ISSN 1004-4965

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2020年  第36卷  第5期

论著
多普勒激光雷达探测台风“利奇马”边界层风场精度分析
史文浩, 汤杰, 陈勇航, 赵兵科, 汤胜茗, 杨文杰, 邬贤文
2020, 36(5): 577-589. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.053
摘要:
多普勒激光雷达在台风等强天气背景下的探测能力亟待研究,为此将多普勒激光雷达与70 m测风塔超声风温仪在同址同高度探测台风“利奇马”影响期间的边界层风场数据进行对比,并分析多普勒激光雷达的误差分布以及变化情况。结果显示:在高度70 m上,两者的水平风速、风向相关系数分别为0.97和0.99,垂直风速的相关系数为0.36。以超声风温仪为参考值,激光雷达水平风速、垂直风速和风向均方根误差分别为1.06 m/s、0.46 m/s和17.10 °。深入研究表明:降水对多普勒激光雷达测量水平风速和垂直风速误差均有一定影响。当激光雷达信噪比大于2 000时,各参量的误差与信噪比呈负相关关系。研究表明多普勒激光雷达至少可以较好地刻画台风环流内的水平风场结构及演变,可应用于台风外围环流影响下(即较弱降雨条件下)边界层风场的高分辨率探测和研究。
2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究
黄明策, 沈新勇, 刘会鹏, 李小凡
2020, 36(5): 590-602. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.054
摘要:
利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件(水汽、不稳定、抬升作用)差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量(CMF)指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θse线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θse线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱(梅汛)期,CMF指数低(高),变化平缓(剧烈),CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。
近海岸风速衰减特征及形成机理分析
姜瑜君, 杨程, 吴贤笃, 邓芳萍, 王丽吉, 李颖
2020, 36(5): 603-615. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.055
摘要:
为更好理解沿海区域近地面风速衰减规律及其内在机制并获取适用于业务观测风速数据的分析方法,通过引入内边界层厚度的发展机理,推导获得风速随离岸距离变化的数学解析拟合式。结合浙江省温州市境内一沿海区域6个自动气象站2014—2019年逐时风速观测数据应用该拟合式分析了风速随离岸距离的关系,结果表明不管是逐时风速还是逐日最大风速,其平均值均与离岸距离有着良好的负相关,并发现其衰减系数与风速有着密切关系。向岸流及离岸流的风速衰减特性均可以结合该拟合式用线性及幂数律拟合来体现,但后者可以更好地解释风速随离岸距离变化特征,并在较大风速(3~10 m/s)向岸流的背景条件下,获得合理可信的分析结果,说明该方法可以适用于近海岸区域风速观测数据的应用研究。
惠东高潭三次极端强降水过程成因对比分析
李明华, 陈芳丽, 李娇娇, 姜帅, 甘泉, 刘建龙, 曾丹丹
2020, 36(5): 616-625. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.056
摘要:
