ISSN 1004-4965

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2019年  第35卷  第4期

论著
基于WRF-EnKF系统的雷达反射率直接同化对台风“天鸽”(1713)预报的影响
肖辉, 万齐林, 刘显通, 陈绍东, 王洪, 郑腾飞, 冯璐, 夏丰
2019, 35(4): 433-445. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.040
摘要:
利用基于中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)的集合卡尔曼滤波(EnKF,Ensemble Kalman Filter)同化系统直接同化广东地区雷达反射率资料,对2017年台风“天鸽”(1713,Hato)近海发展以及降水预报效果进行数值模拟分析研究。结果显示,直接同化雷达反射率资料后,台风的回波强度和范围有了明显改善,可更好地调整水汽场、水凝物和温度场。当台风风场和水汽场调整后,进入台风主体部分的水汽量显著增加,使得台风强度增强,台风中心最低海平面气压降低,与实况更接近。同化雷达反射率资料后,6 h和24 h降水强度和落区预报效果有显著改善,尤其是能提高大暴雨和特大暴雨量级的TS评分,此外地面2 m温度和2 m相对湿度的预报效果也有改进。
台风“艾云尼”(2018)外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征
李彩玲, 吴乃庚, 王硕甫, 蔡康龙, 李兆明
2019, 35(4): 446-457. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.041
摘要:
2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能(CAPE)、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:(1)两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。(2)与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。(3)两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片(TDS)特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。(4)佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。
1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析
黄先香, 炎利军, 王硕甫, 蔡康龙, 余乐福
2019, 35(4): 458-469. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.042
摘要:
2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18 km,持续时间23 min,平均时速47 km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37 min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1 km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5 min降压/升压幅度达-2.5 hPa/+2.1 hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1 km以下,可以考虑发布龙卷预警。
我国华南江南春季雷暴气候特征分析
杨波, 王园香, 蔡雪薇
2019, 35(4): 470-479. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.043
摘要:
基于我国华南江南地区274个基本地面气象观测站数据、全国闪电定位数据以及欧洲中心的全球大气再分析数据(ERA-Interim),对1981—2017年华南江南地区的春季雷暴日采用经验正交函数分解方法(EOF),并与气象要素场做回归分析。得出以下主要结论:(1)我国华南江南地区春季雷暴活动高发区主要在广西东部至广东西部;其高峰期在下午18:00和凌晨4:00左右,且大多数雷暴活动持续时间不超过3 h;山区雷暴活动主要在傍晚至夜间;平原雷暴活动主要在白天,高峰在17:00及06:00前后;(2)华南江南地区的雷暴活动存在着3~5年的短周期和16年左右的长周期变化;(3)雷暴日距平EOF分析的前3个主成分累计方差贡献达到72.3%。按其向量场的方差贡献分型,Ⅰ型表现为华南江南雷暴活跃特征呈现较统一的变化规律。深厚西南低涡槽前、上干下湿的水汽层结、上冷下暖的温度层结为华南江南地区发生大范围雷暴天气提供良好的动力、水汽和位势不稳定条件,是华南江南雷暴活跃异常的主要模态;Ⅱ型表现为从华南南部到江西与浙江南部有一条西南-东北向、下宽上窄的雷暴活跃正距平异常区,而两侧为负距平异常区。其环流特征表现为温度整层偏冷,水汽整层偏湿,而西南槽前动力抬升有利于水汽抬升凝结触发对流形成雷暴;Ⅲ型表现为华南和江南地区雷暴活跃特征呈南北反位相异常,其分界线在26 °N附近。其环流特征表现为较强的干冷空气南下与南方暖湿空气在南岭山区对峙形成异常的垂直环流圈。在其上升支,低层干冷空气被卷入中高层使得中高层暖湿空气凝结释放潜热形成对流,造成华南地区多雷暴发生,而江南地区处于垂直环流的下沉支,整层湿度偏干,造成江南地区雷暴相对偏少。
浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析
李文娟, 郦敏杰, 李嘉鹏, 彭霞云, 赵放
2019, 35(4): 480-490. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.044
摘要:
根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925 hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T850-500大于27 ℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,BliBCAPE等指示意义显著,而K指数和Si指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。
两类El NiÑo事件对华南前汛期降水异常的影响
李海燕, 孙家仁, 谌志刚, 梁之彦, 钟水新, 叶希莹
