1960—2017年河西地区降水时空变化特征

利用1960—2017年日降水量资料,采用线性倾向趋势分析、滑动分析和泰森多边形法等,对河西地区多年降水时空变化特征及不同量级降水日数及降水强度的变化趋势进行了研究。结果表明：河西地区年均降水量为99.0 mm,呈现明显的逐年上升趋势,平均倾向率为8.72 mm?（10a）^-1,月降水量为单峰分布,5—10月夏秋汛期降水量占年降水量的89.2%,各季节降水量均呈现显著上升趋势;年均降水日数为36.7天,呈现明显的上升趋势,增幅为3.18 d?（10a）^-1,降水日数主要分布在夏季,约占总降水日数的54.6%;平均降水强度为2.70 mm?d^-1,呈现减弱趋势,变化速率为-0.04 mm?d^-1?（10a）^-1;零星小雨和小雨降水日数均呈现增加趋势,而二者平均降水强度均为下降趋势,小到中雨降水日数和降水强度呈现增加趋势,中雨及以上的降水变化趋势不明显。     

青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究

利用1979-2016年中国区域长时间序列逐日雪深资料,分析了青藏高原积雪深度与积雪日数的分布及变化特征,并将积雪期划分为三个阶段(积累期、鼎盛期和消融期),结合ERA-Interim月平均再分析资料,分析了积雪与地表热状况(气温、地表和土壤温度)和能量输送量(地表净短波辐射、地表净长波辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量和土壤热通量)的相关关系,初步探讨了积雪在高原陆面过程中的作用。结果表明:研究时间范围内青藏高原积雪(深度和日数)主要呈减少趋势,仅在黄河源区及高原边缘地区为增加趋势,积雪鼎盛阶段(1-2月)的减少趋势最显著;高原积雪对地表主要起降温作用,深层土壤温度对积雪的响应存在滞后性,积雪的减少抑制了土壤向上的热量输送进而不利于冻土的发育;高原积雪与地表感热和地表热通量主要呈现负相关关系,潜热通量与积雪也呈负相关特征但比感热通量的相关性小。由于ERA-Interim资料对高原积雪深度的描述与本研究使用的卫星遥感积雪深度存在较大偏差(包括空间分布、气候倾向率、年际变化以及绝对大小等),导致本研究中积雪与地表热状况和热通量的相关度不高,需要通过陆面模式模拟做进一步探讨。     

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。     

1960—2017年沈阳地区春播期降水变化特征

基于1960—2017年沈阳市5个气象观测站4—5月降水量资料,采用线性趋势法和累积距平分析了沈阳市春播期(4—5月)降水量演变特征,并分析首场透雨及最大连续无有效降水日数演变特征及对春播期降水量影响,对春播期降水量资源变化特征进行相关分析。结果表明:近58a沈阳春播期降水量整体呈现弱的增加趋势,平均每10a增加3.1mm,2004年开始降水量迅速增加,且波动性较大,降水量异常偏多或偏少年份较多,易诱发春旱春涝事件。春播期首场透雨出现日期平均每10a偏晚0.051d,首场透雨日期偏晚,将导致春播期前期雨水条件不足,引起土壤干旱,不利于春播开展。最大连续无有效降水日数呈波动性增加趋势,平均每10a增加0.56d,对4月降水量影响较大,虽然春播期降水资源总量增加,但存在降水资源时间分配不均的问题,且长时间无有效降水事件频发,将导致春播期干旱灾害事件发生风险加大,导致适播期延后。     

云凝结核浓度对南京地区一次冰雹云过程影响的数值研究

采用WRF模式与包含了云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)浓度和霰雹密度预报的NSSL(National Severe Storm Laboratory,国家强风暴实验室)微物理方案,模拟不同CCN初始浓度条件下南京地区的一次冰雹云过程,分析不同CCN初始浓度影响下冰雹云过程的宏微观演变特征,以及对流发展不同阶段的水凝物粒子及流场、温度场的垂直分布特征。研究发现:1)较大的CCN初始浓度虽然抑制了前期对流降水,但对后期对流降水的产生有促进作用;2)CCN初始浓度的增加使得模拟雷达回波的强回波区域(大于40 dBz)缩小,中等强度区域(小于40 dBz)扩张。3)CCN初始浓度增大不利于对流发展初期云雨自动转化过程的发生,但是促进了冰晶与雪的产生,使得冰雹含量峰值出现的时间推迟。4)CCN浓度增大抑制了雨水产生,间接使得霰粒子更倾向于干增长,平均密度更小;5)较大的CCN浓度促使冰雹云单体的发展时间增长。     

