利用北京GPS监测网分析夏季暴雨的水汽特征

利用覆盖北京地区的地基GPS水汽监测网数据反演的地基GPS大气柱水汽含量 (precipitable water vapor, PWV),分析了2009年7月3次暴雨天气过程中大气柱水汽含量的水平分布特征;利用高空、地面常规气象资料以及加密气象自动站观测资料计算地面和高空比湿,结合温度、风等物理量分析3次暴雨天气过程中的大尺度水汽输送和中尺度局地辐合作用;对最大降水强度以及降水量的时间变化的分析表明:3次降水落区分布特征与降水前期大气柱水汽含量高值的水平分布较为一致;大气柱水汽含量曲线变化特征与各尺度天气系统造成的水汽输送和水汽辐合密切相关,大气柱水汽含量的大小与水汽来源密切相关;降水前4小时内大气柱水汽含量出现陡增,线性增速大于1.1 mm/h,最大降水强度出现在大气柱水汽含量峰值出现后的1~2 h。     

ECMWF集合预报对黑龙江省三次暴雨过程的预报检验

本文利用常规站点观测降水资料和欧洲中心的集合预报资料,挑选典型分位值分析了集合预报对2015年汛期不同类型暴雨过程的预报能力。结果表明:对于局地性强的暴雨过程和台风影响的大暴雨过程集合预报能够提示降水落区的可能范围及极端降水发生的可能。而对于冷涡影响的中心分散的区域性降水过程,集合预报对降水落区的可能范围有充分把握,但对于降水中心的位置及强度预报指示意义有限。     

四川地基GPS水汽资料特征

利用2010年1月～2011年12月四川JICA项目获得的地基GPS观测资料和地面自动站资料,分析四川省内GPS/PWV变化特征,结果表明:GPS/PWV能较好反映各站降水的季节变化,海拔高度对GPS/PWV值有显著影响作用;全年夜间GPS/PWV值大于日间,秋季高原上夜间GPS/PWV值小于日间;在主汛期,GPS/PWV能作为降水出现概率较高的判据,降水多出现在PWV值大于基准值时段;PWV变化周期与降水发生周期有很好的对应关系,大多数为PWV值连续增加达到峰值阶段或由峰值开始下降阶段开始降水。     

近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

根据1951～2005年中国大陆730个台站的逐日降水资料和持续性暴雨发生的特点, 提出了采用局地持续性暴雨和区域持续性暴雨事件的两种客观定义来描述和统计近50年我国持续性暴雨时空特征及其变化。单站逐日降水量连续三天或三天以上均大于等于50 mm为一次局地持续性暴雨；区域持续性暴雨指在一定区域范围内连续三天降水量总和大于等于100 mm且每天降水量大于等于25 mm的面积超过某一阈值 (详细定义见正文）。根据局地持续性暴雨定义, 指出: 近50年中国局地持续性暴雨事件主要发生在江南和华南地区, 发生季节以6月为最多；根据区域持续性暴雨定义, 统计分析了四类典型的区域持续性暴雨类型, 分别是: 渤海辽西型、北方经向型、南方锋面型和华南低压型。其中南方锋面型又可根据持续性暴雨易发生的地理位置分为江淮型、江南型和华南型三种。对这六类区域持续性暴雨的历史个例进行同比分析, 研究了不同类型持续性暴雨发生的季节性和年际变化,以及它们在大尺度环流背景方面的共性特征。     

中国台风降水的气候特征

对中国台风降水的时空分布特征进行研究,发现台风降水分布在中国中东部广大地区,台风降水量自东南沿海向西北内陆逐渐减少.台风降水最大值出现在台湾岛的中东部地区和海南岛的个别地区,年平均台风降水量大于700 mm,最小值出现在内蒙古、山西、陕西、四川的部分地区,年平均台风降水量不足10 mm.台风降水一般出现在4～12月,峰值出现在8月.1957～2004年期间台风降水呈下降趋势.台风降水的异常主要由于亚洲地区大气环流和赤道中东太平洋沃克环流的异常变化所引起.进一步分析发现,台风降水在中国大部分地区为减少趋势,且这种趋势在台湾岛、海南岛、东南沿海部分地区和东北南部较显著.台风暴雨是我国东南沿海及部分内陆地区的极端强降水事件之一,这些地区的暴雨和大暴雨很大程度上是台风带来的.     

