集合数值天气预报的研究进展

利用2013年11月-2014年11月ECMWF全球集合预报的51个成员降水预报资料和湖北省78个国家气象站逐日降水实况,对集合平均值、分位值、概率匹配平均值、众数（Mode值）等10种集合统计量在湖北省不同预报分区内的降水预报效果分别进行检验评估。在此基础上,采用在不同降水量级上选取TS评分最优的集合统计量的原则,设计出适用湖北降水预报的最佳集合统计量集成方案,并检验了该方法在2015年和2016年6-8月湖北降水预报的应用效果。结果表明：将集合统计量集成法应用于湖北降水预报时,集合统计量集成方案应随着预报分区的改变而改变;改进后的ECMWF集合统计量集成方案对湖北72 h内大雨及以上降水预报的TS评分均有不同程度的提高,且空报率和漏报率总体上有所降低;与ECMWF确定性预报相比,ECMWF集合统计量集成预报产品对湖北24 h内各降水量级的预报均优于ECMWF确定性预报,且对湖北72 h内的暴雨预报准确率均高于ECMWF确定性预报。

     

我国南方持续性暴雨成因的TBB场分析

利用多种资料分析了2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程的中尺度环境场特征及贵阳极端降水成因,并以多个时次不同要素资料进行合成分析,构建此次梅雨锋西段持续性暴雨的天气学模型。结果表明：(1)此次贵州持续性暴雨发生在单阻型梅雨稳定的背景下,当地持续3~4 d的强降水由中低层低涡切变、低空急流及地面静止锋(梅雨锋)共同作用造成。(2)梅雨锋雨带的建立、维持及移动造成贵州不同区域出现强降水。此次过程梅雨锋雨带对贵州的影响分四个阶段,其中,第三阶段梅雨锋西段缓慢南压过程中多个β中尺度云团更替、合并及缓慢移动造成贵阳及周边部分县市降水量突破历史极值。(3)中低纬度系统相互作用使水汽输送异常偏强。7月16日白天当年第9号超强台风“威马逊”进入我国南海海面后促使副热带高压西侧向北输送的水汽加强,该水汽与来自孟加拉湾的强盛西南暖湿气流在贵州上空汇合、加强,形成异常偏强的水汽通量及水汽辐合中心,这可能是贵阳极端降水发生的重要原因。(4)相比2010—2014年5—9月贵阳发生的另外4场大暴雨过程,该过程更长的降水持续时间可能是贵阳极端降水发生的另一重要原因。(5)贵阳强降水期间,强降水的雷达回波表现为层状云-积云混合降水回波,并具有低质心暖云降水特征,同时径向速度图上可见强劲西南急流及中尺度气旋性辐合。

     

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。     

A MODELING STUDY OF PARAMETERIZATION SCHEMES FOR DEPOSITIONAL GROWTH OF ICE CRYSTAL: FOUR RAINFALL CASES OVER TROPICS AND MIDLATITUDES

Depositional growth of ice crystal is one of the major processes for development of precipitation systems and can be represented by depositional growth of cloud ice from cloud water (PIDW) and depositional growth of snow from cloud ice (PSFI) in cloud-resolving model. Four parameterization schemes are analyzed in the cloud-resolving model simulations of four rainfall cases over the tropics and midlatitudes. The comparison of time and model domain mean data shows that Shen’s scheme produces the closest rainfall simulation to the observation. Compared to Zeng’s scheme, Shen’s scheme improves the mean rain-rate simulation significantly through the dramatic decrease in depositional growth of cloud ice from cloud water. Compared to other schemes, Shen’s scheme produces the better rainfall simulation via the reduction in the mean rain rate associated with the enhanced gain of cloud water and ice.     

Reconstructed light extinction coefficients using chemical compositions of PM<Subscript>2.5</Subscript> in winter in Urban Guangzhou,China

The objective of this study was to reconstruct light extinction coefficients (b ext ) according to chemical composition components of particulate matter up to 2.5 μm in size (PM 2.5 ). PM 2.5 samples were collected at the monitoring station of the South China of Institute of Environmental Science (SCIES, Guangzhou, China) during January 2010, and the online absorbing and scattering coefficients were obtained using an aethalometer and a nephelometer. The measured values of light absorption coefficient by particle (b ap ) and light scattering coefficient by particle (b sp ) significantly correlated (R 2 > 0.95) with values of b ap and b sp that were reconstructed using the Interagency Monitoring of Protected Visual Environments (IMPROVE) formula when RH was <70%. The measured b ext had a good correlation (R 2 > 0.83) with the calculated b ext under ambient RH conditions. The result of source apportionment of b ext showed that ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4 ] was the largest contributor (35.0%) to b ext , followed by ammonium nitrate (NH 4 NO 3 , 22.9%), organic matter (16.1%), elemental carbon (11.8%), sea salt (4.7%), and nitrogen dioxide (NO 2 , 9.6%). To improve visibility in Guangzhou, the effective control of secondary particles like sulfates, nitrates, and ammonia should be given more attention in urban environmental management.     

