ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2020年  第36卷  第4期

论著
一次广东典型龙舟水暴雨过程的扰动形势分析
钱维宏, 艾阳, 陈绿文, 粟晗
2020, 36(4): 433-443. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.040
摘要:
“龙舟水”期间的极端降水,常以近似平行的多条雨带出现,过量的降水会造成流域的或大范围的洪涝灾害。分解大气中的基本变量为瞬变气候与瞬时扰动两个部分,用后者揭示龙舟水期间强降水的区域分布特征。2020年6月5—9日出现在广东省中部和北部地区的多条近似平行的雨带和闪电高密度带只是华南和江南区域降水过程中的一个片段。分析结果表明:控制这片区域雨带活动的是南北两侧缓慢东移的扰动反气旋环流系统。在黄海扰动反气旋环流的南边缘和南海扰动反气旋环流的北边缘各形成了一条扰动风切变线与湿涡度扰动线对应,在它们之间形成了一个扰动低压气流区和其中的多个湿涡度扰动条带,决定了其中条状雨带的走向。分解欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品可以提前1~5天获得指示两个扰动反气旋环流系统和扰动低压气流区中湿涡度扰动分布的信息。
热带高分辨率模式(TRAMS-V3.0)技术方案及其系统预报性能
陈子通, 徐道生, 戴光丰, 张艳霞, 钟水新, 黄燕燕
2020, 36(4): 444-454. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.041
摘要:
在原模式版本TRAMS-V2.0的基础上,通过对三维静力参考大气、拉格朗日矢量投影、云降水物理和辐射等技术方案进行改进,并且针对高分辨率模式易产生强垂直运动和小尺度扰动等问题,引入水平扩散、垂直运动耗散等技术方案,同时优化模式动力物理过程各功能块的调用方式和一些技术参数,最终形成适合热带高分辨率的模式版本TRAMS-V3.0。批量测试表明,新版模式TRAMS-V3.0的预报性能明显优于TRAMS-V2.0,新版模式不仅对形势场和地面要素的预报误差较小,而且各量级降水预报的准确率也比较高,如48小时2 m温度预报RMS由原来的2.4 ℃降低为1.8 ℃,晴雨48小时预报准确率由原来的0.736提高到0.810等。基于TRAMS-V3.0建立的预报系统,实时业务应用中展现了系统在晴雨、暴雨、地面要素等方面预报的优势。并针对暴雨空漏报等问题进行了初步的分析,提出下一步技术改进的设想。
1961—2018年广东高温的气候变率及其与大气环流和海温异常的关系
伍红雨, 郭尧, 吴遥
2020, 36(4): 455-463. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.042
摘要:
利用1961—2018年广东86个国家气象观测站逐日最高气温资料,NCEP/NCAR月尺度再分析大气环流资料、海表温度资料(ERSST V5),国家气候中心大气环流指数资料,采用相关、合成、突变分析等方法分析了广东高温的气候变率及其与大气环流和海温的关系。结果表明,近58年来广东平均高温日数以3.0 d/(10 a)的速率显著上升,并在1998年发生增加的突变。广东高温日数具有显著的年际和年代际变化并且其对应的大气环流和海温的异常特征基本相同,但年际差异比年代际差异更加明显。在6—9月,对流层中高层位势高度正异常是广东高温日数偏多的一个重要原因,同时南亚高压和西太平洋副热带高压偏强、影响华南的偏北气流偏强,大陆高压加强也对应高温日数偏多。在5—8月,热带印度洋、热带西太平洋、南海海温偏高有利于广东高温日数增多。
基于优化样本组合的集合-变分混合同化方案研究
陈耀登, 郭闪, 王元兵, 臧增亮, 潘晓滨
2020, 36(4): 464-476. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.043
摘要:
