陕西省两次暴雪过程的对比分析

利用常规地面观测和探空资料、NCEP FNL 1°×1°以及GDAS 0.5°×0.5°再分析资料,对2016年11月21—23日和2017年3月12—13日陕西省两次区域性暴雪(分别简称"过程I"和"过程II")进行分析,分别从2次过程的观测特征、环流特征、水汽条件、对流条件等方面对比研究。结果表明:(1)2次过程在500 hPa均受切断低压和东北冷涡影响,中低层700～850 hPa存在低涡切变,地面受倒槽影响,并伴随回流性质的冷锋。(2)过程I的冷空气更加强盛,降水相态以雪为主,具有对流性质,降雪持续时间长、强度大;过程II冷空气相对较弱,以稳定的降雨和降雪为主。(3)过程I的水汽来源以冷湿气团为主,而过程II则由暖湿水汽占主导地位,且回流性更加显著。(4)过程I产生对流的主要原因是西南暖湿气流在强冷垫上方爬升,在中低层形成了逆温层,锋面过境后触发了对流不稳定,从而产生了对流性天气。     

2017年3月江苏省一次伴有对流激发的冷空气大风分析

本文利用常规和多普勒雷达观测资料以及逐6小时的FNL再分析资料,对2017年3月1日一次江苏全省大风过程进行了诊断分析,并和2017年2月20日的大风过程进行了简要对比,主要结论如下：（1）3月1日冷空气大风的直接原因是大气强斜压性以及高低层辐合辐散的差异,其局部地区的大风还有对流性的雷暴大风叠加的效果。（2）不同于传统的地面气压梯度造成的大风（例如2月20日的大风过程）,3月1日过程中地面气压梯度的贡献并不大,其主要是由系统深厚的斜压性所造成（高空冷平流使得位能转化为动能）。（3）春季的不稳定能量较冬季为强,在冷空气过程中易被激发出对流。阜宁11级大风（3月1日过程中）就是在大范围的冷空气背景下,不稳定能量先后被锋面和阵风锋激发后所造成的对流性雷暴大风与冷空气大风叠加的结果。     

不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响

为研究不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响,利用WRF中尺度数值预报模式,对2009年6月5日发生在上海的一次飑线过程分别进行了3、1、0.5 km水平分辨率和一、二阶矩微物理方案的理想试验。结果表明,模式水平分辨率和微物理方案对模拟飑线阵风锋有明显的影响。随模式水平分辨率的提高,模式模拟的飑线弓状回波结构更精细。与3 km分辨率相比,1和0.5 km分辨率模式能很好模拟出飑线后部下沉气流和前部上升气流,模拟的冷池前沿最大风速相对更接近实况。二阶矩微物理方案更能模拟出飑线弓状回波前强后弱的结构特征和飑线过境地面降温幅度,模拟的飑线移动速度、冷池面积和强度、冷池前沿最大风速和雨水蒸发率等均小于一阶矩微物理方案的模拟值。采用1和0.5 km模式水平分辨率及二阶矩微物理方案模式模拟的飑线与WSR-88D多普勒天气雷达探测实况更接近。模式分辨率的提高有利于模拟飑线的维持。对业务数值预报模式模拟飑线阵风锋而言,在计算条件允许的情况下,模式水平分辨率达1 km并采用二阶矩微物理方案可能是需要的。结果还表明,冷池前沿最大风速、冷池强度、模式底层降温幅度、飑线移动速度与雨水蒸发率存在对应的变化趋势,飑线移动速度的变化对飑线阵风锋地面大风的预报有指示意义。改善数值模式对飑线阵风锋预报性能除需关注模式水平分辨率和微物理方案外,还需关注数值模式对雨水蒸发率的模拟能力。     

MIGFA阵风锋识别算法改进与检验

根据南京CINRAD/SA天气雷达探测的江苏沿江地区阵风锋回波特征,对MIGFA(Machine Intelligence Gust Front Algorithm)阵风锋识别算法进行改进:在考虑平滑算法使用和低仰角数据融合的基础上,根据阵风锋回波特征,改进了0.5°反射率阵风锋细线函数模板,设计了较高仰角(1.5°/2.4°)反射率阵风锋细线函数模板,引入1.5°和2.4°双层反射率阵风锋细线函数模板替代原空间差分反射率函数模板。考虑阵风锋特征与距离测站的关系,设计了动态权重函数组合多组得分值,从而有效识别阵风锋回波。在此基础上通过弧度判断和阵风锋回波平坦度测试的方式,进一步降低虚警率。最后利用2009年6月14日南京雷达阵风锋个例进行效果识别,并采用临界成功指数对南京雷达120个阵风锋样本进行效果评估。结果表明:改进的MIGFA法识别效果良好,将临界成功指数从0.39提高至0.60,引入降低虚警率的做法使得虚假警报率从0.34降至0.16。     

