东北暖季干线统计分析

基于常规地面观测、高空观测和卫星、雷达资料,对2003—2017年中国东北地区暖季（5—8月）干线时空分布、气象要素等进行了统计分析。研究发现,东北地区干线主要出现在东北平原和辽宁西部,干线发生频率呈现南多北少的趋势。干线大多呈西南—东北向,宽度为90—120 km,长度在100—800 km。东北区域暖季年均干线发生频率为15.5%。干线发生频率年际变化不明显,年均逐旬变化显著且呈正弦曲线状,其中5月中下旬—6月下旬和8月中、下旬为波峰,干线发生频率在20%以上,7月低于10%,为波谷。干线湿侧气压相比干侧略高1 hPa,两侧温度大多在24℃以上,温差一般为1—4℃,露点梯度和比湿梯度范围分别为9.6—15℃/（100 km）和4.5—8.3 g/（kg·100 km）,相当位温梯度在9.6—19 K/（100 km）。干线两侧要素及其梯度值逐旬变化显著,其中两侧湿度、温度和湿度梯度值8月呈增大趋势,而温度梯度绝对值呈减小趋势。在共计286例干线中有40%的干线触发了对流,6月上、中旬干线触发对流比率最高（超过60%）。干线是否触发对流与其所在位置关系不大。对流干线湿度梯度略大于无对流干线。无对流干线和对流干线探空要素的最显著区别是湿侧对流有效位能值,前者在1200 J/kg以下,后者基本在1200 J/kg以上,最高甚至能达到3000 J/kg。      

山东省线状中尺度对流系统的天气学特征

按照如下标准确定一个线状中尺度对流系统(linear mesoscale convective system,LMCS):40 dBz以上反射率因子连续或准连续回波带尺度≥100 km并持续至少1 h,镶嵌着40 dBz回波的35 dBz回波要求严格连续,线状或准线状的对流区域拥有一个共同的前边缘,最大回波强度≥50 dBz。从2012—2016年雷达资料中挑选出27个影响山东的LMCS,分析其天气学特征。结果表明:影响山东的LMCS 8月出现次数最多,形成时间集中在傍晚到前半夜,生命史一般为1～2 h,大多数具有后向传播特征;形成LMCS的初始对流单体绝大多数位于河北省,单体生成后一般向东偏南方向移动;LMCS大多数是东北—西南向,尺度一般介于100～200 km。文章提炼了形成LMCS的后倾槽、前倾槽和冷涡等三类天气学模型。850 hPa伴有暖温度脊或暖中心是形成LMCS的一个重要特征,冷涡和前倾槽类500 hPa中空急流以及后倾槽类700 hPa以下低空急流在形成LMCS中起着重要作用。当850 hPa比湿8 g·kg~(-1),沙氏指数和抬升指数均为负值时,可能出现LMCS。若对流有效位能1 000 J·kg~(-1),对流抑制较小,且850 hPa与500 hPa气温差大于25℃,出现LMCS的概率达80%。LMCS出现时均伴有短时强降水,70.4%的LMCS造成雷暴大风、冰雹或强降水灾害。冰雹和大风比短时强降水需要大气层结的不稳定度更高,仅有短时强降水出现时,0℃层和-20℃层的高度明显比冰雹和大风出现时的高度高。     

