山西省强对流天气的气候统计特征及潜势预报

从现代短期、短时临近天气预报出发,计算部分因子在有强对流天气和无强对流天气时的季节平均值,进行对流参数与强对流天气的相关性分析,获得了对流参数与强对流天气的相关系数;应用系统树聚类法将雷暴分为：东北低涡、蒙古冷涡、短波槽、副高边缘4种类型;将冰雹分为：西北气流、冷低槽、冷涡3种类型;将暴雨分为：冷锋、深槽、低涡东移、小高切变、副高东撤等5种类型。在每一种强对流天气型下,选择不同的对流参数进行了试验,获得了不同天气型下基于对流参数的强对流潜势预报指标及其临界值。     

郑州市强对流天气短期预报系统

经对郑州市1990～2000年气象资料分析,概括出短时暴雨、瞬时雷雨大风、冰雹等3种强对流天气出现的气候规律、天气形势、物理量场演变特征、单站气象要素变化规律等.在此基础上,建立了3种对流性天气的预报模型、预报指标和相应的预报方程,构成郑州市强对流天气短期预报系统.该系统根据每天08时实时资料,自动完成天气分型、物理量计算、预报指标计算和预报方程的判别,输出预报结论.     

基于稳定度和能量指标作强对流天气的短时预报指标分析

主要基于1995—2001年强对流天气过程和高空探测资料,计算了K指数、A指数、位势不稳定指标以及能量平衡高度、位势不稳定能量等指标,并进行量化检验和预报指标的对比。结果表明:(1)A指数、K指数的数值大小对于强对流天气的预报具有一定效果。(2)位势不稳定指标I在安徽南方应用比北方的预报效果好,安徽南北方I的临界值有差异,北方I的临界值小,南方I的临界值大。(3)逐年的能量平衡高度和位势不稳定能量都可以分为两个阶段,第一阶段能量平衡高度高于350 hPa且处于极值是强对流天气预报的重要指标。总温度较高、饱和总温度较高、位势不稳定能量较高时,能量平衡高度较高;反之,能量平衡高度较低。这种对应关系可以通过α=0.01的显著性水平检验。(4)强对流天气过程期间,能量平衡高度较高。随着位势不稳定能量的增大,出现强对流天气的可能性也增大。     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005-2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分闽值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005—2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明。MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

郑州市强对流天气短期预报系统

经对郑州市1990～2000年气象资料分析,概括出短时暴雨、瞬时雷雨大风、冰雹等3种强对流天气出现的气候规律、天气形势、物理量场演变特征、单站气象要素变化规律等.在此基础上,建立了3种对流性天气的预报模型、预报指标和相应的预报方程,构成郑州市强对流天气短期预报系统.该系统根据每天08时实时资料,自动完成天气分型、物理量计算、预报指标计算和预报方程的判别,输出预报结论.     

基于指标叠套法的安徽省强对流天气潜势预警研究

对2005－2007年4-9月安徽省冰雹、雷雨大风等强对流天气日数进行统计,分析了基于探空资料计算的不稳定指标与强对流天气发生的关系。结果表明：K指数、A指数、沙氏指数和对流有效位能、归一化对流有效位能和对流抑制能量这几个指标对于强对流天气指示意义较好。基于此结果,挑选K指数、沙氏指数和对流有效位能针对不同季节划分阈值,建立强对流天气潜势预警指标,并利用中尺度模式MM5的数值预报产品计算该指标,对2005-2010年13个强对流天气过程预报结果进行对比检验表明,MM5模式给出的强对流天气潜势预警产品对大多数过程均能起到预警作用。对其中两次强对流天气过程的进一步分析表明,模式具备预报强对流发生潜势的能力,预报结果对强对流天气发生的时间、落区有预警意义。     

基于配料法的“08.6.3”河南强对流天气分析和短时预报

采用基于构成要素的预报方法(配料法),使用业务中能够及时获取的常规观测资料、静止气象卫星云图和多普勒天气雷达资料,对2008年6月3日下午发生在河南大部的以雷暴大风为主的强对流天气进行分析.针对2008年6月3日08时500、700、850 hPa和地面图上温、湿、风等的配置,结合探空、水汽云图和多普勒天气雷达回波图,对构成强对流天气的几个主要因素:层结稳定度、水汽、触发机制、垂直风切变、对流层干层等进行分析,结果表明:河南大部处于较强的条件不稳定、强烈的深层(地面到500 hPa)垂直风切变和明显的高空干平流的环境中,这种环境有利于高度组织性的超级单体风暴的产生和发展,导致雷暴大风和冰雹天气.而地面冷锋、辐合线和高空次天气尺度涡旋伴随的正涡度平流共同作用产生的上升气流导致雷暴在山西中南部生成,然后向东南方向移下太行山.进入河南有利的环境下获得猛烈发展.在充分利用"配料法"的主要思路和现有观测资料条件下,结合预报经验,2008年6月3日强对流过程可以提前数小时进行正确的短时预报.     

