基于中尺度数值模式的分类强对流天气预报方法研究

针对雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等强对流天气短期预报,采用0.25°×0.2°每天4次日本气象厅(JMA)东亚地区再分析资料计算的百余类对流参数(物理量)及其15 d滑动平均值,根据“邻(临)近”原则对江苏2001—2009年2—9月各类强对流天气进行时间和站点的匹配后,应用相对偏差模糊矩阵评价技术,对上述对流参数进行权重分配和逐次筛选,获得了既体现强对流与气候平均态间明显差异,又体现自身相对稳定的特征对流参数序列。同时,根据历史分类强对流个例中各特征对流参数的频谱分布获得各对流参数的频率分布分段函数,然后基于中尺度数值模式预报的对流参数,综合历史频率分布和权重分配,构建了分类强对流天气预报概率,并以优势概率作为分类判据,做出强对流分类预报。最后建立了业务化系统,以全自动方式提供分类强对流客观预报产品,投入到日常业务和南京青年奥林匹克运动会气象保障服务工作。     

冷空气引发江苏近海强风形成和发展的物理过程探讨

对一次强冷空气伴随的近海大风天气进行了分析,研究了强冷空气影响过程中地面变压场和高空各层温度平流场的演变特征及其与地面风场之间的关系,在此基础上对强冷空气引发江苏近海强风形成与发展的物理过程进行了探讨,研究表明：温度平流与地面风场之间是通过变压场相互关联和促进的,强冷空气所伴随的冷平流增强了地面变压场及变压梯度,是导致江苏近海大风出现的重要原因。     

2015—2017年夏季南京雨滴谱特征

利用2015—2017年夏季南京地区的雨滴谱数据,对南京在梅雨开始前、梅雨期及梅雨结束后3个不同时段降水的宏微观特征进行分析发现:梅雨开始前对流活动强度偏弱,但对流降水的雨滴平均质量加权直径、分钟级强降水频率和逐小时累积短时强降水的频率为3个时段中最高;天气尺度强迫提供的有利于降水的持续性条件、弱对流强度下充分的凝结过程及微物理相关过程对云粒子的损耗偏弱,是有利于该时段大雨滴形成和降水效率提高的重要因素。梅雨结束后,高温高湿环境易产生剧烈对流活动,导致对流降水的大尺度雨滴样本比例及分钟级极端降水发生频率位于3个时段的首位。层云降水时,梅雨期降水频率、降水率及雨滴尺度平均值均位于首位,小尺度雨滴样本比例最低;有利天气尺度强迫条件下的充分碰并作用是主要原因之一。不同时段雨滴谱谱形参数（μ）与斜率（Λ）之间的二项式关系式的差异与μ的取值有关。     

STUDY ON SENSITIVITY OF WIND FIELD VARIATION TO STRUCTURE AND DEVELOPMENT OF CONVECTIVE STORMS

A numerical experiment was carried out on individual cases of severe convections in the Jianghuai area under cold vortex on April 28, 2015 in order to study the impact of wind field variations at the middle and low troposphere on the development and structure of storms. The results show that the structure and development of convective storm is highly sensitive to the changes of wind fields, and the adjustment of wind field at the middle or low troposphere will lead to significant changes in the development and intensity of storms. When the wind field at the middle or low troposphere is weakened, the convective development suffers different degrees of attenuation compared with the control experiment, and the ways of attenuation of the two levels are different. In the attenuation test of wind field at the middle level, convection is obviously weak at all stages of its development, while for the wind field at the low level, the convective development is weak only in the initial development stage of storm. On the contrary, the enhancement of the wind field at the middle or low troposphere is conducive to the development of convection, especially the enhancement of the wind field at the middle troposphere. In comparison, the convection develops rapidly in this test, as the most intensive one. The wind field variations have a significant impact on the structure and organization of the storm. The enhancement of the wind field at the middle troposphere makes for the intension of the middle-level swirl of convective storm, the reduction of the storm scale, and the organized evolution of convection. The development of the wind field at the low level troposphere is conducive to the development of the low-level secondary circulation of the storm and the cyclonic vorticity at the middle and low levels at the inflowing side.     

苏南5市区雷暴预报方法的研究

对2001-2010年4-9月苏南5市区雷暴天气的对流参数进行了分析、研究.经过对对流参数箱线图统计、计算点双序列相关系数、值域多次分级试验和级间整合调整等优化处理后,最终选取大气可降水量、杰弗逊指数、肖沃特指数、全总指数、风暴强度指数、抬升凝结高度层温度、上下层温差共7个对流参数作为预报因子,建立苏南5市区雷暴的双级逻辑预报方程.利用预报方程,对2001-2009年4-9月的8230个样本进行拟合结果分析:临界成功指数的平均值为61.0％;对2010年4-9月的样本进行试报,苏南5市区7、8月份的临界成功指数分别为75.0％和66.7％,预报效果较好.     