青藏高原周边地区持续性暴雨特征分析

长江上游的暴雨是造成该区域和长江中下游洪涝的主要因子,研究长江上游的青藏高原周边地区持续性暴雨特征对防灾减灾有着重要意义。应用历史天气图资料、NCEP 1°×1°再分析资料和国家气象信息中心提供的气候整编降水资料,采用统计和天气学方法,分析了1961 2011年青藏高原周边地区持续性暴雨特征。研究表明,青藏高原周边地区局地持续性暴雨通常持续3~4天,持续时间最长的暴雨发生在湖北武汉,为10天。整体上,高原地区较周边地区暴雨发生率相对低,局地持续性暴雨有4个降水高频中心,西藏东南部降水高频中心的波密发生频次最高,为15次;四川西部至中东部暴雨高频区持续性暴雨发生范围最广;另2个高频区为云南南端及湖北中东部地区。青藏高原东侧的西南地区区域持续性暴雨以持续3天为主,7月发生频率最高,21世纪以来,暴雨中心有向东移动的趋势。通常持续性暴雨过程伴随高原低值系统活动,其中西南低涡是最主要的影响系统。     

非常规探测资料在江西一次暖区暴雨过程分析中的应用

综合运用风廓线雷达等多种非常规探测资料,对江西省2013年6月29日暖区大暴雨进行分析,并对比6月28日锋面暴雨,归纳总结短时大暴雨发生的一些前兆信号及可用指标。结果表明:1)风廓线雷达能直观反映暴雨区附近中小尺度扰动、近地面弱冷空气入侵、急流脉动发展等特征,1.5—4 km高度层出现16 m/s以上急流对暖区暴雨发生有利,对强降水的发生有1—3 h提前指示作用。2)0.5—1.5 km高度层正的风垂直切变带对应降水发生发展,正速度带中大于4 m/s风速切变对应下游降水加强。3)PWV值在强降水发生前常出现持续上升或波浪上升。PWV值达到65 mm且维持较长时间,同时配合动力触发条件,有利于强降水的发生;PWV值低于60 mm并持续性下降,对应降水趋于减弱停止;强降水落区出现在湿舌前端的PWV等值线密集区内。4)此次强降水主要发生在TBB小于-40℃区域前端的等值线密集区和地面辐合线附近,且地面辐合线的强度、移向与新生单体的发展密切相关;强回波不断在地面辐合线附近合并加强形成"列车效应",雷达回波上逆风区、急流核、速度对等特征的出现有利于强降水的维持。     

2002年台风Ramasun影响华东沿海期间可降水量的GPS观测和分析

介绍了2002年建成的长江三角洲地区GPS(全球定位系统)网对台风Ramasun影响华东沿海地区时可降水量的探测,指出GPS探测的可降水量(PWV)与加密探空资料所计算的可降水量具有高度的一致性.通过对多站GPS资料时间序列的分析,揭示了在台风影响过程中PWV 的三个阶段的变化特征: 在台风降水产生前PWV 都有一个急升的过程,PWV的急升时间长短、升幅、量值大小反映了水汽累积情况,它与台风过程降水总量、每小时降水量大小有较好的对应关系;PWV 急升达到峰值后进入高值波动阶段,一般在达到峰值后7～10小时开始出现明显的降水, 在这一阶段中PWV 时间序列的波动和空间分布特征与台风降水的短时变化和螺旋雨带演变有较好的对应关系;PWV 的急降则反映台风降水即将结束.     

