基于概念模型及配料法的持续性暴雨短期预报技术探究

通过统计学、天气气候分析等方法,利用2000-2009年10年常规观测资料结合ECMWF 2.5°×2.5°初始场客观分析资料,对桂西北主汛期(5-8月)持续性暴雨进行分析得出:桂西北持续性暴雨的出现有明显的时间窗,主要发生在6 7月,重点在6月上旬;引起持续性暴雨的主要天气系统有高空槽、切变线、锋面、低空急流、副热带高压及台风减弱低压等;根据天气系统的相互配置可将持续性暴雨分为高空槽配合切变线或锋面型、副热带高压边缘配合深槽型、台风减弱低压型、中低空切变配合型4种天气模型,其中以台风减弱低压型的降雨强度最强、影响范围最广.基于概念模型和配料法,建立了各天气型的概念模型和特定阈值的决策树.基于ECMWF和T639产品,建立了预报准确率(TS)达10％以上的桂西北持续性暴雨过程24小时短期客观预报工具.     

青藏高原地表非绝热加热模态及其与中国北方环流异常的联系

利用青藏高原非均匀下垫面热力输送系数及地表有效辐射的EOF分析结果,计算了2000年以来的高原地表非绝热加热资料,并将1958—2013年地表非绝热加热资料进行重建得到高原地表非绝热加热指数,以表征高原不同气候分区的地表热力状况。根据EOF分析结果将高原分为4个气候区,并从波能传播的角度分析其对中国北方环流异常的影响。结果表明,高原地表非绝热加热指数在西部边缘(气候Ⅰ区),除了冬季为微弱下降趋势以外,其他季节都为微弱的上升趋势;在高原中西部腹地(气候Ⅱ区),四季均为下降趋势;在高原东北部(气候Ⅲ区),除了冬季表现为微弱的下降趋势外,其他季节均为微弱的上升趋势;而在高原东南部(气候Ⅳ区),四季均表现为下降趋势。高原西部边缘地表非绝热加热异常增强时,高原200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,初夏在北方辐合加强,有利于降水,干旱减弱;盛夏在北方地区处于辐散区,加剧干旱。在高原东北部地表非绝热加热异常增强时,该区200 h Pa上空为波能辐散区,并向东传播,无论是在初夏还是盛夏,除了东北地区北部,北方其他地区辐合加强,有助于干旱减弱。     

大气低频振荡对四川盆地持续性强降水的影响

利用1981—2016年我国地面气象站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过小波分析、合成分析、Butterworth滤波等方法,定义了适用于四川盆地的持续性强降水,对降水和大气15~30 d低频振荡特征进行详细分析,可为该地延伸期预报提供参考。结果表明:该地降水具有15~30 d和30~60 d低频振荡特征,其中以15~30 d振荡为主。降水期间各高度层和各纬度带低频系统具有垂直斜压性,在三维空间上相互配合,形成有利于降水产生的低频环流形势。低层和中层南北气流汇合于四川盆地形成辐合区,高层表现为北风南下。低层低纬度气旋在西太平洋生成并逐渐向西北移动至南海、华南,带来暖湿气流,中高纬度贝加尔湖东南侧生成气旋并向东移动至鄂霍次克海附近,加强北风输送。中层中高纬度欧亚大陆低压中心向东南方移动,降水时到达蒙古,并分裂小槽传播至下游,在日本海加强,高压中心紧随其后到达乌拉尔山。降水期间四川盆地上空高层为辐散区,有利于中低层辐合上升运动的维持。     

鲁中地区强对流天气的气候特征及相关环境参数特征分析

利用鲁中地区2001—2016年伴随瞬时风力不低于8级的所有强对流天气个例共106次进行分析,总结其气候特征,并通过箱须图的形式研究了分类强对流天气相关环境参数的分布特征和预报阈值。结果表明：2001—2016年强对流天气分布呈山区多、平原少、中部多、北部和西南部少的特点;6月和6月中旬是主要月份和旬份;地面辐合线是最主要触发机制类型;雷暴大风型、冰雹雷暴大风型和强降水混合型对应的地面和850 hPa的平均温度露点差,0～1 km和0～3 km垂直风切变,SWEAT指数、LI指数、K指数、风暴相对螺旋度、高度指数等环境参数各有不同的最低阈值;鲁中地区易发生强对流天气的0 ℃层高度为4.1 km左右;对于伴随冰雹的强对流天气,其融化层高度比0 ℃层高度低0.6 km左右。根据以上环境参数的分布特征、高低空垂直风切变的强弱变化可对3类强对流天气进行一定程度的区分。     

2018年“7·16”北京强降水天气过程成因

利用常规观测资料、地面加密自动站、多普勒雷达等多种观测资料和高分辨率分析场资料,对2018年7月15—18日北京地区特大暴雨过程的降水时空演化规律、成因以及极端性进行了初步分析。结果表明:此次过程有3股明显降水“波峰”,是典型的强度大、时间长、效率高的华北暖区降水。①具有典型华北暴雨环流形势,高层辐散,中层位于副高边缘、缓慢东移的低槽前端,配合低层急流辐合及高温高湿条件。②此次暴雨过程有一定环流形势和物理量极端性,包括副高异常偏强偏北,低层较强的西南气流、暴雨区上游异常偏强的能量和水汽以及异常偏北的热带辐合带(CITZ)。③本地具有一定对流潜势,配合中低层西南气流的剧烈温湿输送,及其在山前强迫抬升,并与夜间山风形成地面辐合线,触发对流;此次过程雷达回波的“列车效应”和后向传播现象明显,回波具有低质心的热带降水回波特点。     

