利用卫星、雷达资料分析龙卷发生的环境条件

利用FY-2E静止气象卫星云图和新一代天气雷达资料,结合常规天气资料对2010年5月15日发生在黑龙江省西部地区的龙卷天气进行分析.通过卫星云图分析环流特征和中尺度特征,讨论了产生龙卷的雷暴云团的形成环境和触发条件,利用天气雷达资料详细阐述了雷暴云团的发生发展过程和产生龙卷天气处的云图及雷达回波特征.结果表明:这次龙卷天气发生在高空槽和地面冷锋前,由多个小尺度对流发展成为α中尺度对流云团所引发的.大的湿度梯度、干侵入、垂直风切变和上干下湿的环境场为龙卷的发生提供了不稳定能量,地面冷锋提供了触发机制,雷暴云团在发展过程中不断生消与合并,在两个云团的交界处产生龙卷.雷达回波上环境大风、入流、下沉气流、中气旋、钩状回波,有界弱回波区等特征回波明显;风暴成熟时,钩状回波、有界弱回波区达到最大,高、中、低三层大风区清晰,下沉气流和入流开始相交并产生出流边界,龙卷就发生在该回波附近.     

用GPS水汽监测资料分析一次强对流性降水过程

用江苏省地基GPS水汽监测系统得到的大气可降水量(PWV)资料,对江苏地区2009年夏季一次强对流性天气产生的降水过程进行了综合分析,分析了各时段GPS-PWV的变化特征和水汽的输送特点,并利用WRF中尺度数值模式对此次过程进行了数值模拟。结果表明:GPS-PWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时地反映大气中水汽的时空变化。通过对数值模式结果进行分析后,发现强盛的水汽输入及辐合上升、中高层弱冷空气的侵入活动、低层西南气流加强、对流不稳定层加剧等多种因素的共同作用是造成此次中小尺度对流性降水的主要原因。GPS-PWV提供的精确水汽变化结合数值模式所模拟出的动力、热力条件对于强对流性暴雨预报和降水区域判定具有较好的参照意义。     

华北两类产生极端强天气的线状对流系统分布特征与环境条件

华北线状对流系统精细气候分布及其所产生的极端天气特征尚不清楚,本研究利用雷达拼图资料和客观识别方法普查2013—2018年华北171例线状对流系统的时、空分布特征,根据其所致强对流天气的统计结果,发现华北地区至少有2类线状对流系统,分别产生极端强雷暴大风和极端强降水。分析了这2类线状对流系统的环流形势、环境条件、地形作用和关键中尺度系统地面冷池等的特征。主要结论如下:华北线状对流系统的空间分布尤其是初始形成位置与大地形关系密切,京津冀的太行山和燕山山脚区域为其中的一个高发区;2类线状对流系统发生月份、空间尺度、移动速度、形成时刻和维持时间等都具有显著差异;2类线状对流系统的环流背景、环境条件和冷池也差别明显。强雷暴大风型线状对流系统的环境大气斜压性强,中层干和大的垂直减温率造成的最优对流有效位能、下沉对流有效位能大值区是产生极端大风的重要环境条件,地面强冷池以及0—3 km风垂直切变对前向传播起到了重要作用。强降水型线状对流系统产生的降水极端性较前一类型更为凸出,天气尺度强迫相对较弱,水汽条件极其充沛,地面弱冷池或地形与低层南风气流相互作用维持的后向传播是其发展和缓慢移动的主要机制,也是产生极端强降水的直接原因。      

海南一次微型超级单体引发的EF1级龙卷天气过程分析

利用常规高空地面资料、海南省区域加密观测资料、NCEP再分析资料、海口多普勒雷达、风云2G高分辨可见光云图和欧洲中心预报场等资料,对2019年2月18日发生在海口三江镇的一次EF1级龙卷天气进行分析,并对欧洲中心18日08时预报场进行检验.结果表明:1)副热带高压较弱、500 hPa槽前、低层切变线南侧、高低空辐合辐散为此次龙卷的发生提供有利的天气背景;良好的不稳定条件、较强的低层垂直风切变与较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供较高的环境条件;2)对流带发展前期呈辐合速度带,东移加强中变粗变短,逐渐发展为气旋式旋转的辐合速度对,最后发展为微型超级单体,强盛高度仅3 km,回波顶高5 km;风廓线产品在近地面风速增强、风向转向,0—1 km垂直风切变加大,对龙卷的预警有一定作用;3)南支槽前西风汇入海风,与近地面背景风相对,补充加强边界层切变线上的次级环流,伴随增强的边界层垂直风切变造成水平涡度管对垂直涡度的正输送,直至在海南岛北部形成具有若干中β尺度涡旋的边界层切变线,是龙卷的主要发展机制;4)欧洲中心(ECMWF)较准确把握了此次过程的环流形势与发展时间,但预报的对流强势区域偏移对能否预判此次龙卷的作用很小.     