基于ECMWF的ERA-Interim全球大气再分析资料、MICAPS实况数据和广东省气象观测资料,对比分析了广东惠东高潭1979年、2013年和2018年的三次极端强降水过程的成因。结果表明:造成高潭极端强降水的影响系统有台风本体环流、登陆后的台风残余环流、季风低压外围环流等,其中2018年季风低压影响过程降水量最大;不同过程对流层低层强迫暖湿气流辐合抬升方式不同,分别为冷暖气流相互作用、西南季风和偏南季风地交汇、季风涌、边界层急流等;各过程中伴随的低空西南气流和偏南气流的风速大小差异明显,2013年台风残余环流影响时低空西南(偏南)风风速最大。相同点有:影响天气系统移动缓慢,并长时间维持,为极端强降水的发生发展和维持提供有利的动力条件;西南(偏南)季风、边界层急流或西南气流源源不断的水汽输送,为极端强降水的发展和维持提供了充足的水汽条件,同时低空暖湿气流的输送使得暴雨区大气层结不稳定状态长时间维持,利于持续性强降水的发展。研究结论可为今后高潭及其附近地区极端强降水的预报和决策服务提供理论支撑。
广东地区一次飑线过程的地面雨滴谱特征分析
冯璐, 陆海琦, 李丰, 刘显通, 肖辉, 潘晓, 夏丰
2020, 36(5): 626-637. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.057
摘要:
利用3台二维视频雨滴谱仪(2DVD)、广州S波段双偏振雷达以及C-FMCW雷达资料,分析广东地区2017年5月8日一次飑线过程不同降水部位的雨滴谱特征。根据雨强随时间变化,区分对流降水区,同时以对流降水区为分界线,将此次飑线过程划分为飑线前部、飑线中部和飑线后部。结果表明,飑线不同降水部位雨滴谱特征存在明显的差别。飑线前部,粒子谱分布变化剧烈,中小粒径的粒子居多,粒子数浓度较飑线中部偏低;飑线中部,粒子分布较分散,中等粒子比重较高,粒子数浓度最高,雨强的增加主要与雨滴数浓度有关;飑线后部,降水粒子分布较集中,且以高浓度中小粒子为主。另外,还研究了μ-Λ关系和Z-R关系。μ-Λ之间存在较好的二项式关系;不同降水部位Z-R关系差异较大,分别为Z=8.94R2.70Z=526.98R1.22Z=467.56R1.42。飑线不同部位雨滴谱演变特征存在一些明显差别,同时,同一部位不同空间位置也存在着一定的差异。
湛江极端低温事件特征及个例对比分析
胡蓓蓓, 胡娅敏, 李家林
2020, 36(5): 638-649. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.058
摘要:
利用广东湛江1951—2018年逐日气温资料、NCEP再分析资料和NOAA重建海温资料,分析近67年湛江冬季极端低温事件的特征,对比分析1967年1月、1975年12月和2016年1月三次极端低温事件过程的天气要素和环流特征,从ENSO和北极涛动(AO)方面探讨形成极端低温的原因。研究表明:1951—2017年平均最低气温和极端最低气温均呈增暖趋势,且极端最低气温比平均最低气温增暖更快。湛江冬季极端最低气温受东亚冬季风南北一致型模态影响,东亚冬季风一致偏强时湛江极端最低气温偏低,其关键环流系统为乌拉尔山及其以东地区的高压脊、贝加尔湖以南地区的低压槽和西伯利亚高压。进一步分析表明,三次冷空气过程受ENSO和AO的影响不同,其中1967年冷空气受东部型拉尼娜和AO负位相共同影响,1975年冷空气主要受中部型拉尼娜影响,2016年冷空气则主要受AO负位相影响。三次过程均以偏西路冷空气活动为主,都表现出对流层中层东亚地区位势高度偏低、对流层低层异常北风和西伯利亚高压偏强的特征。但高空环流形势不同,1967年冷空气过程为高压脊发展型,预报关键是槽后脊的发展时间;1975和2016年冷空气过程环流形势均为横槽转竖型,预报关键是阻塞高压崩溃、横槽转竖时间。地面受冷空气影响时间与925 hPa温度平流有较好的对应关系,但由平流降温造成的过程最低气温与850 hPa冷平流强度对应,过程最低气温往往发生在850 hPa冷平流最强的次日,另外还要关注辐射降温作用对最低气温的影响。
江门市城区臭氧浓度变化特征及气象影响因素分析
蒲义良, 吴斯敏, 叶朗明, 高玲玉, 王伟
2020, 36(5): 650-659. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.059
摘要:
