用探空资料检验中尺度数值模式对强对流天气的诊断分析能力

提高对流天气临近预报准确率的关键问题之一是了解大气的垂直稳定度和垂直风切变。中尺度数值模式产品提供了高时空分辨率的大气稳定度和垂直风切变信息，需要首先检验其精度才能进一步考虑其在对流天气预报中的应用。利用北京加密探空资料检验北京市气象局3km分辨率的MM5模式结果，对强对流天气的背景参数包括温湿风垂直廓线、对流有效位能CAPE和垂直风切变进行模式分析和预报与探空对比检验。结果表明：模式模拟的各种大气廓线中，风廓线和温度廓线都具有一定的参考价值，与实况有较好的一致性，但在廓线出现转折的地方，如：逆温层和风向转折时，模式预报较差。露点（湿度）廓线的预报误差较大，不能反映出真实水汽场的分布。因此，模式预报的深层（地面至500hPa）垂直风切变与探空具有较好的一致性，而模式给出的对流有效位能CAPE由于露点预报结果不理想，其值与实际偏差较大。因此模式输出的对流有效位能CAPE必须经过适当订正才能用于诊断强对流天气发生的可能性。     

对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究

文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法，对大气对流能量参数的计算技术进行了研究。结合实际个例，利用可逆饱和绝热过程，对包含液态水重力拖曳作用的修正对流有效位能(MCAPE)和修正下沉对流有效位能(MDCAPE)进行了定量计算。文章结合数值模式输出探空分析，预报不稳定和对流能量的区域分布，在此基础上建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法，用MM5 及国家气象中心T106模式输出及诊断产品预报强对流天气落区，并检验强对流落区预报技术。     

陕西气象科技服务在公共气象服务中科学发展的战略思考

对流有效位能（CAPE）是强对流天气分析预报的重要参数。通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下对流有效位能的两个新的计算公式,便于业务应用;并讨论了对流有效位能的局地变化因子和预报思路。     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005－2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分阈值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005-2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明,MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程的进一步分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005-2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分闽值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005—2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明。MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

巴彦淖尔市8.17大暴雨漏报的诊断分析

2016年8月16-18日巴彦淖尔市出现一次致灾大暴雨天气过程,降水强度大,持续时间短,局地性强。本文利用常规资料和自动站、卫星、雷达资料及ECMWF和T639数值预报产品对大暴雨天气过程的成因及漏报原因进行了分析,结果表明:(1)东移的短波槽叠加在暖区上空造成大气层结不稳定是此次暴雨过程的触发机制。副热带高压移动缓慢,西南暖湿水汽输送加强,地面低压稳定少动,是本次暴雨产生和维持的条件;(2)高低空急流、切变线和地面辐合线为此次暴雨过程的发展提供了水汽条件和动力条件;(3)利用卫星云图、雷达资料的演变来确定中小尺度系统的位置、强度和发展趋势,以提前开展强降水等强天气的预报和预警工作;(4)ECMWF预报场未报出短波槽东移,T639预报的短波槽位置偏南,预报员过度依赖数值预报产品是导致本次过程暴雨漏报的主要原因。ECMWF预报场偏弱,T639预报场偏离实况较大,间接导致了暴雨的漏报。     

2008年8月1日吉林省暴雨天气分析

应用常规观测资料、自动站及加密站资料、T213数值预报产品和卫星云图,对2008年8月1日吉林省大范围暴雨天气的成因进行了分析。分析了产生暴雨的天气系统特征,大气垂直稳定度和对流有效位能,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制。给出了产生暴雨的卫星云图演变特征。研究结果表明,此次暴雨天气是受“凤凰”台风登陆减弱其水汽北上与西风槽、副热带高压边缘西南暖湿气流和冷空气的共同影响产生的。低层强盛的西南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向暴雨区输送。     

中期天气业务预报自动化系统

气象预报服务工作的开展,对中期天气业务预报的定量化与自动化要求日益迫切。为此,我们研制了一个用于中期天气业务预报的软(硬)件系统MWOFS。该系统应用欧州天气预报中心(ECMWF)的中期数值预报产品与谐波分析技术,用模式输出统计的方法建立了中期天     