中国东北龙卷研究:环境特征分析

东北地区是中国龙卷相对多发区之一。为了了解中国东北龙卷发生的环境特征,基于常规观测资料、卫星观测资料、地面加密观测资料和模式分析资料分析了近十年发生在东北的13个龙卷个例的环境特征及龙卷环境形成的物理过程。结果表明,东北龙卷发生的环境具有如下特点:(1)龙卷多发生在东北冷涡背景下,直接影响系统为冷涡南侧次天气尺度短波槽,且常出现在槽区或前倾槽后;(2)较之夏季江淮流域和华南龙卷,东北龙卷环境温度直减率较大,700—500 hPa温差为20—22℃,850—500 hPa温差为30—33℃;(3)低层水汽含量及湿层厚度比江淮及华南龙卷显著偏低,地面露点温度可低至13℃,湿层厚度常在1.5 km以下,850 hPa露点温度多在8℃以下;(4)龙卷环境中常出现强低空急流(850—925 hPa风速16—20 m/s)和对流层中层急流(500 hPa风速20—25 m/s),且对流层中层急流通常与干下沉气流相伴。因此,低层(0—1 km)和深层(0—6 km)风垂直切变均强,低层风垂直切变约12.0×10^-3s^-1,深层风垂直切变大于4.0×10^-3s^-1。产生龙卷的对流风暴一般由边界层辐合线所触发,辐合线两侧温差不明显而露点差异明显,常表现为干线。也就是说,东北地区龙卷风暴主要由干线及其伴随的强边界层辐合触发。龙卷通常发生在傍晚前后,而从早晨的环境条件通常看不到龙卷可能发生的迹象,龙卷发生前几小时环境参数变化显著。有利于龙卷的环境条件形成过程中500 hPa急流和强低空急流的存在至关重要:随着500 hPa西北急流的增强,在中空西北急流的平流下温度直减率大值区东移,叠加到低层湿区之上;低空急流对暖湿空气的输送使低层显著增湿且温度直减率增大。傍晚发生的龙卷通常处于08时探空显示的低空湿舌西北侧100 km左右的干区中,傍晚龙卷发生时则位于当时的湿舌边缘。     

怀化近15年降雹时空分布及其环境参量特征分析

利用怀化地区11个国家气象站2004—2018年降雹日资料、地面和高空常规观测资料,对怀化地区近15年降雹时空分布、冰雹天气的主要形势以及环境参量特征进行了统计分析。结果表明:1)怀化地区中部降雹多,冰雹天气主要发生在2月和3月的午后到傍晚,冰雹直径较小。2)高架对流类是怀化地区降雹最主要的天气形势。怀化一般处于地面冷高压底部或底后部;850 hPa或925 hPa以下为东北风或北风,是一个强冷垫;850 hPa有切变线、干线和锋区;700 hPa有强暖湿气流沿锋面(强冷垫)做斜升运动。3)怀化高架对流冰雹天气发生的主要环境参量特征为700 hPa与500 hPa温度差≥11℃;850 hPa与500 hPa垂直风切变≥20 m/s;700 hPa比湿≥3.28 g/kg;0℃高度为3.2～4.0 km,-20℃高度为6.3～8.0 km,且0℃到-20℃层的厚度≥2.7 km。     

青藏高原红原站平流层下部重力波观测特征分析

利用位处青藏高原的红原探空站2008年5月垂直高分辨率的无线电探空资料分析了其上空下平流层(19～26 km)重力波的波动特性.结果表明:重力波的垂直波长主要集中在2～4 km之间,平均值约为2.9 km;水平波长主要集中在100～600 km之间,平均值约为311 km;固有频率主要集中在1.5f～3.5f(f为科氏...     

辽沈地区不同高度大气冰核数浓度的飞机观测

为进一步认识不同高度大气冰核数浓度分布及变化特征,对2011年和2012年4—9月在沈阳及周边地区开展的大气冰核飞机观测进行分析。结果表明:在-15℃和-20℃温度条件下,沈阳近地面大气冰核数浓度范围为101—102L-1;云中不同高度层(1.5—4.5 km)云中的背景浓度分别小于2.0 L-1和10.0 L-1;辽沈地区地面和云中的大气冰核分布均具有较大的时空变异性,其最大与最小数浓度之差可达1—2个量级;在4.5 km以下,不同高度大气冰核数浓度自地面向上随高度的增加逐渐减少;其中未受人工催化影响的自然冰核数浓度的垂直分布与幂函数有较好的对应关系;在海拔高度3.1 km的云中观测到人工催化剂对冰核浓度的影响,人工播撒碘化银后冰核数浓度至少增加了一个数量级。以上冰核数浓度检测对应水面过饱和度为-1.0%～5.0%,成冰过程包括了凝华与凝结—冻结核化机制。     