2019, 35(4): 491-503. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.045
摘要:
利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El NiÑo事件对华南前汛期(4—6月)降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP(CP)型相关的降水异常以偏多(少)为主;6月则相反,EP(CP)型的降水呈负(正)异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列(EAP)型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。
南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系
张妤晴, 林爱兰, 温之平
2019, 35(4): 504-516. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.046
摘要:
利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。
中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景
方浩, 乔云亭
2019, 35(4): 517-527. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.047
摘要:
基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。
台风Chanchu(0601)变性过程中的强度变化及环境场分析
刘珍圆, 王咏青, 张秀年, 周玉淑
2019, 35(4): 528-538. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.048
摘要:
利用非静力中尺度WRF模式模拟的台风Chanchu(0601)的输出资料,探讨了Chanchu减弱变性过程的强度及结构变化。分析结果表明:在台风Chanchu北移过程中,高层的暖心被破坏,强度快速减弱,眼壁对流发展高度降低,眼壁对流由对称结构演变为非对称,内核对流减弱。此减弱变性过程与惯性稳定度减小、垂直风切变增强、低层锋生等环境要素有关。惯性稳定度与台风强度变化一致,随着惯性稳定度降低,最大切向风减弱并不断外扩,Rossby变形半径增大从而潜热释放不集中难以维持台风强度,台风减弱;同时,内核区的高层暖心更易径向频散,从而高层暖心难以维持;环境的垂直风切变增强使台风的斜压性增强,台风垂直结构的倾斜度增大,对流发展高度降低;低层冷空气侵入台风中心趋于填塞,也利于台风强度减弱;台风登陆以后冷暖空气对比导致的锋生使得不稳定能量释放从而重新加强了Chanchu环流内的中低层对流活动,但较台风最强时刻而言对流强度减弱。总体减少的对流和降低的对流高度,导致潜热能释放减小,其向心输送也减少,不足以维持强暖心结构,最终使得台风减弱并变性。
气团订正对静止卫星成像仪资料同化在台风预报中的改进效果研究
郭姿佑, 秦正坤, 杜家铭, 陈华忠
2019, 35(4): 539-555. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.049
摘要:
基于美国台风预报系统(Hurricane Weather Research and Forecasting,HWRF),研究了气团订正方法对GOES-13/15静止卫星成像仪资料同化效果的改进作用,选取了2012年6月23日生成于大西洋地区的台风Debby作为研究对象,通过一组对照试验比较了气团订正前后台风路径和初始场相关物理量的差异,结果表明:气团订正能显著减小GOES-13/15静止卫星成像仪资料的系统偏差,明显提高台风路径的预报效果,气团订正使得预报的台风路径与观测路径的平均偏差和标准差降低了30%左右,提前6 h实现了台风路径的正确转向。物理机制分析表明,经过气团订正后的静止卫星资料增强了位于台风东南侧副热带高压的强度,同时增加了台风东部的温度和比湿,在引导气流和大气温、湿场的共同作用下,台风预报路径实现了正确转向。
全球大气温度廓线的统计特性分析
罗双, 尹球
2019, 35(4): 556-566. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.050
摘要:
利用欧洲数值预报中心发布的第三代ERA-Interim月平均再分析资料对1979—2016年全球大气温度廓线进行统计,分别探讨了南、北半球大气温度廓线平均值和标准差随季节、纬度和海陆的时空分布特征,并与国内外常用的AFGL标准大气廓线进行了对比。研究结果表明:南、北半球各高度层温度的平均值、频数最大温度区间和最大值垂直分布均随高度先减小后增加;在大气低层,多年的温度波动较大,200 hPa处波动达到最小;不论是北半球还是南半球,大气温度平均值廓线均具有典型的纬度差异,其中低纬度季节性差异较小,中纬度次之,高纬季节性差异最大;各季节大气温度廓线的海陆差异不同,且南半球海陆差异比北半球大。大气温度标准差廓线同样存在纬度、海陆和季节分布差异。根据ECMWF再分析资料构建的温度廓线较AFGL标准大气廓线而言具有更加丰富的时空分布等细节特征,并且代表了气候变化后最新的大气温度状况。有关结果可作为现有标准大气廓线的更新和完善,为新型卫星仪器应用性能评估、辐射传输算法和大气反演方法评价和对比分析提供支持。
广西TRMM降雨产品多时间尺度精度评估
杨星星, 杨云川, 邓思敏, 廖丽萍, 田忆, 莫崇勋, 陈立华
2019, 35(4): 567-576. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.051
摘要:
集合不同观测降水数据优势,获取更为精细化降水产品,可以更好地再现区域降水时空异质性,这也使得多源降水数据精度评估、校正及融合应用成为当前研究热点。从降雨时空一致性、降雨量误差、日降雨事件探测能力方面对广西TRMM降雨产品进行了精度评估,并对比分析了TRMM对干旱的评估效果。结果表明:(1)广西TRMM降雨产品与气象站观测降雨存在显著的时空相关性,日尺度相关系数最低为0.5~0.6,月、年尺度相关系数则均在0.7以上;(2)广西TRMM降雨量总体略偏大,其相对偏差主要在0~10%;(3)TRMM产品在广西地区的日降雨事件探测能力优于全国平均水平,尤其在强降雨月份POD>0.75,但也存在降雨量较少的冬季月份准确率显著下降的现象。(4)TRMM降雨产品在广西干旱强度监测方面,能够揭示区域干旱的时空尺度效应和强度累积效应,具有比有限地面站点数据更精细化的空间异质性表达。相关成果有望促进区域多源降雨数据的校正及融合应用研究,为区域更有效的旱涝灾害评估、预报预警等提供科学支撑。