基于贝叶斯方案的雷达反射率反演水汽及其同化试验

雷达资料是目前为数不多有能力为高分辨率预报模式提供高分辨率信息资料的资料之一。为充分利用该资料所包含的中小尺度信息,文中基于雷达反射率,利用贝叶斯方法反演出大气相对湿度;将质控后的资料引入3Dvar系统进行同化分析,为高分辨率模式提供初值场。以台风“妮妲”登陆为例,通过一维反演及三维变分系统分析,有效地订正了实况有回波而模式预报无回波区域的大气湿度趋于合理,增加背景场的湿度,减小模拟回波比观测偏强的区域的大气湿度;同化大气湿度后模式在前6小时报出的台风外围回波分布、演变更合理,改进了降水雨带的分布与强度。1个月的批量试验反映1D+3Dvar同化雷达资料后,大气对流层中低层（850~400 hPa）增湿明显,其增湿影响程度可延续12小时以上。其逐时降水预报在前12小时的TS均比控制试验高,而大于5 mm以上降水预报偏差则与控制试验的大略一致或更接近1。      

华南地区网格化在路机动车污染排放量估算与分析

在机动车数据的基础上,利用SMOKE模式估算了华南地区在路机动车污染物排放量,得到了用于空气质量数值模拟的网格化机动车排放源数据。估算结果显示机动车排放源主要分布在珠江三角洲和华南沿海地区,其中珠江三角洲排放量最大,且在深圳香港、广州、珠海澳门三个中心城市区分别出现了三个机动车排放中心,这三个中心与区域经济发达程度有较好的对应。分析还表明,快速增长的摩托车和小汽车数量对机动车排放总量的影响很大,是造成华南城市空气质量恶化的重要因素。     

A short-range quantitative precipitation forecast algorithm using back-propagation neural network approach

A back-propagation neural network （BPNN） was used to establish relationships between the shortrange （0-3-h） rainfall and the predictors ranging from extrapolative forecasts of radar reflectivity, satelliteestimated cloud-top temperature, lightning strike rates, and Nested Grid Model （NGM） outputs. Quan- titative precipitation forecasts （QPF） and the probabilities of categorical precipitation were obtained. Results of the BPNN algorithm were compared to the results obtained from the multiple linear regression algorithm for an independent dataset from the 1999 warm season over the continental United States. A sample forecast was made over the southeastern United States. Results showed that the BPNN categorical rainfall forecasts agreed well with Stage Ⅲ observations in terms of the size and shape of the area of rainfall. The BPNN tended to over-forecast the spatial extent of heavier rainfall amounts, but the positioning of the areas with rainfall ≥25.4 mm was still generally accurate. It appeared that the BPNN and linear regression approaches produce forecasts of very similar quality, although in some respects BPNN slightly outperformed the regression.     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

2003年天气气候异常灾害机理的定量分析Ⅱ——黄淮秋汛

利用NCEP/NCAR再分析资料和局地经向环流线性诊断模式,定量分析导致2003年黄淮秋汛的主要物理过程,并结合天气形势来确立（1～3天）短期预报的着眼点。数值诊断结果表明：（1）预报降水的开始和发展趋势可参考贝加尔湖-新疆低槽及其分裂西风小槽的槽前暖平流与长江流域副热带高压脊西北侧的西南风暖平流的叠加过程。这两股暖平流在黄淮流域所驱动的经向环流上升支占总体上升运动的23.1%,且主要出现在强降水前3天内,强度达到-0.015 Pa/s。（2）预报降水的强度和持续时间可参考高空西风急流在黄河流域北侧的建立和维持。与该急流有关的平均西风动量平流在黄淮流域所驱动的上升支占总体上升运动的28.8%,且主要出现在强降水后4天内,强度达到-0.02 Pa/s。此外,与强降水同步发生且起正反馈作用的潜热加热所驱动的上升支占总体上升运动的44.2%,在强降水期间达到-0.03 Pa/s。（3）预报秋汛结束可参考对流层中上层冷平流侵入黄淮流域以及高空西风急流南压到长江流域北侧,迫使南亚高压脊和副热带高压脊撤出长江流域的一系列过程。与该过程有关的平均温度平流、平均西风动量平流及平均热量垂直输送所驱动的下沉支控制黄淮流域,会导致黄淮秋汛结束。     

北京2008奥运会天气预报示范项目基本情况简介

对北京2008奥运会天气预报示范项目的来源、组织形式、参与系统及项目实施意义进行了逐一介绍。总体来讲,参与项目的8个临近预报系统设计理念都非常先进,大量应用了先进探测资料和数值模式输出产品,针对北京地区开展了本地化工作,并充分应用了GIS技术,以满足奥运气象保障的需求。此外,8个系统又独具特色,产品丰富多样,算法原理先进,如CARDS提供了点预报产品,SWIFF中采用多阂值和核抽取技术的风暴产品;TIFS使用了临近预报集合方法;BJ—ANC中的边界层辐合线识别算法;SWIRLS中的云地闪初生算法等。     