台风活动与陕西极端暴雨的相关特征分析

利用1970～2003年35年间出现在陕西的极端暴雨与近海台风活动的资料,对其进行时空分布统计分析和天气学、动力学诊断以及卫星云图等综合分析,结果表明:两者的相关率接近87%;7、8两个月台风影响最为显著。与华北、东北地区比较,陕西的极端暴雨以远距离影响的台风活动为主。影响台风有两类,一类是台风在台湾岛附近登陆或以北海域活动的,其水汽、能量主要以850hPa层输送尤为明显,这类台风云系与暴雨区之间的晴空区明显。另一类是台风在海南、广东或广西一带登陆或移动,该类水汽、能量主要以700hPa层输送最为显著。当台风在125°E以西,且在13～33°N的范围内活动时,该类台风活动对陕西的强降水作用明显,是造成陕西极端暴雨的一个重要的因素。300hPa高空急流的先兆性对陕西极端暴雨具有一定的预报意义。影响台风的位置与影响云系对极端暴雨落区预报有帮助。     

ANALYSIS OF CAUSATION OF ASYMMETRIC PRECIPITATION ASSOCIATED WITH SEVERE TYPHOON DAMREY

Severe typhoon Damrey moved across Hainan Island from 00:00 UTC 25 September to 00:00 UTC 27 September in 2005 and gave rise to a significant rain process during its 48-h passage. The precipitation intensity on the southern part of the island is stronger than that on the northern, showing obvious asymmetric distribution. Using Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data, the associated mesoscale characteristics of the precipitation were analyzed and the formation of asymmetric rainfall distribution was investigated in the context of a subsynoptic scale disturbance, vertical wind shear and orographic factors. The results are shown as follows. (1) The subsynoptic scale system provided favorable dynamic conditions to the genesis of mesoscale rain clusters and rainbands. (2) The southern Hainan Island was located to the left of the leeward direction of downshear all the time, being favorable to the development of convection and leading to the asymmetric rainfall distribution. (3) Mountain terrain in the southern Hainan Island stimulated the genesis, combination and development of convective cells, promoting the formation of mesoscale precipitation systems and ultimately resulting in rainfall increase in the southern island.     

FunnelCloud: a cloud-based system for exploring tornado events

ABSTRACT

Recent research has shown an increase in the number of extreme tornado outbreaks per year. The characterization of the spatio-temporal pattern of tornado events is therefore a critical task in the analysis of meteorological data. Currently, there are a large number of available meteorological datasets that can be used for such analysis. However, much of these data are distributed across multiple websites and are not accessible in a central location. This poses a significant challenge for a scientist who is interested in exploring meteorological patterns associated with tornado events. This paper presents a novel system which uses cloud-based technology for integrating, storing, exploring, analyzing, and visualizing meteorological data associated with tornado outbreaks. The system employs a novel NoSQL database schema and web services architecture for data integration and provides a user friendly interface that allows scientists to explore the spatio-temporal pattern of tornado events. Furthermore, scientists can use this interface to analyze the relationship between different meteorological variables and properties of tornado outbreaks using a number of spatio-temporal statistical and data mining methods. The efficacy of the system is demonstrated on a use case centered on the analysis of climatic indicators of large spatio-temporally clustered tornado outbreaks.     

湖北大畈核电站周边飑线时空分布与灾害特征

湖北通山大畈核电站是我国政府批准兴建的第一个内陆地区核电站,为了保障核电站的绝对安全性,在选址和设计阶段对飑线出现的一些基本气候特征和设计参数进行科学评估尤其重要。通过气象站记录、灾害大典、气候影响评价等多条途径,收集了湖北通山核电站周边80 km×80 km区域1956—2000年间的飑线资料,并据此对其时空分布和灾害特征进行了分析,同时与龙卷风对应特征进行了比较。结果表明:(1)飑线发生频次的年代、季(月)、一日内差异明显,且主要集中在对流强盛的时期(段),这些特征与龙卷风基本一致;飑线平均持续时间为95 min,远比龙卷风的17 min长。(2)飑线局地性很强,其中站址东北部和南部50 km以外的地区最多,而站址中心区的通山及邻近的崇阳没有出现,这种特征与地理位置、地形以及系统移动路径有关。(3)飑线的移动方向以自西向东为主,即主要集中在NNW—SSW等7个方位,尤其是WNW、W、WSW等3个方位最多。(4)除风灾外,飑线出现时常伴有强烈的雷电、暴雨和冰雹天气,使灾害加重。(5)与龙卷风相比,飑线风力略小,所以设计风速取12级应当比较恰当。     

强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析.重点研究了导致F2～F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异.另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料(部分来自民政部门的灾情报告),对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明:(1)龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高.(2)超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低.(3)3次F2～F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS.与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下.同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50～60 dBz.造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60～70 dBz.     

WRF/Chem模式中两种起沙参数化方案对东亚地区一次强沙尘暴过程模拟的影响

利用耦合了GOCART和Shao04两种起沙参数化方案的WRF/Chem模式对2002年3月19~22日发生在东亚地区的强沙尘暴过程进行模拟,着重考察了不同起沙方案对沙尘暴过程模拟的影响。结果表明,耦合了两种不同方案的WRF/Chem总体上均能较合理地模拟出主要的起沙区域、起沙强度的变化以及沙尘浓度的时空演变特征,模式对沙尘源地附近及下游地区地面沙尘浓度时间变化特征的模拟与站点观测结果也十分接近。但总体说来Shao04方案对沙尘起沙的发生以及强度变化过程具有更好的模拟能力,该方案模拟的沙尘浓度与观测更为一致,整体性能要优于GOCART方案。进一步分析发现,由于GOCART方案中采用的临界起沙风速偏小,导致该方案下模拟的沙尘分布范围偏大;另外该方案忽略了蒙古东南部和内蒙古中东部的潜在沙尘源地,从而使得耦合了GOCART方案的模式未能模拟出上述区域的起沙过程,使得该区域及下游地区模拟的沙尘浓度也偏小。但在塔里木盆地,Shao04方案计算的起沙通量偏小,这可能与Shao04方案未能考虑风速较小情况下空气拖曳力夹卷作用对起沙的影响有关,也可能与该方案中采用的土壤质地数据不准确有关。