基于GNSS水汽和地面假相当位温观测的短时强降水阈值预报方法研究

基于2019年和2020年6—7月GNSS水汽监测网大气可降水量（PWV）资料和并址气象站的地面雨量、温、压、湿等同步观测数据,利用临界成功指数（CSI）和命中率（POD）两个检验指标,探索建立了基于PWV、6小时水汽增量（PWV*）及假相当位温距平（θse*）的短时强降水阈值预报方法,并利用2021年6—7月降水样本对该预报方法进行检验,结果显示CSI和POD分别为0.167和0.593,其评分高于目前常规业务方法对短时强降水的客观预报评分,其中约48%的短时强降水发生在预警之后的24小时内,约78%发生于48小时内。研究区域内78.6%的短时强降水样本发生在连续15小时PWV*的累积值（∑PWV*）≥75mm且连续24小时θse*累积值（∑θse*）≥30K的条件下;PWV高值区叠加∑PWV*和∑θse*的大值区对梅雨期短时强降水以及暴雨发生区域有较好的指示性。     

2004-08-26河南台风暴雨过程分析

应用螺旋度理论结合物理量场,对2004年8月26~27日由台风‘艾利’外围东南急流引起的河南东部大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:台风‘艾利’外围东南急流向暴雨区源源不断的输送暖湿气流,为暴雨提供了暖湿条件,暴雨发生在sθe的高能舌区;暴雨过程中,中低层sθe线陡峭密集,表明大气稳定度急剧降低,有利于强降水的发生;对流层低层螺旋度Hp>0、高层Hp<0的配置关系,表明高层存在旋转下沉气流,中低层存在强烈的旋转上升气流,这为暴雨的发生提供了强大的动力条件。     

一次北疆暴雪天气的热力和湿位涡条件分析

2010年2月22～24日北疆出现了一次暴雪天气过程。本文基于高空和地面实况、欧洲中心数值预报、NECEP资料,通过对环流形势、低层风场、假相当位温、湿位涡的分析,结果表明：极锋锋区与副热带锋区在新疆汇合是产生暴雪的主要原因,低层辐合为暴雪提供了足够的上升动力条件,极锋锋区上的冷空气和北疆上空的垂直风切变为暴雪提供了不稳定条件。暴雪发生常伴随在北疆低层大的能量锋区附近,暴雪落区在700hPa负的湿位涡中心值附近,可以把它作为一个暴雪落区预报的一个参考指标。     

2004-08-26河南台风暴雨过程分析

应用螺旋度理论结合物理量场,对2004年8月26～27日由台风‘艾利'外围东南急流引起的河南东部大暴雨过程进行诊断分析.结果表明台风‘艾利'外围东南急流向暴雨区源源不断的输送暖湿气流,为暴雨提供了暖湿条件,暴雨发生在θse的高能舌区;暴雨过程中,中低层θse线陡峭密集,表明大气稳定度急剧降低,有利于强降水的发生;对流层低层螺旋度Hp>0、高层Hp<0的配置关系,表明高层存在旋转下沉气流,中低层存在强烈的旋转上升气流,这为暴雨的发生提供了强大的动力条件.     

2013年“菲特”台风暴雨成因及湿位涡诊断分析

利用常规观测资料、自动站加密资料和多普勒雷达资料对2013年“菲特”台风影响浙江时的暴雨成因进行了分析,结果发现：“菲特”影响时温州、台州地区暴雨主要是由“菲特”台风本体雨带造成,宁波、舟山、湖州及嘉兴地区暴雨则是由“菲特”台风外围环流、弱冷空气和“丹娜丝”形成的偏东气流共同形成。利用NCEP/NCAR 1°×1°每日4次的再分析资料对“菲特”暴雨过程中的物理量场进行诊断分析发现,当垂直运动大值区对应低层θse高能区时一般都有强降水发生,并且与强降水落区有较好的对应性。分析湿位涡的演变特征发现：MPV1负值区和强降水落区有较好的对应关系;MPV2对强降水的预报有一定的指示意义;当负MPV1区域和正MPV2区域或正MPV2边缘区域叠加时,该区将有强降水发生。     

景德镇市“97-11-25”大暴雨初步分析

对产生“97-11-25”景德镇市大暴雨天气的环流背景、低空急流活动、假相当位温θse及本站要素变化做了初步分析。西南暧湿气流的向北输送,大气层结的不稳定是产生这次大暴雨和雷暴天气的关键。     

高分辨不稳定能量的实时计算显示及应用

介绍了高分辨不稳定能量的算法.用该算法实现的实用程序能计算出每个地面站每小时的高分辨不稳定能量、地面假相当位温、抬升凝结高度等,并能在福建地图上显示出来.个例分析显示:在高分辨不稳定能量正高值区或其下游,若短时内(未来3 h内)有对流回波产生或经过,则将会发展,其值越大,天气越强;而地面假相当位温分布图能细致表现能量分布及地面冷空气的活动.     

