极端天气指数在强对流天气中的应用及检验

数值预报特别是集合预报技术大大提高了对极端天气的预报能力,目前对于温度、风、降水等要素,欧洲中心基于集合预报产品计算的极端指数产品为其极端性提供了定量化依据。但目前尚没有应用于业务预报的强对流天气极端指数产品,本文统计了与强对流天气密切相关的物理量,并计算了其极端天气指数,统计了极端天气指数在不同强对流天气中的阈值分布。结果表明,极端天气指数与强对流天气有密切的关系,且不同类型的强对流天气极端指数的分布和阈值具有各自的特点。基于上述结果,利用极端指数和模式降水资料,使用支持向量机方法,建立了不同类型强对流天气的客观预报方法,为业务预报极端强对流天气提供客观支持产品。     

蒙古冷涡影响下的北京降雹天气特征分析

蒙古冷涡是诱生北京地区冰雹天气的一种主要天气系统,通过对近8年几例冰雹天气过程的分析,得出在蒙古冷涡影响下,北京地区产生的冰雹天气与其他天气类型相比,具有分布范围广、局域性强的特点。对蒙古冷涡影响下的天气形势进行详细分析,可以进一步将其分为两类,一类是蒙古冷涡后部强冷空气与前部暖湿气流交绥,地面强冷锋造成的对流天气;另一类是主冷锋后,蒙古冷涡后部不断南下的冷空气,与增温、增湿的地面低涡或切变线系统而形成不稳定大气层结造成的对流天气。同时该两类天气也有许多共同特征。如对流层低层的能量锋,大气的斜压性和层结的条件对称不稳定激发了能量锋前蕴酿已久的湿有效能量得到了有效的释放,导致对流不稳定天气的发展。对流层中层干冷空气的侵入,正的差动假相当位温平流加剧了大气层结的不稳定,强的风垂直切变更促使对流上升运动的发展。尽管这两类冰雹的各项特征的强弱程度不同,所产生的冰雹天气强弱也有差别,但都表现了有利于冰雹天气发生和发展的动力、热力特点。与其它个例比较,可以综合提出蒙古冷涡影响下冰雹天气的预报着眼点,为北京地区强对流天气潜势预报和临近预报提供理论依据。     

导致区域性雷暴大风天气的云型分类及统计特征分析

利用2005—2011年的静止卫星、常规探空和重要天气报资料,文章选取了18次典型区域性雷暴大风过程,在分析500 hPa天气形势基础上对导致雷暴大风的强对流云型进行了分类分析,其发展过程可划分为初始、发展、成熟和消亡四个阶段。对静止卫星观测的定量特征分析表明,对流云团中IR1通道和水汽(WV)通道的亮温差基本为负值,其值的不断减小预示着强对流在持续发展;在监测和预报雷暴大风天气时,需要特别关注长椭圆形强对流云带的右侧和其右侧的孤立对流云团,尤其是TBB(红外亮度温度)低负值区、TBB高梯度区、IR1和WV通道亮温差值区及大梯度区均配合的区域。在定性分析的基础上对静止卫星IR1与WV通道的亮温特征进行了定量统计分析,获得了雷暴大风出现站点附近的红外亮温、水汽亮温、IR1与WV通道亮温差和红外亮温梯度的分布情况,结果发现大部分站点的雷暴大风天气出现在以下时段:红外亮温由急剧下降到平缓下降之间的过渡期;IR1与WV通道亮温差由迅速下降转为缓慢下降或稳定少变的时间点前后,且多数处于IR1和WV通道亮温差由正转负临近的时间段内;红外亮温梯度达到最大的时间点附近或开始下降的时候。     

发生在中国大陆的台风变性加强过程分析

通过对登陆台风Winnie(1997)的演变过程分析，发现登陆后的台风经历三个阶段：衰减阶段、变性阶段、重新加强阶段。其变性过程类似于Sekioka等人提出的复合型，变性后逐渐演变为Shapiro—Keyser气旋模型。通过对物理量的诊断分析发现，对流层中高层冷空气的下沉入侵以及对流层低层的暖平流是热带气旋变性的原因。冷空气的入侵使具有暖心结构的热带气旋演变为斜压结构的温带气旋。变性后气旋得到了重新发展，低层维持的较明显暖平流以及与高空急流相对应的散度区和高空涡度平流是导致气旋重新发展的重要物理因子。     

影像Internet服务中金字塔的高效组织

为了提高基于Internet的影像信息服务的速度,提出了相离式金字塔结构,用以组织和管理海量的影像数据;分别讨论了相离式金字塔结构数据和索引两部分的组织问题,并给出了适宜的组织方法。同传统的金字塔结构相比,相离式金字塔结构具有更高的查询响应性能和更好的可扩展性,适于作为影像Internet服务中服务器端的数据组织。     

