一次北方暴雨的Q矢量诊断分析研究

考虑水汽相变的凝结潜热作用,引入广义位温,发展了包含广义位温的Q矢量,并在此基础上推导了非地转湿大气Omega方程。(1)包含广义位温的Q矢量是Omega方程的唯一强迫项,由拟涡度伸展矢量、锋生矢量和非绝热加热梯度等三项构成。(2)利用包含广义位温的Q矢量对一次北方夏季暴雨进行诊断分析,发现包含广义位温的Q矢量对降水区的垂直运动结构有良好指示意义,可以综合表征次级环流、锋生和锋消、大尺度和中尺度强迫等多种物理因素,而这些均是影响暴雨发生发展的重要因素,因而包含广义位温的Q矢量及其散度与强降水的发生发展密切相关。(3)利用美国全球预报系统24 h预报场对包含广义位温的Q矢量散度进行计算,结果表明预报的Q矢量散度在时间和空间上与观测6 h降水联系紧密,根据预报的Q矢量散度的异常能够判断降水的可能落区。     

西安市汽车尾气污染物与气象条件特征分析

基于西安城区与郊区两个环境路边站和区域气象站2016-2018年观测的逐小时气象、环保和交通监测数据,对西安尾气污染物、机动车流量和气象要素条件进行统计分析。结果表明:1)2016年以来,西安市冬季空气质量指数和主要污染物浓度整体呈逐年下降趋势,治污减霾成效明显。主要尾气污染物浓度月际变化趋势相同,冬季11月到次年1月的浓度均明显高于其他月份的,夏季6月到8月的浓度较低,冬季的约为夏季的2～4倍。西安冬季汽车尾气污染物中,氮氧化物(NO_x)、碳氧化物(CO)、碳氢化物(HC)日变化特征相似,但细颗粒物(PM_(2.5))空间差异大。2)NO_x和CO与汽车尾气排放关系密切,每日上午时段二者浓度随车流量增大而增大,车流量整体偏大40%的城区比郊区污染物偏多20%～30%。尾气污染物浓度分布与风频、风速等密切相关:西安城市道路风速较低,风向与汽车尾气污染物的扩散方向基本一致,较高污染浓度通常都出现在主导风向的下风向。城市建筑和道路规划建设中,要保留足够的"城市通风廊道"。3)西安尾气污染物浓度不存在明显的"周末效应",城区站NO_x浓度无明显起伏变化,郊区站道路环境中的NO_x浓度受柴油车通行量影响较大,说明重型车可能对污染的影响更大。4)降水对污染物稀释沉降效果明显,对NO_x作用不明显。前期超过60%以上的相对湿度是降水开始前出现颗粒物小时最大增幅超过200μg/m~3的有利条件,高湿环境是重污染天气过程颗粒物暴发式增长的有利气象条件,因此静风或小风大气环境下,通过水雾"高射炮式"播撒方式增加低层湿度并非是沉降稀释颗粒物的有效方法。     

地闪过程与降水量及雷达回波相关性特征分析

针对2006年7月31日发生于陕西省的强雷暴灾害性天气过程,对闪电定位监测资料、多普勒雷达资料以及自动站降水资料之间的相关特征进行了分析。研究表明：局地性短时暴雨天气发生前,地闪频数有一个“跃增”;短时暴雨发生时,地闪频数较高,正闪与负闪的比例较低,各区最大正负闪比例仅6．7％,强度较大的地闪多分布于地闪密集区。空间上,地闪密度大值区与短时暴雨中心落区基本一致;时间上,地闪最大频率出现比短时强降水的发生提前30min以上,说明地闪最大频率的出现对强降水发生有指示意义。通过地闪与不同仰角多普勒雷达基本反射率回波的叠加分析,发现1．5°仰角上二者具有很好的对应关系,地闪演变对30dBz以上雷达回波的强度和移动演变有引导作用。     

基于FY-3卫星数据的西安市城市热岛特征分析

基于2011—2017年FY-3B/VIRR气象卫星影像数据及同期气象观测数据,应用改进型贝克尔(Becker)"分裂窗"地表温度反演算法计算地表温度,根据土地利用类型数据进行城郊对比,分析了西安市春、夏、秋三个季节城市热岛总面积、强热岛面积和热岛比例指数。结果表明:1)遥感反演温度与气象站点监测数据变化趋势基本一致,三季地表温度基本以西安市城区为中心呈环状递减;2)各季节强热岛面积占比年际变化明显,夏季强热岛面积占比远高于春、秋两季的,是后者的2倍以上;3)春、夏、秋三季强热岛区域主要集中在西安市城区和长安区,临潼区、长安区、鄠邑区、西安市城区夏季热岛面积占总面积的50%以上,周至县、高陵区的较小;4)总热岛比例指数总体上波动较大,年际上2016年的最大;春、夏季2014年的最大,秋季2016年的最大;总体城郊热岛差异2017年的最大,季节性城郊热岛差异表现为春季2016年的最大,夏、秋季2017年的最大,夏季城郊热岛差异明显高于春、秋季的。     

