高空西北气流下特大暴雨的预报误差分析及思考

利用常规及非常规气象资料、业务数值预报模式、GFS再分析资料(0.5°×0.5°),分析了2016年6月19日江西北部高空西北气流下特大暴雨环境场特征和数值模式误差,对比了相似形势的暴雨过程,找出业务预报误差较大的可能原因是对高空"干冷"西北气流南移、副热带高压北抬的速度、低空西南急流加强及前端辐合、上游移来短波槽、异常水汽条件的综合作用分析不到位,各类数值模式产品对降水落区预报偏北、强度预报偏弱也影响了预报员对暴雨的综合判断;给出了预报这类特大暴雨着眼点和预报概念模型以及订正模式降水的思路。     

“17·7”榆林特大暴雨成因及多普勒雷达特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料以及榆林多普勒天气雷达产品,对2017年7月25—26日榆林市区域性暴雨、局地大暴雨成因进行分析。结果表明:500hPa短波槽、700hPa低空西南急流和850hPa中尺度切变线是本次过程的主要影响系统;700hPa西南急流为特大暴雨的主要水汽输送系统,同时为强降水的维持提供了不稳定能量。雷达反射率演变特征表明该次过程有两个强降水时段,第一阶段为位于榆林北部的带状回波和南部的孤立雷暴单体造成的局地强降水,第二阶段为回波前部不断生成并发展的多个强回波中心给榆林南部带来的大范围短时暴雨。径向速度图上,在第二阶段对称的正负速度中心表明700hPa存在明显的西南低空急流;过程期间低空急流与强降水的发生具有较高的相关性,持续出现的中心风速为15 m/s以上的西南急流对短时大暴雨的产生有重要作用,低空急流的强度直接影响着强降水强度,急流风速增幅越大,强降水雨强增幅越大。     

23个CMIP5模式对厄尔尼诺事件生命史模拟能力的评估

利用23个CMIP5气候模式历史模拟试验数据,评估模式对于厄尔尼诺事件生命史的模拟能力。评估结果显示,有1/3的模式可以很好地再现厄尔尼诺生命史演变过程,而另有1/3的模式对厄尔尼诺生命史模拟能力较弱。观测分析结果表明,动力(海洋温度平流)和热力(海洋表面热量通量)强迫作用对厄尔尼诺快速衰减过程都有贡献。前者主要与西北太平洋区域风场响应有关,而后者主要与"云—辐射—海温"负反馈过程有关。模拟能力较强的CMIP5模式中海温距平中心相对偏东,因此海洋纬向平流负反馈和短波辐射负反馈作用较强,衰减阶段中海温衰减更快。而模拟能力较弱的气候模式中海温距平中心相对偏西,因此动力和热力过程较弱,海温衰减缓慢。由于衰减变率不同,前者海表温度距平在发展年次年夏季时符号发生改变,而后者依然维持相同的符号。由季节决定的大气—海洋相互作用所引发的不稳定增长过程在北半球秋季时期进一步参与其中,因此较好的模式中负海温距平继续增长并转变成拉尼娜,而模拟能力较弱的模式中始终维持暖海温距平,没有形成拉尼娜。分析结果同时表明,仍然有1/3的气候模式不能很好地模拟出厄尔尼诺事件位相锁定特征。     

几种特殊地形对气流运动影响的解析研究

在地形相关函数与地形高度函数近似相等的假设下,利用一种解析方法得到多种典型地形影响下的大气中尺度运动的定常解析解以及对应的气流运动情况。结果表明,在地形上风方的水平方向不呈现波动形态;低(浅)的地形不会在大气中形成急流和转子。对各种有一定高(深)度的地形,当Froude数Fr 1/π时,大气波动仅出现在地形附近,低层流线接近地形,向上则波动有所减弱;当1/πFr1/(2π)时,该波动不仅出现在地形附近,还出现在地形的下风方,波长与地形的水平尺度无关,仅取决于背景场,且向上波动仍有所减弱;当Fr1/(2π)时,在地形下风方的大气中层,会形成一支急流,再往下风方,该急流又分为两支,一支位于大气高层,一支位于大气低层,并又会在大气中层再度汇合;在该急流的一侧或两侧,会出现转子;在奇异值Fr=(nπ)-1上出现间断,扰动会出现一个急剧增强的现象。     

AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料的对比分析

为了解飞机观测气象资料(AMDAR资料)的可用性,推进AMDAR资料在湖南气象预报业务中的应用,对2013年5月至2016年12月的AMDAR资料时空分布特征进行了分析,并参考美国国家环境预报中心(NCEP)提供的AMDAR资料质量控制方法,对AMDAR气温资料进行质量控制,并在此基础上对湖南范围内的AMDAR气温资料和常规高空观测气温资料(长沙、怀化、郴州)进行了对比分析。结果表明:我国AMDAR资料主要分布在100 h Pa气压层以下,起飞和降落阶段资料约占68. 75%。AMDAR气温资料数据质量稳定,气温疑误率低于0. 13%。在对比样本上,AMDAR观测气温(t_a)与常规高空观测气温(ts)存在非常显著相关性,相关系数为0. 9966,均方根误差为1. 065℃,AMDAR观测气温平均偏低0. 13℃,差值呈准正态分布,且73. 76%的差值在-1~1℃。AMDAR观测气温与常规高空观测气温的差值分布与飞行状态和飞行高度相关,上升状态AMDAR气温偏高,下降状态AMDAR气温偏低。500 h Pa高度以下,样本飞行状态多为下降,t_a较ts平均偏低0. 25℃; 500h Pa高度以上,样本飞行状态多为上升和平飞,t_a较ts平均偏高0. 03℃。     

