风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

应用多种探测资料对比分析两次突发性局地强降水

为了做好突发性局地暴雨的临近预报和预警,利用常规天气图、BJ-ANC系统的北京区域雷达拼图和VDRAS风场、地面自动站、风廓线雷达的水平风垂直廓线、卫星云图等多种探测资料,对2009年7月13日和2008年8月14日北京城区的两次突发性强对流局地暴雨天气的影响系统和中尺度系统进行了对比分析,提炼了城区突发对流性暴雨预报预警的预报着眼点。分析表明：两个个例在水汽输送条件、中低层的动力条件、冷空气侵入等方面有有利的天气尺度条件;暴雨之前卫星云图上介于南北两个系统之间的晴空区、对流系统的发生发展与1 km以下的中尺度辐合中心的联系等方面有相似之处;而在雷达回波的移向移速、各层VDRAS风场配置及风廓线雷达资料中水平风垂直廓线结构等方面有差异。通过分析研究,进一步提高了运用高时空分辨率资料作短时突发性对流性暴雨的预报能力,这对于主汛期的预报和服务工作有十分重要的作用。     

名山站探空资料与风廓线雷达资料的对比分析

应用四川省名山站2015~2017年6月21日~7月31日每日四个时次的西南涡加密探空资料与风廓线雷达资料,对比分析了在对流层低层风探测上两种资料的差异。结果表明:名山站风廓线雷达资料有效探测高度约为4200m;风廓线雷达和探空测得的风场廓线形状总体接近,两者的风速偏差较小,仅在个别层次和时次偏差大,风速的偏差大小与风廓线风速大小存在正相关关系,除少数情况外风廓线雷达测得的风速均大于探空;两者风向差值随高度的变化规律与风速相反,在中高层较小,低层较大;除01:15时次的500m高度外,其余时次自低层到高层两者观测到的主风向均由偏东北风变为偏西南风,一致性较好;U风和V风散点分布主要沿对角线呈棒槌型,V风质量优于U风,19:15这一时次的风廓线雷达探测U风相对探空资料存在明显系统性正偏差;风廓线雷达探测高度受降水影响较大,在07:15和13:15时次有降水时其探测高度明显高于无降水时。      

一次雾霾天气过程的污染影响因子分析

利用常规天气资料、自动气象站资料、观象台风廓线雷达资料及污染资料,分析了2005年11月2-5日发生在北京的一次持续雾霾天气过程中中低空扰动、山谷风以及城市热岛对PM10浓度的影响。结果表明:PM10对中低空的扰动很敏感,且扰动越靠近地面,层次越厚,污染指数下降越明显;城区PM10浓度明显高于清洁对照站定陵,但北京地方性山谷风对城郊浓度日变化有明显影响,当谷风加强时,定陵站浓度接近城区并有可能高于城区浓度,谷风有对城区重污染向郊区输送的作用;雾霾天气下热岛效应显著,热岛对PM10浓度的影响相对气象条件和人类活动的影响来说很小。     

雷达径向风速同化对台风麦莎模拟的影响

本文应用WRF-3DVAR系统同化多普勒雷达径向风速资料,并利用WRF模式对台风麦莎（2005年8月6日00时至7日00时）进行数值模拟,以此检验多普勒雷达径向风速资料在改进模式初始场及提高台风路径和降水预报准确度等方面的应用效果及意义,探讨不同同化时间间隔对同化效果的影响。通过对比同化试验和控制试验发现：雷达径向风速资料能通过调整初始风场结构,改进对台风结构的模拟,从而提高模式对台风麦莎的路径、强度和降水的模拟能力;雷达资料信号在进入模式后有一定的时效性,在一定程度上缩小同化时间间隔有助于提高同化效果。     