多普勒天气雷达判别宁夏川区强对流天气的综合预报指标

采用多因子综合相关概率法、多参数点聚折线法,对宁夏川区2003～2008年汛期160个暴雹天气个例进行了统计分析,找出了多普勒雷达识别宁夏川区强对流天气的定量综合预报指标。结果表明,综合指标达到2.8时,识别冰雹、暴雨等强对流天气的成功率达87.1%。     

福建一次持续性强对流天气过程诊断分析

利用加密地面观测资料、 自动站资料、 常规观测资料和NCEP再分析资料, 分析了2012年4月10—12日福建省持续性强对流天气过程的形成机制。结果表明, 此强对流天气过程是在稳定的大尺度环流背景条件下产生的, 低层辐合和高层辐散相叠置、 良好的水汽输送、 大气层结不稳定和高CAPE值为强对流发展提供了必要的热动力条件; 地面中尺度辐合线触发对流发展, 而中层冷空气的侵入加剧了大气层结的不稳定, 使对流发展加强; 最大上升运动中心高于0 ℃层高度以及强的风垂直切变, 有利于冰雹形成。强对流天气潜势预报分析和卫星、 雷达及自动站资料的跟踪分析是做好强对流天气预报预警的有效方法。     

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.     

利用探空资料确定呼和浩特地区3类强对流天气预警阈值

利用呼和浩特探空站计算的16个物理量,分析了2012—2016年6—8月呼和浩特地区的冰雹、雷暴大风及短时强降水天气过程中各物理量差异,结果表明:①订正后的(对流有效位能)CAPE大于等于1000J·kg-1、0℃层高度约4200m左右,-20℃层约在7200m左右,500hPa和850hPa温差达-25℃,逆温层高度在2km以上基本可以判定为冰雹天气;②短时强降水对水汽的依赖度更高,且具有更强的热力不稳定性,低层的温度露点差、500hPa与850hPa的假相当位温差Δθse(500-850)、大气可降水量PW也是短时强降水天气的重要判据;③订正后的(下沿对流有效位能)DCAPE值雷暴大风明显大于冰雹和短时强降水,约为其他2类强对流天气的2倍,订正后的CAPE略小于其他2类强对流天气。根据四分位数法、所占比例≥70%以及均值法界定各类预报因子阈值大小,进而确立了呼和浩特地区强对流天气预警指标。经检验均值法确定的阈值指标命中率均达到50%以上,可参考价值较高。     

驻马店强对流天气短时预报业务系统

利用1984－1998年4－9月驻马店雷达探测资料和地面观测资料，分析了强对流天气的时空分布特征，并根据强对流天气的回波形态，强度，高度和路径，确定了预报掼标，在微机上开发了强对流天气短时预报烽务系统。     

强对流天气监测短时预报系统

作者在前３年研究和试验的基础上，研制了一套适合湖南实际情况的较完善的准客观强对流天气监测短时预报系统，它包括图形图象显示，雷达定量估算降水和强对流天气短时预报方法子系统。     

河南省分类强对流环境物理条件特征分析

以冰雹、雷暴大风、短时强降水三类划分河南省2006—2015年暖季国家自动气象站的强对流个例,考虑到月际变化和气候背景差异对强对流发生环境的影响,采用ECMWF再分析资料计算表征大气动力、热力及水汽条件等特性的物理参数及其15 d滑动平均值,对比分析各月三类天气环境物理条件特征,并提炼分类强对流的关键物理参数。结果表明:河南省暖季短时强降水发生频率最高,冰雹最少,各类均主要出现在14—20时。三类强对流发生临近时刻大多数物理参数的月际差异非常明显,应用时有必要分月讨论。参数偏离滑动气候态的异常特征对于分类强对流同样有价值,且不同物理条件偏差特征差异明显。平均来说,短时强降水与冰雹的环境条件各月差异显著,主要体现在:整层可降水量、地面露点温度和K指数较大,0℃和-20℃层高度较高,低层垂直风切变较大,低层辐合和正涡旋特征较强,而850与500 hPa温差和对流有效位能较小。冰雹与雷暴大风的物理参数特征大多非常相似,不过冰雹的整层可降水量和地面露点温度更小、0℃和-20℃层高度更低、高层辐合和正涡旋特征更强,尤其在7月和8月。     

广东省前汛期分区强对流潜势预报方法研究

利用2009—2012年前汛期广东和香港五个探空站资料计算得到的物理量,选取各个探空站与强对流天气相关性好的物理量作为预报因子,通过对各指数的空间分布特征和数值进行二值Logistic回归分析,得到各物理量的参数估算值,分别建立五个探空站的强对流诊断预报方程,得到前汛期强对流潜势预报因子P,从而制作广东省未来12 h强对流天气潜势预报。并用此法回报了2009—2012年前汛期的强对流天气,对于P的值进行预报质量评定,以CSI评分为标准,选取五个探空站的P值的阈值,并以各个站的阈值对2013年前汛期的强对流天气进行预报质量评定,结果表明,进过拟合后的潜势预报预报因子P比单个物理量的CSI评分有显著提高。     

