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.     

2008年7月4日北京一次大暴雨过程的强对流分析

利用FY-2C卫星TBB逐小时资料、北京南郊观象台SA雷达资料、BJ-ANC系统的雷达强度立体拼图以及反演的VDRAS风场资料详细分析了2008年7月4日北京一次暴雨过程的强对流结构特征。结果表明:边界层内西南风和东南风的辐合以及偏东风的加强促使此次对流的产生和发展;3个MCS的两次结合是对流系统显著增强的重要原因;当对流系统东移后,北京的特殊地形对气流的阻挡和抬升作用使对流系统在山前迅速发展增强为MCC,而对流系统的结合以及山前MCC的形成造成了本市两次小时雨强峰值达70mm以上的暴雨天气过程。     

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.     

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重叠是造成对流后向传播和“列车效应”的有利条件。（6）太行山和燕山地形对对流触发和暴雨增幅有重要影响。北京最大雨强≥40 mm/h站点中的77.4%位于西南部和东北部200—600 m海拔高度处。偏东风在华北西部太行山局地迎风坡触发对流,西南低空急流在北京北部迎风坡和喇叭口地形处辐合和抬升更为显著,造成局地特大暴雨。      

基于雷达四维变分分析系统的强对流高分辨率模拟个例分析和批量检验

利用以雷达资料快速更新四维变分同化(RR4DVar)技术和三维数值云模式为核心的模拟分析系统,通过同化京津冀区域6部新一代天气雷达逐6 min的径向速度和反射率因子资料,并融合区域自动站逐5 min观测和中尺度数值模式结果,对发生在京津冀地区的18个对流风暴"事件"进行了高分辨率数值模拟,开展了个例分析和全部模拟结果的检验评估。个例分析结果表明,模拟的低层三维动力、热动力和水汽特征可以明确解释复杂地形条件下对流风暴的局地新生、组织化和线状中尺度对流系统(MCS)的形成。高分辨率模拟结果也明确指示了线状中尺度对流系统中对流风暴单体不断新生(再生)和"后向传播"的机制,以及地形强迫在风暴形成和演变中的重要作用。基于一部风廓线雷达、两部地基微波辐射计、一个秒级探空和一个边界层观测塔等局地高频非常规观测数据对18个对流风暴"事件"模拟结果的检验表明,0-3 km的风速、风向和温度的模拟误差(包括偏差和均方根误差)总体较小。其中,最低模式层(187.5 m)风速偏差和均方根误差分别在-0.5和0.9 m/s以内,最高检验层(2.8125 km)风速偏差和均方根误差分别在-0.9和1.6 m/s以内,风速误差随高度逐渐增大;风向偏差在14°-22°,风向均方根误差小于38°;温度偏差和均方根误差分别在-1和1.8℃以内。系统模拟的低层风速、风向和温度的偏差和均方根误差在对流风暴内部稍大于外部。上述研究表明,该系统模拟结果对对流风暴生消、发展及生命史特征的临近预报和预警具有重要指示意义。     

如何做好区县天气预报

从了解责任区域内影响气候的主要因素,熟悉责任区域内天气气候特点,掌握责任区域内预报服务的重点和内容,做好数值预报产品对本地降水、气温预报能力的检验分析和应用,加强历史天气个例的分析总结等方面介绍了区县天气预报一线服务人员制作责任区域内天气预报的一些经验和方法,形成适合本地预报员的工作流程,这些经验和方法为区县预报员制作本地天气预报提供了参考,从而进一步适应区县气象综合业务服务发展需求。     

2001—2018年北京地区暴雪天气雷达回波特征分析

利用2001—2018年北京市20个国家级气象站冬季降水资料、常规气象观测资料和北京新一代天气雷达资料,在统计分析北京地区暴雪天气过程的气候和环流特征的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明:北京地区出现暴雪的天气形势主要有四种,分别是低涡低槽型,地面倒槽型,横槽型和回流型,其中低涡低槽型最多。按照雷达回波类型划分,北京暴雪一般可以分为混合型和层状云型,混合型占多数,回波形态呈片絮状,最强反射率因子可达35dBz以上,回波顶高在4km以上。速度场上,大部分个例出现较为明显的“牛眼”结构,且全部是边界层低空急流,该低空急流的存在对暴雪的产生和维持至关重要。该研究结果可为冬季暴雪天气过程的业务预报服务提供参考。     

渭河洪水防御体系研究

渭河流域暴雨洪水频繁,加之近几十年来渭河下游河床抬升及河段淤积引起行洪条件恶化,使得洪水灾害已成为陕西关中地区经济社会可持续发展的重要制约因素,文章对渭河洪水防御体系建设进行了全面分析,提出了现状防御体系存在的主要问题,提出了建立渭河洪水防御体系建设及做好渭河防汛工作的措施,为减轻洪水灾害损失,做到有效的防御洪水灾害,做好渭河防汛工作有一定的借鉴作用。     

管道镇墩设计程序化计算的思路和应用

镇墩作为管道支承结构,是输水工程管道设计的重要组成部分。本文针对长距离输水管道镇墩数量众多,工作量大等问题,基于镇墩稳定性计算的结构荷载原理,依据国家现行的规范规程,编写了镇墩稳定的计算程序,通过自动计算得出满足结构要求镇墩体积文件,并在施工中自动归并处理,力求达到解决镇墩稳定性标准化计算的问题。     

偏东风冷空气与地形相互作用背景下北京局地强降水成因分析

综合使用自动站、卫星TBB、探空、BJ-ANC雷达拼图、雷达变分同化分析系统（VDRAS）风场以及NCEP/GFS0.5°×0.5°分析资料,对漏报的2013年6月4日白天北京局地强降水天气过程及成因进行详细分析。结果表明：（1）该过程是在弱天气尺度背景（即没有明显西来槽和高空冷空气等天气尺度系统强迫）下产生的,且北京地区低层被由渤海湾侵入的偏东风（冷空气）控制,大气层结上暖下冷,有别于通常意义上的夏季强对流天气发生背景,因此造成其预报失误。（2）高空正涡度平流提供了一定的动力条件,但不足以触发强对流,其主要触发机制是低层偏东风冷空气侵入以及暖湿空气在冷空气和地形相互作用下强迫抬升,这一点在今后强对流预报中尤须关注。（3）当夏季早晨850 h Pa以下出现逆温层时,若当日白天太阳辐射升温状况良好,08时探空资料在使用时应进行订正,T-logp图订正后显示北京具有显著对流有效位能（CAPE）;此外,较大的中低层垂直风切变和边界层内较大的湿度层结均为雷暴下山后明显增强并造成局地强降水提供了有利的环境条件。（4）雷暴前侧出流与东南风形成的辐合线造成了中尺度对流单体不断东移。