金华地区一次强对流天气过程的环境条件与中尺度特征

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、FY-2G卫星TBB数据和双偏振雷达资料等,对2022年6月29日浙江省金华地区一次强对流过程的环境条件与中尺度特征进行了分析。结果表明：1） 充沛的不稳定能量、较低的抬升凝结高度和中等强度的0—3 km垂直风切变为此次强对流过程的发生发展提供了良好环境条件。2） 触发机制主要为边界层辐合线;低层强烈辐合、高层强烈辐散的配置,为对流提供了良好的动力条件;源源不断的水汽供应和水汽辐合,致使暴雨天气的产生和维持。3） 降雹时刻风暴单体雷达回波具有高反射率因子、高垂直累积液态含水量、旁瓣回波、大于55 dBz强回波伸展高度超过-20 ℃层、回波悬垂结构和有界弱回波区等特征;双偏振参量对应较小的差分反射率和较大的差分相移率,湿雹特征明显。     

双偏振雷达在毕节一次强风暴中的特征分析

利用习水C波段双偏振雷达和常规气象观测资料对2021年5月9日发生在毕节的一次冰雹和雷暴大风强对流天气特征进行分析,结果表明：上干冷下暖湿层结使得毕节大气层结极不稳定,午后地面辐合线叠加露点锋抬升触发对流形成有组织性的多单体强风暴。反射率因子表现出典型强风暴型雷暴单体特征,有利于大冰雹的生成和发展。双偏振雷达参量Z_DR和CC能有效识别降水粒子类型,其中已识别冰雹区中相关系数ρ_HV异常低值区能较好地反映出大冰雹或超大冰雹特征。阵风锋的出现以及风暴单体底层的冷池出流是百里杜鹃—黔西一线大风出现的主要原因,配合径向速度图上低层强气旋式辐合使得地面大风加强,造成黔西县出现极端破坏性大风天气。     

成飞飞行区域短时强降水时空分布特征及强降水指数分析

成飞飞行空域包含高原、盆地、山区等多种地形,局地气候显著,短时强降水频发。本文使用国家气象信息中心2017-2021年多资料融合逐小时降水数据、国家自动站探空观测数据。统计分析出盆周沿山区为盆地短时强降水高发区;101°E~102°E,31°N~32°N区域为高原短时强降水高发区。利用百分位法得到高原地区强对流指数阈值：CAPE值≥1930.5J/kg;BCAPE值≥1974.7J/kg;抬升指数≥2.6℃;大气可降水量≥86.1mm;K指数≥37.2℃;SI指数≤-0.9℃。盆地地区强对流指数阈值：CAPE值≥2230.6J/kg;BCAPE值≥2264.4J/kg;抬升指数≥1.8℃;大气可降水量≥93.0mm;K指数≥40.8℃;SI指数≤-1.8℃。建立短时强降水不同下垫面强对流指数阈值,为今后短时强降雨客观预报方法,提供新的思路和方向。     

江苏近海岸夏季两类海风锋特征及其对强对流的激发

利用观测资料、ECMWF Era-interim资料、江苏风塔资料、降水融合资料等,对江苏沿海区域夏季海风锋进行统计与诊断分析,并对海风锋激发强对流过程进行数值模拟。结果显示,海风锋主要显现在较稳定的高压系统边缘地带,可分为两类:Ⅰ类为海上西伸副高控制下的海风锋;Ⅱ类为大陆高压入海环流下的海风锋,Ⅱ类海风锋环流具有更多局地系统,常有强对流天气伴随。海风锋垂直剖面要素结构显示,来自海上的低层偏东风u分量构成海风锋前缘,影响锋面垂直抬升运动位置及强度。锋面附近二级环流,影响海风锋系统的环境不稳定性。海风锋在近海岸地区相遇内陆对流系统时,沿岸风塔资料在风的时序上出现突然的风向转变和迅速的风速增大。同时区域对流有效位能CAPE(convective available potential energy)的高值区显著增强。配合水汽通量辐合中心,构成有利于强对流系统激发及加强的环境条件。数值模拟显示,CAPE的水平分布指示了内陆强对流系统与海风锋的相对移动,CAPE的垂直分布显示海风锋激发强对流时能量增强与释放,强中心在2 h内迅速减弱。     

三小时负变压异常指数及对强对流天气的预报意义

低层暖平流强迫类强对流发生前,地面经常伴有低于日变化的3 h变压。结合常规地面观测资料,定义低于日变化的3 h变压异常（超过一个标准差定义为异常）指数PCR（Pressure Change Range）,讨论了中国中东部地区3 h变压标准差的气候分布特征;最后以3次强对流天气过程为例说明PCR指数的预报价值和时效。结果表明,与3 h变压均值相比,中国中东部地区的3 h变压标准差的日变化较小,PCR更适合作为变压异常程度的标准。东北、华北、华东-华中区域PCR冬春季节出现站次数偏多,夏秋季节偏少;华南区域除了冬春季外,夏季也偏多,秋季偏少。PCR主要集中在低级别强度上,但PCR级别越高,越有可能出现强对流天气。东北区域出现PCR的首要原因是受东北气旋的影响,且可能有TBB≤-52℃的云系相对应;华北、华东-华中、华南出现PCR的首要原因是冷高压变性或迅速东移,没有TBB≤-52℃的云系相对应;地面倒槽中出现的PCR全部有TBB≤-52℃的云系对应。3次强对流天气过程均发生在地面倒槽中;在发生前3 h左右,地面气压场上有较明显的负PCR中心出现,强对流天气中尺度云团有向负PCR中心移动的趋势。      