上海短历时强降水的雷达和闪电活动特征

用雷达反射率及其导出产品(分层垂直液态水含量(VIL)、分层平均反射率等)与闪电和大气温度层结资料,通过对降水系统时间演变、反射率垂直结构和闪电活动的分析,将上海2010年6—11月的短时强降水(1 h雨量≥20 mm)分为层状暖云型、对流暖云主导型和对流冷云主导型。(1) 与雨强密切相关的关键因子是:低层(0 ℃层以下、高度在0～1 km、0～2 km、0～3 km和0～4 km)的VIL、低层(高度在1～2 km、2～3 km和3～4 km)的平均反射率和整层最大反射率;(2) 不同类型强降水中,高层(高度在0 ℃、-10 ℃和-20 ℃层以上)的VIL、整层VIL、高层(高度在5～6 km、6～7 km和7～8 km)的平均反射率、总地闪和负地闪频次这5个因子对雨强的作用各有不同;(3) 对应不同降水类型的平均反射率垂直廓线具有不同的垂直结构和发展演变特征;(4) 在三类强降水中,对流冷云主导型的雨强与总地闪和正地闪的相关性最好。      

基于VLF/LF三维闪电定位系统的广西闪电时空分布特征

利用广西2016—2019年三维闪电监测资料,分析广西闪电活动时空分布特征并进行天气学初探,得到以下结论:(1)广西雷电活动主要发生在4—9月,日变化季节性、区域性差异显著,月变化主要表现为桂中及桂南单峰型、桂西北和桂南双峰型及桂东北多波动型等3种类型,空间分布表现为桂南、桂东南、桂西北及桂东北4个雷电活动频繁区域。(2)广西雷电活动云地闪较云闪偏多,闪电的极性以负闪为主,云闪高度较为集中在0～1 km及2～7 km高度上,2～7 km高度上闪电频次年际、季节性、区域性差异显著。(3)春季印缅槽和亚洲经向环流偏强有利于广西雷电发生,反之则不利;夏季,西太平洋副热带高压平均脊线位置较常年(26.3°N)略微偏南(25.5～26°N)时有利于雷电发生,异常偏南或偏北则不利。     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

El Ni?o区域SST的空间结构

本文利用MHAT小波对1970～1990年El Ni?o 区域的SST进行多尺度分析，研究结果发现:(1) 在洲洋尺度(4×10 3～13×10 3 km)里，El Ni?o区域存在着特征波长为6000 km的纬向长波#Aψ*T/2@#a和波长为6500 km的经向长波ψ1；(2) 在区域尺度(1×10 3～4×10 3 km)里，El Ni?o区域的SST存在着特征波长为4500 km的经向中波ψ3和波长为3500 km的纬向中波ψ4；(3) 大尺度范围的海温异常及4波共振机制是发生El Ni?o现象的两个重要原因。     

锋面北侧冷气团中连续降雹环境场特征及成因

对2009年2月24日—3月5日我国南方锋面北侧冷气团中连续冰雹天气过程的环流形势和环境场特征及形成机理进行分析。此次冰雹过程是发生在我国南方典型的连阴雨天气形势背景下,欧亚中高纬度地区为两槽一脊形势,副热带高压偏强、中南半岛为低槽区,青藏高原有5次短波槽东移,中层700 hPa暖湿气流势力强盛。中层强西南暖湿气流在强锋区 (冷垫) 上抬升,形成我国南方典型的高架雷暴。高架雷暴的发生与中低层强温度锋区、中层700 hPa不低于20 m·s-1的西南急流、强风垂直切变、对流层中层较大的温度直减率、较低的0℃层高度 (4 km以下) 有关。     

