利用卫星云图资料制作热带气旋预报路径的一种算法

根据台风生成后在云场中移动的环境条件,引入一个环境作用于台风中心的热力梯度力方向,用该热力梯度力方向与当前台风的移动方向相结合,研究台风移动过程的变化规律,寻找一种简易可行的台风路径预报方法．经过多年实践,本文揭示出台风中心未来沿着当前移动方向与环境作用于台风中心的热力方向合成移动的基本规律：当前台风中心移向与前方晴空区中轴线相交时,台风沿着当前移向前进到与阻挡轴线相交点相距4个纬距的位置时便发生偏转,逐渐与阻挡轴线走向趋于一致;若当前台风中心距相交点的距离小于或等于4个纬距时,则从当前位置发生偏转．文中利用以上规律研制出台风移向变化方程和移动轨迹方程．     

一种基于MEA BP的太阳辐射反演算法

基于光电原理的日照计即将在全国推广应用,以光照度观测数据为主反演太阳辐射数据可以有效弥补太阳辐射观测站数量不足的现状。针对现有的太阳辐射反演方法的不足,提出一种融合主成分分析(PCA)、思维进化算法(MEA)和BP神经网络的复合模型,利用太阳光照度、太阳高度角、温度和湿度观测分钟数据反演太阳辐照度。首先,以晴空指数为依据,基于概率神经网络(PNN)分类法,将天气类型分为晴、云、阴3类,分类准确率达到96.6948%。再利用PCA降维后的4个影响因子,对3类天气分别采用BP、GA-BP和MEA-BP法反演太阳辐照度,与标准辐射表的实测数据对比。结果表明:晴、云、阴的MEA-BP模型的决定系数最高达到0.9958,与单一BP模型相比,RMSE分别降低了49%、32.45%和10.64%;相比于GA-BP模型误差,MAPE最高减少了42.54%。本文所提出的MEA-BP复合模型的泛化能力得到了有效提高。     

江苏近10 a高架雷暴特征分析

对2007—2016年发生在江苏地区的冬半年雷暴进行特征分析,筛选出12次典型的高架雷暴天气过程,揭示江苏发生高架雷暴的时空分布特征和典型的环流形势,发现逆温层顶之上的不稳定浅层和上下层强垂直风切变分别为高架雷暴的发生提供弱热力不稳定和强动力不稳定条件。强垂直风切变、850 hPa附近强烈的锋生导致的锋面次级环流,高空槽前正涡度平流随高度增加以及高层辐散、低层辐合造成的抽吸作用,为高架雷暴的发生和维持提供逆温层之上的动力抬升条件。高架雷暴发生时高仰角反射率因子呈现出类似零度层亮带的环形特征,对流单体不断生成在圆环附近。初步归纳了江苏高架雷暴的预报着眼点:500 hPa先后高空槽东移,700 hPa有16 m·s~(-1)以上的西南急流,850 hPa切变线东伸,存在逆温层顶高于1. 5 km,逆温强度大于5℃的较强逆温,0～6 km垂直风切变超过18 m·s~(-1),700 hPa与500 hPa温度差在15℃以上以及700hPa的相对湿度高于80%,且比湿在5～6 g·kg~(-1)。     

黄渤海一次持续性海雾过程形变特征及其成因分析

2016年3月3—5日,渤海和黄海大部出现了一次大范围持续性的海上大雾天气过程。本文从卫星遥感监测上分析海雾在生成、发展和消亡三个阶段的形态演变特征。从海洋气象条件上分析了山东半岛东南近海没有海雾和海雾形态演变的原因。结果表明:(1)在海雾形成初期,在山东半岛东南海域有弱气旋性弯曲,大气层结不稳定,地面形势受低压影响,虽受偏南风控制,但湿度小,无水汽辐合,因此在山东半岛东南近海没有雾。(2)海雾的形成与低层的偏南暖湿气流有关,而这个偏南暖湿气流来源于西北太平洋,雾区对应着水汽辐合区,海气温差为0～1℃的区域与雾区吻合,在海雾发展成熟期,雾顶长波辐射导致雾体降温,出现气温低于海温的现象。(3)925～1000 hPa垂直风切变有利于海雾在逆温层内维持和垂直高度上的发展,形成有一定厚度的海雾。     

2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明：陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350~500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0~6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。     

内蒙古一次强龙卷天气的中尺度特征分析

本文利用新一代多普勒天气雷达资料、逐5分钟自动站资料、常规观测和NCEP(1°×1°)再分析资料等,对2021年6月25日发生在内蒙古太仆寺旗的一次强龙卷过程进行分析研究。结果表明,龙卷发生在前倾槽背景下,出现在低层的西南气流当中。龙卷发生的环境场特征为上干冷下暖湿的不稳定大气层结;地面辐合线及干线为强对流提供了触发条件;低抬升凝结高度、强低层垂直风切变和大的对流有效位能为龙卷提供了有利条件。此次龙卷过程由多个超级单体风暴相互作用造成的,雷达回波资料分析显示超级单体出现明显的钩状回波,“V”型缺口,回波悬垂、旁瓣回波的特征,雷达距离龙卷发生地超过100 km,未识别出龙卷涡旋特征,但识别出了中气旋,中气旋最大转动速度达到了15 m/s,为弱到中等中气旋;龙卷发生前基于单体的垂直累积液态水和最大反射率回波顶高有明显的跃增。     

