青藏高原大气总水汽量的反演研究

利用2001年青藏高原89个气象站资料、NCEP格点再分析资料以及2001—2003年7月3个地基GPS站的大气总水汽量观测资料,对GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果做了比较,研究了大气总水汽量变化对降雨形成的影响,大气总水汽量与地面水汽压的关系,分析了青藏高原大气总水汽量的时空变化特征及其成因。结果表明:GPS遥感的大气总水汽量与探空观测结果吻合得较好,2001年那曲站两种结果相比均方根误差仅0.15 cm;大气总水汽量与地面水汽压之间有良好的相关关系;不同季节高原上基本都存在3个明显的大气总水汽量高值中心:即东南部、西南部和西北部;高原大气总水汽量分布的季节变化与500 hPa风场及整层大气水汽通量的变化关系密切。     

中国55年来地面水汽压网格数据集的建立及精度评价

对气象要素网格化是气候变化研究中避免空间抽样误差的有效方法之一.文中采用薄盘光滑样条插值法(ANUSPLIN),在考虑站点经度、纬度和海拔高度的基础上,对中国55年来地面水汽压站点资料进行空间插值,得到了中国陆地水汽压年和月平均值1°×1°网格数据集.精度检验表明:中国年水汽压插值误差普遍小于0.3 hPa;而月水汽压的插值误差由于受水汽压周期变化的影响,表现出周期性变化的特点.一般夏季较大,最大误差在0.5 hPa左右,冬季较小,约为0.2 hPa.在考虑站点海拔与对应网格DEM差值大小的基础上,建立实测水汽压值与对应网格水汽压值年序列,并进一步分析二者的相关关系,表明:(1)二者具有很好的相关性,相关系数为0.88-0.96;(2) 能很好地模拟地形影响,得到的网格水汽压可以较好地代表实测水汽压的变化趋势.由此建立了中国近55年来地面水汽压的年序列.其趋势表明:近55年来中国年平均水汽压呈增加趋势,其线性趋势为0.52 hPa/(100 a),其中西部增加趋势大于东部,且以夏季的增大趋势最为显著.结合近50年来气温的变化趋势说明:在中国,气温每增加1 ℃,大气中年平均水汽含量约增加3.15%.     

应用区域地基全球定位系统观测分析北京地区大气总水汽量

利用2000年6月1日～8月11日北京地区地基全球定位系统(Globe Positioning System)网遥感大气总水汽量试验的观测资料,分析了北京地区夏季大气总水汽量的时空变化,研究了大气总水汽量与日平均温度、地面水汽压和降水的关系.研究结果表明:大气总水汽量存在明显的时空变化,对于地理位置基本相近的台站,海拔高度的影响比较明显,一般情况下高山站的水汽总量低于平原站;在晴天,地面水汽压与大气总水汽量有较好的相关性,而在云雨日,由于高低层大气湿度的变化常常不同步,用地面水汽压估算的大气总水汽量具有较大的偏差;大气总水汽量短时间内的快速增加往往对应有降水过程出现,但总水汽量的大小与降水量之间并没有明显的相关,在降水预报中应综合考虑总水汽量的前期平均水平、短时的增幅和峰值大小等条件的影响.     

近10年夏季西北地区水汽空间分布和时间变化分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对近10年(2000-2009年)夏季西北地区整层大气水汽的时空分布进行了分析。结果表明:(1)近10年西北地区夏季大气可降水量和水汽通量分布呈两头多、中间少。700～200hPa的水汽通量值要比地面至700hPa的大,在南疆盆地,地面至700hPa的水汽通量值比700～200hPa的大,水汽通量在600～450hPa之间比较丰富;(2)整层水汽通量散度辐合区对降水落区的预报具有指导意义,除甘肃河西地区外,其他地区低层(700hPa以下)和高层(700hPa以上)的水汽通量散度呈反位相分布。(3)近10年西北地区水汽输送主要来自西风带在青藏高原西侧分为南北两支所携带的水汽、孟加拉湾的水汽随西南风输送以及西风带爬上青藏高原沿高原南边输送,而造成整层水汽通量年变化的主要原因是西风带输送水汽能力的大小。(4)近10年西北地区整层水汽通量呈线性增加,整层水汽通量的年变化趋势基本上可以指示地面降水的年变化趋势。(5)西北地区近10年夏季水汽来源主要以经向输送为主,纬向水汽通量对于西北区水汽净收支起决定作用。     