高铁运行引起的高架桥群桩基础地面振动衰减分析

采用多质点弹簧-阻尼模型模拟列车,将板式轨道运动学方程引入到桥梁模型中,推导了桥梁振动半解析模型,结合群桩基础模型,建立了列车-轨道-桥梁-桥墩-群桩基础半解析耦合模型。基于傅里叶变换和频域内弹性半空间Green函数求得高铁高架桥群桩基础地面波动场,研究了上软下硬和上硬下软地基环境振动规律,分析了桩径、桩长对地面振动衰减的影响。结果表明:车速较低时,轨道中心处上硬下软地层比上软下硬地层振动大;上软下硬地层,车速较高时因接近表层软土剪切波速而增大地面振动,故应避免车速接近表层土的剪切波速;群桩基础地面振动随桩长和桩径增大而增大,且车速越大地面振动增速越快;桩体具有好的减振效果,群桩范围内地面振动由于几何阻尼和桩体散射作用迅速衰减,且桩径越大振动衰减速度越快,但受桩长影响较小;群桩基础外上硬下软地层比上软下硬地层的地面振动幅度小,表明上硬下软地层减振效果好;合理设计桩基可控制轨道中心处地面振动,并能有效降低高架桥远处的环境振动。     

江西中西部地区一次暴雨过程的地形敏感性试验

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、卫星云图和雷达产品及NCEP再分析资料,对2016年7月9日新乡暖区特大暴雨过程成因进行了综合分析。结果表明:该过程强降水持续时间长、强度大、分布不均匀、致灾严重,属暖区极端强降水,500 hPa低涡和700 hPa切变线是其主要影响系统;台风外围东南暖湿气流在太行山迎风坡(新乡西部)辐合抬升使特大暴雨区上空长时间维持深厚湿层,500 hPa低涡南压所携带的弱冷平流与低层暖平流在新乡上空叠加进一步增加了大气层结不稳定,为暴雨发生提供了水汽和位势不稳定条件;200 hPa显著分流区“抽吸作用”、太行山地形抬升和中低层低涡和切变线使新乡上空出现深厚垂直上升运动是暴雨形成的动力机制;华北中南部大范围高湿环境、深厚暖云层和湿层以及异常偏低的自由对流高度和抬升凝结高度与中等偏强的对流有效位能,是导致新乡高降水效率的有利条件;新乡强降水中心由2个孤立的β中尺度对流系统(M_βCS)合并造成,其系统内部若干低质心对流单体则由太行山东侧山前长时间维持的中尺度辐合系统产生;雷达反射率因子反映出低质心暖云降水回波特征,强回波列车效应明显,新乡特大暴雨由积云(对流)为主的积层混合降水回波长时间滞留造成。

     

一次副热带高压边缘上大暴雨的中尺度特征分析

利用常规气象观测资料、抚州多普勒天气雷达、FY2F卫星云图云顶亮温(TBB)以及NCEP再分析等资料,分析探讨了2015年6月22日南昌地区致灾大暴雨过程的中尺度对流条件及形成原因,结果发现：此次大暴雨过程发生在副热带高压西北侧、西风槽前上下一致的西南气流里,西风槽与副热带高压的共同作用、异常充沛的水汽、逐渐增强的暖平流与中层南下冷空气的叠加影响、高的不稳定能量等因素条件是造成此次暖区内对流性降水发展和维持、并最终形成致灾大暴雨天气的主要原因。更为显著的增暖增湿过程使得南昌附近的对流条件明显好于周边地区,加之南昌西侧的山地地形和东侧的鄱阳湖水体共同影响增强了触发抬升条件,造成了降水在该地得以加强和维持,导致局地性特征非常明显。边界层内偏东气流的存在和风辐合加剧了降水回波的发展,“列车效应”导致了强降水持续,且VIL值随时间的变化对雨强预报有较好的指示作用。

     

一个表征江南春雨的环流指数及其天气学特征

利用东亚和西太平洋对流层低层850 hPa纬向风的经向差异,定义了一个可以表征江南春雨变化特征的环流指数,通过诊断分析探讨该指数与降水和大气环流的关系。结果表明:该指数可以较好地反映江南春雨的年际和逐日变化特征。在年际时间尺度上,高指数年江南春雨偏多,而低指数年江南春雨偏少。该指数的逐日变化与江南地区同期逐日降水变化呈显著正相关。在高指数日,我国江南地区的低压系统和西北太平洋地区的副热带高压偏强,江南地区对流层高层辐散增强,低层辐合和高层辐散的增强为春雨发生提供动力抬升条件,有利于春季江南地区降水的产生;低指数日,西北太平洋副热带高压位置偏南,江南至华南地区对流层低层存在弱辐散,这种形势配合下不利于江南春雨的产生。