基于中尺度数值模式快速循环系统的强对流天气分类概率预报试验

在利用实况探空资料、微波辐射计和风廓线构建的特种探空资料对北京地区强对流天气进行判别,以及快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC模式)探空资料可应用性分析的基础上,针对模式探空基本要素计算多种热力、动力、综合不稳定物理量,根据统计的强对流天气判别指标,计算模式格点上的强对流发生概率,并进一步针对冰雹(雷暴大风)和强对流短时暴雨天气下不同物理量的阈值范围,初步探索中尺度数值模式对强对流天气分类预报的可能性.通过不同组合的预报方案进行的对比分析表明,利用北京地区中尺度数值模式快速循环系统(BJ-RUC)的格点探空资料进行强对流天气概率的预报是可以实现的,强对流天气的分类概率预报也存在一定的成功率.     

北京香山“7.29”γ中尺度短时局地大暴雨过程综合分析

利用区域加密自动气象站、雷达、风廓线及卫星等观测资料,分析了2022年秋季山东一次极端大暴雨事件中泰山山脉周围的降水分布及其产生这种分布的可能原因。结果表明：（1） 这次山东大暴雨事件发生在对流层中、低层为强盛偏南气流的背景下,强降水时段集中在2022年10月1日23时至2日02时（北京时,下同）,100 mm等雨量线呈“反弓形”横亘在泰山北侧与西侧,并各自伴有超170 mm的降水中心,而泰山南侧降水反而明显偏弱。（2） 大暴雨分布带与地面上的中尺度涡旋-辐合线对应：泰山西侧的中尺度涡旋是山脉北侧冷性绕流与南侧暖性绕流相遇而形成的,导致泰山西侧出现强降水中心,降水呈单峰型;山脉北侧的辐合线长时间维持与重建过程,造成泰山北侧降水时间更长,累计降水量更大,小时降水量呈双峰型。（3） 泰山北侧观测站的两个降水峰值与雷达反射率因子的两条平行回波带对应：位于泰山北坡处于长时间准静止状态的第一条回波带,与泰山北侧水平涡度环流的上升支气流对应,其形成机制是夜间具有强垂直切变特征的越山西南低空急流和近地面层受到山脉阻滞的东北气流构成的水平涡度强烈发展和维持的结果;第二条降水回波带与弱冷空气云系对应,当其靠近泰山北侧时受到越山西南低空气流背风坡上升支的影响,出现雷达反射率因子增强现象,与之对应的地面风场特征表征为辐合线的重建过程。（4） 在泰山西侧,地面辐合线在低空冷空气的驱动下向东南方向移动,致使回波带逐渐演变成“反弓形”,造成强雨带也呈“反弓形”分布;而泰山南侧处于具有强烈垂直切变低空急流形成的水平涡度的下沉支控制下,因而降水量相较泰山北侧和西侧明显偏小。

     

对流层中层动能的全球性季节过渡与季节性急变

本文利用１９８０—１９８８年ＥＣＭＷＦ全球资料，计算了５００ｈＰａ各纬度带上的纬向平均动能（Ｋｚ）、涡动动能（ＫＥ）及波数域动能（Ｋｎ，ｎ＝１，２，３，…，１０）。以此考察了南、北半球动能季节过渡的差异，并用Ｔ检验方法讨论了南、北半球以及全球各动能模态的季节性急变现象。现在工作单位：     

2004年北京市沙尘天气对空气质量影响的对比分析

北京市环保局近几年的空气质量监测报告表明：PMIO污染显著,一直居高不下,是最主要的污染物,全年中其占首要污染物的天数超过90％;SO2的污染趋势已经得到控制;NO2的污染状况改善相对较小,但整体呈现缓慢下降的趋势。通过对2004年春季北京市发生的3次沙尘天气过程的分析与比较,结合北京市3月份的空气污染物浓度（或指数）的变化情况,总结了沙尘天气对空气质量的影响情况,为今后北京地区沙尘天气的空气质量预报提供参考。     

