SWAN2.0系统的设计与实现

强对流天气短时临近预报系统（Severe Weather Automatic Nowcasting,SWAN）是面向短时临近监测、分析、预报、预警制作等功能为一体的业务平台。SWAN2.0基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）二次开发框架,采用C/S架构,服务器部署在省级,负责收集数据,运算SWAN产品;客户端部署在气象台站,实现具体的预报业务,并形成算法二次开发接口。SWAN2.0新增了三维变分风场反演、基于分雨团技术的雷达降水估测、冰雹识别等方法,实现了算法管理、产品生成、分析处理、资料检索显示、实时监控报警、预警产品制作等功能。SWAN2.0业务系统已在全国试用,在强对流天气监测、分析和短时临近预报预警中发挥了重要作用。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其3DVAR（3-Dimentional Variational）资料同化系统,采用36 km、12 km 、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 hPa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 hPa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

CLOUD RADIATIVE AND MICROPHYSICAL EFFECTS ON THE RELATION BETWEEN SPATIAL MEAN RAIN RATE, RAIN INTENSITY AND FRACTIONAL RAINFALL COVERAGE

Cloud radiative and microphysical effects on the relation between spatial mean rain rate, rain intensity and fractional rainfall coverage are investigated in this study by conducting and analyzing a series of two-dimensional cloud resolving model sensitivity experiments of pre-summer torrential rainfall in June 2008. The analysis of time-mean data shows that the exclusion of radiative effects of liquid clouds reduces domain mean rain rate by decreasing convective rain rate mainly through the reduced convective-rainfall area associated with the strengthened hydrometeor gain in the presence of radiative effects of ice clouds, whereas it increases domain mean rain rate by enhancing convective rain rate mainly via the intensified convective rain intensity associated with the enhanced net condensation in the absence of radiative effects of ice clouds. The removal of radiative effects of ice clouds decreases domain mean rain rate by reducing stratiform rain rate through the suppressed stratiform rain intensity related to the suppressed net condensation in the presence of radiative effects of liquid clouds, whereas it increases domain mean rain rate by strengthening convective rain rate mainly via the enhanced convective rain intensity in response to the enhanced net condensation in the absence of radiative effects of liquid clouds. The elimination of microphysical effects of ice clouds suppresses domain mean rain rate by reducing stratiform rain rate through the reduced stratiform-rainfall area associated with severely reduced hydrometeor loss.     

庐山一次积冰天气过程冻雨滴谱及下落末速度物理特征个例研究

利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日（个例1）和2月13日（个例2）]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个例均是以冻雨为主体的混合相态降水,下落末速度粒径分布偏离G-K曲线,与常规液态降水存在差异,低落速的冻雨滴随降水过程会逐渐向冰粒和干雪转化。结果表明:（1）个例1总降水粒子谱谱宽大于个例2,但峰值数密度比个例2小:个例1谱宽为10 mm,个例2谱宽为4.25 mm,两者峰值粒径均为0.5 mm;个例1降水粒子谱宽为干雪>冻雨>冰粒,个例2降水粒子谱宽为冻雨>干雪>冰粒。（2）Gamma分布更适合描述混合相态降水粒子谱以及冻雨滴谱,个例1中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=20D-3.61exp（-0.08D）,冻雨Gamma分布:N（D）=76D-2.18exp（-1.11D）;个例2中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=30D-4.68exp（-0.75D）,冻雨Gamma分布:N（D）=30D-4.67exp（-0.75D）。（3）混合相态降水因混有干雪或冰粒而使得下落末速度粒径谱分布表现出不同程度地向大粒径小落速方向或小粒径大落速方向延展的趋势,这为今后依据下落末速度粒径谱区分同时期降水类型提供了新的思路。     

那曲市历年冰雹日数变化特征及冰雹、雷暴环境条件分析

利用那曲市7个国家气象观测站建站至2015年的冰雹日数资料,分析了那曲市冰雹日数时空分布特征及气候突变情况,并分析了2012—2016年色尼区单站冰雹日、雷雨日个例,揭示了色尼区冰雹、雷暴发生前的环境条件。结果表明:那曲市年平均冰雹日数呈减少趋势,减少趋势最明显的是申扎县,每10 a减少4. 9天,减少趋势最弱的为色尼区和班戈县,每10 a减少1. 9天,减少趋势均通过了0. 01的显著性检验;不同区域各代表站均显示减少趋势且出现突变现象;那曲市冰雹天气具有明显的季节特征,大多集中在6—9月;降雹时间多集中在14—20时,占全天的78%。对那曲市色尼区冰雹日和雷雨(无降雹)日个例分析表明,高原较强对流发生在0℃层高度低(多在1.5 km高度以下)、CAPE值小(多在500 J·kg~(-1)以下)、风垂直切变弱的环境下,与平原地区大冰雹环境差异显著,因而高原冰雹绝大部分为直径5 mm以下的小冰雹,严格意义上应称为霰;雷雨天气低层较雹日的更暖湿,其温度露点差略小于雹日的,露点比雹日的高,因而雹日抬升凝结高度高于雷雨日的。     

副高外围影响下遵义市区域性暴雨的高空形势场特征研究

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,发现2007-2016年6～8月有8次区域性暴雨天气过程是由副高东退、引导高空槽东移的大尺度背景条件下,配合低层系统造成的,将其分类后得到三种类型：低涡槽型、高空槽气旋旋转型和高空槽低涡切变型;对每种类型的高空形势进行合成分析,找出了暴雨落区与高空系统、物理量配置之间的关系。     

