1961—2016年我国区域性暴雨过程的客观识别及其气候特征

利用全国2287个气象观测站1961—2016年逐日降水资料,基于对暴雨区进行连续追踪的思路,采用暴雨相邻站点数和暴雨区中心距离确定了中国区域性暴雨过程的客观识别方法;根据区域性暴雨过程的平均强度、持续时间和平均范围构建了区域性暴雨过程的综合强度评估模型。利用该客观方法对1961—2016年中国的区域性暴雨过程进行识别,并分析其气候和气候变化特征。结果显示：我国区域性暴雨过程年均38.5次;区域性暴雨过程一年各月均可出现,但主要出现在4—9月,其中7、8月发生最为频繁,6月区域性暴雨过程持续时间长、范围广、综合强度强,这与长江中下游地区梅雨现象有关。一年中,区域性暴雨过程首次出现日期平均为3月6日,末次出现日期平均为11月14日;1961—2016年,我国年区域性暴雨过程首次出现日期呈明显提前、末次日期呈显著推后、暴雨期呈显著延长的变化趋势;年发生总频次呈微弱增多,较强区域性暴雨过程次数呈明显增加趋势;区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。南方型区域暴雨过程变化趋势与全国的基本一致;北方型首次日期呈提前、末次日期呈推后趋势,发生频次有微弱减少趋势,覆盖范围、持续时间、综合强度均无明显变化趋势。     

昆明长水机场气候特征分析

利用昆明市1951—2010年逐日气象数据,采用回归分析法和Mann-Kendall突变分析法进行分析和检验,确定了昆明市极端降水和极端温度天气事件。在此基础上,对昆明长水机场极端天气背景下大雾天气航班安全运行开展研究,并在对比昆明长水机场与原巫家坝机场大雾特点的基础上,制定出航班安全运行的应对措施。研究表明,近几年昆明市极端温度和极端降水事件呈现增多趋势;因地形原因,长水机场出现大雾的频率远高于原巫家坝机场;大雾造成的低能见度天气背景下,航班的安全运行需要航空公司各部门的通力协作。     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

NUMERICAL PREDICTION OF AN EXTREME RAINSTORM OVER THE PEARL RIVER DELTA REGION ON 7 MAY 2017 BASED ON WRF-ENKF

An ensemble Kalman filter based on the Weather Research and Forecasting Model (WRF-EnKF) is used to explore the effectiveness of the assimilation of surface observation data in an extreme local rainstorm over the Pearl River Delta region on 7 May 2017. Before the occurrence of rainstorm, the signals of weather forecasts in this case are too weak to be predicted by numerical weather model, but the surface temperature over the urban area are high. The results of this study show that the wind field, temperature, and water vapor are obviously adjusted by assimilating surface data of 10-m wind, 2-m temperature, and 2-m water vapor mixing ratio at 2300 BST 6 May, especially below the height of 2 km. The southerly wind over the Pearl River Delta region is enhanced, and the convergence of wind over the northern Guangzhou city is also enhanced. Additionally, temperature, water vapor mixing ratio and pseudoequivalent potential temperature are obviously increased over the urban region, providing favorable conditions for the occurrence of heavy precipitation. After assimilation, the predictions of 12-h rainfall amount, temperature, and relative humidity are significantly improved, and the rainfall intensity and distribution in this case can be successfully reproduced. Moreover, sensitivity tests suggest that the assimilation of 2-m temperature is the key to predict this extreme rainfall and just assimilating data of surface wind or water vapor is not workable, implying that urban heat island effect may be an important factor in this extreme rainstorm.     

