率结构常数(C■)等进行分析。结果表明：(1)降水开始前西南风速明显增大,中层干冷空气入侵和地面冷池形成的中尺度偏东气流是“6·19”过程50站出现大于等于17.2 m·s^-1大风的主要原因,“7·5”和“7·19”过程西南急流长时间维持及1 km以下的偏东气流则是短时强降水持续时间较长的诱因;(2)梅雨期暴雨期间风廓线雷达观测的水平风速垂直切变、平均垂直速度及其变率随高度变化较小,较强上升运动区域主要集中在4 km高度以下;(3)C■显示强降水发生前大气水汽含量有一增加过程,且整层水汽含量深厚,C■大值区的消失对应降水结束。     

长江中下游冬季两类冷空气活动事件的环流差异及其与急流的关系

利用1981—2020年台站观测的降水和最低气温资料,从长江中下游地区冬季冷空气活动事件中分出"降温有降水"和"降温无降水"两类事件(简称为"冷湿"和"冷干"事件),结合再分析资料,分析两类事件的冷暖空气活动特征和大气环流差异,进而探讨其与急流的联系。结果发现,长江中下游冷空气活动事件发生频次逐年减少,其中冷干事件发生频次逐年减少,冷湿事件发生频次显著增加,且冷湿事件的降温幅度大于冷干事件。冷湿事件发生时,高层副热带急流北移、极锋急流偏弱,中层存在倾斜槽脊、副热带高压偏西,低层西伯利亚高压增强,有来自西南的暖湿气流在长江中下游地区辐合上升;冷干事件发生时,高层副热带急流偏弱、极锋急流偏强,中层槽脊倾斜程度偏弱、副热带高压偏东,低层西伯利亚高压南移,有来自北方的偏干气流在长江中下游地区辐散下沉。此外,与冷湿事件相比,冷干事件过程中急流强度指数和经向风位置指数的波动更加频繁,冷空气活动持续时间更短。