锋面涡旋诱发南海热带气旋Noguri(2002)的数值试验

利用WRF_ARW模式,对锋面型涡旋诱发南海强热带风暴Noguri(2002)的生成过程进行模拟研究。通过对动力学和热力学物理量的诊断分析,讨论了锋面型初始涡旋诱发热带气旋(TC)的可能途径和机制。结果表明:该类型TC与热带扰动诱发TC的过程相类似,强对流单体(如积云塔)与环境场间的相互作用发挥重要作用,而这些对流尺度系统的活动受较大尺度系统调控。在环境场强垂直风切变情况下,初始涡旋在发展过程中,表现为垂直方向上涡旋结构由倾斜向垂直演变的过程,涡度、螺旋度和水汽场均存在若干次振荡。进一步分析表明,水汽和对流循环的反馈对涡旋的振荡发展很重要,且与环境场垂直风切变的强弱变化有着密切的联系。     

一次连续下击暴流天气的成因分析

基于多普勒雷达、闪电定位、地面观测资料和现场勘察情况,对2016年5月2日皖西南发生的一次连续下击暴流天气的成因进行分析。结果表明:引起2次微下击暴流的风暴为同一风暴单体,且为超级单体,旺盛阶段的雷达回波表现为钩状分布和倾斜结构;下击暴流产生的初始原因是液态或固态降水粒子下降的拖曳作用,中后期则主要源于热力不稳定、对流层中层的动量下传和补偿性气流作用,伴随的水成物与环境之间的负浮力增大是下击暴流发生的重要原因;对流层中层盛行风向造成的动量下传决定了2次微下击暴流的地面风走向;超级单体风暴具有反射率因子核最高和下降速度最快的特点,反射率因子核高度超过6 km,1个体扫间隔下降3 km左右或以上;当6 min降水达4 mm以上时,是发生下击暴流的征兆之一。     

基于A-Train卫星编队资料的热带气旋强度估算

准确估算热带气旋(TC)强度,对于预测TC发展、减少财产损失具有重要的意义。前人将TC看作满足静力平衡和梯度风平衡的轴对称涡旋系统,基于云顶高度、云顶温度、海表面气压等物理量建立了TC强度估算模型,该模型未考虑环境垂直风切变对TC强度的影响。本文提出一种修正模型,通过统计拟合手段将垂直风切变加入原模型中。从2006—2015年的Cloud Sat资料中筛选出穿心个例共63个。针对云雷达(CPR)数据特点,提出根据反射率因子的垂直分布确定眼墙和外围边界位置的方法。分别用原模型与修正模型对这63个TC个例进行强度估算。与最佳路径数据相比,原模型结果总体偏大,尤其对风切变较大、强度较小的个例估算效果不佳。修正模型对于风切变大于5 m·s~(-1)的个例误差明显减小,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对误差百分比MAPE分别从5.8 m·s~(-1)、7.7 m·s~(-1)和19.5%变为3.5 m·s~(-1)、4.9 m·s~(-1)和11.5%。在一定强度范围内,修正模型估算效果随着强度的增强而提升。修正模型对于成熟阶段的个例效果更好,北半球的估算精度高于南半球,纬度越高,估算误差越小。试验结果表明,用该修正模型估算TC强度是可行的,可以对现有的技术进行辅助和补充。     

超级单体引发的一次大风风速估算及其机理探讨

基于地面、高空、雷达探测资料和GFS再分析资料,对一次超级单体引发的大风风速进行估测,并探讨大风的形成机理。研究表明:①伴随着大风天气的发生,地面气温快速下降、比湿减少;大风的发生与风暴单体的发展程度和中气旋强弱在时间上具有一致性,风向分布与中气旋的旋转方向相同;大风地点发生在大尺度背景下垂直速度下沉区域。②风速具有随着不同等级径向速度面积增加而增加的现象,用其可以大致估算风力等级。③多单体的合并使得风暴单体变强,成为超级单体风暴;通过动量下传,促使空中大风快速下沉至近地层辐散,使之成为地面大风的形成机制之一。④由于中等雨量的拖曳作用,将中层大气拖曳至近地层;地面气温显著降低,表示环境负浮力的增大,加强了中层大气的下沉运动。⑤风暴合并、动量下传、降水拖曳和环境负浮力增加以及风暴后部下沉气流等共同作用引起了地面大风。