强对流天气监测预报预警技术进展

强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。     

对流有效位能计算的新方案

对流有效位能是强对流天气分析预报的重要参数。本文通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下,对流有效位能的两个新的计算方案,分别记作CAPEw和CAPE。该方案与以往的方案有很大的不同和根本的区别,更加合理和符合实际。编制了相应的计算程序,可以计算两种情况下的对流抑制能量CINw、CIN,对流有效位能CAPEw、CAPE,抬升凝结高度LCL(二者相同),自由对流高度LFCw、LFC,对流凝结高度CCL(二者相同)以及平衡高度ELw、EL;可以预报对流温度Tg(二者相同);可以分析地面和高空温度、湿度、等压面高度发生变化时,CINw、CIN和CAPEw、CAPE等的数值变化情况,便于业务应用和理论研究。还讨论了影响对流有效位能局地变化的因子和预报思路。     

引发舟曲特大泥石流灾害强降雨过程成因

利用自动气象站观测资料、MTSAT卫星红外亮温资料、NCEP/NCAR再分析资料、AIRS卫星大气温湿资料、MODIS卫星气溶胶光学厚度资料和ECMWF模式预报的地面风、压、温、湿资料,对2010年8月7—8日甘肃省甘南州舟曲县引发特大泥石流灾害的强降雨天气过程的成因进行了天气动力学诊断分析,结果表明:由于地表强烈增温与高空槽后冷空气平流作用,8月7日午后舟曲及其上游 (西北方向) 地区大气不稳定性极强,区域平均对流有效位能 (CAPE) 值为4393 J·kg-1、对流零浮力层 (LNB) 高度达16.54 km;南北气流交汇与局地复杂小地形使得近地面形成多个中小尺度辐合线和辐合中心,于8月7日14:00(北京时) 左右触发了对流的产生;强盛的西北太平洋副热带高压与台风电母之间的偏南气流在23°~30°N纬度带转向西输送水汽直达青藏高原东缘,在高原地形作用下转为向北传输到达舟曲附近区域,为该区域对流发展提供水汽条件;对流云团形成后,在高空西北气流的引导下向东南方向移动,于8月7日夜间到达舟曲地区造成该地区强降雨,引发特大泥石流灾害。     

2021年延安市重大活动气象服务保障预报思考

重大活动的定量降水预报一直都是气象服务保障的难点。对2021年延安两次重大活动的预报服务保障复盘,总结预报思路和模式偏差特点及原因。结果表明,ECMWF模式对延安市白天3 h晴雨预报准确率明显低于夜间,主要是由于模式对白天的积云对流降水预报效果较差所致。预报中需特别关注不同性质降水预报思路的不同点,ECMWF模式的对流降水空报率较高,当模式降水量预报以对流降水为主时,需要根据气候特点、对流环境条件和触发机制进行分析,诊断对流发生的可能性,重点分析低层大气的水汽条件、不稳定能量条件以及是否有触发条件。延安市对流天气主要出现在午后,11时之前以及20时之后分散式对流不易触发,主要原因是黄土高原夜间辐射降温在近地面层形成逆温层,使对流抑制增强,在没有明显天气系统触发时,对流发生概率低。在实际服务中,早晨和夜间的对流,可以对模式的对流降水进行消空订正。对于系统性降水重点考虑整层大气是否饱和及是否存在上升运动,当对流层低层被下沉运动控制且相对湿度较低时,只有中层大气扰动引发的垂直运动并不会产生降水,其扰动主要造成多云天气。以上思路在2021年7月延安市的两次重大活动保障中取得较好的订正效果,可以...     

北京“7. 31”局地暴雨过程的天气分析

利用常规观测资料、云图资料、雷达资料及T213数值产品资料等对北京2006年7月31日的局地暴雨天气过程进行分析,并计算分析了对流有效位能(CAPE)等几种环境指数在这次强降水中的作用。得出以下主要结论:1)北京7月31日的强降水是一次中小尺度天气过程,是对流层中下层冷空气入侵触发的。2)前期高温高湿天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件。3)大气稳定度指数K指数、沙氏指数(SI)对这次强降水有较好的指示意义;对流有效位能(CAPE)对北京这次强降水有较强的反应能力,是一个比较好的预报指数工具;4)海淀特殊地形和地面辐合线是7月31日强降水出现在海淀的重要原因。5)很可能是降水诱发了边界层急流的产生。超低空东风急流在这次局地暴雨中起着非常重要的水汽输送作用,边界层急流和海淀局地强降水可能出现正反馈现象。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