用累积水汽压距平预报旱地冬小麦早熟

冬小麦生育期间≥0℃的积温表示小麦生长期所获得的热量。积温达到一定量时，冬小麦就成熟了。用积温距平可预报冬小麦的收获始期。但旱地冬小麦遇干旱影响易早熟，积温预报其收获期效果不好。采用累积水汽压距平方法预报，取得较满意的效果。累积水汽压距平是指作物生长期水汽压累积值与平均值的差距。水汽压表示大气中水汽的压力，与温度有关。     

由水汽压计算露点温度的方法

一、前言在进行地面气象观测和高空探测时,气温和水汽压的关系非常密切,而且两者都是基本的气象要素. 设与水面处于热力学平衡时的水汽压用E_w(hPa)表示,且将这时的绝对温度用T(°K)表示,则两者的关系式可由世界气象组织技术规范(WMO Technical Regulation 1979)附录A所示的改进了的Goff Gratch(1945)经验公式表示:     

大气可降水量估算模型研究

利用SuomiNet网GPS大气可降水量数据和地面气象数据研究建立大气可降水量估算模型.利用研究区域GPS PWV和地面气象数据,研究了大气可降水量与地面水汽压间的相关性,并建立二者间的线性、二次多项式和幂函数回归模型,对比分析各模型的估算精度以确定最优估算模型,并检验了不同大气水汽含量下最优模型的估算精度.得出以下结论:1)GPS大气可降水量与地面水汽压变化趋势基本一致,存在着良好的相关关系(相关系数达到0.892).2)基于地面水汽压的线性、二次多项式和幂函数模型估算大气可降水量均达到一定的估算精度(相对误差均小于19％),其中幂函数估算模型的R2最高,估算误差最小.3)基于地面水汽压的PWV估算模型具有地域性特征,基于研究区域数据所建立的模型更适合于研究区域,其PWV估算精度高于Cole模型、张学文模型和李超模型.4)所建估算模型在不同的大气水汽含量条件下估算精度不同,大汽水汽含量越高,估算结果的相对误差越小.     

第四讲:热力学量和非绝热加热率的计算

大气运动包含着动力学和热力学过程。热力学过程受许多气象因素制约,其中水汽的时空变化极大,水汽的作用使热力学过程趋于复杂化。非绝热过程是影响大气运动演变至关重要的因素,大尺度气流对非绝热强迫的反应可在几天后出现。在物理量诊断分析及数值预报模式的设计中,均要考虑大气中辐射盈亏、水汽凝结和感热输送等物理过程。本讲分两部分:第一部分主要介绍大气中的热力保守量的计算以及构造γ_m 曲线(湿绝     

GPT2w模型在中国大陆地区的精度分析

全球气温气压（GPT）系列模型可用于计算全球任意位置的气温、气压和水汽压等各种气象参数,目前国内外广泛使用且精度较高的全球气温气压模型主要为GPT2w模型.本文利用2012—2016年中国大陆地区102个国家气象站实测的气温、气压和水汽压数据对GPT2w模型进行精度分析.结果表明：GPT2w模型的气温误差均值为-0.45 ℃,标准偏差均值为10.04 ℃;气压误差均值为2.05 hPa,标准偏差均值为6.55 hPa;水汽压误差均值为0.11 hPa,标准偏差均值为6.15 hPa.总体而言,GPT2w模型计算出的气温、气压和水汽压值在中国大陆大部分地区具有较高的精度.同时,三种气象参数的精度在中国大陆地区分布不均匀,不同纬度区间存在一定差异且以年为周期均具有明显的季节性.     

成都地区空中水资源潜力分析

利用2007—2016年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)逐日再分析资料(0.5°×0.5°)和国家气象数据中心24 h累计降水资料,计算分析了成都地区空中水资源的特征,包括可降水量、水汽、实际降水量等,并比较分析了三者之间的关系。结果表明:成都地区为净输入区域,主要水汽输入、输出口分别为西、东边界;成都地区位于强辐合中心附近,四季水汽输送通量较稳定,夏季相对偏小;700 hPa以下为主要的水汽输入层,700 hPa以上为主要的水汽输出层;500 hPa以下的水汽利用率较高,尤其是夏季;水汽输送较强的区域集中在700 hPa以上秋季的西边界和四季的东边界、700 hPa以下夏季的东边界以及500 hPa以上四季的西边界;成都地区可降水量稳定丰富,年平均水汽总输入量也很大,但二者转换为实际降水的量很少。     