极端雷暴大风的环境参量特征

为了研究极端雷暴大风天气环境要素特点,选取2002—2017年中国各地区极端雷暴大风个例95个和不伴随强对流的普通雷暴个例95个,通过两者间关键环境参数的对比,揭示极端雷暴大风事件的关键环境参数特征。结果表明:极端雷暴大风天气发生在对流层中层相对干的环境下,表现为400~700 hPa极端雷暴大风对应的单层最大温度露点差和平均温度露点差平均值分别为25.7℃和13.6℃,而普通雷暴的相应值分别为16.2℃和6.5℃。统计结果表明:尽管产生极端雷暴大风的对流风暴和普通雷达对应的地面露点差异并不大,但前者相应的大气可降水量（平均值为37 mm）明显低于后者（平均值为51 mm）,差异突出表现在两者湿层厚度的不同上;相对于普通雷暴事件,极端雷暴大风事件对应的对流有效位能值（平均值为1820 J·kg-1）明显高于普通雷暴事件的对应值（平均值为470 J·kg-1）;此外,极端雷暴大风事件对应的对流层中下层垂直温度递减率、下沉有效位能、夹卷层平均风速和0~6 km,0~3 km垂直风切变均明显大于普通雷暴事件对应的相应值。     

江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。     

基于集合预报极端天气预测指数的浙江分类强对流预报模型

利用2016—2021年ECWMF集合预报资料、浙江自动站实况资料等,计算浙江短时强降水、雷暴大风和冰雹等强对流天气相关物理量的极端天气预报指数（EFI：Extreme Forecast Index）,分析EFI分布特征,并构建了分类强对流预报模型。结果表明：强对流天气与物理量的EFI有密切联系,发生短时强降水时,对流有效位能、整层可降水量、850 hPa与500 hPa温差和位温差的EFI较大,而垂直风切变的EFI为负值,因而较小的垂直风切变更有利于出现极端降水;发生雷暴大风和冰雹时,对流有效位能、850 hPa与500 hPa温差和位温差以及850 hPa温度露点差的EFI较大,700 hPa露点温度的EFI为负值,与上层干冷下层暖湿的有利层结条件有关。利用支持向量机多分类方法,将强对流天气相关物理量的EFI作为特征值开展训练,构建的预报模型对于非局地强对流天气有较好的预报效果,其中短时强降水的误判率明显低于雷暴大风。     

南疆阿克苏冰雹天气的判识指标研究

利用常规气象资料和CINRAD/CC雷达资料对2009~2012年34个冰雹天气个例进行了分析,统计归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标。结果表明:冰雹发生前期,当850 hPa与500 hPa温差≥30℃,地面露点温度≥10.2℃时,预示冰雹天气发生的可能性较大;对流有效位能在冰雹尺寸相对较大(≥10 mm)时指示效果较好,但对小范围局地冰雹的预报具有一定局限性;0~6 km较弱的垂直风切变也能形成冰雹天气;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹的产生。雹云雷达回波具有的特征:组合反射率因子达到50 dBZ以上;径向速度场往往伴有逆风区出现,部分还出现风暴顶辐散特征;45 dBZ强回波核高度≥9 km,垂直剖面出现前悬回波、穹窿等冰雹特征回波;回波顶高6~8月超过12 km,5月和9月超过11 km;垂直积分液态水含量阈值5月为18 kg·m-2,其它月份为30 kg·m-2;冰雹指数产品至少持续5个体扫出现实心大三角标识。     

