基于CloudSat卫星观测的贵州冻雨形成机制分析

利用CloudSat卫星观测资料,从云物理观测和温度垂直结构角度对贵州地区冻雨形成机制进行分析。结果表明,对冰相机制的冻雨,CloudSat卫星的CPR雷达反射率、云冰含量和温度廓线产品能够描述冰相降水粒子在融化层中相变为液态水的"融冰"过程,雷达反射率回波0℃层亮带是该过程的直接反映,云冰含量产品也能够反映融化层对冰相降水粒子的融化作用。对"过冷暖雨"机制的冻雨,CloudSat卫星能够描述降水粒子在整层气温低于0℃的环境中保持过冷水状态下落的过程。研究基于云物理观测证实贵州冻雨存在一种具有融化层的暖雨机制,其大气存在着具有融化层的逆温结构,降水粒子在融化层中为普通液态水,在温度略低于0℃的环境中为过冷水,过冷水下落经过融化层时升温变为普通液态水,再继续下落进入次冻层冷却,最后与低于0℃的地面物体碰并冻结形成冻雨。冻雨形成机制不能通过融化层区分。     

改进的加权Voronoi图ArcGIS矢量生成算法

加权Voronoi图是根据生成元权重划分空间的方法,广泛应用于地学领域。针对传统加权Voronoi图ArcGIS矢量生成算法不能处理重叠点、复杂多边形及更新操作等问题,该文提出了一种改进算法,结合C#和ArcEngine,利用增量法思想,通过重叠点处理、区域分割合并、加权区域重分类、加权区域重划分等方法实现,可嵌入ArcGIS应用软件使用或独立运行,具有良好的可用性,精度高,便于数据库存储管理,扩展了加权Voronoi图在地学领域的应用。     

梅雨锋前线状中尺度对流系统成熟阶段的空气垂直运动分析

2007年7月8日清晨,中尺度对流系统(MCS)沿着梅雨锋南缘准东西向切变线形成和发展,造成了淮河流域特大暴雨。本文综合分析高分辨率的雷达回波和地面观测资料,较严格验证了1.1 km分辨率的数值模拟结果,进而研究了模拟的MCS成熟阶段的深对流(DC)和层云降水区域(RST)空气垂直运动(w)及其预报方程倾向项的分布。DC区域内以强空气上升运动为主,最强上升运动在对流层中层(~6 km),在低层(<1.5 km)空气上升和下沉运动并存;RST区域中高层弱上升、低层(4～5 km以下)弱下沉。w预报方程各项中,空气扰动密度浮力项(B1)、扰动气压梯度力项(PGA)和水凝物拖曳项(B2)起着主要作用。在DC区域,低层(1.5 km以下)B1项有助于高?se空气上升和低?se空气下沉,PGA有助于空气上升运动,即热力和动力作用共同影响着新的对流的形成;2～10 km高度,水物质的相变造成的热力作用支持着DC区域内强烈的上升运动;云顶附近B1为负、PGA为正,这可能是因为空气弱的上升运动导致绝热冷却和长波辐射的冷却作用。与DC区域相比,RST区域内各项的强度比较弱,在~5 km高度以下,雨滴蒸发冷却作用是导致空气下沉运动的最重要的因子;5～12 km高度,从DC区域卷出到RST区域的暖湿空气及凝华所释放的潜热是造成正的浮力作用(B1>0)的主要原因;云顶附近则与DC的情况类似。      

台风“利奇马”不同区域降水极端性特征及成因分析

利用常规气象观测资料、卫星及雷达拼图以及NCEP分辨率为1°×1°的再分析资料,对浙江和山东两个区域不同的极端降水特征及其成因进行诊断对比分析。结果表明:浙江极端降水表现出“高效”的热带降水系统特征,山东极端降水是一次长时间,中等强度的“大陆锋面型”降水。台风近海对称性和对流明显增强;同时,其西北行移速较同期台风偏慢,导致行进方向上长时间受螺旋雨带影响;受超强台风厚实云墙影响,登陆前后浙江等地风雨激增;另外,双台风及沿海山地地形对浙江降水有增幅作用。而山东地区主要受台风北侧稳定维持倒槽和西风槽结合影响,出现极端降水。敏感性分析发现山东降水和台风“第一象限”低层偏南急流强度相关性好,而台风环流持续维持、高度场的密集梯度及降水的潜热反馈共同导致低层急流(>20 m·s-1)长时间维持;同时,西风带高空槽和台风倒槽势力相当,形成稳定“锋区”;锋前多条带状对流持续向北发展,形成“列车效应”;后期冷空气侵入台风中心后山东北侧依然维持较好环流配置。上述条件共同维持了山东地区持续性的较强“锋面降水”。副高、西风槽及台风环流的强度对比是本轮台风降水预报的关键因素。     

