2017年5月7日广州特大暴雨微物理特征及其触发维持机制分析

2017年5月7日,广州经历了一次罕见的局地特大暴雨事件,刷新了多个雨量历史纪录,造成了严重的国民财产损失。本文利用双偏振雷达、二维雨滴谱仪、微波辐射计和风廓线雷达等多种新型探测资料,分析这次短时暴雨的演变过程和降水特征,并通过大气环境诊断和双多普勒雷达风场反演方法研究其维持机制。结果表明,此次降水过程发生在弱天气系统强迫条件下,大气层结表现为弱对流抑制、低抬升凝结高度、中等对流有效位能、较厚的暖云层,低层受暖湿气流影响但无明显急流。强降水是由中尺度对流系统直接产生的。午夜至凌晨的初始对流主要由偏南暖湿气流与地形相互作用产生,对流单体不断在后部触发并逐渐形成准静止的对流雨带;黎明至早晨,新生对流单体沿着成熟的强降水风暴出流与低层偏南暖湿气流的交界不断激发,后向传播过程更为显著,形成回波列车效应;此后降水以组织化的对流雨带不断南移。此次暴雨过程中的对流云团为典型的低质心降水云团,降水雨滴谱在高湿环境中表现为暖性降水的特征(小雨滴浓度非常高),但同时存在部分大粒子,从而导致更高的降水效率和局地强降水。不断加强的低层偏南暖湿气流对于对流系统的发展和维持具有重要作用。     

一次非典型秋季冷空气暴雨过程分析

利用常规气象资料、加密气象站观测资料、1°×1°的NCEP再分析资料以及多普勒雷达资料,诊断分析2010年10月14～ 15 日广东南部的非典型冷空气暴雨过程.分析结果表明:(1)此次暴雨过程的中尺度特征较为明显;(2)垂直上升运动先于强降水出现前即有明显反映,而低层水汽辐合与降雨量级的同时性较为一致;(3)前期不稳定...     

近10年广东冰雹的统计特征及天气形势

对2004—2013年广东冰雹天气的时空分布、天气形势、物理量进行了分析。广东的冰雹天气主要出现在3—5月并且集中在粤北山区和西江流域河网地带。可将广东出现冰雹时的天气形势分成锋面低槽型、暖区型、高架雷暴型3种典型的类型。锋面低槽型,大冰雹多出现在这类天气形势下,地面冷锋、低层切变线(低涡)、高空槽(温度槽)互相配合,地面冷空气和中层温度槽的侵入,使得大气层结变的不稳定;锋面、切变线、高空槽的动力作用触发对流;冰雹出现在锋面、切变线附近,高空槽前。暖区型,地面在长江流域以南没有冷空气活动,低层存在西南风与东南风的辐合,高空槽带来干冷空叠加在低层暖湿气流之上,形成不稳定层结;冰雹出现在高空槽前、低层辐合区内。高架雷暴型,地面为冷高压控制,低空存在逆温层,暖湿气流沿着低层冷垫爬升,对流在逆温层之上发展;冰雹出现在切变线附近,多为小冰雹。在广东,适宜大冰雹生长的物理量平均值是:0℃层高度4505m,-20℃层高度7632m,K指数35℃,SI指数-0.99℃;垂直风切变2.67×10-3 s-1;最大上升速度-28×10-2 Pa/s,400hPa与700hPa之间的差动温度平流-23.9×10-5℃/s。大冰雹要求更大的K指数、更小的SI、更大的垂直风切变、更加充足的水汽、更加强烈的垂直上升速度、更大的差动温度平流。     

广东短时强降水的时空分布特征

选取2010—2014年广东省86个国家气象站和2 300多个区域中尺度气象站的小时雨量数据,分析了广东短时强降水的时空分布特征,结果表明:(1)广东的短时强降水多发区集中在3大暴雨中心以及珠三角城市群和西南部的湛江、茂名地区;短时强降水的空间分布与地形关系密切,多产生于河谷、湖泊和喇叭口地形区。(2)短时强降水有明显的月变化,5月份短时强降水次数爆发性增长,次数可占全年总次数的25%,其次是6和8月。(3)短时强降水的日变化总体表现为双峰型,主峰在午后至傍晚时段(14:00—20:00),次峰在早晨前后(04:00—09:00),而午夜(22:00—02:00)是短时强降水发生最少的时段。     