为有效引入“流依赖”的背景场误差协方差,同时降低集合预报带来的计算量,尝试通过优选与同化时刻天气形势更相似的历史预报样本,并结合预报过程中的时间滞后样本,将两种样本引入集合-变分混合同化系统中,构建基于优选历史预报样本和时间滞后样本的集合-变分混合同化方案。单点观测理想试验表明,优选历史预报样本结合时间滞后样本,既能够缓解样本不足所导致的采样误差,又能够为同化系统提供“流依赖”的背景场误差协方差。连续一周的循环同化及预报试验结果显示,相较于ERA5资料和探空资料,三维变分方案整体表现稍差,样本组合混合同化方案分析场和预报场的均方根误差最小,且比仅用时间滞后样本的混合同化方案有所改进;降水评分整体也表现最优,尤其对中雨和暴雨的模拟改进较明显,较好地模拟出了强降水中心的强度和位置,且改善了降水过报的问题。
随机辐射参数化过程扰动方案对温度预报的影响
武天杰, 闵锦忠
2020, 36(4): 477-488. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.044
摘要:
数值模式中辐射参数化过程的不确定性是导致温度预报不准确的原因之一,为了在WRF集合预报系统中提高温度预报的效果,提出一种针对辐射参数化倾向的随机扰动方案(Stochastically Perturbed Radiation Parameterization Tendencies, SPRPT)。并将这种方法与多辐射参数化物理过程方案、多参数扰动方案及传统的随机物理过程扰动方案(SPPT)方法对比。针对2014年7月的温度模拟过程中,多辐射参数化物理过程方案虽然在700 hPa以下及地面2 m温度的预报上有较大离散度,但会增大温度预报的误差,但综合效果没有SPRPT方案好;扰动散射调谐参数可在一定程度上提高温度预报,但不显著;在同样扰动参数下,SPPT方案对温度的预报改进不明显。而SPRPT方案能显著提高集合预报系统的离散度,降低地面2 m温度的暖偏差。评分指出该方案对集合预报系统,尤其是在模式底层及近地面的温度预报上,改善明显。
基于空间回归的B样条拟合在地面气温资料质量控制中的应用
熊雄, 姚薇, 叶小岭, 张颖超, 杨帅
2020, 36(4): 489-498. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.045
摘要:
将B样条拟合算法引入到地面气温资料的质量控制当中,在分析地面气温资料空间相关性的基础上,提出一种基于空间回归的B样条拟合地面气温资料质量控制方法(SRT_BSF方法)。为了检验SRT_BSF方法的有效性及适应性,利用SRT_BSF方法对多个场景地面气温资料进行质量控制,并与反距离加权方法(IDW方法)和空间回归方法(SRT方法)进行比较分析。试验结果表明,SRT_BSF方法相对于IDW方法和SRT方法更能有效地标记出地面气温资料中的存疑数据,同时多组独立案例的分析结果说明SRT_BSF方法具有更好的稳定性和适用性。
2016年厦门机场一次爆发性浓雾的天气条件分析
罗忠红, 江航东, 梁升, 梁爱民
2020, 36(4): 499-507. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.046
摘要:
浓雾不仅严重威胁着航空运行安全,而且导致的航班延误和取消亦给航空公司和社会经济效益带来巨大损失,因此开展机场爆发性浓雾的研究具有重要的科学意义和应用价值。利用常规气象观测资料、ECMWF细网格精细化数值预报产品(简称EC)和NCEP全球再分析资料,对2016年4月16日21:03—17日8:13(北京时)发生在厦门机场的一次爆发性浓雾天气过程进行分析,结果表明:海风和地面长波辐射为本次浓雾爆发性形成提供主要热力冷却条件。雾前10 min海风风速的突增使空气过饱和度增大,促使了雾的生成和爆发性增长。潮湿土壤的蒸发提供了充足水汽,也是雾第二次爆发性增长的直接原因。850 hPa以下显著增温增湿和700 hPa下沉运动维持了贴地强逆温,为雾爆发性形成提供了极稳定的层结条件。EC对此次浓雾形成的重要因子预报能力差异较大,虽然能准确预报海风的形成和机场入夜后云量的骤减,但对于海风预报的稳定性有待提高。
ASCAT反演风场与华南及南海站点观测对比分析