地基GPS/PWV在降水过程中的突变与缓变性特征

用江苏省2009-2011年57个地基GPS/MET监测网获取的逐时大气可降水量(PWV)和同期降水及JMA(Japan Meteorological Agency)再分析资料,探讨了PWV的日际和逐时变化与不同时间尺度和强度的降水间的关系。结果表明:PWV日际变化与降水日变化具有显著相似的形态特征和演变趋势,两者存在较为一致的同步性,总体呈单峰分布,强降水集中期对应着PWV最大时段;PWV在入梅和梅汛期内强降水过程中存在明显突变现象,并提炼了以GPS/PWV突变事件为依据的入梅和梅雨期暴雨预报指标;在不同强度的降水过程中,PWV值域局限在一个特定量值区间,其中20 mm/h以下各级强度降水对应PWV区别明显,GPS/PWV值对应的特定量值随降水强度增大而增大,但20 mm/h以上的各级强降水对应PWV特定量值区别较小;在短时强降水的预报中,除充分的水汽条件外,其强度将取决于天气系统对周边水汽的辐合能力和将入流水汽抬升而成云致雨的动力条件;降水发生前存在水汽的连续、缓变蓄积过程,蓄积过程至少可推前12 h。     

一次局地大暴雨过程的综合分析

利用常规气象监测资料,以及卫星、雷达、闪电定位、GPS／MET等精细化监测资料,对2010年8月18日-19日的暴雨天气过程进行了综合分析发现：边界层两条仅中尺度辐合线与两条暴雨带有很好的对应关系。暴雨期间,共有6个α中尺度对流云团在边界层中尺度辐合线上生成、发展与合并,特大暴雨由β中尺度对流云团合并形成的MCS所造成。分析结果表明,暴雨发生在副高西进北抬和冷空气东移南下的背景下;700hPa、850hPa和边界层中尺度辐合线是此次暴雨过程的主要影响系统;局地闪电频次峰值出现时间早于强降水峰值出现时间1h左右;GPS探测网对水汽探测的反应早于区域加密站的观测,PWV锋区出现时间较强降水出现时间有大于12h的提前量,且PWV锋区的出现时间和位置对暴雨落区预报有一定的参考价值,可以作为判断强降水出现的一个重要参考依据。     

江西北部一次局地大暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、区域加密自动站资料、GPS-PWV数据和NCEP 1°×1°再分析资料等,对2012年8月21日南昌短时大暴雨过程(8·21南昌大暴雨)进行分析,重点讨论了局地大暴雨的形成原因。结果表明:中纬度低压槽、东北方副高和东南方热带系统三者鼎立,致使江西北部聚集了高能量的不稳定大气,并在南昌附近产生局地强对流运动,导致了江西北部局地大暴雨的产生;地形抬升是8·21南昌大暴雨的直接诱因,由于梅岭山脉抬升作用,使不稳定大气上升到其自由对流高度以上,在梅岭山脉附近发展成中尺度气旋,气旋沿冷暖空气所形成的中尺度辐合线移到南昌市区附近,并在此地维持了3h;8·21南昌大暴雨是由多个强或特强的中小尺度降雨中心组成的,地面中尺度气旋、高CAPE值、高θ_(se)、强的水汽辐合等因素使得MCS得以长时间维持,使得中小尺度降雨中心在南昌市周边源源不断地生成发展。总结(8·21南昌大暴雨)流型配置,以此构造出这种弱西南气流条件下的预报概念模型,可以为预报员捕捉到此类局地大暴雨天气提供技术指导。     

湖北一次梅雨大暴雨分析

应用加密探空资料、NCEP再分析资料与自动气象站雨量资料,分析2009年6月29日湖北梅雨大暴雨。结果表明:暴雨期间700hPa江淮较长切变线维持准纬向特性,850hPa低空急流北上到江南北部。700hPa鄂西北等地准东西走向θse锋区有所加强并南移,湖北暴雨区位于θse锋区南侧且θse数值有所增加的地区。垂直积分水汽辐合大值区与强降雨带位置对应比较好,且整层水汽辐合比强降雨发生要早6h以上。恩施、武汉两站暴雨发生除了受低层切变线等较大尺度系统影响外,局地气象要素配合也很重要,尤其是低层较为充足的水汽是降雨维持的条件。当高层低槽移过,高、中层之间出现水平风垂直切变后恩施降雨明显加强。武汉站前期高层或中层干空气向下伸展,中、低层不稳定层结加强后降雨发展,其最强降雨和低层冷式切变线过境同时发生。     