风廓线与测风塔资料在地面风场预报中的应用研究

运用四维同化方法将风廓线雷达和测风塔资料应用到WRF模式中,通过对比资料同化前后模式对地面风场的预报效果可知,加入风廓线雷达和测风塔资料后模式对风速的预报效果有明显提高,对风向的预报也有一定程度的改善;资料同化结束后,模式预报在49h内对地面风场预报效果仍有明显改善,但随着模式预报时间的增加,在模式积分49h以后,同化资料前后模式对地面风场的预报效果无明显变化。另外,通过对资料同化前后模式对风速预报误差的分析可知,在对模式风场预报的改进中风廓线雷达资料的贡献大于测风塔资料的贡献。     

0808号台风“凤凰”登陆衰减后空间结构与再生对流云团演变特征分析

基于逐日4次1 °×1 ° NCEP再分析资料、卫星红外云图和苏皖两省自动气象站逐时降雨观测资料,采用先进的可视化流体分析技术,对0808号台风“凤凰”登陆衰减后的空间结构演变特征和期间对流云团的生消发展进程进行了详细分析。分析表明,衰减后的台风“凤凰”的流场结构和云团(降水)变化与其它天气系统存在密切联系,其在苏皖地区产生的两阶段特大暴雨过程对应着对流云团的两次更替。第一阶段,华南对流云带和川东对流云团对水汽和能量的接力输送,以及对流层底层始终维持的强盛西南暖湿气流的存在促进了台风本体残余环流中对流的发展,使得台风“凤凰”螺旋状结构解体后在皖南地区产生新的强对流云团,造成皖南地区强降水;第二阶段则是由于对流层中低层干而不冷的西北气流与倾斜上升的底层西南气流共同作用,在暴雨区对流层中层形成了新的疑似台风的螺旋状涡旋结构,使对流云团迅速再次更替,对应地面降水剧烈增强,并且这支西北气流作为新生对流单体的制造参与者和输送者,使强降水对流云团长时间维持,最终导致苏皖特大暴雨的产生。      

ANALYSIS OF THE COLD AIR EFFECT ON AN EXTREME PRECIPITATION EVENT TRIGGERED BY AN INVERTED TROUGH OF TYPHOON HAIKUI (1211)

Based on intensive automatic weather station data, satellite cloud imagery, NCEP reanalyzed data, and the simulation results from mesoscale numerical models, this study analyzes the characteristics and formation mechanisms of the mesoscale convection system (MCS) during the extreme precipitation event that was triggered by a weakened low-pressure inverted trough of Typhoon Haikui on August 10/2012. The results of this study show that cold air at the rear of a northeastern cold vortex creates thermodynamic conditions favorable to the development of extreme precipitation. The main body of the cold air is northward located so that the cold air invades only the middle layer of the periphery of the inverted trough. Thus, the cold air minimally affects the lower layer, which results in a vertically distributed structure of the temperature advection that augments the formation and development of convective instability stratification. In the middle troposphere, the cold air encounters the convergent, ascending, warm moist air from the low-pressure inverted trough, leading to frontogenesis. The frontogenesis enhances wind convergence which, in turn, further enhances the frontogenesis, and the positive feedback between these two forces augments the development of meso- and small-scale convection systems in the rainstorm region and its vicinity, which strengthens the upward transportation of water vapor from low layers and thickening of water vapor convergence and results in local heavy rains.     

GPS反演的大气可降水量变化特征及其与降水的关系研究

利用GPS技术反演得到2009年盐城5站的大气可降水量(PWV)序列,分析了PWV随时间的变化特征及其与实际降水的关系.结果表明:PWV夏季占全年总量43.15％,春、秋季分别为19.21％和26.43％,冬季为11.21％;日变化过程中,最小值出现在07-08时,16-18时达到最大,夏季日变化幅近12 mm,春、秋季为7 mm左右,冬季不足5 mm;应用Morlet小波分析,得到全年PWV呈现15 d、30 d、60 d、准半年等多尺度周期变化,且时域分布不均;夏季降水大多发生在PWV峰值出现后1～2h内,春、秋季降水主要发生在峰值出现后的2～3h内,冬季则为峰值出现3h之后;当春到冬各季的PWV的2h增量分别达到5、6、5、4 mm时,出现降水的概率为60％～70％.     

近地面风场变化对太湖蓝藻暴发影响的数值研究

蓝藻水华是在特定的气象和水文条件下,已成为优势种群的蓝藻群体在水体中发生水平、垂直位置的改变而形成.选取2007年6月24日和9月8日发生的2次蓝藻暴发个例,利用WRFV2模式进行较高分辨率数值模拟,研究了在蓝藻成为优势群体之后的上浮积聚阶段近地面风向风速对蓝藻水华面积变化和活动范围的影响.通过数值模拟结果与EOS/MODIS卫星遥感监测到的蓝藻信息的对比分析发现,蓝藻的活动对湖区近地面风场变化的反应相当迅速,蓝藻大面积暴发过程往往对应着有利的风向风速变化:如风速小、系统性东北风、辐散环流等.研究表明通过对太湖地区各气象要素的高分辨率数值模拟,可以预测蓝藻的暴发和演变情况,为太湖蓝藻暴发的预测预警提供气象依据.