用micaps系统制作咸阳地区强对流天气指数图

通过对micaps系统的第四类数据格式的解读，充分利用其开发式及灵活的数据接口方式，建立基于micaps天气预报平台的强对流天气指数图，为提高灾害性天气预报提供更多的信息。     

鲁中地区分类强对流天气环境参量特征分析

将山东中部地区16 a暖季(4-9月)106次伴随瞬时风力不低于8级的强对流个例划分为雷暴大风、冰雹雷暴大风和强降水混合型等3种类型,利用常规探空资料和地面观测资料,通过箱须图的形式分别讨论3种类型对应的一系列关键环境参数的分布特征和预报阈值。进一步,又将上述106次个例中的特强对流个例,包括产生25 m/s以上瞬时大风的特强雷暴大风个例、产生不小于20 mm直径冰雹的特强冰雹个例以及50 mm/h或以上强度的特强短时强降水个例提取出来构成一个子集,讨论其关键环境参数分布特征和预报阈值,并与全部对流个例的相应关键环境参数进行比较。最后,对鲁中地区强对流系统的触发机制进行了简要阐述和讨论。结果表明:(1)雷暴大风型、冰雹雷暴大风型和强降水混合型对应的850和500 hPa温差的最低阈值为25℃; 3种类型对应的地面露点最低阈值分别为13、16和24℃; 相应的大气可降水量最低阈值分别为20、24和32 mm; 相应对流有效位能的最低阈值分别为300、900和1300 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为12.0、12.5和8.0 m/s。(2)通过地面露点、大气可降水量以及暖云层厚度等关键参数的分布特征可以将上述3种类型的前两种与第3种类型即强降水混合型进行一定程度的区分,但要通过各个关键参数的分布特征区分前两种强对流天气是困难的。(3)对于伴随冰雹的强对流天气,适宜的融化层高度为3.0-3.9 km; (4)特强雷暴大风、特强冰雹和特强短时强降水等3种特强对流类型与全部强对流个例的3种类型相比,其条件不稳定度明显增大,体现为850和500 hPa温差的增大、水汽条件有所加强、对流有效位能明显增大,3种类型特强对流天气对应的对流有效位能最低阈值分别为1000、1100和2000 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为16、12和11 m/s,即特强雷暴大风型和特强短时强降水型的风垂直切变阈值明显增大。上述工作构成了山东中部伴随雷暴大风的强对流天气短时预报的一个基础,结合各类强对流天气发生的气候概率,可以通过决策树或模糊逻辑方法制作成适合于地、市气象台的分类强对流天气短时预报系统。      

三类强对流天气临近预报的模糊检验试验与对比

强对流天气具有尺度小、演变快的特点,为了满足强对流预报检验、评价的需求,本文引入了模糊检验方法,该方法通过在空间等属性上进行尺度变换处理,可获得预报在不同空间尺度上的评价信息。以中国气象局SWAN等短临预报业务系统提供的1 h回波外推预报为例,对三种类型强对流天气系统进行了模糊检验试验对比,并据此构造了三种理想强对流天气模型,进一步研究了各种模糊检验方法的特性,发现:相对于"点对点"的传统检验方法,模糊检验能够在不同尺度和评价策略上给出有关预报的更多信息,给予预报更加全面和客观的评价;针对不同的评价策略,同一个预报的最优尺度是有差异的;不同的模糊检验方法各有特点,适用范围也有差异;相对于传统检验方法,模糊检验方法的应用范围更广,尤其是当预报偏差达到一定程度时,多种模糊检验方法仍然能够给出有参考意义的评分。综合来看,对于高阈值、小尺度特征的强对流事件,低判别标准的最小比例法、模糊逻辑法和多事件列联表等检验方法更有应用价值。     

一次强对流天气的物理量场特征分析

利用常规气象资料,对2011年5月1日黔西南州出现强对流天气的天气系统以及各种物理量场特征进行了分析。结果表明,这次强对流是产生在中低层对流不稳定、高能舌和低层暖平流、高层冷平流以及低层辐合、高层辐散的上升运动区。对流有效位能和中高层正涡度对强对流的产生起主要作用。     

上海地区强对流天气短时预报系统

以强对流天气的发生、发展规律为依据,从中尺度数值预报模式输出结果、Ｄｏｐｐｌｅｒ天气雷达、静止气象卫星、ＭＩＣＡＰＳ系统和自动雨量站网等获取大气运动的各种尺度动力条件、水汽条件、大气稳定度和触发机制,各种天气实况等动态变化资料,结合预报员经验,建立了“上海地区强对流天气短时预报系统”（以下简称“预报系统”）,预报系统产品包括强对流天气的形势分析、０～１２ｈ展望预报、０～３ｈ滚动预报及警报。预报系统