中尺度强天气的预报能力非常有限,一个重要原因是在业务预报中,缺乏对中尺度对流天气发生的环境场条件和发生发展特征进行及时有效的分析。本文介绍了国家气象中心正在试行的中尺度天气的天气图分析方法。中尺度天气的天气图分析主要利用探空资料和数值预报相关参量资料,分析中尺度对流天气发生发展的环境场条件,包括高空综合图分析和地面分析。在高空分析中重视风、温度、湿度、变温、变高的分析,并通过将不同等压面上最能反映水汽、抬升、不稳定和垂直风切变状况的特征系统和特征线绘制在一张图上形成综合图,以更直观的方式反映产生中尺度深厚对流系统发生发展潜势的高低空配置环境场条件。地面分析包括气压、风、温度、湿度、对流天气现象和各类边界线(锋)的分析。国家气象中心的强对流天气预报业务试验表明,中尺度天气的天气图分析已经成为强对流天气潜势预报的重要依据。     

初值水汽场对华南春季一次强飑线触发和维持影响的数值试验

在对观测资料分析的基础上,采用WRF模式探讨初始场水汽分布对华南2014年3月30—31日产生雷暴大风、强降水的飑线过程触发和维持的影响。研究基于ERA-interim和NCEP-FNL再分析资料在华南地区水汽分布的差异性,设计了四组将两类资料水汽按比例融合作为初始场的数值试验,水汽场从NCEP-FNL越靠近ERA-interim水汽,模拟的飑线演变越趋近实况,试验结果表明更准确的水汽初始场有利于提高飑线等强对流系统的预报准确率。在对流初生阶段,区域内水汽含量增多,最大有效位能增大,对流越容易触发;对流发展中后期,充沛的水汽有利于飑线组织形态和强度的维持。      

玉溪一次强对流天气的中尺度特征分析

利用常规探空资料、NCEP/NCAR再分析资料、地面自动站加密观测资料及T639数值模式资料对2013年6月9-10日发生在玉溪的一次强对流天气进行了诊断分析。结果表明,此次强对流天气是高空槽后西北气流引导冷空气南下并与西南暖湿气流在云南中北部交汇引发的,对流层低层切变线和地面中尺度辐合线、气旋式辐合中心等是此次强对流天气的直接影响系统。其水汽主要源于孟加拉湾,水汽在低层集中和输送并在云南等地上空辐合,为此次强对流天气的发生提供了有利的水汽条件。中尺度强对流云带与地面中尺度辐合系统及对流有效位能(CAPE)不连续带有较好的对应关系,中尺度强对流云带发生、发展的位置和走向与前期地面辐合线基本一致,对流单体在CAPE不连续带大值区一侧容易加强和发展。综合分析地面流场和高分辨CAPE的分布,对强对流天气的短时临近预报有一定指示意义。     

对流天气预报中的环境场条件分析

中尺度对流天气的分析包括以天气型识别和中尺度过程分析为主的主观分析,以及以动力热力物理参数诊断为主的客观分析。利用"配料法"预报的思路,通过诊断有组织的深厚中尺度对流系统发生、发展的4个条件(水汽、不稳定、抬升和垂直风切变),开发了中尺度对流天气的环境场条件分析技术(对流天气图分析和客观物理量诊断技术),并应用于中国国家气象中心的强对流天气预报。以中尺度对流天气的天气图分析方法为例,介绍如何利用高低空观测资料,分析对流天气发生发展的环境场条件;并以数值模式释用为主的强对流特征物理量诊断分析为例,介绍如何动态诊断对流天气的动力热力条件演变。     

2008年盛夏吉林省两次暴雨天气对比分析

应用常规观测资料、自动站及加密站资料、T213数值预报产品、卫星云图和雷达回波,对2008年7月15—16日和7月31日-8月1日吉林省两次暴雨天气的成因进行对比分析。分析产生这两次暴雨（以下简称第一场和第二场暴雨）的天气系统特征、大气垂直稳定度和对流有效位能,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制,给出了产生两次暴雨的卫星云图演变特征。研究结果表明,第一场暴雨是受副高后部的华北气旋东北上影响;第二场暴雨是受“凤凰”台风登陆减弱,其水汽北上与西风槽、副热带高压边缘西南暖湿气流和冷空气的共同作用产生的。     

湿有效位能的一种近似表达式及其计算方案

大气中的水份对天气变化有很大影响。所以在天气分析预报中,考虑了水汽的温湿特征量,比仅用位温的效果要好。由此推想,在有效位能的计算中,假若再计入潜热能项,将更接近大气能量的实际情况。可能正是这个缘故,E.N.洛伦茨(Lorenz)、谢义炳提出的湿有效位能(mAE)概念受到了很多人的重视。为此,讨论湿有效位能的近似表达式及其计算方案是有意义的。一、近似表达式类似于把单位气柱中的内能与位能之和称为总位能那样,本文把单位气柱中的内能、潜热能、位能之和,称为湿总位能(mTE):