广州道路交通拥堵的降雨影响分析及短时预报

基于广州市东风路2016—2018年交通拥堵指数和临近观测站的降雨量资料,利用随机森林回归算法,探讨了当降雨发生时,东风路交通拥堵情况的变化特征。研究表明:东风路工作日的交通拥堵指数白天段总体呈现出4个峰值,全天拥堵最严重时刻为18:00左右,表现为中度拥堵;总体来看,周末、节假日的交通拥堵情况相较工作日有所缓解。结合G3218气象观测站的雨量数据对比分析可得,当全天雨量在10、25及50 mm以上时,拥堵指数的日变化明显高于总体平均趋势;基于随机森林算法分析得出,当降雨发生时,工作日各时段的拥堵指数均不同程度有所增长,并对模型检验分析,所有预测误差与实际差值均在1 mm以内,模型可信度较高。     

CINRAD/SA雷达双偏振升级数据质量分析评估

广州CINRAD/SA雷达完成双偏振升级改造后,本文评估分析了其探测灵敏度、地物抑制能力以及差分反射率ZDR,差分相移Φ_(DP)、差分相移率K_(DP)及相关系数的数据质量,结果表明:双偏振升级后雷达灵敏度与升级前基本一致,地物杂波抑制效果有明显改善;ZDR系统偏差变化稳定,随Z的增长趋势与经验值一致,测量误差不超过0.2dB;Φ_(DP)的初始相位具有较好的稳定性,K_(DP)对强降水敏感,与强降水有很好的对应关系;相关系数能够很好地区分气象和非气象回波。     

日极端气温的多模式集成预报应用及检验

基于Grapes、T639、ECMWF和JMA精细化数值模式,利用平均集成(EMN)、反误差加权集成(IEWE)、消除偏差加权集成(BRWE)法进行广州5个观测站的日极端气温集成预报研究。结果表明:(1)数值模式对最高气温的预报较为接近,其中Grapes模式的预报效果相对较优;模式对最低气温的预报普遍优于最高气温,ECMWF模式明显优于其余3种数值模式。(2)BRWE的效果最好,尤其对最高气温预报有明显改善,其24~72 h预报效果较最优的Grapes模式分别提高了27.6%、17.1%、9.9%;对最低气温的预报亦有改进,24 h预报误差较最优的ECMWF模式提高12.5%,但48~72 h的改进效果则不明显。(3)集成预报在不同季节的效果有一定差异,在夏秋、冬季节,BRWE的最高气温预报效果明显高于春季;而BRWE的最低气温预报在春、夏季节具有较高的应用价值。     

FSS-based Evaluation on Monsoon Precipitation Forecasts in South China from Regional Models with Different Resolution

This study evaluated the forecast skill of CMA-GD 3 km and CMA-GD 1 km with hourly Rapid Update Cycle (RUC) for five monsoon precipitation events in South China from 2018 to 2020, using the fraction skill score (FSS) of the neighborhood spatial verification method. The results revealed that, among the 24-lead-hour forecasts in CMA-GD 3 km, the FSS for the 0.1 mm precipitation threshold increased linearly with the lead time from 3 to 1 hour, while there was no significant improvement in other lead times. For the 5 mm precipitation threshold, the forecast skill was highest for the latest 1-hour lead time, while the FSS showed slight variation between lead times of 24 hours and 8 hours. The FSS for 10 mm and 20 mm precipitation thresholds were similar to that of 5 mm, with the difference that the best score occurred at the 2-hour lead time. Among the 6-lead-hour forecasts in CMA-GD 1 km, the forecasts of the latest 1-hour lead time were the best choices for four precipitation thresholds. When comparing CMA-GD 3 km and CMA-GD 1 km, it was found that CMA-GD 3 km had better skill for forecasts of 0.1 mm and 5 mm precipitation at 2-hour and 1-hour lead times, while CMA-GD 1 km had better skill for all other forecasts, including the forecast of 20 mm precipitation nearly all lead hours (including 3- to 6-hour, and 1-hour lead times). The results suggest that the increased resolution of the model may be beneficial for precipitation forecasts in South China, especially for short-duration heavy precipitation over a longer lead hours. However, the limited sample size of this study calls for further evaluation using more cases to validate the results′ generality.