ISSN 1004-4965

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2019年  第35卷  第5期

论著
资料同化对2017年登陆广东沿海台风的短期降水与路径预报影响
张诚忠, 薛纪善, 黄燕燕, 戴光丰
2019, 35(5): 577-586. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.052
摘要:
利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水预报、路径预报的影响。分析结果如下:雷达反演水汽同化后对未来24小时降水预报技巧均有正的改善,对台风路径预报影响不大;在此基础上同化地面、探空资料后对台风路径预报有改进,对降水预报改进不明显(与EXP1比)。通过诊断分析台风“玛娃”,发现模式初值场水汽的增量配合对流上升区有利于短时间内成云致雨,从而提高短时降水预报;地面及探空资料同化有利于登陆台风的短时路径预报。
台风“山竹”登陆结构变化及造成广西强降水异常分布的成因分析
覃武, 赵金彪, 黄荣成, 翟舒楠
2019, 35(5): 587-595. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.053
摘要:
利用地面加密自动站观测资料、多普勒天气雷达及NCEP格点再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆前后环境场、动力热力场结构变化特征进行了分析,并初步探讨台风造成广西强降水分布异常的成因。(1) 200 hPa南亚高压稳定维持、西南季风与越赤道气流、西太平洋气流卷入提供水汽和能量是台风登陆后强度减弱缓慢的重要因素。(2)台风登陆移入广西过程中,其中高层θse漏斗状结构、正涡度柱状结构维持,东侧和北侧低层有深厚入流辐合上升,高层有明显出流。(3)水平风场的不对称分布导致台风东侧到北侧存在明显的风向切变和风速辐合,出现垂直螺旋度正值中心和强水汽辐合区,对应有螺旋对流回波带发展、维持,这可能是“山竹”强降水出现在台风偏北侧的重要原因。(4)云贵高原冷空气的侵入加剧了热力不稳定,加上地形抬升增幅作用,导致桂北和桂西持续强降水。(5) “山竹”降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应,强降水主要出现在湿正压项(MPV1)负值中心附近和MPV1负值区与湿斜压项(MPV2)正值区相叠加的区域。
南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析
徐峰, 韩利国, 吕晶晶, 王晶, 涂石飞, 季倩倩, 张羽
2019, 35(5): 596-603. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.054
摘要:
利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。
基于不同重现期的南沙港区台风灾害风险评估
洪凯, 纪蔓梓
2019, 35(5): 604-613. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.055
摘要:
台风是对港口威胁最大、影响最广而评估难度最高的自然灾害之一,港口台风灾损评估对于国际大港密布的中国尤其重要。利用1997—2015年的台风气象观测资料及广州市南沙港区资产分布统计数据,采用国际减灾战略评估模型,重点测算致灾因子危险性和承灾体脆弱性,评估不同重现期下南沙港区台风灾害风险的分布特征和经济灾损状况。评估结果显示,南沙港区的台风风险水平呈现出空间非均衡性,二、三期工程风险水平较一期工程更高;当遇重现期50 a以下台风时,港区经济灾损较小,一旦超过100 a一遇等级,则可形成巨灾;港区不同部位的风险水平差异明显,其中供油、通信、空箱、给水、消防的风险水平偏高;在不考虑易损性前提下,500 a一遇台风可导致经济灾损达1.404亿美元。基于PGIS法将本地风险知识应用到GIS软件中,开展多种情景下南沙港区台风灾害风险评估的方法,可移植到其他港口的各类气象灾害损失研究。
西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征
张雅斌, 罗慧, 赵荣, 薛谌彬, 冉令坤, 高宇星, 刘波
2019, 35(5): 614-628. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.056
摘要:
基于同化多普勒雷达资料的WRF模式、地面加密观测、卫星云图和NCEP再分析资料等,分析总结2015年8月3日、2016年7月24日西安两次致灾短时暴雨过程环境条件、中尺度系统及动力因子指数特征。结果表明:关中处于稳定少动的西太平洋副热带高压西北边缘,上干下湿、午后低层大气超绝热状态,为短时暴雨提供了热力条件。西风槽与近地层切变线是暴雨直接影响系统。伴随冷锋过境,午后西北方向咸阳、铜川一带地面偏北风跃增是短时暴雨有利触发因子,强降水位于地面3 h正变压中心至东侧大梯度区附近。短时暴雨对流云团距离北部高空急流相对较远,无斜压叶状云系特征,降水对上升气流拖曳作用明显,云团TBB中心降至-65 ℃以下后,周边出现最大雨强。暴雨云团内部,霰粒子含量最大,冰粒子比其他粒子偏少一个量级以上,最强上升运动在霰粒子中心上方-30 ℃层附近、接近雪粒子中心;伴随整层雨水、霰和雪粒子含量5倍以上突增出现短时暴雨,雪粒子比雨水、霰粒子开始增多时段偏晚约1 h,其含量峰值与最大雨强同步。两次短时暴雨环境条件和中尺度特征差异明显。“0803”过程为切变线冷区暴雨,高空西风急流范围大、位置偏南,西太平洋副热带高压较弱,西风槽后偏北冷空气活跃,偏南水汽输送弱,关中地区中下层存在明显能量锋区和对称不稳定;云团内部冰相粒子明显偏多,雪粒子相对霰粒子占比偏高,冷空气入侵有利于冰相粒子快速生长;暴雨位于能量锋区和对流云团边缘、TBB最大梯度区附近。“0724”过程为切变线暖区暴雨,高空急流范围小、位置偏北,西太平洋副热带高压强盛,偏北冷空气弱,偏南水汽输送明显,关中地区中下层为位势不稳定;云团内部冰粒子偏少,雪粒子相对霰粒子占比低;暴雨位于对流云团内部、TBB中心附近。定义的垂直螺旋度指数VHI和散度垂直通量指数DVFI对暴雨落区预报具有较好的参考价值:大暴雨位于动力指数异常大值中心趋于集中且稳定少动的区域附近,动力指数小于200、中心分散且大值持续时间短的区域,降水不明显。
模式分辨率对台风“天鸽”(2017)模拟效果的影响
赵杨洁, 李江南, 董雪晗, 冯业荣
2019, 35(5): 629-643. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.057
摘要:
利用WRF模式,研究了模式水平和垂直网格分辨率对台风“天鸽”(2017)模拟的影响。结果表明:水平分辨率的改变会对台风路径造成一定的影响,这种影响与改变水平分辨率以后所引起的台风强度和结构的变化有关。使用更高的水平分辨率时模拟的台风强度往往更强。此外,改变垂直分辨率对台风的路径模拟也有一定的影响。采用双曲正切的垂直分层方法,提高垂直层数,模式大气的垂直分辨率都有增加,但是在低层和高层垂直分辨率的增加更大。低层和高层垂直分辨率增加,模拟的台风强度增强。模式的水平分辨率和垂直分辨率之间匹配才能比较好地模拟台风,双向嵌套模式在提高嵌套层数的同时也要增加模式的垂直分辨率。台风强度和结构变化密切相关,台风强度增强的重要原因是台风云墙随着分辨率的增加更加陡峭,垂直风速随着水平分辨率的提高逐渐增强。
浙江省大气扩散能力的时空分布特征
毛敏娟, 杜荣光, 齐冰
2019, 35(5): 644-651. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.058
摘要:
利用以美国环保部推荐的经典高斯扩散模型为基础建立的大气扩散能力定量评估方法,研究浙江省大气扩散能力分布及年际变化特征。研究结果表明,浙江省大气扩散能力呈北部较南部强、沿海较内陆强的分布特点,不同设区市大气扩散指数从大到小的顺序为舟山(3.25)>台州(2.69)>嘉兴(2.22)>宁波(2.19)>衢州(1.75)>金华(1.70)>绍兴(1.67)>湖州(1.46)>杭州(1.34)>温州(1.27)>丽水(0.59)。不同时间尺度大气扩散能力特征为:7月大气扩散指数最大,达到4.19,2月最小,为1.51;夏季大气扩散指数最大,为3.37,秋季次之,为2.73,春季第三,为2.44,冬季最小,为1.94;1980—2014年年均大气扩散指数呈明显的下降趋势,下降了1.40,下降幅度达到58.33 %,而且2000年之后的下降速率较之前大。不同设区市大气扩散指数年际变化特征存在较大差异,表现最明显的有:温州地区大气扩散指数下降幅度最大,舟山地区大气扩散指数虽然一直较其它地区大,但近几年下降幅度比较大;丽水地区大气扩散指数一直最小,但其降幅也最小。
基于历史资料的热带气旋大风定点预报及检验
李辉, 李晴岚, 黄典, 张蕾, 李广鑫, 张立杰, 张莉, 杨悦新
2019, 35(5): 652-663. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.059
摘要:
热带气旋是沿海地区最具破坏力的自然灾害之一。研究近海热带气旋对深圳三个重点港湾码头站的定量阵风预报。在前人研究的基础上,除了考虑热带气旋强度、热带气旋相对于气象台站的距离、方位角等热带气旋特性因素外,进一步详细分析了热带气旋尺寸对热带气旋引发重点区域的定点阵风预报影响。研究使用2014年以前的港湾码头站在热带气旋影响期间的小时极大风观测记录与各热带气旋特性因素建立预报模型,用2015—2018年的14个近海热带气旋对港湾码头站的小时极大风影响来检验预报模型的实用性。结果发现在进一步考虑了热带气旋尺寸因素对热带气旋引发定点大风影响后,预报模型可以精准地预报重点区域的最大阵风值,其预报结果可为行业气象风险评估提供有价值的参考。
夏季季节内振荡对西北太平洋台风活动的影响
钱苏伟, 赵立清, 王晓春, 李慧
2019, 35(5): 664-672. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.060
摘要:
利用夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BSISO)指数和台风密集度分析了夏季季节内振荡和西北太平洋台风活动的关系。台风密集度定义为一天内500 km范围内台风出现的概率,与台风经纬度位置相比,台风密集度可更灵活地表达台风生成及移动特征。结果表明夏季季节内振荡对台风活动有明显的调制作用。当夏季季节内振荡指数1(BSISO1)处于第1、5、6、7、8位相时,南海及菲律宾以东海域台风活动明显增强;当夏季季节内振荡指数2(BSISO2)处于第2、3、4位相时,西北太平洋台风活动也明显增强。当夏季季节内振荡处于这些位相时,台风活动增强与南海及菲律宾以东海域环流气旋式异常、对流活动正异常相一致。
外来输送对江苏冬季PM2.5贡献的数值模拟研究
钱俊龙, 牛文胜, 查书瑶, 王璐璐, 陈潇潇, 周彬
2019, 35(5): 673-680. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.061
摘要:
利用WRF-Chem模式对2016年12月中下旬的两次重污染过程进行模拟,定量研究外来污染输送对江苏省PM2.5的污染贡献。15—17日和22—23日两次过程都存在明显的上游污染输送特征:宿迁、扬州、无锡(自西北向东南)的PM2.5浓度先后出现峰值,峰值均出现在西北风场中,当风向转为偏北风时峰值逐渐减弱。第二次过程中地面风力更大,高空形势更有利于远距离输送,高值区范围强度明显强于第一次,重度污染层厚度达到900~1 500 m,且持续时间较长。第一次过程中江苏省内排放源贡献率为23%~79%(第二次为5%~32%),苏南仍以本地排放源污染为主,苏北外来输送贡献率超过50%。第二次过程中宿迁、扬州、无锡的PM2.5外来输送贡献分别为105.9 μg/m3、83.1 μg/m3、64.8 μg/m3(第一次为40.2 μg/m3、20.9 μg/m3、11.1 μg/m3),山东省和京津冀地区排放源是主要污染输送来源,二者贡献之和在44%~70%。两次过程中,外来输送贡献均是自北向南递减,山东省贡献率高于京津冀地区,而其余周边省份的贡献率相对较低;安徽省对江苏西部城市的贡献率较高。
华南一次强对流天气过程中环境条件对MCS形态特征的影响
胡宁, 汪会
2019, 35(5): 681-693. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.062
摘要:
2014年5月22日华南地区出现了一次大范围强对流天气过程,该过程中出现了两个中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)MCS-A和MCS-B,两个MCS表现出迥异的形态特征,产生了不同的强对流天气。利用多源观测资料以及高分辨率数值模式分析了环境条件对于MCS形态特征的影响,结果表明:(1)广西夜间到凌晨边界层顶附近强盛的低空急流,使得MCS-A在北部山区出现后向建立(BB, back building)的形态特征,有利于大量级的短时强降水的出现;(2) MCS-A进入广西平原地区以后,强盛的边界层以上的低空急流使得能量垂直廓线的极大值在边界层高度以上,且风垂直切变特征不利于冷池前方的垂直运动发展,冷池前方无法连续触发对流,MCS-A逐渐演化成线状对流/层云伴随(TL/AS, Training Line/Adjoining stratiform)的形态特征,而后消亡;(3)在广东,能量极大值出现在大气底层,环境风廓线有利于冷池前方垂直运动发展,进而触发新的对流,新生成的MCS-B呈现典型的层云拖曳型(TS,trailing stratiform)形态,最终形成飑线,造成雷暴大风天气。
广西贵港地区极端高温日的时间变化特征及其环流背景
何林宴, 简茂球
2019, 35(5): 694-708. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.063
摘要:
极端高温事件是我国南方夏季频发的天气灾害,区域性明显,持续性高温事件的环流背景及其影响机理值得深入研究。基于台站观测资料和欧洲中期天气预报中心的再分析资料,对1961—2010年广西东南部贵港地区发生的高温事件的时间变化规律及持续性高温天气过程对应的大气环流场演变进行了统计诊断分析。(1)广西东南部贵港地区的高温日主要出现在6—9月,其中7—8月是高温日频发的月份;3天以上的持续高温日数占总高温日数的6成;8—9月的高温日数具有明显的增加趋势。(2)桂东南在6—9月的持续性高温天气与一些特定的天气系统的存在有紧密联系。持续的下沉运动是造成广西东南部升温的主要原因,而导致垂直下沉运动的主要原因又与大陆高压、副热带高压或南海-菲律宾海出现的热带低压系统的北移路径偏东有关,持续时间较长的高温过程还与热带气旋的活动时间较长和强度偏强有关。(3)高压控制的晴空少云天气可导致地表接收更多的太阳辐射,使得地表温度的升高,从而导致地表向上的长波辐射及感热通量增强,加热近地面空气,这些有利于近地面升温的热力过程以及垂直下沉绝热加热过程的增强,使得高温天气过程得以维持。
东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系
窦慧敏, 丁治英, 沈新勇, 高松, 郭春燕, 李小凡
2019, 35(5): 709-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.064
摘要:
利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。