人工智能在冰雹识别及临近预报中的初步应用

基于广东10部S波段多普勒天气雷达的三维拼图资料,利用机器学习技术开发了一种冰雹识别和临近预报的人工智能算法。算法设计时以雷达回波反射率的垂直和水平扫描数据为基础训练集,将冰雹云的雷达反射率扫描数据作为正样本,将其他雷达反射率扫描数据作为负样本,通过贝叶斯分类法对正、负样本数据集进行机器学习,训练人工智能识别冰雹云内在规律的能力。训练时以广东省2008-2013和2015-2016年的数据作为训练集,使用了2014年广东省12次冰雹过程的数据做检验。对比检验的结果表明,人工智能法比传统的概念模型法击中率高9个百分点。研究结果表明了人工智能对冰雹这类非线性强天气过程具有较强的识别能力。      

前倾槽背景下河套地区一次强冰雹天气成因分析

利用常规观测资料、多普勒雷达资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料,对2016年9月22日内蒙古河套地区强冰雹天气成因进行分析,结果表明:在前倾槽有利的天气尺度环流背景下,中高层干冷空气叠加在低层暖湿空气上形成了对流不稳定层结条件。较大的对流有效位能(CAPE)、假相当位温θse高能区、0～6 km中等强度的垂直风切变有利于强冰雹的形成。反射率因子有"钩状回波"、前侧入流缺口、后侧入流缺口;前侧入流缺口表明有上升气流,强盛的上升气流有利于空中大冰雹的增长,后侧入流缺口表明有下沉气流,有可能引起破坏性大风。基本径向速度剖面有明显的中气旋特征,强烈的辐合有利于对流风暴上升运动的进一步发展;对流风暴后侧有辐散下沉气流降落到地面,辐散风出流促使对流风暴前沿的暖湿气流强迫抬升,从而使上升运动得到进一步的加强。反射率因子剖面有弱回波区、回波悬垂且55 dBZ以上的强回波核心位置超过-20℃层等温线高度以上;弱回波区左侧的回波强度高达55～60 dBZ且已经接地,表明有大冰雹降落到地面。     

黑龙江一次飑线天气过程特征及成因分析

利用风云2E、2G卫星云图资料、多普勒雷达、探空、自动站、micaps资料对2018年6月26日发生的一次飑线过程进行分析。结果表明:先后有两条飑线对黑龙江西南部地区造成影响,降水区位于高空急流左侧与低空急流出口区左侧,高空气旋性切变使上升运动增强,形成低层辐合、高层辐散的结构;中层切变及地面辐合系统,为强对流发生提供动力抬升条件;中高层干冷、低层暖湿造成大气层结不稳定;较大的CAPE值、强垂直风切变及适宜的0℃层高度有利于冰雹发生;飑线成熟阶段有中层径向辐合、"逆风区"出现,大于50 dBz的强回波延伸到-20℃层以上,有三体散射及旁瓣回波,回波顶高超过12 km,具有大冰雹发生的条件;shear指数激增和VIL大值区有冰雹出现;发生冰雹的区域与TBB梯度大值区一致。     

金华地区18次冰雹天气的大气环境与雷达回波特征分析

利用MICAPS、多普勒雷达资料和中尺度气象资料,统计了近9 a来金华地区共18次冰雹个例,并对其形成的天气学机制和雷达回波特征进行了分析研究。结果表明:(1)金华地区的冰雹天气型分为西风槽型和副热带高压影响型两类,年际高发时段集中在春季和盛夏,日际则集中在午后。(2)对流有效位能和风垂直切变是影响该区域冰雹产生的重要因子,夏季冰雹大多产生在高能弱切变环境下,春季冰雹大多产生在低能强切变环境下,大冰雹多出现在高能环境下,极易出现在高能且中等以上切变环境中。(3)冰雹发生前大气的水汽含量较高,整层大气可降水量(PWV)的平均值可达40.8 mm,而湿球温度0℃层则适宜。(4)冰雹单体生命史均超过1 h,0.5°仰角最大反射率因子值超过60 dBz;冰雹云风暴顶高分布与回波顶高度分布一致,且具有较明显的季节变化。(5)单体的垂直累积液态水含量(VIL)先增后降,中间至少有一次跃增过程,其最大值出现后的突降时间与降雹时间基本一致;强天气概率(SWP)产品相对冰雹出现有12～160 min不等的提前量。