华南暖区暴雨过程集合动力因子的诊断分析

选取2015—2017年4—6月发生在广东地区的20个暖区暴雨个例,利用GFS0.5°×0.5°预报场资料,分析了集合动力因子在华南暖区暴雨中的分布特征。研究结果表明:(1)在广东省的四类主要暖区暴雨中,锋前低槽暴雨中各集合动力因子和累积降水的相关性最高,其次是西南急流暴雨,而回流暴雨中的相关性最差。锋前低槽暴雨与回流暴雨有共同的相关性较好的集合动力因子,高空槽和副热带急流暴雨与西南急流暴雨也有共同的相关性较好的集合动力因子。(2)选取各类暖区暴雨中对降水表征最好的集合动力因子分别构建了3个量级的权重指数(量级分别为10~(-3)、10~(-1)和10~2),发现各量级的权重指数随着降水量级的增大而增大,说明权重指数对分析判断不同量级的降水具有很好的指示作用。(3)采用各量级权重指数的中位数作为判断降水等级的阈值,并利用3个量级的权重指数可以综合判断降水的强度等级,这为降水的量级预报提供了一个客观化指标。这些结果进一步提高了集合动力因子在华南暖区暴雨预报中的实际应用能力。     

城市化进程对北京地区冬季降水分布的影响

根据北京地区城市化程度将城市化进程分成两个时期: 即以1980年为分界点, 将1961~1980年划分为城市化慢速期, 1981~2000年为城市化快速期. 利用北京地区14个标准气象站40 a的降水量资料. 研究了城市化进程对北京地区降水分布的影响. 结果表明: 北京地区冬季降水分布发生了显著的、系统性的变化; 城市化缓慢期, 北京地区南部为降水相对较多地区, 北部为降水相对偏少地区; 城市化快速期, 相对降水量的分布正相反, 南部地区变为降水相对较少地区, 而北部变为降水相对偏多地区. 随着城市规模的扩大, 北京冬季“城市热岛”和“城市干岛”效应增强, 加速了云下降水物的蒸发过程, 使城区及南部地区的降水相对减少. 这可能是造成北京冬季降水分布变化的重要原因之一.     

佛山地区不同类型雷暴过程大气重力波的频谱动态特征研究

利用佛山地区2017年1月至2019年10月高精度微压计数据,统计分析佛山地区不同类型雷暴天气的大气重力波频谱特征,结果表明:雷暴天气与重力波的生成、发展密切相关,长周期(90～270 min)、短周期(1～90 min)重力波在不同类型雷暴天气有明显的差异.不同类型雷暴期间,都有大振幅(≥110 Pa)、宽周期范围的...     

“7.21”暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21~22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS(Equitable Threat Score)评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

造成北京PM10重污染的二类典型天气形势

利用北京空气质量监测资料和NCEP再分析资料,分析了北京发生PM10重污染的天气形势。研究表明:1)虽然北京地区PM10重污染(API指数3级以上)每年只有10 d左右,但与之关联的轻微或轻度空气污染(API指数3级)天数,却可能占全年3级污染总天数的40%-50%。因此,分析研究造成北京PM10重污染的天气形势,对于空气污染的预警预报以及污染源的控制和管理,都具有十分重要意义。2)通过海平面气压场的主观分析,确定了二类北京PM10重污染的典型天气形势,即高压南下东移阻滞型和与北上台风(或热带低压)相关联的弱高压控制型,并指出了后者在2008年奥运会期间,对开展北京空气污染预报和污染控制的指导作用。     

东北地区夏季大气颗粒物数浓度与粒径分布特征的航测研究

利用飞机航测于2018年夏季在东北吉林省用宽范围粒径谱仪对10 nm～10μm大气颗粒物的数浓度谱进行在线监测,分析大气颗粒物的垂直分布廓线和粒径分布特征。结果表明,东北地区近地面颗粒物数浓度为5.8×10³～9.9×10⁴cm^-3,平均值为(2.7±2.2)×10⁴cm^-3;垂直方向上颗粒物数浓度随海拔升高整体呈降低趋势,且垂直廓线存在两种类型:一种是在边界层附近存在较明显的分界线,即在边界层下方,大气颗粒物数浓度随高度升高而显著降低,在边界层上方,大气颗粒物数浓度变化随高度变化不明显;第二种是随高度的升高,城市上空的大气颗粒物数浓度降低,且海拔高度与大气颗粒物数浓度呈现近似线性负相关的关系。在观测期间,颗粒物的粒径大多集中在爱根模态,其峰值位于25～30 nm,后向气流轨迹显示,气团来源于蒙古及内蒙古地区。在四平城市上空观测到1例新粒子生成事件,其核模态颗粒物数浓度为当日其他地区的4倍,后向气流轨迹显示其气团来源于中国辽宁省且受局地气团影响。     