基于LLS的陕西省近10年地闪时空分布特征

基于2005—2015年闪电观测和NCEP再分析资料,对陕西省地闪时空分布及气候环流特征进行统计分析。结果表明,近10年来陕西地闪呈波动上升趋势,平均12.8万次/a,平均密度为0.67 fl/(km2·a),负闪占总地闪93.7%。每年3月地闪开始逐渐活跃,年平均强度最大;8月地闪最活跃,盛夏总频次超过全年的75%。陕西地闪频次日变化呈单峰型,峰值在16—17时,下午至前半夜活跃;对应时段在延安周边地区的闪电密集区东移南压明显。陕北地闪日变化幅度明显偏大,关中峰值时段偏晚其他地方约3 h,陕南地闪夜发性明显。陕西地闪主要分布在黄土高原东侧、南侧和秦巴山脉南麓的迎风坡,正闪主要位于陕北和陕南西部局地。相比其他省市,陕西地闪密度明显偏小,但平均强度偏大。陕西地闪活动与西太平洋副热带高压的南北进退变化基本一致,随着季节变化而出现北跳、扩大和迅速消散过程。春季闪电主要位于陕南;初夏陕北南部至渭北明显增多;盛夏闪电最强,北部闪电中心区东移至黄河沿线,关中闪电频次增幅远大于陕北、陕南;夏末闪电迅速消散。陕西盛夏闪电主要包括4种气候类型,不同类型的环流特征差异显著。25 °N以北、80~100 °E附近关键区青藏高压强盛、陕西周边温度槽落后高度槽、相对明显的不稳定层结条件是盛夏闪电活跃的有利环流背景。      

南极天气预报业务的进展

第一届南极天气预报国际会议于 1 998年 8月 31日至 9月 3日在澳大利亚霍巴特举行。来自澳大利亚、比利时、中国、法国、意大利、俄罗斯和英国的 40多位代表出席了会议。近年来 ,随着综合科学考察的增多和南极旅游业的快速发展 ,对南极地区天气预报的需求有了很大的增加。许多南极考察站已使用了复杂的预报系统 ,浮标和自动观测站获得的数据、数值天气预报产品、高分辨率的卫星图像都得到有效利用。数值天气预报在预报发生在大洋和海岸附近天气尺度的低压方面取得了很大进展 ,但对当地预报非常重要的许多中尺度系统 ,在模式中还不能反映出来 ,系统的活动主要通过卫星资料来预报。期待将来能够选择南极的某些地区来运行高分辨率的有限区域模式。会议表明 ,随着近年来对高纬地区的天气过程的进一步认识、高分辨率的卫星图像和数值天气预报产品的使用 ,南极地区的天气预报已取得了长足发展。目前存在的突出问题是 :南极以外的气象中心很难得到南极的资料、南极半岛及内陆缺少高空资料、数值预报对南极地形和高纬过程的模拟效果不好等。会议的主要成果是将完成整个南极地区的天气预报手册     

两套降水融合实况产品在陕西省的质量检验

利用陕西省99个国家气象站、1 894个区域气象站2021年3月1日00时—2022年2月28日23时（北京时）的小时降水量数据,采用相关系数、平均误差、均方根误差、晴雨准确率、降水分量级评估等指标,对国家气象信息中心研制的1 km、5 km降水融合产品进行质量检验。结果表明：（1）两套融合产品在陕西省的评估效果较好,1 km融合产品评估结果（相关系数为0928 1,平均误差为0000 8 mm,均方根误差为0236 2mm）优于5 km融合产品（相关系数为0892 2,平均误差为-0001 0 mm, 均方根误差为0335 3 mm）;（2）两套融合产品对降水的有、无均反映较好,其中1 km融合产品的晴雨准确率为0959 0,5 km融合产品为0957 1;（3）小雨、中雨量级降水融合降水产品与观测值较接近,其他级别降水融合产品的TS评分随着降水量级的增大而降低;（4）两套融合降水产品能较好反映陕西区域内降水的时空变化特征,陕北地区平均误差、均方根误差较小,效果较好,关中南部及陕南秦巴山区的误差较大。     

关中地区两次初夏区域性暴雨过程特征分析北大核心CSCD

使用1°×1°的NCEP再分析资料、常规观测及云图资料,从环流形势、物理量和TBB特征出发,结合盛夏暴雨过程对比,分析总结2006年6月2-3日("0602"过程)和2013年5月25日("0525"过程)关中地区两次初夏区域性暴雨特征。结果表明,关中初夏暴雨发生前,青藏高压明显偏南、偏弱,暴雨区北侧200 hPa急流形态、位置变化小,急流轴南侧的风速经向切变明显增大。初夏暴雨期间无西太平洋副热带高压和远距离台风作用,上游与周边西风带影响系统差异导致低层水汽输送与辐合明显弱于盛夏暴雨,分布形态不同。850 hPa大陆东部高压稳定维持有利于初夏暴雨低层偏东南气流发展、维持。初夏暴雨发生在位势稳定层结环境,暖湿空气沿着低层冷空气向北爬升,暴雨中心等熵面随高度向北倾斜,存在能量锋生和对称不稳定。暴雨区上空中高层深厚的正位涡和低层浅薄的负位涡垂直差异增大,300 hPa以上增幅明显,存在位涡异常。初夏暴雨中心以东约300 km处纬向中尺度垂直环流有利于暴雨区上升运动维持,但上升中心强度、高度和低层高能轴附近不稳定能量明显小于盛夏暴雨。总螺旋度显著增幅区对初夏暴雨落区有指示作用,其正负区相交零线、正值区增大中心分别和大雨、暴雨落区北界一致。同时,关中以北存在显著负螺旋度区,总螺旋度正值范围、强度明显偏小,中心移动、增大区偏南,局地螺旋度垂直方向正值中心区域相对分散。关中初夏暴雨云系范围大,结构复杂,主要由对应高层显著反气旋区的北部盾状中高云区和南部带状低云区组成,云团中心TBB>-60℃、云顶偏低,暴雨主要位于南北云区交汇处的窄带强回波附近,而非TBB中心区或梯度大值区附近。     