风廓线雷达资料在暴雨天气过程特征分析中的应用

为了研究风廓线雷达在暴雨天气过程预报中的作用,对2008年6月1日至6月2日云南大理发生的一次暴雨过程进行研究。结果表明,降水前三维风的脉动变化较大,水平风在垂直方向上存在风速切变,最大探测高度明显升高;降水期间可以对降水性质进行判断;降水期间功率谱密度出现双峰谱,能测出垂直气流速度及下降粒子速度,通过这样的分析,便于开展更深层次的降水物理过程研究。     

近50a黑龙江省暴雨的气候特征

本文对1961~2008年黑龙江省暴雨、区域暴雨的时空分布特征及极值分布特征等进行了总结分析,得出以下结论：黑龙江省的暴雨主要集中在7～8月,暴雨发生频率最高的是7月下旬;黑龙江省区域性暴雨较少,以局地暴雨为主,但都具有4 a左右的年际尺度周期变化;在总暴雨日数偏多的年代,区域性暴雨占的比例也偏大;暴雨集中区主要在齐齐哈尔西部、黑龙江省的中部（哈尔滨、绥化东北部、伊春南部、鹤岗西部、佳木斯西部）和佳木斯的东部3个区域。不同的年代暴雨大值区域差异较大。     

2009 年我国汛期降水形势总结与三个常用模式预报效果检验

利用实况24小时降水、形势场资料及T213、T639、Japan模式降水、形势场的预报资料,对2009年汛期(5-9月,下同)中国降水时空分布进行分析,并对T213、T639、Japan三个常用模式对2009年汛期的天气形势、降水及其影响系统的预报做主客观检验,以期得出2009年汛期降水分布特点及三个模式的降水预报效果对比.结果表明:(1) 2009年汛期华南地区降水量为全国之最,长江中下游和西南东部地区其次,东北和华北地区再次.(2)从TS评分看,Japan模式的小雨～大雨量级评分较高,T639模式暴雨～大暴雨量级评分较高；T213模式对华北地区暴雨、大暴雨量级降水预报评分高于Japan和T639模式.(3)从降水预报偏差看,T213模式对华北预报明显偏强,T639模式对华北预报强度较为适中,两模式对其他区域中等以下强度降水预报偏强,对强降水预报偏弱；T639对中等以下强度降水预报偏强程度明显小于T213,而对强降水除华南和东北区域外,预报偏弱程度明显大于T213；Japan模式预报偏差随降水量级增大而减小,对大雨以上各量级预报均明显偏弱,且偏弱程度明显大于T213、 T639.(4)由代表性形势场预报检验结果可知,除T213对500hPa高度场、850hPa温度场预报效果好于其他两模式外,各模式预报效果相差不大.(5)三个模式对500 hPa副高总体预报偏东、偏北、偏强,但Japan预报效果明显好于T213、T639.(6) T639模式对台风和低涡的预报相对较好,T213较差.     

Single-Column Model Intercomparison for a Stably Stratified Atmospheric Boundary Layer

The parameterization of the stably stratified atmospheric boundary layer is a difficult issue, having a significant impact on medium-range weather forecasts and climate integrations. To pursue this further, a moderately stratified Arctic case is simulated by nineteen single-column turbulence schemes. Statistics from a large-eddy simulation intercomparison made for the same case by eleven different models are used as a guiding reference. The single-column parameterizations include research and operational schemes from major forecast and climate research centres. Results from first-order schemes, a large number of turbulence kinetic energy closures, and other models were used. There is a large spread in the results; in general, the operational schemes mix over a deeper layer than the research schemes, and the turbulence kinetic energy and other higher-order closures give results closer to the statistics obtained from the large-eddy simulations. The sensitivities of the schemes to the parameters of their turbulence closures are partially explored.     

闽中北短时暴雨概念模型

通过对福建中北部35个站1994～2001年97次暴雨过程的环流背景、影响系统等进行分析,将天气类型分为冷式切变(或槽)影响型、西南气流影响型、副高型(Ⅰ～Ⅱ型),归纳总结了各天气型的雷达回波源地、加强区域、路径、演变及降水特征,建立了天气图等常规资料与雷达回波资料相结合的闽中北短时暴雨3种概念模型。Ⅰ、Ⅱ型的降水强度总体相差不很大,有西南风急流比没有时降水强,Ⅱ型尤其明显,Ⅲ型降水强度最弱、持续时间最短。