基于数学形态学的阵风锋识别算法

提出基于数字图像处理技术中的数学形态学的阵风锋自动识别算法。该算法首先基于阵风锋的反射率因子窄带形态、速度辐合和快速移动特征,计算相邻时次体扫反射率因子差、速度切变和速度梯度这3个参量场,综合这3个参量场,得到一个二维特征量;然后采用数学形态学算法对这个二维特征量进行二值化、膨胀、腐蚀、细化、剪枝及线段联通等处理,得到一条反映阵风锋骨架特征的曲线。利用武汉雷达观测的2个阵风锋过程的共53个体扫数据进行阵风锋识别算法检验,结果表明:该算法正确识别阵风锋39个,错误识别3个,漏识别11个;识别曲线与阵风锋位置和走向较为一致。     

海表面盛行风背景下大气对黑潮海洋锋的响应特征

采用一系列高分辨率的卫星资料,应用高通滤波等方法,研究了春季不同海表面盛行风背景下,东海黑潮海洋锋区附近的海气关系。观测分析表明:在东海,春季3种不同海表面盛行风条件下海表面温度与海表面风速之间都存在明显的正相关关系,表现为海洋对大气的强迫作用。大气对海洋锋的响应在3种不同盛行风条件下也存在明显的差异。在西北盛行风和东南盛行风背景下,即当风向垂直于海洋锋由冷侧(暖侧)吹向暖侧(冷侧)时,海表面风的辐散(辐合)出现在海洋锋上空。同时,海洋锋对海平面气压(SLP)、降水和对流活动的影响较弱,表明大气对海洋锋的响应主要局限在大气边界层内。在东北盛行风背景下,即当风平行于海洋锋时,在海洋锋的暖(冷)水侧上空为海表面风的辐合(辐散),并与SLP的异常低(高)值相对应,主要雨带出现在黑潮暖舌上空。无论从总降水还是层云、对流降水频次的空间分布来看,盛行东北风时,海表面温度对其上雨带的影响最为明显。分析结果还表明,在不同盛行风背景下,海洋锋附近的海气关系由不同的物理机制在起主导作用。当盛行平行于海洋锋的东北风时,主要由SLP调整机制起作用;而盛行垂直于海洋锋的西北风时则主要由垂直混合机制起作用。     

Study on Atmospheric Travelling Wave Solutions and Review of Its Present Developments

The scientific achievements of travelling waves in a barotropic atmosphere are introduced, including i) the existence conditions of periodic solutions (wavetrain solutions) and solitary wave solutions (pulse solutions), together with the solution finding methods and a series of related problems, ii) seeking solutions of monotonous wave (wave front) and of nonmonotonous travelling wave (oscillatory wave) by using phase plane shooting technique and hi) progress in the study of travelling wave solution at home and abroad. The investigation of travelling wave solutions in recent years has been found in mathematics, physics, chemistry, biology and other sciences. Over the past decade the problem has been the subject of much interest and become an important area of research. So it is no doubt of great significance to investigate the travelling wave solutions and thereby explain phenomena of weather.     

Characteristics of sea breeze front development with various synoptic conditions and its impact on lower troposphere ozone formation

To examine the correlation between the sizes of sea breeze fronts and pollutants under the influence of synoptic fields, a numerical simulation was conducted in the southeast coastal area of the Korean Peninsula, where relatively high concentrations of pollutants occur because of the presence of various kinds of industrial developments. Sea breeze and sea breeze front days during the period 2005-09 were identified using wind profiler data and, according to the results, the number of days were 72 and 53, respectively. When synoptic forcing was weak, sea breeze fronts moved fast both in horizontal fields and in terms of wind velocity, while in the case of strong synoptic forcing, sea breeze fronts remained at the coast or moved slowly due to strong opposing flows. In this case, the sea breeze front development function and horizontal potential temperature difference were larger than with weak synoptic forcing. The ozone concentration that moves together with sea breeze fronts was also formed along the frontal surfaces. Ozone advection and diffusion in the case of strong synoptic forcing was suppressed at the frontal surface and the concentration gradient was large. The vertical distribution of ozone was very low due to the Thermal Internal Boundary Layer (TIBL) being low.     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的资料诊断分析

利用多普勒雷达资料和地面自动站以及再分析资料对近年来7次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程进行了分析。资料分析显示对流系统正面碰撞海风锋时(偏东西向碰撞)得到显著发展,而追赶碰撞海风锋时(偏南北向)则没有明显加强。海风锋移动沿途近地面出现明显的降温和风切变可以帮助判断海风锋的移动位置。高层稳定的偏西风有利于引导对流系统与西进海风锋发生正面碰撞。而低层的风场辐合则有利于碰撞过程中对流运动的发生,同时副高西北侧的水汽输送为降水的形成提供了有利条件。渤海湾地区地形的热力效应形成的低层偏中性层结有利于对流运动的发生,另外,在高空偏西风环境下地形可能对与海风锋碰撞的对流系统的触发或加强有促进作用。