副高边缘暴雨过程中的GPS可降水量和假相当位温分布特征

利用2010年8月石家庄地基GPS反演的可降水量、地面加密自动站和常规天气资料,对由副高进退引起的河北省中南部一次强降水天气过程中GPS可降水量和地面假相当位温的演变趋势进行了详细分析.结果表明:1)此次暴雨过程是由副高边缘暖湿气流与切变线共同作用造成的,强降水区主要出现在500 hPa的584～588 dagpm线、700～850 hPa切变线之间;2)降水出现时GPS可降水量基本对应于高值阶段,强降水出现时可降水量位于峰值前后;降水出现时GPS可降水量偏离系数为正值,而强降水一般出现在偏离系数超过1时;3)对同一测站而言,GPS可降水量越大对应的实际降水越强.当测站不同时,GPS可降水量高并不一定代表更强的降水,这与测站的地理位置和海拔高度有关.4)降水出现前热力和水汽条件配置好,能量不断积累,假相当位温逐渐升至极大值.随着降水出现与能量的释放,假相当位温回落到谷值阶段,此谷值越低、持续时间越长,对应的降水也越强.     

湿大气的广义位温与干大气位温及饱和湿大气相当位温的比较

实际大气既非完全是干空气,也不是处处达到饱和的湿空气,而是处于含有水汽但又不饱和的湿空气状态。基于这样一种湿大气状态,在湿大气中广义位温定义的基础上,对不同暴雨类型的广义位温与干大气的位温及饱和湿大气的相当位温做了比较。对2003年江淮流域暴雨过程、2004年华北一次暴雨过程以及2006年碧利斯台风中的位温、相当位温和广义位温分布的对比分析表明:即使是在暴雨系统中,湿空气的相对湿度也不一定达到100%,饱和湿空气相当位温的引入条件不能完全满足。而广义位温的定义用一个表达式就可以表示出于大气、未饱和湿大气以及饱和湿大气这3种大气状态的位温,位温和相当位温则是广义位温的特殊情况。当大气比湿为零时,广义位温就变成位温;当大气比湿达到饱和后,广义位温就变成相当位温。除了可以衔接干大气位温和饱和湿大气的相当位温外,广义位温包含了水汽由干到湿再到饱和的变化过程,更好地体现了大气中水汽的实际分布和变化特征。     

饱和湿大气Brunt-V3/4is3/4l3/4频率及修正的相当位温

实际大气中受扰动的饱和气块发生凝结后 ,凝结水会部分脱离气块。以前研究饱和湿大气的Brunt V is l 频率 (N2 m)没有考虑凝结水的部分脱离 ,相当位温 (θe)也忽略了饱和气块的混合比的作用。文中针对这些不足 ,在假设饱和空气中只存在气液转换条件下 ,推导出液态水部分脱离气块的、更符合实际情况的N2 m 表达式和修正的饱和湿大气θe 表达式。新的N2 m 表达式增加了部分脱离气块的液态水的作用项 ,新的θe 表达式中包含有饱和气块的混合比 ,并对有关的表达式分别作了讨论和比较     

A MODEL OF POTENTIAL MAIZE YIELD IN RELATION TO ACCUMULATED TEMPERATURE AND ITS APPLICATION IN ASSESSING THE IMPACT OF CLIMATIC CHANGE

Plant breeding for different maturities plays an important role in agricultural strategies for adaptation to climaticchange.In this paper using the data of ten corn hybrids with early,medium and late maturities and different leaf angles,including erectophile and planophile,observed in Beijing,Yanqing,Tai'an,Gongzhuling of Jilin and Shihezi ofXinjiang,a normal growing function was derived on the basis of the main pattern of accumulated dry matter:W=1/1+exp(8.56-13.52u)In accordance with the function authors built up a model of potential maximum biomass which depends on accumulatedtemperatureB_(max)=100+1.11∑~T_m(kg/mu)(1ha=15mu)The model was applied to estimate the potential corn yield of hybrids with different maturities,and applications ofthe results in assessing the impact of climatic change are discussed.     