2016年7月20—21日赤峰、通辽地区暴雨特征分析

利用高、低空观测资料、地面加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,对2016年7月20—21日内蒙古东南部区域性暴雨过程进行诊断分析。针对这次过程中低涡发展演变及热动力形成机制分析表明:(1)前期副热带高压稳定,形成明显的阻挡形势,同时中高纬长波脊与副热带高压脊同相叠加,形成阻塞形势并维持,从东北至河套为深厚的低槽或切变线,低空急流不断把南方的暖湿空气向内蒙古东南部输送,这是造成此次赤峰、通辽地区区域性暴雨的主要环流形势;(2)850hPa低涡及地面气旋东移北上过程中,850hPa低涡中心强度、地面气旋强度逐渐加强;(3)异常深厚的急流将充沛的水汽从南海、东海、黄海、渤海向京津冀地区输送,然后在赤峰、通辽地区产生了异常强烈的水汽通量辐合;(4)偏东风与赤峰、通辽地区的强降水关系密切,这种偏东风若和地形有利配合,则有利于抬升辐合使降水增强。     

川西高原中部一次极端暴雪成因分析

利用0.5°×0.5°的ECWMF再分析资料,常规气象资料以及西南区域数值预报模式模拟等资料,应用天气分析和诊断方法,对2016年2月21日川西高原中东部的极端暴雪天气过程进行系统分析。结果表明:500hPa贝加尔湖横槽旋转南下使得冷空气并入川西高原中部的低槽中,其与西南暖湿气流交汇产生的锋生以及西南急流存在是此次暴雪天气产生的重要原因;随着副高的北进,此次强降雪开始之前有来自于孟加拉湾和南海的两支水汽输送,西南低空急流稳定维持为此次暴雪提供了充足的水汽。MPV2在此次暴雪过程中起到了重要作用;强降雪主要发生在SVD(Slantwise Vorticity Development)强烈发展的时段内,暴雪落区与SVD发展最强烈的区域重合;西南区域数值预报模式提前6h对此次暴雪的形势场和物理量场都做出了较为准确的预报,其中垂直速度和水汽条件预报与实况最吻合,但降水预报的量级较实况偏弱一个量级,强降水落区比强度预报更准确。     

春季中国东部海域气旋急流在气旋发展中的作用研究

对2008—2014年中国东部海域春季海上发展气旋进行了统计与诊断分析。结果表明:1)这类气旋属于较浅薄的低值系统,垂直伸展高度多在600 h Pa以下,水平尺度多在1 500 km以内。伴随的强天气为大风、大浪与强降水,落区主要位于气旋东南部。2)气旋环流各层的大风急流区构成了气旋的东南部位,称为气旋急流。从高层到低层,气旋急流轴在垂直方向上呈逆时针旋转,形成气旋上大下小的漏斗形状。3)气旋急流左侧的气旋式切变有利于气旋中心强度的维持,上层气旋急流左侧对应下层气旋急流前部流速辐合区,有利于气旋式动力抽吸及在气旋东南部形成强的垂直上升运动区。各层气旋急流配置导致气旋的非对称结构,以及气旋要素的非对称分布。气旋急流向气旋中输入螺旋度以及充足的水汽,并在东南部强烈抬升,增强了凝结潜热释放,从热力和动力两方面促进气旋发展及强天气落区。4)春季下垫面温度分布(锋区)有利于气旋急流的增强,并通过西北部非绝热冷却和东南部非绝热加热,增强气旋斜压性。高空环境西风急流位于气旋右侧,形成了整层偏差风辐合,有效增强低层气旋急流。同时高空动量下传位于气旋西侧,首先增强气旋西北部的弱流部分(即气旋螺旋结构的下沉支),进而增强整个气旋的螺旋环流,促使气旋急流也从下层开始增强。     

基于博弈论组合赋权的洪灾风险评价及其年代际演变

运用博弈论耦合主观和客观权重,构建基于模糊综合评价法的流域洪灾风险评价模型,并以北江流域为例,评价了研究区1990、2000和2010年的洪水灾害风险,揭示了洪灾风险年代际的时空演变特征。结果表明：1）运用博弈论组合主客观权重可以避免单一权重的片面性,得到更合理的、符合实际情况的综合权重;2）北江流域3期洪灾风险总体分布相似,大多数区域表现为低风险区,高、中、低风险区占全流域面积比分别约为60%、15%和20%,高风险区主要位于清远―怀集一带,以及佛冈、翁源等地,这些地区具有地势低洼、人口分布密集、经济较发达、暴雨集中等特征;3）高风险区仍表现出逐渐扩大的趋势,在2000―2010年高风险区扩大较为显著,风险上升主要由土地利用类型、人口密度和区域经济发展等的变化所导致。