北京“623”大暴雨的强降水超级单体特征和成因研究

本文利用雷达、加密地面自动站等高时空分辨率的观测资料,结合NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测等资料,对2011年6月23日发生在北京城区的极端强降水事件开展了细致的观测和诊断分析。结果表明,这次极端强降水事件,主要是由向东南移动的东北—西南走向的飑线右端的强降水超级单体（High Precipitation Supercell,简称HPS）造成的,这是目前已有文献记载的中国发生纬度最高的HPS。HPS在移动方向的右后侧和右前侧均有明显的“V”型入流,这不同于已有HPS模型,表明中、低层干冷空气和低层暖湿气流特征显著。在环境条件方面,存在对流层低层逆温层,其能量存储盖作用使得雷暴具有爆发性增强的潜势,但该逆温层是在08:00～14:00（北京时,下同）的6小时内形成的,对业务预报极具挑战性。相对其他大气层结热动力参数, 风暴相对螺旋度和粗理查逊数在14:00较08:00显著增大,对HPS的发生具有一定指示作用。高空偏西风急流和低层偏东风活动显著,使得北京地区的水平风垂直切变增强,形成上干下湿的对流不稳定以及次级环流圈。高空急流造成强烈的相当位温差动平流,促进对流不稳定度发展加强。结合复杂地形作用,在北京西部100 m地形高度线附近形成显著的平原暖湿空气与山地干冷空气的干湿分界线以及风场辐合线。水汽供应主要源自低层偏东风和本地水汽积累。当飑线从西北方向侵入北京并向东南方向移动时,在北部山区,由于条件不足,雷暴没有显著发展加强;然而,在西部山区,在湖面、城市热岛、低层偏东风、冷池出流共同作用下,加之其他有利的环境条件,飑线右端雷暴强烈发展加强,特别是当经过100 m地形高度线附近时发展成为HPS,进而造成石景山区模式口站的大暴雨中心。     

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析

本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G（FY-2G）卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。     

青藏高原中东部夏季极端降水年代际变化特征

基于中国国家级地面气象站基本气象要素日值数据集得到的均一化降水序列,计算了夏季极端降水指数,分析青藏高原中东部1961—2014年夏季极端降水年代际变化趋势。结果表明:青藏高原中东部地区夏季降水量占全年总降水的50%以上,且夏季降水的变化趋势存在区域性差异,北部站点主要为增加趋势,南部增加和减少趋势的站点相当。夏季极端降水除西藏东部主要为减少趋势外,其他地区主要为增加趋势,且极强降水量的年代际变化趋势显著。大部分夏季极端降水指数的变化趋势在1970s发生转折,在此之前表现为减少的趋势,之后为增加趋势。通过Mann-Kendall趋势检验,在2000年之后强降水量和极强降水量出现突变。     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

2018年一次罕见早春飑线大风过程演变和机理分析

2018年3月4—5日,华南、江南等地发生了一次大范围强对流过程,发生时间早,落区范围广,多地伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水等剧烈对流天气,尤其飑线在江西境内造成了严重大风灾害。基于大气环流和雷达回波发展演变特征,将该次过程分为初始、发展和减弱三个阶段：初始阶段西风槽前西南急流造成的低压倒槽为强对流提供大尺度触发条件;发展阶段对流活动位于槽前暖区中,飑线在江西造成极端大风;入夜后,冷锋南下,对流进入减弱阶段。环境场及对流参数诊断表明江西中北部低层高温高湿,中层干冷,温度垂直递减率大,有利于产生雷暴大风。南昌探空长时间序列分析表明温湿要素气候态异常,与历史同期比,低层明显偏暖偏湿,中层偏干,有利于极端对流天气发生。综合多源观测资料和雷达资料分析中小尺度特征,本次江西飑线过程特点及成因包括：（1）受引导气流和前向传播共同作用,飑线移动速度快。（2）自动站分析显示飑锋后雷暴高压强,与锋前暖低压作用造成强密度流,有利于产生大范围直线型大风;（3）通过对比飑线弓状回波南北段回波结构差异表明,飑线后侧中层干后向入流促使降水粒子相变,剧烈降温形成的强下沉运动(下击暴流)是导致极端大风的主要原因,后部层云区下沉气流增强雷暴高压加之动量下传作用对雷暴大风有增幅作用。