边界层风廓线仪应用中存在的若干问题

根据多年来在上海地区边界层风廓线仪布设和应用中取得的经验和研究结果,详细介绍了边界层风廓线仪在大城市组网、选址和建站方面需要注意的问题,同时针对边界层风廓线仪受地物杂波干扰和降水污染影响的问题进行了典型个例分析。     

非均一地形近地层风速廓线特点及粗糙度的研究

在中性大气层结条件下,利用35 m铁塔上五层不同高度处的有效风速,分析得到了非均一地形近地面层风速廓线特点及由粗糙元所决定的粗糙度。结果表明:(1)近地面层风速廓线一般符合对数风速廓线模式,其相关系数均大于0.985,标准偏差为0.04左右;(2)粗糙度的值为1.25 m。但由于外界流体运动状态改变可引起粗糙度出现起伏,其变化范围较大,一般在0.038～4.903 m,与风速之间的相关系数为-0.953。     

南疆一次强沙尘暴前后塔中近地面各气象要素的变化特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月10日一次强沙尘暴前后连续5天地面、土壤中、以及80 m高塔站梯度观测系统的各气象要素资料,详细地分析了该沙尘暴前后不同沙尘天气日各要素的变化特征.结果表明:这次沙尘暴是南疆气温持续回暖、热低压强烈发展、沙尘暴和浮尘天气持续时间长的一次南疆东灌型强沙尘暴过程.温、湿廓线在沙尘暴过境时,因强湍流交换,整个近地层大气基本上处于中性层结,沙尘暴日为降温增湿的过程;沙尘暴日前后大气层结发生了转变,破坏了晴天正常的逆温、逆湿结构.风速廓线在沙尘暴日满足对数律关系,而在沙尘暴日前后的天气里,风速较小,规律性差.沙尘暴过境时0O cm和5 cm地温变化趋势与1.5 m气温相似,过境前1.5 m气温比5 cm地温达到峰值的时间约提前1～2 h,过境后反而又滞后1～2 h.     

Ensemble retrieval of atmospheric temperature profiles from AIRS

ABSTRACT Satellite-based observations provide great opportunities for improving weather forecasting. Physical retrieval of atmo spheric profiles from satellite observations is sensitive to the uncertainty of the first guess and other factors. In order to improve the accuracy of the physical retrieval, an ensemble methodology was developed with an emphasis on perturbing the first guess. In the methodology, a normal probability density function （PDF） is used to select the optimal profile from the ensemble retrievals. The ensemble retrieval algorithm contains four steps： （1） regression retrieval for original first guess; （2） perturbation of the original first guess to generate new first guesses （ensemble first guesses）; （3） using the ensemble first guesses and nonlinear iterative physical retrieval to generate ensemble physical results; and （4） the final optimal profile is selected from the ensemble physical results by using PDE Temperature eigenvectors （EVs） were used to generate the pertur- bation and generate the ensemble first guess. Compared with the regular temperature profile retrievals from the Atmospheric InfraRed Sounder （AIRS）, the ensemble retrievals RMSE of temperature profiles selected by the PDF was reduced between 150 and 320 hPa and below 400 hPa, with a maximum improvement of 0.3 K at 400 hPa. The bias was also reduced in many layers, with a maximum improvement of 0.69 K at 460 hPa. The combined optimal （CombOpt） profile and a mean optimal （MeanOpt） profile of all ensemble physical results were improved below 150 hPa. The MeanOpt profile was better than the CombOpt profile, and was regarded as the final optimal （FinOpt） profile. This study lays the foundation for improving temperature retrievals from hyper-spectral infrared radiance measurements.     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

安徽滁州夏季一次飑线过程的雨滴谱特征

选取2014年7月31日安徽滁州一次飑线过程,使用地基雨滴谱仪资料分析此次过程的雨滴谱特征。根据雷达回波和地面降水强度将这次降水过程划分为对流降水、过渡性降水和层云降水,并以10 mm·h-1为临界值将对流降水进一步划分为对流前沿降水、对流中心降水、对流后沿降水。结果表明:对流中心降水、过渡性降水、层云降水的质量加权直径均比较稳定,平均值分别为1.8 mm, 1.0 mm, 1.7 mm。对流降水的标准化截距相比层云降水更大。对流中心降水各粒径段雨滴数浓度均较高;层云降水小雨滴浓度较低,且有少量大雨滴;过渡性降水由小雨滴组成。当雨水含量相同时,层云降水的质量加权直径相比对流降水更大。当雨强相同时,层云降水的反射率因子相比对流中心降水更大。更为精细的降水类型划分可有效改善Z-I关系。     

一次飑线过程中龙卷及飑锋生成的中尺度分析

对1983年9月4日发生在陕西中部一次灾害性强风暴过程的天气形势、雷达回波、卫星云图、地面中尺度风场资料及灾情进行了综合分析研究,结果表明:此次灾害性强风暴是一次龙卷过程;龙卷出现在冷锋飑线带状回波尾部,呈典型的弓状回波（环状回波）;在卫星云图上表现为南北云系交绥处发展旺盛的中尺度涡旋云团,呈新月状;龙卷发生在地面“人”字形辐合线交点后部强西北风中;龙卷是由地面两条冷锋的共同作用造成的;飑锋回波出现在龙卷雷暴后部,表现为两条平行的线状回波,与经典理论有不同之处。     

相似路径台风“派比安”（2006）和“威马逊”（2014）前部飑线过程对比分析

利用常规观测、雷达资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对路径相似台风"派比安"(2006)和"威马逊"(2014)的前部飑线过程进行对比分析。结果表明,地面辐合线和边界层辐合系统为台前飑线的发生发展提供了必要的动力条件,持续强盛的东南急流提供了充足的水汽和能量输送。低层暖、高层冷且具有较大垂直温差的特征为台前飑线的形成提供了有利的热力不稳定条件,而强的CAPE积累和释放有利于对流强度的加强。高空槽并入台风倒槽有利于延长飑线的生命史。台前飑线从垂直风切变相对较弱的区域移入较强的区域有利于其组织和发展,反之则不利于其组织和维持。台前飑线移动路径前方存在水汽辐合有利于其发展,反之则不利于其维持。     

2010年8月丹东连续两次副热带高压暴雨多普勒雷达回波对比分析

利用丹东多普勒雷达的基本反射率、基本径向速度和风廓线资料,对2010年8月19日和20日丹东地区大暴雨天气过程进行分析,探讨丹东短时强降水天气形势和多普勒雷达回波特征。结果表明：在丹东处于副热带高压内部或边缘时,南下的冷空气与副热带高压后部暖湿空气势力相当时,形成丹东地区较典型的暴雨模式。风廓线产品在强降水前期,会产生一个水汽累积的过程,两次过程中出现短时强降雨时段均表现为高空急流出现和高空动量下传。这种高空动量的下传使低空急流得到加强,低层进一步辐合,使雨强明显增大。两次过程中降水回波区均形成一条40 dBz以上的回波带,回波移动方向与回波带轴向一致,导致沿途站降水时间偏长,降水总量偏多。逆风区出现时间与强降雨时段有较好的配合,其位置与强回波区的对应关系揭示出逆风区厚度越大、对应的反射率因子强度越强,产生的降水强度也越大。