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    2019年 第45卷 第1期
    刊出日期:2019-01-21
      
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  • 姚秀萍,闫丽朱,张硕
    2019,45(1):1-16[摘要(177)][PDF(219)609.26 K][HTML()]

    大气非绝热加热与天气系统的发生发展有密切联系,与降水等天气过程密不可分,非绝热加热在大气运动中有着至关重要的作用。对非绝热加热的研究和理解,有助于改进数值预报模式,增强数值天气预报模式的预报能力。本文系统梳理了大气非绝热加热的基本内容,近几十年非绝热加热及其作用的研究成果,主要包括非绝热加热的概念及其表征、非绝热加热的时空分布特征、非绝热加热与季风、天气系统(如西太平洋副热带高压、热带气旋、温带气旋和急流)和降水之间的关系,以及非绝热加热在数值模式中的表征,进而指出有待于进一步研究的方面。
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  • 张涵斌,范水勇,陈敏,孙鑫
    2019,45(1):17-28[摘要(119)][PDF(65)6.82 M][HTML()]

    为了研究随机动能后向散射(stochastic kinetic energy backscatter,SKEB)模式扰动方法在区域集合预报中的应用效果,基于WRF模式构建了集合预报系统,针对SKEB的扰动振幅进行了敏感性试验,以了解SKEB扰动的作用特征;发展了一种多物理过程组合(multiphysics,MPHY)与SKEB相结合的混合模式扰动方法(SKEBMPHY),并对比了SKEB、MPHY以及SKEBMPHY的预报效果,以探索区域集合预报的最优模式扰动实现方案。试验结果表明:SKEB方法通过固定的动能耗散率计算出流函数及温度扰动,从而对模式积分产生影响,且耗散率大小与预报离差正相关,垂直结构扰动不利于预报离差的发展。SKEB、MPHY以及SKEBMPHY方法的对比试验表明,对于高空动力场预报离散度的增长,SKEB方法比MPHY方法占优,而低层温度预报离散度增长,MPHY比SKEB扰动方法占优,混合模式扰动方法的扰动增长能力在三种方案中表现最好。集合预报检验结果表明SKEBMPHY方法评分优于单独的SKEB和MPHY方法。降水个例分析及降水评分结果表明与单独采用MPHY方法相比,引入SKEB方法可以对大雨预报有所改进。本文研究结果表明SKEB方法及在其基础上建立的混合模式扰动方法具有较好的应用前景。
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  • 丁晨晨,任福民,邱文玉,李国平,吴立广,蒋贤玲
    2019,45(1):29-37[摘要(84)][PDF(58)1.74 M][HTML()]

    数值天气预报 (NWP)过去几十年在热带气旋(TC)预报方面的最大进步是越来越准确的路径预报。对于登陆TC降水的预报,目前以数值模式为代表的技术手段预报能力还十分有限。围绕动力统计结合之方法研究,初步发展了登陆热带气旋降水(LTP)预报的一种新方法:基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型。该方法主要分为五步: TC路径预报、相似路径TC识别、其他特征相似性的判别、TC降水集合预报和最佳预报方案选择;涉及两个关键技术:TC降水分离的客观天气图分析法(OSAT)和TC路径相似面积指数(TSAI)。 LTP_DSEF模型对2012—2016年影响华南地区出现最大日降水量≥100 mm的21个TC的定量降水预报(QPF)试验结果显示,该模型对登陆TC过程降水的预报结果优于动力模式。登陆TC过程降水≥50 mm情况下,建模样本和独立样本平均TS评分均高于动力模式(EC、GFS、T639)相应的最好表现。对LTP_DSEF模型三个最佳方案的参数取值分析显示,起报时刻参数设定为最临近影响时刻即TC对陆地产生降水的前一天12:00 UTC、集合参数取最大值时预报效果稳定趋好。
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  • 杨舒楠,曹勇,陈涛,唐健,郭云谦
    2019,45(1):38-49[摘要(93)][PDF(59)5.68 M][HTML()]

    利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。
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  • 李瑞萍,王秀明,夏扬,周晋红
    2019,45(1):50-60[摘要(116)][PDF(99)4.85 M][HTML()]

    利用常规观测资料,卫星、雷达及NCEP再分析资料,对2013年7月9日山西太原至河北石家庄一带的暴雨成因分析表明:(1)山西太原附近的暴雨发生在持续性层云弱降水持续6 h之后,层云中镶嵌积云并伴有弱雷电活动,暴雨区位于地面冷锋北侧低层冷区中,距离地面锋面120 km以上,极易漏报;(2)850 hPa东北风显著增强,低层假相当位温小的干冷空气随东北风向西南方向伸展,低层稳定层持续增厚,不稳定区位于稳定的边界层之上,强降水由高架对流造成;低层东北风和高层西南风同时增强,锋区斜压性显著增强,锋面抬升加强,锋面抬升和与500 hPa西南气流相伴的干平流使得锋区上空大气层结由近中性的绝对稳定转化为位势不稳定,锋区抬升使得位势不稳定转化为条件性不稳定;(3)午后河北中西部大气层结绝对稳定,石家庄雷达监测到其附近数条平行于热成风方向的水平尺度几十千米的对流云带是由条件性对称不稳定导致的倾斜对流。
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  • 尉英华,陈宏,何群英,林晓萌,张辉
    2019,45(1):61-72[摘要(77)][PDF(83)11.69 M][HTML()]

    利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东入流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。
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  • 郑淋淋,邱学兴,钱磊
    2019,45(1):73-87[摘要(72)][PDF(52)6.09 M][HTML()]