伊犁河谷和天山北坡暴雨过程水汽特征分析

选取4次伊犁河谷、天山北坡暴雨天气过程,利用地面逐时降水、常规、NCEP/NCAR 1°×1°再分析及地基GPS遥感的大气水汽总量资料(GPS-PWV),通过合成分析方法得到暴雨期间大气环流的基本配置,阐明了伊犁河谷、天山北坡地区强降水期间环流形势及水汽输送的异同,结果表明:(1)强降水过程中暴雨区上空200 h Pa强辐散气流、500 h Pa槽前正涡度平流、西南气流利于垂直运动的发展,低层偏西、偏东和偏北气流为暴雨区提供水汽和不稳定能量,低层辐合、高层辐散,配合地形辐合抬升,上升运动进一步增强,造成强降水发生;(2)深厚的西西伯利亚低涡低槽系统移速缓慢,停滞时间长,造成强降水前暴雨站增湿时间更长,比较发现强降水发生前暴雨站GPS-PWV均存在1~3 d的增湿过程,暴雨期间测站GPS出现明显跃变,峰值可达到气候平均值的2倍左右;(3)GPS大气可降水量的演变与大尺度的水汽输送、聚集有较好的对应关系,但GPS高值区并不代表降水大值区,还应和动力热力等条件综合判断降水的强弱。     

新疆西部一次大暴雨过程水汽输送轨迹模拟

在分析2016年7月28日—8月2日新疆西部罕见大暴雨过程环流形势和影响系统的基础上,利用基于拉格朗日方法的轨迹模式HYSPLIT,应用GDAS资料,模拟计算了大暴雨期间不同区域不同高度的水汽输送轨迹、主要通道及不同源地的水汽贡献。结果表明:(1)200 h Pa高空偏西急流、700 h Pa和850 h Pa低空偏东急流及辐合线和500 h Pa稳定"两脊一槽"环流是大暴雨产生的天气背景;(2)大暴雨过程中阿克苏地区北部、伊犁河谷地区和博州地区东部1500、3000和5000 m水汽输送轨迹、主要通道及不同源地的水汽贡献存在差异,其中,阿克苏地区北部1500、3000、5000 m水汽分别主要来自中亚地区、中亚地区、地中海北部,水汽贡献分别占该高度水汽的38%、46%、48%;伊犁河谷地区1500、3000、5000 m水汽分别主要来自哈萨克斯坦、哈萨克斯坦、黑海南部,水汽贡献分别占该高度水汽的100%、50%、68%;博州地区东部1500、3000、5000 m水汽分别主要来自西西伯利亚、中亚地区、东欧,水汽贡献分别占该高度水汽的58%、54%、82%。水汽在输送过程中高度多变,以偏东和偏南路径为主输送到大暴雨区上空;(3)欧洲大陆、西西伯利亚、中亚地区等陆地及黑海、里海等海洋是此次大暴雨水汽主要来源。南疆低层偏东风和辐合线在水汽的聚集及向上输送中发挥了重要作用,高空急流产生的次级环流的下沉气流在将高空水汽向下输送中扮演了重要角色。     

FY-2G地表温度反演产品改变模式初值对一次台风暴雨模拟的影响

为探讨地表温度初始场在台风暴雨模拟中的重要性,以2015年第13号台风"苏迪罗"为例,分别用FY-2G卫星反演的陆表温度、海表温度产品替换NCEP资料初始场,进行数值模拟试验。对模拟结果进行分量级降水TS评分和预报正确率检验,并对比分析了各试验方案2 m温度场、感热通量和潜热通量场、900 h Pa流场和850 h Pa垂直速度场间的差异。结果表明:使用FY-2G卫星反演的陆、海表温度产品作模式初始场均能不同程度地改善降水模拟效果,但改善程度随时间降低,24 h后其改善作用已较小;陆表温度试验对小雨和中雨量级的预报质量均有提高,而海表温度试验仅提高了小雨量级的预报质量。进一步分析表明,陆表温度试验主要通过改善陆表温度初始场影响感热通量和潜热通量的分布,进而减小台风东北部低层温度正异常,使该区域气旋性环流减弱、垂直速度减小,有效抑制了虚假对流出现,最终达到改善降水预报质量的效果;海表温度试验原理与陆表温度试验类似,但对降水预报质量改善不明显,仅在广东南部沿海地区降水模拟效果较好。     

基于遥感监测的城市热岛研究进展

全球正经历快速、高强度的城市化,导致城市热岛加剧,并对城市、区域乃至全球许多的生态环境要素直接或间接地产生多方面的影响,与人类福祉密切相关。遥感具有宽覆盖、信息量大、重复观测周期短等优点,已成为地表城市热岛(Surface Urban Heat Island, SUHI)监测广泛采用的一种方法。针对前人相关研究对热红外数据源、监测指标及SUHI时空变化规律尚缺乏系统总结且内容需要更新等问题,本文首先分类评述了SUHI遥感监测所采用的热红外遥感数据源。其次将现有的SUHI监测指标分为土地覆盖类型驱动型、地表温度格局驱动型及两者复合驱动型3类来述评,详细介绍了它们的计算方法、应用案例及优缺点;并从日间变化、夜间变化及昼夜对比的变化3个方面述评了SUHI的年内时空变化规律;归纳了其年际变化规律。最后,依据现有研究结论中相互冲突或尚需深化的地方,指出几个潜在的关键问题或研究方向。