江西省冻雨垂直温度层结分析及预报

利用1960-2013年江西省89个气象观测站常规观测资料,采用统计分析和插值处理方法,对江西106次冻雨过程垂直温度层结进行分析,并建立冻雨预报思路。结果表明：江西省冻雨发生通常伴随1000-850 hPa剧烈降温和700 hPa增温,925-700 hPa存在明显逆温。融化层是冻雨发生的必要条件,87.7 %样本融化层位于700 hPa,9.4 %样本融化层位于850 hPa;一般以1000 hPa温度<1.0 ℃、925 hPa和850 hPa温度<-2.0 ℃和700 hPa温度≥0.0 ℃作为江西冻雨预报的温度阈值标准,同时也应注意融化层位于850 hPa的情况。地面气温越低,越有利于冻雨形成,冻雨发生时最低气温为0.0 ℃以下,平均气温为1.0 ℃以下。冷暖空气持续在27°-28 °N交汇,且鄱阳湖以南至抚河流域平均气温＜1.0 ℃和最低气温＜0.0 ℃出现比其他地区多,造成该区域冻雨发生频次比其他地区明显偏多。另外,通过大气逆温层结、地面气温与冻雨的对应关系,建立基于模式资料和常规观测资料的自动诊断方法。     

气候变暖背景下西太平洋副热带高压体形态变异及热力原因

采用美国NCEP/NCAR再分析资料,利用相关、合成分析、大气热源的计算等方法,研究了气候变暖背景下西太平洋副热带高压（副高）空间形态的变异及热力原因。结果表明,气候变暖前、后各层副高形态特征有很大的差异,副高体的空间形态从850—700 hPa开始显著西伸南扩,到500 hPa最为明显。各层副高在冷、暖期的形态差异与其周围大气热源和涡度的变化相对应。随着气候变暖,副高西侧和南侧的大气热源在850—700 hPa上开始有明显的加强,500 hPa热源加强最明显,且副高体南侧热源中心有所南移;同时,其西侧和南侧从对流层低层至中高层有反气旋涡度的增大,西侧的反气旋涡度在850—700 hPa增大最明显,南侧的反气旋涡度在500 hPa增大最明显,且反气旋中心整体南移。表明气候变暖后,副高体西侧和南侧大气热源的加强,导致相应区域反气旋涡度增大,副高体向反气旋涡度增大的方向发展,从而使副高西脊点西伸,南边界南扩,整体南移。      

鹰潭市一次冻雨暴雪天气过程分析

利用常规气象资料、T213资料等,对鹰潭市2008年2月1-2日出现的冻雨、暴雪天气过程进行分析。结果表明,暴雪出现在500hPa槽前、700hPa急流轴与切变线之间、850hPa切变线附近和地面冷高压底部的区域。高空低槽东移,700hPa西南急流的南压,使得700hPa温度下降为-3．7℃,温度条件变化有利于产生降雪。中低层辐合、高层辐散及较强的上升运动,为强降雪提供较好的动力条件。850—700hPa的逆温层有利于冻雨、暴雪出现,当700hPa温度≥-1℃时,出现冻雨;当温度≤-3℃时,出现暴雪。对流层中层较好的水汽输送,是暴雪发生的重要原因之一。     

近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋统计分析

使用Lu(2017)改进的温带气旋识别和追踪方法得出的江淮气旋资料,统计分析了近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋概况、路径、形势特征和对应暴雨的主要落区。结果表明,夏季江淮气旋造成江苏暴雨的频次空间上在江淮之间最多,并向北和向南依次递减;时间上在6月最多,约占该月暴雨总次数的1/3。致暴江淮气旋暴雨落区与江淮气旋的路径有一定的对应关系,在淮北和江淮地区,暴雨在致暴江淮气旋过境地区均匀分布,但在苏南地区,暴雨主要集中在苏南的中西部。致暴江淮气旋天气形势可分为偏西气流型和低槽型两类,其中低槽型出现的次数约为偏西气流型的2倍。偏西气流型暴雨区位于500hPa南侧暖湿的西南气流与北侧西北气流的过渡带中,低槽型暴雨区位于槽前西南气流中。850hPa两种类型基本相似,都为闭合的低涡,且低涡位置相比于700hPa明显南移。江淮和苏南地区的暴雨落区大都位于700和850hPa低涡中心的南侧、700hPa急流的北部和850hPa急流的北侧。偏西气流型和低槽型造成的暴雨范围基本相当,但低槽型产生的暴雨量要大于偏西气流型。