2016年9月4日下午“杭州G20峰会”期间短时阵雨天气成因与预报难点

2016年9月4日下午16时(北京时)左右,发生在杭州市区和西湖及周边区域的一场突发的短时阵雨天气对“杭州G20峰会”相关活动的准备工作造成了极大的影响。本文分析了该次阵雨天气的成因,讨论了定点和定时短时期近预报的局限性和短时临近预报难点。本文分析表明,当时重点监视的杭州东部宁波至绍兴一带的主要对流系统并未直接影响到杭州市区,东移的天气尺度高空槽系统也尚未影响到该区域,该次阵雨天气是在弱的静力不稳定条件下,由午后形成的海风锋与干线在杭州湾西北岸共同触发的浅层对流系统向西南快速移入杭州西湖及其周边区域形成。由于该对流天气系统具有空间尺度小、生命史短、移动快速、发展高度低、反射率因子强度低、短时雨强较大等特点,加之当天杭州及周边区域上空存在大量在静止卫星云图上难以同积云区分的高层卷云,使得天气雷达和静止气象卫星对该系统的监测能力受到显著的影响,以致于仅依赖这两类资料对其做出较长时效的短时临近预报也非常困难,因此使用高时空分辨率的加密自动站资料分析中尺度环境场的要素变化对于此浅对流天气系统的短时临近预报至关重要。     

2008年初冰雪灾害和华南准静止锋

2008年1月中、下旬中国南方广大地区受到低温雨雪冰冻的极端异常气象灾害(简称"0801冰雪灾害").其降水性质属于隆冬季节华南准静止锋产生的持续性降水.以1月28日的锋面为例,用经典天气学分析方法从等压面图、垂直剖面图和单站探空曲线,讨论了华南准静止锋的三维空间配合.     

乌鲁木齐7·17暴雨的天气尺度与中尺度特征

新疆位于半干旱地区,2007年7月13—18日新疆沿天山一带多站出现暴雨。利用每分钟与小时降水资料、常规地面与高空观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、静止卫星云图资料与雷达资料进行分析,重点考察2007年7月16—17日乌鲁木齐暴雨过程 (7·17暴雨) 的天气尺度及中尺度特征,并与1996年同期暴雨过程以及我国东部暴雨过程进行对比。结果表明:该降水是一次大尺度斜压过程,中亚低涡是该暴雨过程的主要影响系统,但其位置、形态与强度均不同于1996年过程;干冷空气侵入加强了大气的对流性不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用;该暴雨过程的水汽主要来自于青藏高原东部—甘肃西部一线以及南疆北部;该暴雨过程中有明显的γ-中尺度对流雨团发生,径向速度辐合可能是γ-中尺度对流雨团的重要触发机制。     

台风变性加强过程的数值模拟和试验分析

1997年登陆的Winnie台风经历了变性重新加强的过程,利用中尺度数值模式MM5对该过程进行了数值模拟和分析.等熵位涡分析显示重新加强过程经历了2个阶段:(1)高层扰动加强期,北上的变性气旋在其高层维持了小的位涡区,使上游东移的位涡槽加强;(2)气旋斜压发展期,低层气旋上的斜压带与高层加强的扰动耦合,气旋获得斜压发展.该过程伴随着高层风速的加强并发展为急流,这是动力平衡和低层斜压动能输送的结果.高层扰动和急流演变过程说明了变性气旋自身对其发展的重要性.通过热带气旋分离的方法,利用数值试验对变性气旋以及与气旋相关的物理因子的作用进行分析.结果显示,低层变性的气旋Winnie首先通过潜热过程加强了高层的扰动,然后在其北移过程中和高层的扰动位相锁定而得到斜压发展,演变过程说明了登陆台风自身的重要性.在这个过程中,初始气旋的涡旋环流足最主要的,其次是水汽,而斜压性影响最少.斜压性影响最少是由于在气旋环流和高湿度的环境下,斜压带得到重建,使气旋仍然可以和高层的扰动相互作用而得到斜压发展.所以,斜压性仍是变性气旋再度发展的直接原因.综观台风Winnie的变性以及重新加强过程,气旋中斜压性的产生以及维持都和与降水相关的潜热过程密切相关.     

中尺度天气的高空地面综合图分析

中尺度强天气的预报能力非常有限,一个重要原因是在业务预报中,缺乏对中尺度对流天气发生的环境场条件和发生发展特征进行及时有效的分析。本文介绍了国家气象中心正在试行的中尺度天气的天气图分析方法。中尺度天气的天气图分析主要利用探空资料和数值预报相关参量资料,分析中尺度对流天气发生发展的环境场条件,包括高空综合图分析和地面分析。在高空分析中重视风、温度、湿度、变温、变高的分析,并通过将不同等压面上最能反映水汽、抬升、不稳定和垂直风切变状况的特征系统和特征线绘制在一张图上形成综合图,以更直观的方式反映产生中尺度深厚对流系统发生发展潜势的高低空配置环境场条件。地面分析包括气压、风、温度、湿度、对流天气现象和各类边界线(锋)的分析。国家气象中心的强对流天气预报业务试验表明,中尺度天气的天气图分析已经成为强对流天气潜势预报的重要依据。