中尺度对流雨带飞机观测资料分析和数值模拟研究

本文使用MM5中尺度数值模式,采用不同分辨率(90、45、30和15Km)相同的Reisner混合相微物理显示方案,及Betts—Miller和Grell的对流参数化方案,对2003年7月8日吉林省境内中尺度对流雨带天气过程进行了数值模拟试验。结果表明：不同尺度的天气系统,需要不同分辨率、不同参数化方案的中尺度模式进行模拟,提高模式的分辨率可以增强对含有对流的中小尺度天气系统的模拟和预报能力;模式的水平分辨率和对流参数化方案对模拟强降水中心有重要影响;当MM5模式分辨率提高时,模拟的细化给降水分布、降水强度带来一些改进,但主要雨区内也出现了一些虚假预报中心水平扩散;低层正涡度区,高层负涡度区的配合,对低层辐合上升运动有利、能促进对流发展;从散度场的分布特征看。低层850hPa的水平辐合区域强弱与降水的大小有密切关系,强水平辐合区与强降水区有很好的对应关系。因此,在MM5模式业务化时应该根据天气特点来选择模式分辨率和对流参数化方案,以使模拟结果更接近实况。     

1949-2017年南海海域热带气旋强度和路径快速变化统计特征

为进一步认识南海地区热带气旋强度和路径快速变化的统计特征,利用中国气象局上海台风研究所整编的1949–2017年的热带气旋最佳路径数据集,统计分析了不同强度等级热带气旋发生强度和路径快速变化的特征。结果表明:(1)由强热带风暴快速加强为台风、以及由台风快速加强为强台风是热带气旋强度快速加强发生频率最多的事件;强度快速加强次数以1次居多,一般不会超过2次;但大部分途经南海的热带气旋出现快速加强时都在南海以外的地区,在南海出现快速加强的概率仅为9.8%。(2)不同强度的热带气旋,其强度的维持时间长短对其强度快速加强有重要影响,一般在该强度的前24 h是快速加强的最佳阶段,当其中心气压下降速度超过?12.0 hPa/(6 h)时容易出现台风级别或以上的强度快速加强,且热带气旋快速加强容易出现在海温偏高地区。(3)南海地区热带气旋路径的偏转主要出现在西行路径中,其中以5°～30°的偏转为最常见,占到全部热带气旋总数的48.65%,不过,按照定义的路径快速转向标准,路径快速转向的概率仅有15.13%。随着热带气旋强度的增强,南海地区发生路径快速转向的频次迅速减少,路径快速转向主要出现在近海岸地区和南海中北部偏东区域。这些结果进一步细化和丰富了对南海地区热带气旋强度和路径快速变化的认识。     

台风暴雨过程中位势散度波作用密度分析和预报应用研究

在位涡的基础上,考虑散度效应,把水平风矢量旋转90°后的旋度在广义位温梯度方向上的投影定义为位势散度,并把其二阶扰动量定义为位势散度波作用密度,该波作用密度代表扰动热量的扰动输送,与位势稳定度的发展演变有关.登陆台风Morakot(2009)的诊断分析表明,在台风登陆台湾岛,进入台湾海峡和登陆大陆三个阶段,波作用密度高值区与大陆和台湾降水区相重叠,扰动热量的扰动输送显著;在前两个阶段,大陆和台湾降水区波作用密度逐渐增大,扰动热量的扰动输送逐步增强;在台风登陆福建霞浦市后,大陆地区波作用密度减小,扰动热量的扰动输送减弱.在影响波作用密度局地变化的诸多物理因素中,扰动非地转风位涡项是主要强迫项.统计分析表明,波作用密度与观测降水有一定的相关性,据此发展了位势散度波作用密度降水预报方程,其本质是数值模式预报资料的动力延伸释用,预报应用表明,利用24 h模式预报场计算的波作用密度降水能够较好地再现观测降水的落区,对台风Morakot引发的暴雨有一定的预报技巧.     

云凝结物平流输送对降水云系发展影响的数值模拟研究

大气动力学中"平流输送"是非常重要的宏观动力学过程,云凝结物的平流输送与降水云系的发展演变密切相关,它把宏观动力过程与各种云凝结物粒子的时空演变联系起来,云凝结物的平流输送可以增加或减少局地大气中云凝结物的含量,改变云凝结物的空间分布状况,影响云凝结物的微观物理过程,进而促进或抑制降水云系的发展演变.本文在数值模拟研究中.通过改变云凝结物平流输送的状况来研究宏观动力过程对云微观物理过程的影响,因而利用ARPS模式开展3个分别排除云凝结物水平平流输送、垂直平流输送和三维平流输送的敏感试验,进行关于云凝结物平流输送对降水云系发展演变影响的敏感性数值模拟研究.结果表明,云凝结物的平流输送对水汽比湿的影响很小.云凝结物的三维平流输送有利于增加降水云系中雪和霰的混合比含量,抑制云水、雨水和云冰混合比含量的增长.云凝结物的水平平流输送可以降低降水云系中云水和雨水的混合比含量,增加云冰和雪的混合比含量;云凝结物垂直平流输送的作用是增加降水云系中雨水、雪和霰的混合比含量,减少云与冰混合比含量.云凝结物三维平流输送效应的分析表明,云凝结物的三维平流输送主要通过调整云凝结物的微物理过程源汇项以及降水粒子(雨水、雪和霰)的下落末速项来改变降水云系中云凝结物的垂直结构;另外,雪的三维平流输送对雪本身的分布也有一定影响.