2011~2013年中国冻雨、冻毛毛雨和冻雾的特征分析

研究冰冻天气的特征对于更好的认识冰冻天气,提高此类天气的预警预报能力,从而达到防灾减灾有重要意义。利用2011~2013年间中国民航机场的一小时或半小时一次的例行观测和特殊观测资料,分析了冻雨、冻毛毛雨和冻雾天气的时空分布、持续时间和气象条件等特征。研究结果表明:我国大部分地区均会发生冰冻天气。冻雨和冻毛毛雨的频发区与其持续时间较长区比较一致,而冻雾的少发区,其持续时间也可能较长。我国冰冻天气最容易在冬季(12~2月)发生,在1月出现的比例最高;在凌晨[00~07时(当地时间,下同)]出现频率相对较高,午后(13~14时)出现频率最低。一次冰冻天气的持续时间一般不超过2个小时。温度在-3~-1℃,露点温度在-4~-1℃,温度露点差在0~1℃时冰冻天气发生的频率最大。出现冰冻天气时的风向以东北风和北风为主,而平均风速在2~3.9 m s-1时冻雨和冻毛毛雨发生的频率最大。我国冻雨和冻毛毛雨发生时,同时常会有雾或轻雾;冻雾出现时,一般不会伴随其他天气。     

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。     

多普勒雷达资料4DVAR同化反演的模拟研究

利用Sun等建立的同化模式和四维变分同化方法对多普勒雷达资料反演大气风场、热力场和微物理场进行了模拟试验研究.反演的基本思路是将4DVAR同化方法应用到三维云模式,定义价值函数表征雷达资料与模式预报结果之间的差别,通过极小化价值函数得到反演场,价值函数相对模式控制变量的梯度由伴随模式求取.试验结果表明,4DVAR同化技术能够从单(双)多普勒雷达资料反演大气三维风场、热力场和微物理场.各个变量反演精度高低与同化过程中变量受约束的大小程度呈正相关.速度场和雨水场反演精度较高,温度场、云水和水汽的反演精度次之,温度场的准确反演需要较长的同化时间.价值函数中加入背景场,哪怕是单点探空给出的平均场信息也有利于提高反演精度.在采用单部多普勒雷达资料进行反演时,速度场的反演误差较大.反演区相对雷达站的位置变化对速度场反演结果有一定的影响,而对其他变量的反演影响很小.两个时次的雷达观测资料基本足够提供反演所需的时间演变信息,同化更多时次的雷达资料,反演效果改进很小.雷达观测资料的缺值会显著降低同化效果,甚至可能导致同化失败,引入背景场可以改善这一状况.4DVAR同化技术对于雷达观测资料误差不太敏感.利用双多普勒雷达合成风场提供水平风场边界条件是比较准确可靠的.在反演主体离边界较远时,VAD风场也基本可用作水平风场边界条件.微物理场的反演对模式中的微物理参数化方案较敏感.     

多普勒雷达数据处理显示系统

多普勒天气雷达目前已经成为对短时强烈天气进行监测的主要手段之一。为了方便资料的处理和分析 ,将科研成果向业务应用转化 ,提高观测资料软件和资料处理能力 ,为预报员和科研人员提供方便 ,我们开发了多普勒雷达资料分析显示系统。该软件是兼原始数据处理、反演、显示功能于一体的雷达数据处理系统 ,有很好的兼容性和可移植性 ,其交互式、多线程、多窗口、多任务的汉化操作界面 ,灵活、简便 ,容易使用。根据用户需要 ,水平风场可用风矢量、风羽、流线或等值线等不同方式表达 ,多种水平变量也可以任意叠加     

Observational and Numerical Study on the Influence of Large-Scale Flow Direction and Coastline Shape on Sea-Breeze Evolution

In this study radar, surface observations and numericalsimulations are used to examine the inland penetrationand intensity of the sea breeze during various large-scaleflow regimes along the curved coastline of the Carolinas,U.S.A. The results clearly indicate that the flow directionrelative to the curved coastline has a significant effecton the sea-breeze evolution.Overall, during northerly flow regimes alongthe curved North Carolina coast, observationsand numerical simulations show that the sea-breezefront has a tendency to remain close to the south-facingcoast. During these same flow regimes the frontmoves further inland relative to the east-facingcoast. The sea-breeze front during westerly flowcases progressed further inland relative to the southcoast and less so from the east-facing coastline.South-westerly flow allows the sea breeze to moveinland from both coastlines but the coastal shapeinfluence makes the inland penetration less fromthe easterly facing beaches. During periods of lightonshore flow (south-east), the sea breeze movesconsiderable distances inland but is not discernableuntil later in the afternoon. The simulations indicatedthat the sea-breeze intensity is greatest (least) when thelarge-scale flow direction has an offshore (onshore)component. Model results indicate the existence of astrong front well inland in the late afternoon duringlight onshore flow. Also noted was that the simulatedsea-breeze front develops earlier in the afternoon duringoffshore regimes and later in the day as the large-scaleflow becomes more onshore. It is concluded that thecoastline shape and coast-relative flow direction areimportant factors in determining how the sea-breezecirculation evolves spatially.     