风廓线雷达资料在重庆暴雨过程中应用分析

本文首先利用2013年沙坪坝探空站资料与沙坪坝风廓线雷达资料进行对比分析,计算出逐月不同高度上两种资料中风速、风向均方根偏差,验证风廓线雷达资料的可用性。计算结果表明,风廓线雷达资料与探空资料风速、风向的均方根偏差在500h Pa以下层次较小,资料具有较高的可用性。但随着高度继续增加,两者风速、风向偏差均增大,资料可用性降低。在此基础上,选取2013年6月8~9日重庆一次暴雨天气过程,对比分析中低层影响系统在探空观测和风廓线雷达观测中的演变,结果表明,降水过程前后,探空资料可显示有低槽、切变线、冷锋过境,但受时间分辨率限制,无法揭示具体过境时间和演变细节。而风廓线雷达资料能更为细致的显示低槽、切变线、锋面具体过境时间以及西南气流强度变化,为降水预报提供更多可参考信息。     

从一次强对流天气探讨自动站和雷达资料的应用

对2003年5月14日佛山地区的强对流进行天气背景和稳定度分析,着重对自动站雨量、风速及多普勒雷达强度、速度场分析,初步探讨了自动站和雷达资料在强对流天气中的应用。     

风廓线雷达资料对华南区域模式预报的影响

设计基于GRAPES_Meso的不同试验模拟2014年3月28日-4月8日的广东前汛期降水过程,评估风廓线资料对同化和预报的影响。对资料同化后分析增量的分析表明:相比同化时仅使用自动气象站资料,风廓线雷达资料对1000 hPa到850 hPa纬向风增量均有贡献,在850 hPa,700 hPa高度以上贡献迅速减小。应用3个试验的预报结果计算探空站、风廓线雷达站预报值与观测值的11 d均方根误差发现,同化加入风廓线雷达资料对各预报要素的改善在850 hPa高度最明显,其中风速预报误差显著降低,为0.7 m·s-1。此外,风廓线雷达资料对700 hPa风速预报有一定改善,而在925 hPa高度模拟效果反而降低。通过对2014年3月30日12:00（世界时）的个例分析发现,同化加入风廓线雷达资料的风速预报均方根误差在大雨级别以上的降水落区更大,其原因还有待于进一步研究。     

北京2004年“7.10”突发性对流强降水的雷达回波特征分析

利用新一代天气雷达回波资料和一个雷暴单体识别、追踪和分析算法, 对2004年7月10日下午造成北京局地短时强降水的雷暴特征进行了初步分析。在偏南暖湿气流中生成的对流云团, 在北京上空迅速发展, 逐渐形成了一个覆盖城区的β-中尺度对流超级复合体, 导致了这次强降水过程。详细分析表明, 强对流主要是来自城区西南和东南两个方向生成和发展起来的雷暴。在北京西南部的雷暴逐渐向东北的城近郊区移动和发展, 并与新生成的雷暴合并加强, 造成了石景山、门头沟和海淀部分地区的大雨。在北京东南部逐渐形成的两个小雷暴单体迅速增长并向西北方的城区移动, 在到达城区时合并且迅速加强, 但移速缓慢, 在北京城区维持了两个多小时, 造成了城区的大暴雨过程, 降水量大但空间分布不均匀。雷暴顶高度和最大反射率因子的关系呈反位相变化, 雷暴最大反射率因子出现的高度均位于0 ℃等温线之下 (≥0 ℃) 或其附近, 雷暴的中心和反射率因子权重质心也基本位于0 ℃等温线之下, 均证实了这是一个典型的液态强降水对流系统。分析还表明, 20:00 (北京时) 左右的超强雷达回波是由大气异常传播造成的虚假超折射回波。     

GAME-TIBET青藏高原云和降水综合观测概况及初步结果

对中日合作青藏高原能量水分循环试验项目中云和降水的多普勒雷达观测使用的气象观测仪器和获取的资料等情况进行了总结,并给出了那曲地区水的日变化,不同 雨量计测量降水的对比分析,风速对测量降水影响,多普勒雷达资料的个例分析及云的数值模拟的等初步结果。     