青海省月平均气温潜在长期可预报性的估计

讨论了气候信号与气候噪声的相互关系和月平均气温预报正确率的上限问题。用青海省２５个站逐日气温的多年资料，按３种方法估计了气候信号和气候噪声的方差。结果得出，如果以绝对误差小于均方差的０．６８倍作为预报正确的标准，则青海省月平均气温预报正确率的上限约为６６％￣７２％，冬季与夏季差别不大。     

A MODEL OF POTENTIAL MAIZE YIELD IN RELATION TO ACCUMULATED TEMPERATURE AND ITS APPLICATION IN ASSESSING THE IMPACT OF CLIMATIC CHANGE*

Plant breeding for different maturities plays an important role in agricultural strategies for adaptation to climatic change.In this paper using the data of ten corn hybrids with early,medium and late maturities and different leaf angles,including erectophile and planophile,observed in Beijing,Yanqing,Tai'an,Gongzhuling of Jilin and Shihezi of Xinjiang,a normal growing function was derived on the basis of the main pattern of accumulated dry matter:W=1/1+exp(8.56-13.52u) In accordance with the function authors built up a model of potential maximum biomass which depends on accumulated temperature B_max=100+1.11∑T_m(kg/mu)(1ha=15mu) The model was applied to estimate the potential corn yield of hybrids with different maturities,and applications of the results in assessing the impact of climatic change are discussed.     

潜热释放和初始位温扰动对锋生的影响

在Chan和Cho作的基础上,用中α尺度位温扰动代替了原来的中β尺度位温扰动,并且增加了一个高度函数H（Z）,模式还改变了相对湿度的分布,取了可供比较的两个试验,并运行了半地转湿大气锋生模式程序,积分一段时间后,绘出有关的物理量的等值线图,分析、比较了非绝热加热及初始位温扰动对物理量的影响。 试验结果表明:初始位温扰动为中α尺度比中β尺度更接近实际情况,对流层湿度分布不均匀,非绝热加热的作用比初始位温扰动的影响明显些。     

关于大气运动湿位涡不守恒性问题

本文建立湿位涡方程、提出不守恒基本判据、分析不守恒运动的动力特征,尤其指出在湿中性层结区域非绝热加热和外作用力场对运动的激发作用。     

湿位涡守恒条件下西南涡的发展

运用高分辨率数值预报模式 (HIRLAM)模拟了一次中国西南地区在多种活跃天气系统影响下 ,西南涡的发展过程。分析了东亚季风、青藏高压、地形等多种尺度与不同高低空环流形势配合以及在湿位涡守恒条件下对流发展时 ,潜热及不稳定能量的释放 ,对中尺度涡旋和强对流发生发展的作用 ,探讨了西南涡和局地降水增强与消亡的成因与理论 ,并具有实用意义     

关于等熵位涡应用的一点认识

位涡、湿位涡及其守恒开启了(湿)位涡理论的较广泛应用,使(湿)位涡成为天气系统、天气现象演变的重要诊断物理量,能有效解释一些天气系统、天气现象的演变。为合理应用(湿)位涡及等熵位涡思维,简单分析了气象常用坐标中位涡、湿位涡表达式的限制性条件,强调此条件与(湿)等熵坐标成立的条件相同,指出z 坐标(湿)位涡与p、θ(θse)坐标(湿)位涡存在物理差异。在θ(θse)坐标中,气块的水平速度是相对水平面(地面)的移动速度,而非气块沿着等θ(θse)面的移动。在(湿)等熵位涡分析中,(湿)等熵位涡强度的变化,是平流、垂直输送以及非绝热过程的综合作用,不能简单归因为只由高层的(湿)等熵位涡异常向中低层传输、或中低纬的(湿)等熵位涡异常向高纬传送所造成。     

台风Morakot(2009)暴雨中关键尺度位涡的诊断分析

采用二维小波变换方法对格点分析资料进行多尺度分解,诊断分析台风Morakot(2009)登陆福建省霞浦市过程中位涡的多尺度特征。在此基础上,讨论了多尺度位涡正压项通量散度对位涡正压项局地变化的贡献。研究结果表明,在此次台风登陆过程中位涡主要包含第4、5关键尺度(理论波长范围为96.4~160.67 km)动力扰动和第3、4关键尺度(理论波长范围为64.27~128.54 km)热力扰动的综合信息。由于关键尺度位涡正压项的强度大于斜压项,因而位涡主要体现了第4、5动力尺度垂直涡度与第3、4热力尺度广义位温垂直梯度的耦合作用。第4、5动力尺度西南扰动气流为台风暴雨提供充足的水汽供应,在台风环流西北侧产生低层辐合、中高层辐散,为强对流系统的发生提供有利动力条件。第3、4热力尺度的广义位温扰动一方面增加降水区大气湿斜压性,另一方面在降水区低层形成位势不稳定,为强对流的发展提供潜在不稳定能量。位涡正压项方程强迫项的分析表明,关键尺度位涡正压项通量输送对位涡正压项局地变化有一定贡献,影响位势稳定度的变化。在台风登陆后,关键尺度位涡及位涡正压项通量散度都有所减小,使得垂直涡度和位势稳定度的变化趋缓。