    在用集合卡曼滤波方法(EnKF)同化雷达径向风、雷达反演风和GPS水汽资料的基础上,对2014年7月30日发生在安徽中东部的一次飑线过程采用雷达反射率资料对初始水汽场进行调整。该方法相对EnKF的模拟结果,在飑线强度、位置、持续时间、产生降水和地面风场方面均有改进。改进湿度场后飑线前部的地面辐合区模拟效果较好,这可能是飑线强度和位置模拟效果改进的原因之一。没有调整湿度场时飑线维持时间较短,且强度较弱,这是由于飑线后部的中层干冷空气夹卷较弱,且冷池很快远离飑线,不利飑线维持。调整湿度场后,飑线后部干冷空气夹卷较强,且在对流区下沉形成冷池,冷池位于飑线后部,有利飑线维持。夹卷加强的可能原因是:采用雷达反射率资料调整湿度场增加了中低层(600~900 hPa)湿度,大气不稳定性增加,对流发展造成低值系统增强,其南部的偏西风增强,导致飑线后部的干冷空气夹卷增强。该试验揭示了湿度调整、大气不稳定度改变造成的动力场调整对对流发展和组织的重要作用。
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  • 叶小岭,支兴亮,邓华
    2019,45(1):88-98[摘要(55)][PDF(49)4.03 M][HTML()]

    风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。
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  • 王娜,顾伟宗,孟祥新
    2019,45(1):99-112[摘要(100)][PDF(69)22.60 M][HTML()]

    本文基于1962—2016年山东省降水资料和JRA55再分析资料,利用EOF、相关分析和合成〖JP2〗分析等方法,研究了山东夏季降水年际分布型态及对应的大气环流形势。结果表明:山东夏季降水的年际型态主要分为全区一致型、西北—东南型和东北—西南型模态。在全区一致偏多(少)年,蒙古高原和日本海呈“东高西低”(“西高东低”)的环流结构,东亚地区有“-+-”〖JP〗(“+-+”)分布的类似EAP遥相关型经向波列,阿拉伯海、孟加拉湾和菲律宾低层为异常反气旋式环流。在西北多(少)—东南少(多)年,乌拉尔山阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压活动加强(减弱),沿高空急流轴自西向东有类似“丝绸之路”遥相关型的波列。在东北多(少)—西南少(多)年,在欧亚大陆中西部有“-+-”(“+-+”)东北—西南向异常波列,热带地区为东(西)风异常。另外,西太平洋副热带高压的南北位置主要影响第一模态、西伸东退主要影响第二模态;三个模态的东亚急流在山东及其附近区域都有位于急流轴南北两侧的偶极子异常结构,但异常中心的位置有所差异。这些结论有助于进一步认识山东夏季降水异常及其环流特征,从而为预测提供参考依据。
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  • 陈超,胡志群,胡胜,张扬,李珊珊
    2019,45(1):113-125[摘要(101)][PDF(68)3.48 M][HTML()]

    对基于水平反射率ZH和差分传播相移率KDP的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的ΦDP使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到KDP的值。分别使用R(C)和R(ZH)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h-1以上的降水估测精度要好于R(ZH)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h-1时,两次过程R(C)法比R(ZH)法的平均相对误差(RE)降低了17.2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水, R(C)法对5 mm·h-1以上的降水估测精度也好于R(ZH)法,当降水率≥20 mm·h-1时,两次过程R(C)法比R(ZH)法的平均RE降低了33.1%,平均AE减少了3.95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(ZH)法低估问题,但R(C)法在降水率>10 mm·h-1时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。
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  • 顾薇,陈丽娟
    2019,45(1):126-134[摘要(100)][PDF(78)2.51 M][HTML()]

    为更好地了解2018年夏季(6—8月)我国主要气候异常特征及成因,本文利用我国气象要素站点资料、再分析大气环流资料和全球海温数据分析了2018年夏季我国降水和气温的异常特征、东亚大气环流特征及海温对我国气候的影响。结果显示2018年夏季全国平均降水量较常年同期偏多9.6%,我国中东部地区降水呈现“南北多、中间少”的分布特征,北方和华南大部降水较常年同期偏多、长江中下游降水明显偏少。降水的上述异常特征受到东亚副热带和中高纬大气环流的共同影响。2018年夏季东亚副热带高空急流和西太平洋副热带高压位置都明显偏北,东亚沿岸由南至北为“负—正—负”的高度距平分布, 呈现出“东亚—太平洋型”遥相关负位相的特征,菲律宾附近对流层低层大气维持异常的气旋式环流,东亚副热带夏季风异常偏强。同时,欧亚中高纬度大气呈现“两槽一脊”的异常高度分布特征。在副热带和中高纬大气环流的这种配置下,我国北方地区以异常偏南风为主,有利于暖湿气流的输送,降水偏多;华南地区在偏强的热带对流活动影响下,降水也总体偏多;而长江中下游地区则以明显的辐散下沉运动为主,降水偏少。从外强迫因子来看,2017年10月至2018年4月发生的La Nina事件对东亚夏季风偏强及我国降水“南北多、中间少”的异常特征起到了重要作用。
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  • 曹越男,高拴柱
    2019,45(1):135-140[摘要(59)][PDF(54)4.51 M][HTML()]

    2018年10月大气环流主要特征如下:北半球极涡呈偶极型,中高纬地区西风带为4波型分布,西太平洋副热带高压较常年位置偏西。全国平均降水量为28.1 mm,较常年同期(35.8 mm)偏少21.6%。全国平均气温为9.9℃,较常年同期(10.3℃)偏低0.4℃,为近16年来同期最低。10月我国无大范围暴雨天气过程,江南及华南地区雨日较多。冷空气活动频繁,出现5次过程,较常年偏多。京津冀地区出现2次雾霾天气过程,相对往年秋、冬季雾霾偏轻。月内没有台风登陆我国。
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