北京机场高速公路能见度与大气动力和热力因子的诊断及物理分析

根据首都国际机场高速公路专业气象自动监测站网所提供的高时间分辨率资料,结合大尺度背景场对大气能见度演变的动力热力条件和各级能见度条件下对应的主要气象要素特征进行分析。结论如下：1）在低频时间尺度,大气能见度的低频变化有如下的规律：850hPa垂直速度与能见度呈现同位相关系,并通过垂直速度影响水汽变化,进而通过水汽的Rayleigh散射与水粒子的Mie散射来影响大气能见度的变化,反映出大尺度动力因子与水汽共同作用影响了大气能见度变化。500-850hPa之间的位温差与能见度的反位相关系,反映出大气稳定度控制了大气边界层的分子扩散和湍流扩散,即通过热力因子影响大气能见度。但要注意,能见度的变化并不是由某一个单因子所决定的,必须综合考虑动力、热力和水汽等多个因子的相互制约。2）造成2005年1月和2006年1月能见度差异的主要原因是垂直速度和水汽的差异,即垂直下沉运动时,水汽易于燥,比湿较小,能见度较高,故2005年1月能见度比2006年1月高。3）能见度的等级分布与大气湿度、温度以及风速有重要的物理联系,尤其是温度在0℃以下,冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压时,有利于雾的形成,从而使得能见度较低。4）200-1000m的低能见度出现频数的日变化呈现以午时为低中心的U型分布,并且1000m以下的低能见度一定对应了低温、高湿和微风,但这只是必要条件,并不是其发生的充分条件,尤其对于200m以下的浓雾。而对大于4000m的较高能见度,其出现频数的日变化呈以午时为高中心的拱形分布。     

2016年湖北梅汛期一次极端强降雨的气象因子异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析逐日资料和其他常规观测资料,对2016年湖北省梅雨期一次罕见极端强降水过程气象因子的异常特征进行分析。结果表明:异常的高低纬度环流形势配合,为此次极端降水过程的发生提供了有利的环流背景。500 hPa副热带高压较气候平均值显著偏强,有利于副热带高压西侧水汽输送加强,使得低层南风距平较气候平均值异常偏强;850 hPa低涡强烈发展配合200 hPa分流区的形成,导致垂直方向上动力抬升也表现出一定的异常性;此外对该过程中极端降水站点上空的气象因子分析发现,水汽因子(PW)、不稳定因子(K指数)和动力因子(850 hPa散度)绝对值均比气候平均值偏高了1.5个σ以上,并且超过历史相关统计值的上四分位值。最后给出了此次过极端强降水过程的天气概念模型及气象因子异常度的定量配置图。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。     

1997、1998年长江上游地区水汽输送及其与径流量之间关系的对比分析

该文利用1997、1998年7~8月的探空资料, 计算了围绕长江上游地区四周925~200 hPa之间的水汽通量及每日的水汽输送净量.通过水汽输送净量的候、旬资料, 讨论了长江上游地区水汽输送净量与径流量之间的关系, 发现这两者之间有显著的相关性, 其平均相关系数为0.871.另外, 对比分析了这一地区1997与1998年水汽输送与大气环流形势的关系.其结果表明:由于特殊的大气环流背景, 导致了长江上游地区这两年水汽输送的主要方向差异很大.     

热带太平洋上空大气热源、水汽汇的年际变化及其与海温异常之间的联系

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料计算分析了热带太平洋上空大气热源及水汽汇的年际变化及其与海表温度异常之间的联系。通过SVD的分析,发现大气热源的垂直积分〈Q1〉和水汽汇垂直积分〈Q2〉异常与SST异常有着较高正相关关系的热带太平洋区域主要集中在170 E以东的5 S～5 N之间的一个狭长带中。分析大气热源和水汽汇的空间结构,则发现在赤道太平洋中、东部地区,除了最低层(962.5 hPa)和最高层(85 hPa)以外,对流层其余各层Q1、Q2异常与SST异常都存在较高的正相关关系;而在赤道西太平洋地区,850 hPa层以下,Q1异常与SST异常为负相关关系,在962.5 hPa相关系数甚至为 -0.59,其余各层Q1、Q2异常与SST异常也只有很弱的正相关关系。     