Evaluating regional atmospheric water vapour estimates derived from GPS and short‐range forecasts of the Canadian Global Environmental Multiscale model in southern Alberta

Abstract

Integrated atmospheric moisture has been derived from a network of Global Positioning System (GPS) receivers established in southern Alberta. GPS receivers and post‐processing techniques provide the ability to estimate integrated precipitable water vapour (PWV) at temporal and spatial scales not usually available using conventional observational techniques and without costly expendables. GPS‐derived PWV was evaluated during the Alberta GPS Atmospheric Moisture Evaluation (A‐GAME) using nearby radiosonde observations from the Airdrie, Olds‐Didsbury and Sundre airports during field campaigns in the summers of 2003 and 2004. For the 2004 A‐GAME period, the regional (15 km) Global Environmental Multiscale model (GEM)‐modelled PWV was compared to the GPS derived PWV using a distance weighting approach. GEM model performance was assessed with regards to prognosis time (from 0 to 9 hours), grid cell elevation, location and the presence of storms in the study region. The results show that there is good agreement between radiosonde‐derived PWV and PWV derived from nearby GPS sites with correlations (r²) ranging from 0.76 to 0.84; the GPS‐derived PWV showed a small dry bias averaging 0.6 mm. When compared to GPS‐derived PWV, GEM model performance was found to be favourable out to the hour‐3 prognosis with an overall correlation (r²) of 0.63. Performance decreased with increasing prognosis time and as a result of the presence of storm activity in the study region but did not decrease with increasing grid cell elevation.     

一次孟加拉湾风暴和冷空气影响下滇西大暴雨中尺度分析

应用MICAPS资料, 通过天气诊断分析, 结合FY-2卫星云图及德宏CINRAD-CC雷达体扫资料, 分析了发生在2004年5月18日滇西地区的大暴雨过程。发现本次大暴雨过程天气尺度影响系统为初夏孟加拉湾风暴及南下冷锋切变; 大暴雨发生在高能高湿的水汽辐合中心、700 hPa螺旋度正值区及湿 Q 矢量散度大值辐合区内; 卫星云图上, 多个β-中尺度对流系统在大暴雨区发展; 多普勒雷达回波为絮状混合型降水回波, 强度在30~44 dBz之间, 频繁出现的逆风区、低空急流、中尺度辐合线等中小尺度系统是造成本次大暴雨的直接影响系统。     

基于地基GPS遥感的大连地区大气水汽总量变化特征

基于大连地区地基GPS综合观测网遥感反演了大气水汽总量（PWV）,分析了大连地区PWV空间变化、逐月变化和日变化特征以及PWV变化与降水的关系,并利用大连本站2005-2011年的探空资料拟合了大连地区地面温度和大气加权平均温度的关系。结果表明：大连本站的PWV与探空积分的水汽含量相关系数达到0.988,均方根误差为2.5 mm。大连地区PWV南北分布比较均匀;PWV最大的月份为7-8月,最大月平均值约40 mm,PWV最小的月份为1月,最小月平均值小于4 mm;大连地区PWV春季和冬季日变化幅度约0.5 mm,夏季和秋季日变化幅度约1.3 mm。夏季和秋季的PWV日变化呈单峰型,春季和冬季的PWV日变化呈多峰型; 在降水发生前8 h 大气水汽总量有明显增加过程,对降水的发生有指示作用。     