华南一次暴雨过程热力和动力特征的诊断分析

2015年5月19—20日广东省强降水过程具有降水集中、强度大和局地性强的特点,利用广东省自动气象站观测资料、ECMWF_FINE再分析资料,对此次强降水过程进行分析发现:华南地区受低槽东移影响,强降水发生在切变线南侧偏南暖湿流场中,粤北降水属于锋面降水,粤东降水属于锋前暖区降水,两者在水汽输送和动力机制上有显著区别。孟加拉湾和南海输送的水汽在这次强降水过程中占主导地位,南边界和东边界为水汽的流入边界,整体水汽输送以经向输入为主。暖区降水区域处于较强的水汽平流环境中,具有更大的水汽净输送量,造成粤东地区的降水量更大。对流层高层辐散比中低层辐合更为重要,是粤东暖区降水重要的动力属性,且暖区中低层流场的旋转效应弱,有区别于典型的梅雨锋降水。利用绝热无摩擦湿位涡守恒进行诊断发现对流不稳定是此次强降水发展的主要机制,暴雨发生区域对应湿位涡垂直分量为负值,水平分量为正值,底层MPV1＜0和MPV2＞0综合反映了大气对流不稳定和斜压不稳定的增强过程。降水区对流层低层受负湿位涡控制,低层湿位涡负值区与强降水落区有较好的对应关系。      

定量诊断华南春旱的形成机理

华南地处气候年际变化很大的东亚季风区, 近年来秋冬春干旱灾害频繁, 尤其自20世纪90年代末以来的干旱灾害给华南工农业生产和人民日常生活造成严重的影响。华南地区春季降水多是偏南暖湿气流在华南抬升的结果, 为了全面而客观地查找华南春旱的主要成因, 本研究从建立在流体所有守恒定律的华南 (局地纬向平均) 经向环流数学模式入手, 在成功地模拟了导致华南春旱的华南地区(105°E～120°E纬向平均)经向环流后, 定量地诊断分析了各动力热力因子对该经向环流的贡献。结果表明, 激发华南地区下沉和30°N附近上升的距平经向环流的因子主要有: 反映位置偏北的锋面对流活动的潜热加热(由其激发的经向环流下沉支对华南地区总下沉运动贡献占56％)、反映西风带扰动的经向温度平流(占25％)和反映西风急流的纬向西风动量平流(占20％）。为了了解使锋面位置偏北的大气环流统计特征, 本研究还分析了华南春旱年(涝年)500 hPa位势高度距平(相对于1980～1999年平均)和华南春旱严重的1991年旱期(雨期)500 hPa位势高度场, 发现华南春旱(涝)时乌拉尔山阻塞高压偏强(弱）, 副热带高压偏西偏北 (偏东偏南）。对华南春旱严重的1991年乌拉尔山阻高与500 hPa位势高度距平场作相关分析发现, 西太平洋副高变化滞后乌拉尔山阻高变化2～6天。     

低纬准双周振荡对2018年8月广东持续性特大暴雨过程的影响

2018-08-27—09-01广东发生了一次持续性特大暴雨过程,被列为广东省2018年十大天气事件之一。文章综合利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）全球再分析资料ERA-Interim、广东省加密自动站观测资料、中国地面累年值日值数据集(1981—2010年）、NOAA日平均和长期平均向外长波辐射数据,采用小波分析、带通滤波、回归分析等方法,对此次暴雨过程进行分析,主要探讨低纬大气准双周振荡对此次持续性暴雨过程的影响。结果表明：此次暴雨持续时间长、影响范围大,影响此次暴雨天气过程的主要天气系统为季风低压,并伴随有切变线和低空急流;季风低压减弱西移后,与南海西北部高压共同作用,广东沿海极端降水达到最强。2018年7—9月广东省降水和向外长波辐射OLR有显著的6~13 d振荡特征,同时受低纬西北太平洋对流振荡和热带北印度洋对流振荡的影响。低频振荡自西太平洋地区,向西北方向传播,引起了华南沿海的低频对流与环流的发展;来自热带北印度洋上的气流经由孟加拉湾、中南半岛到达华南沿海地区,形成了低频振荡的垂直环流圈,有利于水汽输送及对流发展。两者叠加,影响了此次持续性暴雨的发生发展。     

南海台风模式对台风利奇马快速增强预报能力研究

针对台风利奇马（1909）,分析中国气象局南海台风模式（CMA-TRAMS）和欧洲中期天气预报中心高分辨率模式（HRES）对台风快速增强的业务预报情况,并基于CMA-TRAMS,从水平分辨率、初始场和边界条件、物理参数化方案等角度设计并开展数值敏感性试验。CMA-TRAMS和HRES对“利奇马”增强具有一定预报能力,但对快速增强的速度预报明显低于实况,均不能满足24h和12h快速增强标准,可达到6h快速增强标准。CMA-TRAMS采用3km分辨率对“利奇马”移动路径和强度变化的预报效果优于9km分辨率,但未改进快速增强预报效果;采用3km嵌套9km的方案,模式对台风快速增强的预报效果明显提升。采用MRF边界层参数化方案对台风路径、强度、快速增强的预报效果总体优于YSU方案。海温参数化结合32层垂直分辨率的初始场和边界条件的方案明显提高了快速增强预报效果,预报快速增强的频次、增强的最大速度更接近实况。分析表明,海温参数化方案使海气温差增大,在短时间内对大气、海洋之间的热量输送和交换有明显影响,海洋向大气输送的感热通量和台风内核区的潜热通量加强使内核更暖湿、气压负倾向增大,是预报效果改进的主要原因。