基于数值预报和随机森林算法的强对流天气分类预报技术

随机森林算法是当前得到较为广泛应用的机器学习方法之一,有着很高的预测精度,训练结果稳定,泛化能力强,解决多分类问题有明显优势。本文将随机森林算法应用于强对流的潜势预测和分类,分短时强降水、雷暴大风、冰雹和无强对流四种类别,基于2005—2016年NCEP 1°×1°再分析资料计算的对流指数和物理量,开展强对流天气的分类训练、0～12 h预报和检验,经2015—2016年独立测试样本检验表明,针对强对流发生站点的点对点检验,整体误判率为21. 9%,85次强对流过程基本无漏报,模型尤其适用于较大范围强对流天气。随机森林算法筛选的因子物理意义较为明确,和主观预报经验基本相符,模型准确率高,可用于日常业务。     

SWAN2.0系统的设计与实现

强对流天气短时临近预报系统（Severe Weather Automatic Nowcasting,SWAN）是面向短时临近监测、分析、预报、预警制作等功能为一体的业务平台。SWAN2.0基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）二次开发框架,采用C/S架构,服务器部署在省级,负责收集数据,运算SWAN产品;客户端部署在气象台站,实现具体的预报业务,并形成算法二次开发接口。SWAN2.0新增了三维变分风场反演、基于分雨团技术的雷达降水估测、冰雹识别等方法,实现了算法管理、产品生成、分析处理、资料检索显示、实时监控报警、预警产品制作等功能。SWAN2.0业务系统已在全国试用,在强对流天气监测、分析和短时临近预报预警中发挥了重要作用。     

青藏高原地区一次强对流过程中UTLS大气成分分析

青藏高原是对流层水汽和污染物进入平流层的一个重要通道,这些大气成分会对全球气候产生重要影响。利用MLS探测资料和ERA-Interim资料,对2012年7月5日发生在青藏高原中部的一次强对流活动中对流层上部平流层下部(UTLS)H_2O、O_3、CO和IWC的分布特点进行分析,并通过Wei公式估算穿越对流层顶的臭氧和水汽通量。分析结果表明:(1)O_3混合比在100hPa附近相对多年平均略微增加,从0.3×10~(-6)(V)增加到0.9×10~(-6)(V);CO混合比在150hPa以下最大值增加了0.08×10~(-6)(V);H_2O混合比在215hPa附近增加了80×10~(-6)(V);IWC在对流过程中增加明显,在215hPa处的含量最大达到了0.027g/m~3,比多年平均值增加2倍多。(2)对流活动开始前,向上穿过对流层顶的运动逐渐增强,且总的臭氧和水汽通量输送主要由垂直方向的瞬时运动变化贡献。因此高原上的强对流活动对对流层低层大气的抬升作用会使UTLS的大气成分发生相应变化。     

EnSRF雷达资料同化对一次强对流天气模拟的影响研究

利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式和具有流依赖背景误差协方差的集合均方根滤波(Ensemble Square Root Filter,简称En SRF)方法,通过同化多部多普勒雷达资料,对2013年6月23日的强对流天气过程进行了研究。首先对比同化试验和观测的组合反射率因子,检验了同化效果。通过计算均方根误差和离散度,进一步定量评估了同化结果。再对比模式变量,综合分析了En SRF雷达资料同化对模式热力、动力、湿度和微物理量等变量的影响。最后对集合平均场进行1 km的高分辨率数值模拟。结果表明:En SRF能够同化出与观测类似的对流系统,且减弱了南北部的虚假回波。径向风和反射率因子的均方根误差明显减少。En SRF雷达同化能够明显优化模式的初始场,同化试验的回波在垂直方向上范围增加,强度偏弱。在强对流区域,低层的冷池温度最多降低6 K,相对湿度最多增加30%。对流区域的雨水、冰晶和雪的混合比均有明显增加。模拟发现同化试验能够较好地模拟出对流系统的结构和位置。     

福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型配置及环境条件分析

根据2002—2013年福建26次春季强对流天气过程中12例由西南急流暖湿强迫产生的强对流天气的高低空环流配置,利用常规高空、地面观测资料以及NCEP再分析资料,运用中尺度对流天气的天气图分析技术建立福建春季西南风低空急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型的识别方法,并统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素,初步揭示了福建省春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气过程的特征和规律。此类强对流天气是由对流层中、高层干冷空气位于低层强烈发展的暖湿平流之上形成显著条件不稳定层结,逆温、干暖盖、中低层有利的水汽条件,上干下湿的温湿廓线以及低空辐合、高空辐散为强对流天气的发生提供了有利的环境条件,强对流天气系统由地面的锋面、辐合线、热低压、925 hPa辐合线以及西南急流脉动等中尺度天气系统触发,对流生成后在西南风急流引导下移入有利于对流发展的不稳定区域使得对流持续发展,强垂直风切变配合较大的对流有效位能有利于对流风暴持续发展。