GPS遥感大气可降水量在暴雨天气过程分析中的应用

利用北京市气象局地基GPS监测试验网遥感大气可降水量（PWV）数据，分析2004年汛期暴雨天气过程PWV的变化特征及其与降雨量、降雨强度的关系；通过分析地面、高空的位势高度场、风场，以及比湿外水汽通量Q及水汽通量散度AQ等物理量诊断场分布，研究天气系统与大尺度水汽输送、辐合的关系，大尺度水汽输送、辐合与PWV变化的关系；探讨GPS遥感大气水汽资料在预报强降雨天气过程中的应用。得出：PWV的增长方式受当地天气系统的支配和制约，对于明显降雨过程，当地面、高空天气系统有利于暖湿空气的输送时，在北京附近形成等湿度线密集区，PWV逐渐增长（降雨开始前的13-24h）的趋势；当地面、高空有辐合系统东移或生成，或有中小尺度天气系统影响时，PWV显著增长（降雨开始前的3～4h）；当PWV大于某阈值后出现较强降雨，PWV值及增量的大小与降雨量的大小没有明显的关系。     

SWAN系统在一次暴雨天气过程分析中的应用

对2011年7月25-26日镇江市暴雨天气过程的天气背景、稳定指数和垂直风切变进行分析,利用SWAN系统研究CAPPI回波和液态水含量的相关演变特征,并检验SWAN系统下TITAN风暴识别和追踪技术的精度和水平,得出结论:7月25-26日镇江市暴雨天气过程有着较好的动力、水汽、层结不稳定以及垂直风切变条件,构成了产生大风暴雨天气的有利环境场.两个降水集中时段风暴特征有所不同,第1阶段为飑线影响,第2阶段为风暴群影响,二者均包含了普通单体和强降水超级单体,此两种单体均具有中心强度大、回波顶高度高的特征.液态水含量的演变与风暴强度吻合较好.TITAN系统对风暴未来1h内位置和轮廓预报没有30 min内预报精确度高,对处在发展、成熟阶段的风暴,30 min跟踪和预报与实况接近,对处在减弱阶段的风暴,较实况则略有滞后.     

影响山东的台风温比亚（1818）中尺度云团“列车效应”特征分析

基于多普勒天气雷达、区域气象观测站、常规观测和NCEP再分析数据等,利用三维雷达拼图技术对2018年第18号台风“温比亚”造成的山东暴雨中尺度特征进行分析。研究表明：台风“温比亚”造成的山东暴雨,不同阶段雨强特征有较大差异,长时间强降雨是造成灾害性暴雨的主要因素;此次台风暴雨雨团具有很强的移动特征,是否形成“列车效应”是造成灾害性暴雨的重要因素;雷达三维拼图数据可以清晰识别和分析暴雨过程中尺度雨团的移动、合并和发展规律,这些对准确监测预报暴雨的发生至关重要。     

北斗和GPS反演大气可降水量的对比分析

北斗地基增强系统是我国北斗卫星导航系统重要的地面基础设施,它可以获取高精度、高时间分辨率的水汽产品,满足数值预报、空间天气监测和预警业务的需求。本文利用2017年北斗地基增强系统中北斗单模、GPS单模和GPS+BD双模的数据资料,对同址的北斗气象站、GPS气象站和探空站反演大气可降水量进行对比分析,结果表明:(1)现行北斗地基增强系统所提供的数据,可以有效地用来反演大气柱总水汽含量,所得结果合理,平均偏差都小于1 mm,在变化上与GPS系统和探空系统基本一致,对数值预报有一定的指示作用;(2)与GPS系统相比,GPS单模/PWV和GPS+BD双模/PWV的均方差小于2 mm,相关系数均在0. 97以上,表明两者在反演PWV的精度上与GPS系统相当,而北斗单模/PWV的均方差为3～6 mm,相对方差达到了15%～20%,其精度与GPS系统还有一定的差距;(3)与探空相比,北斗单模在个别时次变化趋势上存在不一致的情况,其均方差为2. 14～6. 12 mm,相对方差为15. 32%～20. 84%,其误差可能是由于探测系统误差等因素造成的,而GPS+BD双模和GPS单模会更加稳定。