ECMWF高分辨率模式2 m温度预报误差订正方法研究

文章提出了一种结合滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法的综合订正技术,并对2016年5月1日至2017年5月1日期间24～168 h预报时效内欧洲中期天气预报中心(ECMWF)高分辨率模式的2 m最高和最低温度进行偏差订正和误差分析,主要结论如下:(1)ECMWF模式在江西省的温度预报整体上比实况偏低,最高温度尤为明显,模式温度的空间分布表现出显著的系统性偏差,且偏差在不同预报时效是稳定的,订正ECMWF模式温度具有可行性。(2)滑动双权重平均订正法中较长的滑动订正周期对模式温度预报有更好的订正效果,采用滑动订正周期20 d是比较理想的。滑动双权重平均订正法具有持续的订正能力,但在季节过渡期间订正效果可能并不理想,而空间误差逐步订正法能进一步提高滑动双权重平均订正法的预报订正质量。(3)温度预报准确率表明,滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法综合订正技术较好地改善了站点温度的预报质量。经过订正后,模式最高温度24、48、72 h预报误差≤2℃的准确率分别从0.59、0.55、0.52提高到0.75、0.68、0.62,模式最低温度24、48、72 h预报准确率分别从0.84、0.83、0.82提高到0.89、0.87、0.85。订正后72 h最高和最低温度的预报准确率都大于订正前模式24 h的准确率。总体而言,该综合订正技术较好地订正了模式误差,且误差在空间分布上较均匀。(4)对于高山站而言,经过订正后的最高和最低温度与实况基本吻合。空间误差逐步订正法的订正量在±1℃之内,与滑动双权重平均订正后的偏差呈现一定的负相关,有正的订正效果。该综合订正法已成功运用于江西省精细化气象要素客观预报业务系统中。     

西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征

基于同化多普勒雷达资料的WRF模式、地面加密观测、卫星云图和NCEP再分析资料等,分析总结2015年8月3日、2016年7月24日西安两次致灾短时暴雨过程环境条件、中尺度系统及动力因子指数特征。结果表明:关中处于稳定少动的西太平洋副热带高压西北边缘,上干下湿、午后低层大气超绝热状态,为短时暴雨提供了热力条件。西风槽与近地层切变线是暴雨直接影响系统。伴随冷锋过境,午后西北方向咸阳、铜川一带地面偏北风跃增是短时暴雨有利触发因子,强降水位于地面3 h正变压中心至东侧大梯度区附近。短时暴雨对流云团距离北部高空急流相对较远,无斜压叶状云系特征,降水对上升气流拖曳作用明显,云团TBB中心降至-65 ℃以下后,周边出现最大雨强。暴雨云团内部,霰粒子含量最大,冰粒子比其他粒子偏少一个量级以上,最强上升运动在霰粒子中心上方-30 ℃层附近、接近雪粒子中心;伴随整层雨水、霰和雪粒子含量5倍以上突增出现短时暴雨,雪粒子比雨水、霰粒子开始增多时段偏晚约1 h,其含量峰值与最大雨强同步。两次短时暴雨环境条件和中尺度特征差异明显。“0803”过程为切变线冷区暴雨,高空西风急流范围大、位置偏南,西太平洋副热带高压较弱,西风槽后偏北冷空气活跃,偏南水汽输送弱,关中地区中下层存在明显能量锋区和对称不稳定;云团内部冰相粒子明显偏多,雪粒子相对霰粒子占比偏高,冷空气入侵有利于冰相粒子快速生长;暴雨位于能量锋区和对流云团边缘、TBB最大梯度区附近。“0724”过程为切变线暖区暴雨,高空急流范围小、位置偏北,西太平洋副热带高压强盛,偏北冷空气弱,偏南水汽输送明显,关中地区中下层为位势不稳定;云团内部冰粒子偏少,雪粒子相对霰粒子占比低;暴雨位于对流云团内部、TBB中心附近。定义的垂直螺旋度指数VHI和散度垂直通量指数DVFI对暴雨落区预报具有较好的参考价值:大暴雨位于动力指数异常大值中心趋于集中且稳定少动的区域附近,动力指数小于200、中心分散且大值持续时间短的区域,降水不明显。