郭春迓, 钟水新, 胡亮, 涂静, 陈超, 刘春霞, 冯沁
2020, 36(4): 508-517. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.047
摘要:
利用2014—2017年华南沿海及南海的浮标站、海岛站、石油平台站、沿海自动站等277个自动站风场数据,与ASCAT反演风场进行了对比分析。结果表明,当观测风速小于5 m/s(大于15 m/s)时,ASCAT反演风速的平均绝对误差在3 m/s左右(存在2级左右的高(低)估);当风速介于5~10 m/s时,平均绝对误差在2 m/s左右(多数ASCAT有1~2级的高估);介于10~15 m/s时,ASCAT反演结果相对最好,风速、风向准确率能够达到60%以上。ASCAT对风速的反演结果受陆地影响较大,与观测风速的相关系数从高到低可分为三类:(1)浮标、平台站;(2)西沙、南沙自动站;(3)广东沿海自动站及海岛站、海南海岛站。ASCAT反演风场在风向的应用较风速更优,其中,东北风样本数最多,其次分别为西南风、东南风和西北风。浮标站、平台站、西沙自动站的风向反演质量相对较好;所有测站风向偏差主要由5 m/s以下的弱风贡献。单站多年月平均风速变化显示,ASCAT反演风速相对测站主要为正偏差,且秋冬季比春夏季偏差更大,这可能与大气稳定度有关。
云凝结核浓度对不同强度南海热带气旋强度影响的个例模拟研究
罗栩羽, 夏冬, 高斯, 谭浩波
2020, 36(4): 518-527. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.048
摘要:
利用云分辨天气研究和预报模式(CR-WRF)模拟在清洁大气和污染大气下,气溶胶的云凝结核作用对不同强度南海热带气旋(TC)的强度变化影响,对比分析了动力结构和微物理结构的变化。(1)在污染大气环境中,更多气溶胶能进入到弱TC内部云带区,并充当凝结核作用,TC内部各相态水凝物含量都有明显增多, 释放潜热有利于TC内部的对流发展,弱TC中心海平面气压下降,强度加强。(2)在污染大气环境中,气溶胶主要影响强TC的外部螺旋云带区;外部云带区各相态水凝物增多,释放潜热有利于该处对流的发展;外部云带区对流与云墙区内对流形成竞争,导致入流减弱,云墙区内上升运动减弱,强TC中心海平面气压上升,强度减弱。
基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析
苟阿宁, 高正旭, 侯静, 韩芳蓉, 刘文婷, 张文言, 张文刚
2020, 36(4): 528-541. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049
摘要:
利用常规观测、加密自动气象站、三维闪电定位仪、天气雷达和地基微波辐射计资料等,对湖北冷季(2014年11月)发生的3次高架雷暴过程进行了分析。(1)3次过程发生在地面冷锋后部地面冷气团中,主要以短时强降水和频繁的雷电活动为主,是典型的冷季“高架雷暴”,对流区位于地面冷锋后部500 km左右。(2)地面到925 hPa的冷垫,迫使暖湿气流爬升,在925 hPa逆温层附近触发对流,冷垫之上西南暖湿气流越强,对流越旺盛,雷达径向速度剖面可以明显看到1 km之下的冷垫。(3)冷季高架雷暴雷电活动剧烈,CG(地闪)占总闪比例60%以上,而+CG则占CG的40%左右,闪电频次和降水有很好的时空对应关系,CG出现在较强降水中心附近及周围,IC和CG突增对降水均有一定的时间提前量。CG更靠近强回波中心,且和≥30 dBZ的回波位置对应较好,IC则分布在雷暴单体外侧回波强度≥15 dBZ的区域。0 ℃等温线以上的(最大)回波强度达到43 dBZ以上或者18 dBZ回波顶高超过7.5 km是湖北冷季高架雷暴是否发生雷电的重要预警因子。(4)地基微波辐射计温度、湿度廓线和探空曲线基本吻合,可以看到明显的冷垫、逆温层及西南急流。基于微波辐射计资料计算的不稳定指数变化特征对冷季高架雷暴的短临预报有重要的实际应用价值。当A指数、TT指数、K指数和T850-500出现快变抖动时,伴随抖动加剧可以判断将会有雷暴天气发生,当波动曲线开始下降并变得平稳,表示雷暴减弱消亡;θse 850在雷暴出现后跃增并在320 K附近抖动,雷暴结束后下落到290 K的平稳状态;Td850在雷暴活跃阶段近乎为0 ℃;T850-500在雷暴发生前是一个缓慢下降的过程,雷暴结束后大气趋于稳定。