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

北京"城市热岛"效应现状及特征

利用2002年北京自动气象站资料,对北京“城市热岛”效应现状进行了分析。为了与20世纪70年代的结果相比较,选择城区代表站为天安门广场站,城郊代表站为朝阳气象站站。与20世纪70年代相比,目前北京的“城市热岛”表现出一些新特点:1)利用城区与城郊日均温差表示的“城市热岛”强度的统计结果表明,现在北京的“城市热岛”效应在夏季最强,秋、冬季次之,春季最弱,2)除夏季“城市热岛”整天存在(午后的平均强度在2℃左右)以外,其他季节的午后,天安门广场地区经常出现“城市冷岛”现象。3)北京“城市热岛”消失的极限风速没有发生系统性变化,当风速>3级时,北京“城市热岛”基本上消失。作者还研究了北京“城市热岛”形成和消失的日变化特征,以及“城市热岛”强度对风速等气象要素变化的响应特征。值得指出的是,对强“城市热岛”的个案分析显示,冬季夜晚“城市热岛”强度经常表现出较大的波动性,与此相伴随,城郊地面风出现风向突变和风速的阵性现象。     

影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

青藏高原及周边地区近地层小气候特征分析

利用中国气象局成都高原气象研究所建立的5个边界层站（湄潭、巴中、什邡、曲麻莱、狮泉河）2019年的观测资料，对比分析青藏高原及周边地区近地层大气要素变化和陆—气能量交换特征及异同点，探讨其原因。结果表明：（1）青藏高原及周边地区近地层大气温度、相对湿度、风速、感热通量、潜热通量、动量通量均符合一峰一谷的常规日变化特征，气压具有双峰双谷的日变化特征。（2）高海拔台站近地层温度日变幅（12℃）高于周边低海拔地区（4～6℃），季变幅与海拔高度的关系不显著。（3）相对湿度与温度关系密切，相对湿度的垂直结构和日变化都具有明显的区域差异，其垂直梯度夜间显著高于白天，峰值出现时间随夏、秋、春、冬季呈现季节性滞后，而谷值超前。（4）风速春季较大，夏、秋季次之，冬季小，季变幅略小于日变幅；低海拔区域的风速及其日变幅均显著低于高海拔区域。（5）低海拔区域气压季变幅（>13 hPa）远高于日变幅（2.5 hPa左右），而高海拔区域气压季变幅（>3 hPa）略低于日变幅（2 hPa左右）。（6）感热通量春季大、冬季小；感热通量和动量通量在高海拔区域均较高，二者具有较一致的日、季变化特征，表明大气动...     

北京春季城市热岛特征及强热岛影响因子

应用北京地区地面气象观测台1990-2004年4月的气温资料,分析了近15a北京春季城市热岛特征,结果表明：春季夜间城市热岛要强于白天。还分析了春季一个强热岛形成和减弱消失过程的气象影响因子,结果表明：北京春季夜间特定条件下存在强热岛,强热岛中心在白家庄、天安门、公主坟连线的主城区;白天强热岛会减弱消失。强热岛在夜间形成的原因是日落后郊区地面大气降温速率和幅度远大于城区地面大气。白天有日照的晴夜北京城、郊地面风场很弱（≤1．0m／s）,多个测站甚至出现静风,同时城区垂直方向上15m高度以下持续存在很弱（≤1．5m／s）的风场,城区320m高度以下大气持续存在强逆温,这些因素共同促使春季强热岛的形成和维持。强热岛在白天减弱消失的原因是日出后太阳辐射的加热作用引起郊区地面大气升温速率和幅度大于城区地面大气,同时城区大气稳定度减弱、城区大气逆温消失、城郊地面风速增加。     

北京城区近地面比湿和风场时空分布特征

利用2008—2012年北京城区平均5 km的高密度自动气象站逐时观测数据,分析了北京城区近地面比湿、风向和风速的时空精细分布特征,初步探究了城市下垫面对局地气象要素的影响机制。研究表明:夏季白天北京城区为干岛,冬季城区表现为弱湿岛特征。受城市效应的影响,北京城区与郊区比湿日变化有明显差异。近地面10 m风受到地形、城市和季节性盛行风的共同影响。当气流经过城区时有明显的绕流现象。夏季05:00—10:00 (北京时,下同),受山风、弱的夏季偏南风和城市热岛共同作用,气流向城市中心辐合。冬季15:00—19:00,受季节盛行风偏北气流和谷风偏南气流的共同作用,在城区形成一条西北—东南走向的辐合线。对风速研究发现:城市粗糙下垫面使北京城区风速减小,二环路和三环路之间存在一条“n”状的风速小值带。由此可见,除已开展较多研究的城市热岛效应外,北京城市效应对近地面湿度和风场亦有显著影响。     