2016年北京地区一次雷暴大风的观测研究

利用常规气象观测资料、风廓线资料、北京观象台多普勒天气雷达产品、多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）的反演资料和地面自动气象站客观分析资料,对2016年7月27日北京地区出现的一次雷暴大风天气的环境条件特征、风暴结构特征及演变机制进行了分析。结果显示：本次雷暴大风天气过程出现在弱天气尺度强迫环境中,较好的热力不稳定增强机制促使线状对流发展为弓形回波,形成雷暴大风天气。探空曲线中低层接近于干绝热的环境温度直减率和下沉对流有效位能突增等现象,对预报大风天气有较好的指示意义。上游雷暴的冷池出流与山前偏南暖湿气流在北京西部形成了明显的风向辐合,在强烈的扰动温度梯度和地形抬升的共同作用下,位于地面辐合抬升最强处触发新生单体并迅速发展。新生单体与风暴主体合并下山过程中,由于地形作用抬升了冷池出流高度,与平原地区偏南暖湿气流形成显著的不稳定层结,产生显著的扰动温度梯度,触发不稳定能量使雷暴在下山过程中强度增强。多普勒雷达产品上也表现为强的反射率因子核,并出现回波悬垂和有界弱回波区等特征,速度产品上可看到一对明显的端点涡旋。在冷池不断加强和端点涡旋对后入气流不断加速的共同作用下,后侧入流气流加强成为后侧入流急流,在低仰角速度产品上表现为显著的大风区。后侧入流气流将环境中的干冷空气夹卷进入云体,通过蒸发作用产生负浮力,使冷空气加速下沉,加之降水粒子的拖曳作用,最终造成剧烈的地面大风。     

2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析

冰雹等强对流天气是北京夏季预报和服务的重点,针对2005年发生在北京城区的两次强冰雹天气,利用常规探测和自动站、雷达、风廓线等资料进行天气动力学和中尺度对比分析,结果表明：这两次冰雹天气在环流形势、局地气象条件和中尺度系统等方面有明显差异,5月31日的高低空急流配置、能量和风的垂直切变等更有利于强雹暴的发生;超级单体回波是5月31日北京城区降雹的直接影响系统,6月7日为典型的飑线天气过程,两次过程中雹云的发展演变、冰雹的落区与地面中尺度系统都有较好的对应;造成5月31日城区降雹的对流系统为中-γ尺度,6月7日为中-β尺度,因此5月31日冰雹天气的预警难度较大,今后需充分应用高时空分辨率的探测资料做好此类突发性天气的监测和临近预报。     

北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究

首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600～900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.     

2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究

利用京津冀区域加密自动气象站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP 0.25°再分析资料及0.03°高分辨率地形资料研究了北京2018年7月15—16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明:(1)这次暖区特大暴雨发生在副热带高压边缘的暖气团(θ_se高能区)中,无明显冷空气强迫,斜压性弱,有丰沛的水汽,850 hPa以下出现强水汽辐合。(2)暴雨的中尺度对流系统发展有3个过程:带状对流建立和局地强雨团影响、北京北部"列车效应"南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、平原地区线状对流重建。(3)暴雨发生前,低层西南风出现风速脉动,低空急流建立。首先在2500—3500 m高度形成低空急流,2 h后2500 m以下风速显著增大,5 h后急流厚度由边界层伸展到700 hPa。急流出口区降压,低层出现气旋性风场或切变,有利于垂直上升运动发展,触发和加强对流。(4)西南低空急流暖湿输送导致高温、高湿、高能的对流不稳定层结反复重建,这是对流发展加强的重要原因。(5)地面辐合线是对流触发并逐渐组织成带状对流系统的关键影响因素。地面辐合线方向、低空急流轴、回波移动方向三者几乎...     

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.     

用微波辐射计和风廓线资料构建探空资料的定量应用可靠性分析

使用2007、2008年5～9月北京南郊观象台的微波辐射计探测的温湿度数据和风廓线仪探测的水平风数据构造特种探空资料,将其与常规探空进行统计和对比分析,探讨了它们定性和定量应用的可靠性.结果表明,特种探空的各要素与常规探空具有较一致的变化趋势,定性分析使用时可有效弥补常规探空时间分辨率低的不足.但是,在定量使用过程中,对不同要素需区别对待:(1)特种探空的温度和经向风、纬向风的一致性好、误差较小,具有较好的定量使用价值;由于微波辐射计探测的相对湿度误差较大,造成特种探空的露点温度与常规探空的一致性较差、偏大明显;定量使用时需要订正.(2)不同时次和不同高度各要素的表现不同,08时(北京时间,下同)和20时的一致性好于02时和14时,这可能与样本数的差异和要素的日变化特征等因素有关;露点温度和纬向风的平均误差随高度增加明显增大,温度和经向风的平均误差随高度增加变化不大.(3)由特种探空得到的热力、动力稳定度参量,除粗理查逊数外,其他参量与常规探空计算得到的参量具有较一致的变化趋势,在定性使用上是有价值的.在定量使用时,需要视参量包含的温度、湿度、风等基本要素的误差程度而定.其中,与湿度相关的参量,如CAPE(对流有效位能)、Δθse(500 hPa与850 hPa的假相当位温θse之差)、K指数、湿度垂直梯度和温度露点差等参量存在不同程度的误差,而仅与温度廓线、低空风廓线相关的参量,如垂直温度梯度、0℃和-20℃层高度、低空垂直风切变等参量的绝对误差很小,具有很好的定量使用价值.