基于改进DBSCAN聚类算法的雷暴单体三维结构识别技术介绍
闫文辉, 黄兴友, 赵钰锦, 杨涛, 倪洪波
2020, 36(4): 542-551. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.050
摘要:
雷暴是一种严重威胁飞行安全的天气系统,利用地基多普勒天气雷达反射率因子数据和改进的DBSCAN聚类算法对雷暴单体的三维结构识别及特征量计算进行了研究,并在地基平台上对雷暴单体识别算法的有效性进行了验证分析。识别算法核心是将插值后的反射率因子三维网格数据作为输入量,采用多层反射率因子阈值基于改进的DBSCAN聚类方法识别所有等高面上的雷暴分量,并进行结构元素为3×3的腐蚀膨胀运算及雷暴分量特征核心提取,最后基于雷暴分量重叠面积进行垂直关联。结果表明:相对于SCIT算法,雷暴单体识别算法减少了雷暴分量识别的复杂性,可很好地识别任意形状的雷暴单体;使用多层阈值及特征核心提取技术可识别雷暴簇中的雷暴单体;利用腐蚀膨胀技术可解决雷暴单体虚假合并现象。算法可应用于民航机场雷暴的识别和预警。
热带气旋"凤凰"(2014)的结构演变及其引起的海洋响应分析
刘甫, 明杰, 张翰, 田娣
2020, 36(4): 552-561. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.051
摘要:
利用日本多功能运输卫星(Multi-functional Transport Satellite,简称为MTSAT-2)逐小时云顶亮温资料、Climate Prediction Center Morphing Technique(CMORPH)逐3小时降水资料及南海北部的现场观测资料,对2014年第16号热带气旋"凤凰"的结构演变和远距离洋面上的海洋响应特征进行了研究。结果表明:高空环流形势场的变化主导了"凤凰"的移动方向,调整其云系结构;"凤凰"过境期间测站处气压和气温明显下降,风速和相对湿度有所增加,并伴随有多次阵性降雨过程,最大降雨量可达174 mm/h;"凤凰"引起的强混合的热泵作用导致测站处海洋混合层冷却加深,三个站位观测到的最大海表面降温分别为0.53 ℃(站位2)、0.50 ℃(站位4)、1.18 ℃(站位5);"凤凰"期间海表面盐度下降,且强降盐过程与降水时段具有较好的时间一致性,降水时段内,三个站位观测到的表层最大降盐量分别为0.557 psu(站位2)、0.407 psu(站位4)、0.773 psu(站位5)。
广东一次飑线过程中一个雷暴单体成熟阶段的电荷结构演变特征的数值模拟
甘明骏, 郭凤霞, 黎奇, 刘泽, 张坤, 蔡彬彬
2020, 36(4): 562-576. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.052
摘要:
为了进一步印证以往观测反推得到的广东地区雷暴云多偶极性电荷结构的结论,利用加入了起放电参数化方案的WRF模式,模拟了广东在2017年5月8日发生的一次飑线过程,并对这次飑线过程中一个雷暴单体成熟期的电荷结构演变特征进行分析,通过分析动力、云水含量、各水成物粒子混合比及携带电荷情况,讨论了电荷结构的形成及演变机制。结果表明,成熟阶段的单体,电荷结构从三极性逐渐演变为偶极性。这是因为在成熟初期,霰粒子在有效液态水含量适中且温度较高的地方与冰晶/雪花粒子发生了非感应碰撞,因此底部霰粒子携带正电,雷暴云底部形成次正电荷区,电荷结构为三极性。而在成熟后期,由于丰富的云水含量,使冰粒子的凇附过程增强,霰不断增加,冰晶和雪花不断被消耗,温度较暖区域与霰共存的冰晶和雪花急剧减少,使得该区域大小冰粒子的非感应碰撞起电急剧减少,此处霰粒子不能再通过非感应碰撞获得正电荷,底部次正电荷区随之消失,雷暴云的电荷结构转变为偶极性。此结果和以往观测反推得到的结论不同,这表明,对南方雷暴电荷结构还需继续深入认识。