科尔沁草原高空风场垂直特征及变化分析

利用2008-2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征及变化进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现：四季中高空20-40m/s风速出现的频率最大,3000米至18000米科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12600米及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季；19000米平均风速最小的月份为12月份,风速最大月份为8月份。垂直速度在5500米以下有明显日变化,1500米和3000米有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4-6月份,最小值出现在12月份,5000米以上垂直速度没有明显的年变化。     

Diurnal variation of surface wind over central eastern China

Hourly wind observations from 452 meteorological stations are used to document the diurnal cycle of the surface wind over the central eastern China (100°–122°E, 20°–42.5°N). Both the surface wind speed and the wind direction show large diurnal variation with pronounced topographic effects. At most stations, the surface wind speed reaches the maximum in the afternoon and the minimum in early-morning. This diurnal phase shows small seasonal variation, whereas the diurnal amplitude varies significantly in different seasons. The diurnal amplitude of the surface wind speed reaches maximum in spring over the northern and southwestern China and in summer over the southern China. The diurnal cycle of the wind direction is more complicated. Over the coastal (mountain) regions, the diurnal wind direction is greatly influenced by the land–sea (mountain–valley) breezes with large (small) seasonal variation. Over the northern plain region, the wind direction exhibits small diurnal variation but with remarkable seasonal rotation. The surface wind over the stations located on the top of mountains shows distinct diurnal variation, which represents the diurnal cycle of the tropospheric low-level wind. The wind speed over these stations is highest in pre-dawn and lowest in the afternoon. The wind anomaly rotates clockwise from late night to late afternoon, and shows significant seasonal variation as influenced by the annual cycle of the monsoon system. The contribution of the diurnal surface wind to the diurnal feature of precipitation is briefly discussed.     

北京地区热岛效应及日较差特征

通过对2007～2010年北京地区经质量控制后的123个自动气象站气温数据采用K均值聚类方法分类, 得到城区、郊区、西部和北部山区、西南和东北部山区4个温度分区, 分析了4个分区气温的年变化、日变化和日较差变化特征, 并对北京地区热岛效应的时间变化特征进行了细致分析。结果表明:聚类分析方法可对北京地区温度很好地进行分区, 分区结果与站点的地形和下垫面情况较为吻合;不同分区温度日较差在西部和北部山区最大, 在西南部和东北部山区次之, 郊区再次之, 在城区的日较差最小;在一年中, 各温度分区以2月、5月与10月日较差较大, 其中以5月的日较差为最大;北京地区热岛效应在冬季和夜间较强, 而3～8月热岛较弱, 在夏季的白天比其它季节白天强。     

Nocturnal Low-level Winds and Their Impacts on Particulate Matter over the Beijing Area

Three-month wind profiles, 260 m PM1 concentrations [i.e., particulate matter (PM) with an aerodynamic diameter ≤ 1 μm], and carrier-to-noise ratio data at two Beijing sites 55 km apart (urban and suburban) were collected to analyze the characteristics of low-level nocturnal wind and PM in autumn and winter. Three mountain-plain wind events with wind shear were selected for analysis. The measurements indicated that the maximum wind speeds of the northerly weak low-level jet (LLJ) below 320 m at the suburban site were weaker than those at the urban site, and the LLJ heights and depths at the suburban site were lower than those at the urban site. The nocturnal 140 m mean vertical velocities and the variations in vertical velocity at the urban site were larger than those at the suburban site. A nocturnal breeze with a weak LLJ of ～3 m s-1 noticeably offset nocturnal PM transport due to southerly flow and convergence within the northern urban area of Beijing. Characteristics of the nocturnal LLJ, such as start-up time, structure, intensity, and duration, were important factors in determining the decrease in the nocturnal horizontal range and site-based low-level variations in PM.