高架雷暴诱发弱对流性暴雨过程分析

从2015年4月7日一次赣北区域性暴雨天气过程出发,分析了过程闪电强度及分布、回波特征、降水强度、天气形势配置、系统垂直结构和物理量特征。结果表明,本次过程是一次高架雷暴诱发的弱对流性暴雨天气过程,闪电强度较弱,次数较少,以积层混合云降水回波为主,回波强度20~40 d BZ,最大降水强度不超过15 mm/h,天气形势配置和系统垂直结构显示明显的高架雷暴特征,主要的水汽、不稳定和抬升条件位于850h Pa以上,相关物理量也主要反映在700 h Pa层次最为明显。春季冷锋后部高架雷暴天气一直是预报业务的难点,本文也尝试总结了该类型天气的预报着眼点。     

数值产品对云南丽江强对流天气的预报检验

采用统计检验方法,选取与强对流天气产生暴雨、冰雹密切相关的反映大气环流形势、水汽条件和动力因子的欧洲中期天气预报中心(以下简称欧洲中心)及T213的多个因子,主要检验2006～2011年6年间数值预报12～48小时数值预报是否与丽江区域强对流天气出现的过程相似,作出预报区域内有无暴雨、冰雹的定性预报,通过分析发现:欧洲中心对强对流天气的影响系统、冷空气预报能力较好;T213比湿场对强对流天气的水汽预报能力略好于欧洲中心的相对湿度场,同时,T213的涡度场和垂直速度场能很好的预报强对流天气的动力条件。此次分析检验的结论将在强对流天气预报中发挥很好的效用。     

甘南牧区一次历史罕见的低温连阴雪天气成因分析

针对2008年1月下旬出现在甘南高原上一次历史罕见的低温连阴雪天气对甘南牧区所造成的严重危害,利用M ICAPS和T213数值预报产品资料进行此次天气过程的成因分析。结果表明,造成这次低温连阴雪天气过程的主要影响环流背景是冬季典型的横槽型,配合高空强冷空气入侵高原。通过对各种物理量场的诊断和对比分析,发现这次天气过程中高原上各种物理量场的配合也为这次天气过程提供了有利的条件,涡度、散度、垂直速度和相对湿度的高值区与降水区域位置相当吻合。     

“2020.07.08—10”丰城连续性大暴雨过程分析

为了更好地监测预警大暴雨天气,开展好预报服务工作,使用常规天气图、自动站数据、云图、雷达拼图和单部雷达产品等资料,采用天气学、卫星气象学和雷达气象学等方法,对2020年7月8—10日江西连续性大暴雨过程进行分析,结果表明:1)江西大暴雨与副热带高压有关,出现在副高西北部多个系统辐合之中; 2)絮状回波带和絮状回波团静止少动,带上不断有回波短带和单体回波发展加强,形成“列车效应”,形成大暴雨天气;同等回波强度时,絮状回波团的降水效率要高于絮状回波带; 3)丰城市受絮状回波带影响,回波强度35～50 d BZ; RCS上,35～50 d BZ回波顶高在6 km以下; VCS上,7～8 km以下均为负速度,对应强回波位置负速度区中出现-10 m/s大值区; 4)组合反射率CR回波强度与地面1 h雨量呈正相关,回波越强雨量越大;但雨量出现时间落后于CR回波。研究成果对江西大暴雨天气的监测预警和预报服务有指导意义。     

T511L60全球中期数值预报性能统计评估

为了客观研究T511L60全球中期数值预报系统的性能特征,采用WMO（World Meteorological Organization）推荐的标准化的统计方法,对2008年5月到2010年5月累积2年的500 hPa形势场和降水预报资料进行了检验评估。形势场检验结果表明,T511L60全球中期数值预报在北半球的可用天数非常接近7 d,在亚洲地区的可用天数在6～7 d。降水检验结果表明,T511L60模式在中国地区的5 d小雨预报TS评分和预报偏差评分优于日本模式降水预报。     

福州地区X波段相控阵雷达与S波段机械雷达回波数据对比分析

为验证福州地区X波段相控阵雷达系统和雷达回波数据的可靠性,检验其探测性能,以2022年4月27日福州地区强降水过程为例,利用直接对比法分析了X波段相控阵雷达与S波段机械雷达回波数据。结果表明,X波段相控阵雷达回波反射率清晰细腻,雷达回波的结构分布较为均匀,可以观测更加细微的回波特征,空间分辨率明显高于S波段机械雷达,更有利于突发强对流致灾天气系统的预警预报。在强降水天气过程中,小时累计降雨量预测S波段机械雷达算法占优势,定量降水估计产品X波段相控阵雷达算法占优势。     

