干、湿环境下中尺度对流系统发生的环流背景和地面特征分析

对2007～2010 年暖季(6～9 月)发生在江淮和黄淮流域46 个对流天气过程的环流背景和地面特征进行了统计研究。根据整层可降水量小于或大于等于50 mm 将这些个例发生的环境分成干环境(10 个个例)和湿环境(36 个个例)。干环境下发生强对流的天气形势可以分为槽后型和副高边缘型,湿环境下的天气形势可分为槽前型、副高边缘型和槽后型,湿环境下有明显的暖湿区配合。湿环境下槽前型发生的概率最高,地面系统较为复杂,有静止锋、倒槽、冷锋和暖锋,而干环境下在本研究的个例中无槽前型发生。干、湿环境下副高边缘型的对流,从地面到500 hPa 都发生在副高后部的“S”流型的拐弯处,但部分湿环境个例低层有切变线。干环境下槽后型的发生概率较高,而湿环境下发生概率则相对较少。由这些研究表明,干、湿环境下强对流系统的触发和维持机制存在明显的差异。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

安徽省酷热天气分析及预报指标

基于安徽省1961-2017年逐日地面最高气温资料,采用Mann-Kendall法对安徽省高温天气事件进行突变分析,发现安徽省2000年后高温事件明显增加。为分析安徽省酷热天气特征和产生机理,文中挑选了35~37℃高温天气个例对比分析。结果发现:1)500 hPa西太平洋副高位置和850 hPa气温对酷热天气预报的指示性最好。2)受西太平洋副热带高压不同位置控制,安徽省增温机制不同:当为高压中心控制时,太阳辐射在增温过程中起决定性作用,安徽省易出现酷热天气;当高压中心位于海上,脊线位于安徽省附近时,安徽省高温强度较弱。通过酷热天气个例研究和合成平均分析,文中总结了安徽省酷热天气预报指标。     

风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验

采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。     

安徽暖季对流活动的雷达气候学特征及影响因素

为了解安徽地区暖季对流活动的雷达气候学特征,利用多普勒天气雷达拼图资料和ERA5再分析资料,统计分析了2015—2020年安徽省暖季(5—9月)对流活动雷达回波的气候学特征及影响因素。结果表明：(1)安徽暖季对流活动存在显著月际变化和区域差异。对流在江淮梅雨期的6—7月活动最频繁,5、8月次之,9月最少。6、7月对流数量大值区分布呈西南—东北走向。(2)安徽夏季(6—8月)对流数量日变化呈午后主峰和清晨次峰的双峰特征。其中6月对流活动峰值出现于清晨,与夜间到清晨上游地区低空西南气流加强导致安徽地区水汽通量辐合增强有关。7月对流活动主峰出现于午后,清晨为次峰,其中主峰对流活动持续时间更长,这与7月安徽午后对流有效位能明显增强有关,清晨出现次峰的原因同6月类似,但强度弱于6月。8月对流活动特征为午后单一峰值,日变化幅度最显著,为典型的午后热对流型。     

基于概率密度匹配方法的WRF模式阵风风速误差订正

为提高数值模式对阵风风速预报能力,采用概率密度匹配方法 (Probability Density Function Matching Method,简称PDF方法)对WRF模式地面极大风速预报数据开展误差订正。结果表明:①基于PDF方法订正后的阵风预报效果明显优于WRF预报结果,当实况极大风力≤5级时,两种预报结果均与实况较为一致;当实况极大风力≥6级时,WRF预报相比实况明显偏小,而PDF方法订正结果则与实况较为接近;②对比不同地形条件下两种预报结果发现,在实况风力整体偏弱的平原地区,WRF预报和PDF订正结果对极大风的预报效果均较好;在风力偏强的山区和沿江河谷地区,PDF订正结果的预报效果相比WRF预报则有明显提升;③对2017年安徽省81个国家站逐日极大风速的预报效果检验发现:预报误差和过去五年整体拟合误差基本相当,说明基于2012—2016年历史数据建立的概率密度分布函数可以代表安徽各站多年的实况和WRF预报极大风速的联合分布特征,利用PDF方法进行逐日极大风速预报具有一定的可靠性。     

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目"淮河流域能量与水分循环试验和研究(HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX)"于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。     

连续两次飑线大风成因对比分析

采用多源气象观测资料,对2018年5月16日江苏省北部的连续两次飑线过程进行综合观测对比分析和数值模拟研究。结果表明:(1)两次飑线过程在相同天气系统影响下的不同环境场中产生,大别山背风坡的背风波扰动是这两次飑线的共同触发机制。(2)两次过程的雷达回波图上均有后部入流急流和中层径向辐合特征,第一次过程的后部入流急流强度更强、高度更高,中层径向辐合的强度更强、厚度更厚,环境风垂直切变的差异是两次飑线组织结构特征存在明显差异的主要因素。(3)在CAPE值相近条件下,第一次过程的整层水汽更丰富、垂直风切变更强、垂直切变伸展高度更高,导致第一次飑线对流系统发展强度更强。(4)两次飑线大风形成的主要物理机制不同,第一次飑线的后部入流急流引导中高层(5~8 km)干暖空气下沉并入侵风暴体,促使其降水粒子强烈蒸发并形成冷池,同时引导高层动量下传产生强烈的出流气流,最终导致地面大风的形成;而第二次飑线后部入流急流引导中低层(3~5 km)干冷空气入侵对流系统,形成冷池和地面大风。(5)第一次过程环境场垂直风切变条件下形成的飑线组织结构特征,更有利于降水粒子强烈蒸发形成更强的冷池和下沉气流,致使第一次飑线地面大风较第二次飑线更强。     

我国雷暴的日变化特征

利用地面1980－2008年(缺2000年)517个常规气象站的观测资料分析了近30年来我国雷暴的日变化特征及其可能的原因.分析表明:雷暴主要发生在午后至傍晚.雷暴的日变化与地形有密切的关系:平原多峰型,山区单峰型,四川盆地夜间高发型,两广沿海地区白天多发.并利用风向的日变化解释了四川盆地地区和两广沿海地区雷暴的日变化...     

Squall Line and Its Vertical Motion Under Different Moisture Profiles in Eastern China

The impacts of different moisture profiles on the structure and vertical motion of squall lines were investigated by conducting a set of numerical simulations. The base state was determined by an observational sounding, with high precipitable water representing moist environmental conditions in the East Asian monsoon region. To reveal the impact of moisture at different levels, the moisture content at the middle and low levels were changed in the numerical simulations. The numerical results showed that more convective cells developed and covered a larger area in the high moisture experiments, which was characteristic of the convection during the Meiyu season in China. In addition, high moisture content at low levels favored the development of updrafts and triggered convection of greater intensity. This was demonstrated by the thermodynamic parameters, including Convective Available Potential Energy (CAPE), Lifted Index (LI), Lift Condensation Level (LCL), and Level of Free Convection (LFC). Dry air at middle levels led to strong downdrafts in the environment and updrafts in clouds. This could be because dry air at middle levels favors the release of latent heat, thereby promoting updrafts in clouds and downdrafts in the environment. Therefore, high relative humidity (RH) at low levels and low RH at middle levels favors updrafts in the cloud cores. Additionally, moist air at low levels and dry air at middle levels promotes the development of convective cells and the intensification of cold pool. The squall line can be organized by the outflow boundary induced by cold pool. The balance of cold pool and environmental wind shear is favorable for the maintenance and strengthening of squall lines.