郑州地区一次冷锋后高架雷暴天气过程特征及成因分析

利用常规气象观测资料和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)逐6 h再分析资料对2015年早春郑州地区一次高架雷暴天气过程的特征进行分析,探讨此次雷暴天气过程的成因。结果表明:地面冷垫、850 hPa和700 hPa强盛的暖湿急流及500 hPa高空槽为此次郑州地区高架雷暴天气过程的产生提供了有利的动力、热力和水汽条件,850—700 hPa之间的强垂直风切变和700—500 hPa之间较大的温差均表明逆温层以上对流不稳定度增大,有利于高架雷暴天气的产生。低空强比湿平流和负水汽通量散度为高架雷暴天气提供了丰富的水汽条件。高架雷暴天气过程发生前,700 hPa与500 hPa的θ_(se)差值Δθ_(se)大于0℃,表明700 hPa以上大气为对流不稳定,低层湿位涡的第一分量(MPV1)为负值又表明大气为湿对称不稳定,强雷暴落在对流不稳定区和MPV1负值区,因而此次高架雷暴天气过程是由对流不稳定和湿对称不稳定共同作用产生的。地面冷垫以上的暖湿气团逐步加强,进一步加剧了逆温层以上大气的层结不稳定度。通过与历史个例对比分析可知,郑州地区两次高架雷暴天气过程共同之处为:500 hPa高空槽前辐散气流的抽吸作用、低空切变线和低空急流左侧的辐合上升运动、地面冷垫的抬升作用均为高架雷暴天气预报的着眼点。     

都溪风灾的天气学成因分析（二）

3．3．5强天气威胁指标强天气威胁指标是美国预报强风暴及龙卷风的一种参数，它是类似上述的热力不稳定度与动力因子相结合的综合预报指标。强天气威胁指标l的表达式如下：上式右边前两项属于热力因子，D＝Td850表示低空水汽量大小，T＝T850＋Td8502T500，反映大气低层高温高湿和中层低温的程度，即表示大气的不稳定程度，当T＜49时，此项为0。后三项是专门用以区别一般雷暴的强风暴动力因子，人表示850hPa风速，fs表示500hPa风速（单位是里/小时），S＝sina，a为850hPa风向与500hPa风向J顺时针转动的角度，并且要求500hPa风向在2100…     

黄土高原一次副高外围暴雨的对流环境及触发条件分析

利用常规气象观测资料、EC-interim逐6 h 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和雷达资料,对2017年7月25—26日陕北大暴雨过程成因进行了综合诊断分析,结果表明:河套地区西风东移与副高外围暖湿气流在陕西交汇,为暴雨提供了有利的环流形势;陕北暴雨区有两支水汽输送带,700 hPa上西南风急流水汽输送以及850 hPa上偏东风急流水汽输送,为暴雨提供了充沛的水汽和能量;700 hPa上榆林东部水汽辐合抬升,加之850 hPa偏东风在东部河谷辐合爬升,造成榆林东部地区的大暴雨天气;对流条件分析发现,暴雨发生前陕北地区中低层湿度较好,850 hPa比湿达到15～17 g/kg,大气不稳定度强,850 hPa和500 hPa的温差达到28℃,假相当位温相差18℃,CAPE值达到了2 354 J/kg,充沛的水汽、能量条件为对流提供了十分有利的条件;河套东北侧弱干冷空气与西南暖湿气流在陕北形成假相当位温密集带,大气湿斜压性增强,锋生触发陕北地区不稳定能量释放,形成强降水;不稳定分析表明,在降水前期及初期,大气对流不稳定度高,随着降水的产生,对流不稳定能量释放,强降水凝结潜热对中层大气的加热作用,又使得大气斜压不稳定增强,中层大气锋生造成的垂直运动使得陕北地区的强降水持续,造成大暴雨天气。     

兴安县"06.13"暴雨过程分析

[HT5"SS]利用常规气象资料、卫星云图、雷达产品等资料,从大气环流特征、物理量场、K指数、沙氏指数及降水云团的发展演变等方面对2007年6月13日兴安县的暴雨过程进行分析.结果表明:这次过程.500hPa高原槽加深东移影响本地;700hPa西南低空急流带来强盛的水汽辐合;850hPa低涡切变在兴安站附近生成并维持,同时地面相应位置有静止锋维持.同时有低压倒槽影响.高、中、低空环流形势的良好配合.是6月13日兴安站暴雨产生的真正原因.     

衢州市梅雨期暴雨预报概念模型的建立与检验

利用衢州市5个常规气象观测站及120个加密自动站资料、NCEP1°×1°资料,对2013—2016年衢州市梅雨期暴雨天气过程进行分析,基于动力、水汽等条件建立梅雨期暴雨天气概念模型,并对概念模型进行检验。结果表明:衢州市梅雨期暴雨多发,区域暴雨多发于单阻型,各层影响系统活动范围相对集中,单、双阻型在局地暴雨中出现概率接近,系统活动范围区域分散;大气可降水量对暴雨预报有正贡献,上游江西中北部地区具有明显的高值中心;700 hPa上U分量更具主导地位,850hPa华南地区V分量变化对暴雨预报有较好的参考性;区域暴雨与局地暴雨在垂直速度场上最强中心高度不同,区域暴雨期间垂直速度大值区层次更低。