安徽省夏季暴雨时空分布特征的成因分析

利用安徽省16台站1960—2012年逐日降水资料,建立暴雨指数,分析了安徽省夏季暴雨雨量、日数及强度的时空分布特征,并讨论了暴雨不同空间型的大气环流和海温特征。结果表明:安徽省夏季暴雨雨量、日数及强度均呈北少南多分布。暴雨区从6月至8月由南向北推进,有明显的月变化和地区性差异。暴雨指数空间型主要分为三类:一致型、南北型和中间型,其中一致型占41.5%,南北型占22.6%,中间型占15.1%。一致型与同期东亚—太平洋遥相关(EAP)关系密切,其负相位对应暴雨指数偏强年,反之亦然。同时其与前期冬季亲潮海区温度异常有正相关,相关性最强在同年1月;南北型与中高纬冷空气南进程度及垂直运动有关。     

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。     

基于加权Voronoi图及Voronoi树图的城市影响范围研究——以山东省为例

基于山东省17地市经济发展数据,构建反映城市综合实力的指标体系,利用因子分析法确定城市综合实力得分,以此为基础,建立加权Voronoi图揭示1995~2012年山东省各城市的空间影响范围及演变规律,运用Voronoi树图方法实现了城市多层级嵌套结构的表达,有效反映了城市之间的空间竞争关系,为城市合理布局规划提供了有效论证。     

2015年2月大气环流和天气分析

2015年2月大气环流的主要特征是极涡偏强且呈单极型分布,中、高纬度环流呈4波型,西太平洋副热带高压偏弱,南支槽位置与常年相近。2月全国平均气温-0.2℃,较常年同期偏高1.5℃;全国平均降水量16.3 mm,比常年同期（17.4 mm）偏少6.3%。月内我国有两次强冷空气过程;东北出现了一次较强降雪过程。下半月开始,南方雨雪过程较多且范围较大。中东部出现了2次大范围的雾或霾天气过程,并出现了1次沙尘天气。     

GRAPES-GFS模式暴雨预报天气学检验特征

本文采用天气学检验方法,对2016年度国家气象中心GRAPES全球数值预报系统(GRAPES-GFS)业务预报暴雨过程及2013-2015年部分回算个例进行了检验,并结合对比欧洲中期天气预报中心确定性预报模式(EC模式)和国家气象中心全球谱模式T639L60(T639模式)降水预报,梳理总结业务GRAPES-GFS模式预报性能优势和系统性偏差特征。被检验暴雨过程共38次,其中南方暴雨过程20次,北方暴雨过程6次,热带扰动或台风降水过程12次。依靠预报员主观天气学检验分析,从降水预报效果检验出发,结合主要影响天气系统和示踪物理量检验,梳理总结模式预报系统性偏差,以期全面发掘该业务预报模式性能。结果表明对短期时效内的降水预报,GRAPES-GFS模式预报稳定性较好,整体明显优于T639模式。但还存在诸如对对流性降水预报较实况偏北或对主雨带南侧暖区降水预报不足的偏差特征;另对弱高空波动背景下的对流性降水预报偏弱;而在降水预报强度大致正确的情况下,对降水系统南侧偏南气流控制区域预报湿度偏大,对副热带地区的低涡系统预报偏强。     

北方一次暖区大暴雨降水预报失败案例剖析

目前全球模式对暖区暴雨的捕捉能力有限,北方地区的暖区暴雨预报更是业务预报中的一个难点。2013年7月1—2日河北、天津等地出现了一次区域性大暴雨过程,降水由锋前暖区降水和锋面降水组成,特别是冀中的特大暴雨[409mm·(24h)~(-1)]暖区降水占60%以上。预报员对此次过程的预报量级显著偏小,特大暴雨、暴雨均出现漏报。各家数值模式预报均不能给预报员提供足够的有用信息,给预报带来很多困难,导致预报的失败。本文利用业务预报中常用的数值预报产品、加密自动站观测资料、常规地面、高空观测资料、新一代天气雷达资料等对此次北方暖区暴雨预报失败案例进行剖析,结果显示:高温高湿的环境中,未能捕捉到可触发对流的次天气及以下尺度的小扰动,如地面辐合线、阵风锋、冷池及中尺度涡旋等及其对强降水的影响,加之对中尺度对流系统的环境场条件,如低空急流、急流核的发展演变等的精细分析不足是导致强降水预报量级偏弱的重要因素;对于发生在深厚暖湿气团中的暖区降水的预报,需考虑高温高湿环境下地面辐合线、冷池及中尺度涡旋的相互作用对对流的触发及组织化发展导致的局地性、对流性强降水的产生;基于地面自动站资料和雷达资料等的短时临近预报可以弥补全球数值预报对中小尺度系统的捕捉能力的不足,提高暖区暴雨的预报准确率。