单多普勒雷达资料在伴随模式同化系统中的应用研究

利用变分方法反演单多普勒雷达资料,得到风矢量场。同时,利用MM5伴随模式同化系统,结合一次暴雨过程,设计四种方案,进行数值模拟试验。结果表明,通过变分方法反演的雷达资料的应用对于暴雨的分布预报有明显的改善作用;运用伴随方法同化雷达资料后可改善对暴雨中心的预报;对于各个物理量误差的减少,雷达资料的应用也起到重要作用,尤其是对于风场作用较为明显;雷达资料的应用可加快伴随模式同化系统目标函数的收敛,得到最优初始场。     

桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子关系研究

利用2015年1月至2017年6月桂林国家基本气象站能见度、相对湿度、气温、气压、降水等气象要素和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0颗粒物质量浓度资料,分析桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子之间关系。结果表明：桂林城区大气能见度和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0呈对数关系,相关系数分别为-0.341、-0.461、-0.509,颗粒物对大气能见度影响在相对湿度为60%—70%时最为显著。在各气象因子中,大气能见度与风速的相关性最好,其次为相对湿度,与风速呈二次函数关系,与相对湿度呈幂指数关系,与温度相关性较小,与气压在秋冬季节呈正相关,相关系数冬季可达0.301,但在春、夏季节相关性不显著;利用颗粒物浓度和气象要素建立8种大气能见度非线性统计回归模型,比较后发现利用PM_1.0、风速、相对湿度、气温等因子建立的不同季节大气能见度拟合公式在实际检验中效果最优,能较好地模拟桂林地区大气能见度的变化。     

甘南高原\

为准确应用旁瓣回波作强冰雹预警,对湘西北地区5次强冰雹过程中9个风暴单体被观测到的159次旁瓣回波样本进行统计分析,并系统总结旁瓣回波的雷达产品图像特征和探讨影响旁瓣回波观测的主要原因,深入研究旁瓣回波随强度与空间的分布特征。结果表明：⑴产生旁瓣回波的风暴核最小反射率因子强度为60 dBz,其强度是能否产生旁瓣回波的决定因素,强度越强,越易产生旁瓣回波且特征越明显,旁瓣回波的面积与60 dBz以上的风暴核面积和强度成正比,旁瓣回波中心强度、最大值强度与相应的风暴核最大值强度相关性分别可达0.86和0.92。（2）旁瓣回波在高度4 km左右、仰角3.4°、距离75 km左右出现频次达到峰值,风暴核回波强度的垂直分布特点是造成这种分布特征的主要影响因素。（3）旁瓣回波在270 °-360°方位区间出现频次最多,具有明显的方位分布特点,强风暴单体的生成源地及其路径决定旁瓣回波的方位分布。（4）旁瓣回波分布在风暴核切向方向梯度大值区一侧,另一侧由于存在真实回波,导致旁瓣回波特征被真实回波覆盖而不易被观测到。（5）旁瓣回波特征可以作为S波段天气雷达强冰雹预报预警的充分条件。

     

基于VAD技术的迭代法在实测多普勒速度缺测区域的填补研究

多普勒天气雷达径向速度场缺测区域的存在是影响速度二次产品算法精确度的重要因素,在实际风场为线性分布的假设条件下,文中详细介绍了一种基于VAD技术的迭代填补技术.在合理考虑迭代约束条件的情况下,应用实测多普勒速度数据,根据缺测区域类型随机制造非连续累积10°-180°缺口的缺测区域和连续累积10°-180°缺口的缺测区域...     

广东省后汛期强对流天气潜势预报方法研究

利用2007—2008年两年7—10月广东后汛期强对流天气出现时的雷达资料、对应的GRAPES模式资料以及地市台站上报的强对流天气发生的实况,把瞬时大风〉17.2 m·s^-1、冰雹、龙卷作为强对流发生的依据,对上述数据进行整理。根据广州热带海洋研究所中尺度模式的输出GRAPES资料,结合雷达CAPPI数据,计算单体的各层风速、温度、湿度、有效位能等环境特征量,将单体特征和模式计算的单体环境场要素以及强对流发生实况,通过多元逐步回归方法建立后汛期强对流天气潜势预报方程,据此对发生于广东省后汛期强对流天气（如雷雨大风、冰雹和龙卷风）进行0～1小时临近预报。用预报成功率（POD）、虚假警报率（FAR）和关键成功指数（CSI）衡量方法的预报性能。共有5540个有效样本参与回归计算,31个因子中有12个引入了回归方程,建立的预报方程在阈值取为0.26时,得到的预报成功率POD为0.73,虚假警报率FAR为0.61,关键成功指数CSI为0.338,各项指标均要好于前汛期预报性能;从实际的预报能力来看,在后汛期强对流潜势预报中,后汛期强对流潜势预报方法得到的空报率和漏报率都要低于前汛期,预报效果较好,可用于广东后汛期的强对流天气潜势预报中。