2006年夏季祁连山北坡雨滴谱特征

利用2006年夏季在祁连山北坡进行人工影响天气综合科学试验期间的激光雨滴谱仪观测资料,对该地区夏季不同云系降水的雨滴谱特征进行分析．结果表明：按照降水云系的结构,分别对对流云系、层状云系和混合云系降水情况下降水雨滴的直径分布进行比较,雨滴各种平均粒径由大到小排序依次是对流云系、混合云系和层状云系．降雨强度和雨滴粒子数密度变化趋势一致．雨滴粒径和降落速度之间有很好的对数关系．3类云系的降水强度和雷达回波强度之间也满足对数关系．通过这些分析为祁连山实施人工增雨（雪）提供一定的科学依据．     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

基于多模式预报优选融合技术的短时定量降水预报

为提升短时定量降水预报准确率,使其更好地支撑城市暴雨洪涝及中小河流洪水预报,基于多源数值天气模式预报值,构建了基于预报成员优选融合的短时(0~12h)逐小时定量降水预报模型,模型由单模式百分位映射订正技术模块、模式订正预报成员实时优选技术模块、预报成员实时融合技术模块和融合预报的百分位映射订正技术模块4个技术模块组成。以河南省为例对模型进行检验,结果表明:模型预报降水分布和强度随着预报时效临近更接近实况降水;模型提前6h预报出郑州“7·20”暴雨最强时段降水的落区和强度;在2021年1—9月降水预报对比检验中,模型预报准确率高于任意单模式订正预报和原始模式预报,且准确率随着预报时效的临近逐步提高。     

驻马店市两次强对流天气的多普勒雷达产品特征的对比分析

针对近年来河南省驻马店市出现的强对流天气,用多普勒天气雷达产品如反射率因子、径向速度、垂直液态含水量、风暴跟踪信息等进行普查分析,重点对两次不同性质的强对流天气的雷达产品进行详细研究.发现强对流天气的雷达回波强度在40 dBz以上,强度为40~50 dBz的回波移速为25~35 km/h时,一般出现强降水,无雷暴和大风;回波移速为35~45 km/h时开始伴有雷暴和大风的出现;当回波移速达到45~60 km/h时,强雷暴和大风的出现几率上升,而强降水的出现几率急剧下降;当回波移速达到60~69 km/h时,则以雷雨大风为主,强降水出现很少.冰雹时强回波伴有"V"型缺口,回波强度可达55 dBz以上,强回波中心出现在9~12 km高度,回波顶可高达15~18km,强回波下方有强上升气流造成的弱回波区.短历时强降水的雷达回波强度比冰雹、雷暴弱,一般为40~50 dBz,强回波中心高度5~6 km;当回波强度大于50 dBz,强回波中心达到8 km以上时,往往伴有强雷电和大风冰雹出现;回波形态多呈现絮状混合型回波,其中有块状的强回波,对流性的强降水回波则是边缘清晰的块状结构.     

三门峡市一次大雪天气环流特征以及数值产品解释应用

在分析了环流背景、影响系统以及欧洲数值产品的基础上,结合MICAPS资料和多普勒雷达的反射率因子、径向速度、风廓线产品,对2011年2月28日大雪过程进行分析,同时又对数值产品进一步解释应用.结果表明:阶梯槽的同位相叠加和低层辐合线的加强南压是此次过程的主要影响天气系统;从这次降雪过程的组合发射率因子产品上看,本次降雪过程回波分布均匀、连续、范围较大;基本速度产品显示高层辐散,低层辐合,有利于降雪的形成;风廓线产品显示"天南地北"的形势.这样的流场配置对降雪比较有利,加大了垂直切变,有利于上升运动的加强.欧洲数值预报产品对本次降雪过程有一定的指导作用,高度场有较好的对应关系,温度场偏差较大,对降水量级不好把握.     

豫西山区两次典型对流天气过程的对比分析

利用常规气象资料和三门峡多普勒雷达资料,对2013年7月中下旬发生在豫西山区的2次对流天气过程进行对比分析,结果发现:副热带高压所处状态和西风槽的特征在一定程度上决定了降水的性质和强度,有效把握这类天气特点,可很大程度避免预报的空报或漏报;夏季来自北路或东路的冷空气,在高空气流的引导下常常会触发局地强降水,甚至雷雨大风等;在雷达回波上,一个强回波单体长时间稳定维持或列车效应往往产生强降水;风廓线图可以用来判断是否有冷暖平流及风切变的变化.针对这两次对流天气过程,高空形势预报非常准确,但冷空气强度预报偏弱,若结合自动站资料、本地气候特点、地形地貌等特征,则可以准确订正出来.     

一次冬季暴雨转雪天气诊断分析

利用NCEP1°×1°资料和常规天气观测资料,对2010年12月15日新余市一次寒潮过程中暴雨转雪天气的环流背景、影响系统及其成因进行了分析。结果表明:1)500 h Pa横槽转竖,低层及地面的冷高压南移,使得冷空气侵入江南地区,是造成此次江南地区降温的主要原因;2)华南准静止锋的长期维持且坡度小、湿层和辐合区较薄且辐合强度较弱,导致本次降水的强度不大,但较长的持续时间使降水达到暴雨量级;3)寒潮带来的降温形成了降雪有利的温度条件,当测站上空整层温度均在0℃以下,925 h Pa温度≤-3℃,地面气温≤1℃时,降水将从雨转变为雪。     

基于SMOTE算法和逻辑回归模型算法的江苏短时强降水潜势预报

短时强降水是导致城市内涝和山洪、滑坡等灾害的重要原因,其突发性强,局地性明显,预报难度大,是强对流天气业务预报的重点和难点之一。本研究利用2011-2018年的江苏省国家气象观测的逐小时降水资料对江苏省短时强降水时空分布特征进行分析,江苏短时强降水频次分布为典型的南多北少,主要降水出现在早晨04-10时和午后15-19时,前半夜出现降水的概率则较低。基于ERA5再分析资料,选取了对于短时强降水有较强判断能力的气象要素,合成少数类过取样算法（SMOTE）和逻辑回归（LR）方法,构建短时强降水的预报模型,利用2019年的,欧洲中期天气预报中心（ECMWF）预报产品基于该模型进行短时强降水的确定性预报和概率预报,并使用同期实况数据进行系统性检验和天气过程检验。结果表明该模型总体性能较好,对短时强降水出现与否有较好的判别能力和预报指示意义。未来24h以内的6h时效预报,TS评分在0.23以上,未来60h以内的6h时效预报TS评分均在0.2以上,但也存在着一定程度的空报和漏报。基于SMOTE+LR短时强降水预报模型对短时强降水的潜势预报具有较好的指示作用,对气象防灾减灾具有重要意义。     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

BPSO优化朴素贝叶斯分类器的降水分级预报试验

为进一步研究朴素贝叶斯分类器在单站降水预报方面的应用效果,利用2008年至2011年6~9月份的T511数值预报产品和单站观测资料,采用2种不同适应度函数的二进制粒子群算法(简称BPSO)优化朴素贝叶斯分类器算法(BPSO-NB),对石家庄、太原、林西3站13~24h时段的晴雨和降水等级进行了预报试验。试报结果表明:BPSO-NB、BPSO-NB2模型3站平均晴雨预报准确率明显高于T511,均在85%以上,且BPSO-NB2(87.1%)最优;2种模型小雨、中雨TS评分也高于T511,BPSO-NB1(0.403、0.167)最优。BPSO-NB模型能有效降低T511空报次数。     

耦合植被与T639模式的森林火险气象潜势预报

 利用中国2425个测站地面观测资料和T639数值预报资料，以下垫面地理信息、森林植被分布特征为理论依据，通过分析大气降水、地表气温、湿度、风速等气象要素与可燃物状况之间的关联性，建立森林火险气象预报模型。预报结果表明，模型结果能够较好地反映出局地森林火险气象等级较高的区域，对预报有很好的指导作用。     

三门峡市2012年7月4日短时暴雨过程诊断分析

基于常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和三门峡多普勒天气雷达资料,对2012年7月4日三门峡暴雨的环境条件、散度涡度场和中小尺度特征等进行了分析.结果表明:大暴雨过程中低层辐合高层辐散,促进气旋式涡度增加,上升运动增强;反之亦然.中层波动使得中低层辐合和中高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动.西南暖湿气流北上受弱冷空气阻挡在三门峡地区堆积,为暴雨提供水汽和能量.南下的弱冷空气与辐合线和低层切变线组成强有力的触发抬升机制.暴雨期间多普勒天气雷达反射率因子、径向速度和风廓线产品,跟踪暴雨前后垂直方向风的变化和辐合系统,在强降水的临近预报中有较高的参考价值.     

L波段雷达资料在保山市强降水预报中的应用

为加强基层短时强降水预报能力,结合前人研究,利用20082009年腾冲L波段雷达探测资料和保山市昼(夜)降水数据,统计分析了该市昼(夜)出现强降水时当日(前一日)沙氏指数、抬升指数、不同高度层的温度露点差情况.结果表明,保山市强降水与沙氏指数、温度露点差呈显著负相关,与抬升指数值呈显著正相关.采用相关性和显著性假设检验确定了6项强降水预报因子和它们各自对应预报值域后,将6种预报因子自由组合成8种预报判据.经预报质量检验从8种组合中挑选出了保山市昼(夜)间出现强降水的预报判据.以20102014年保山市强降水实况进行预报能力检验,该方法对夜雨和昼雨强降水的预报准确率分别为56.00%和60.00%,具有一定参考使用价值.