基于2015—2017年广东省江门市城区臭氧浓度监测数据和气象观测数据,结合应用统计分析、聚类分析等方法,分析了江门臭氧浓度特征及气象影响因素,探讨了2017年江门臭氧严重超标的气象成因。2015—2017年,江门臭氧污染程度逐年加重,秋季臭氧浓度均值高于其它季节;37%的臭氧浓度超标日与西北太平洋或南海热带气旋活动有关,显著高于其它天气类型下超标日占比。臭氧浓度与白天气象要素相关性高于夜间,对臭氧浓度影响较大的气象要素有日照、相对湿度、气温。聚类分析得到6类气流轨迹,当气流轨迹为偏东(陆地)和偏北路径时,其受体臭氧浓度均值和污染气流轨迹占比显著高于平均值。2017年臭氧严重超标的气象成因是达到利于臭氧生成的气象条件阈值时数和日数显著高于以往,且途经江门以北和以东陆地的气流数目明显多于以往。
广东种植青枣气候适宜度评价
张柳红, 王华, 唐力生
2020, 36(5): 660-667. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.060
摘要:
为科学指导广东青枣种植及其精细化管理, 以青枣生长发育对光、温、水的需求指标为依据, 结合广东实际生产气候条件, 构建了青枣种植的光、温、水和气候适宜度模型, 定量评价1961-2019年广东青枣各生育期和全生育期的气候适宜度。(1)除清远和韶关北部山区因地势高易受极端低温影响外, 广东大部地区气候条件适宜种植青枣。(2)广东种植青枣历年气候适宜度介于0.49~0.66, 各气候因子气候适宜度以温度最高, 日照次之, 降水最低。(3)青枣各生育期以花期和抽梢期气候适宜度最高, 发芽期次之, 果实生长期和果实成熟期最低; 温度和日照适宜度由高到低的顺序为:花期>抽梢期>果实生长期>发芽期>果实成熟期; 降水适宜度由高到低的顺序为:抽梢期>花期>发芽期>果实成熟期>果实生长期。(4)降水是广东种植青枣的主要限制因子, 对果实生长期和果实成熟期的影响更显著, 未来青枣种植要十分注意秋冬季节的水分调控。
动力降尺度和多物理参数化方案组合对华南前汛期降水集合预报的影响研究
张凯锋, 王东海, 张宇, 吴珍珍, 李国平
2020, 36(5): 668-682. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.061
摘要:
针对华南前汛期降水过程,基于全球集合预报系统(GEFS)资料,利用WRF中尺度模式以及GEFS动力降尺度获取的区域集合预报初值场,通过多物理过程参数化方案组合和模式积分方法实现华南前汛期降水的区域集合预报。对2019年5月15日—6月15日共32天的华南前汛期降水过程进行了单一物理过程区域集合预报(REFS_SINGLE)和多物理过程区域集合预报(REFS_MULTI)的数值模拟批量敏感性试验,通过GEFS、REFS_SINGLE和REFS_MULTI的对比分析,探讨多物理过程参数化方案组合对华南前汛期降水的影响,同时利用一次华南前汛期暴雨过程进一步探讨集合预报试验的预报效果。结果表明:(1)REFS集合平均的预报效果明显好于控制性预报。(2)REFS降水集合离散度与预报误差的对应关系好于GEFS。(3)积分48小时后,REFS_MULTI和REFS_SINGLE的扰动能量分别是GEFS的4.7倍和6.3倍。(4)降水级别越大,REFS的TS评分效果就越好于GEFS;REFS_MULTI略微好于REFS_SINGLE。(5)基于32天的批量试验,REFS的AUC值有28天大于GEFS,REFS_MULTI有22天大于REFS_SINGLE,表明REFS的预报技巧好于GEFS,且REFS_MULTI的预报技巧好于REFS_SINGLE。
昆山市暴雨时空分布特征及设计暴雨强度公式推求
唐倩, 包云轩, 陈粲, 汪婷, 吴俊梅, 郁泰立, 郑欣飞
2020, 36(5): 683-698. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.062
摘要:
基于江苏省昆山市2008—2015年12个自动气象站逐分钟降雨数据和常规气象站小时降雨量数据,并选取5个代表站分别代表不同的生态系统,先对昆山市降雨和暴雨的时空特征进行分析,然后采用年多个样法进行暴雨选样,利用指数分布、皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布分析暴雨发生频率,最后使用高斯-牛顿法推求不同生态系统代表站的暴雨强度公式参数,结果表明:(1)昆山市各站点2008—2015年期间年降雨量都呈增长趋势,夏季降雨量最多、冬季最少,一天中01时(北京时间,下同)左右为降雨谷值,18时左右为降雨峰值,白天降雨多于夜晚; 在空间分布上,农田和城市生态系统的年降雨量、年降雨日数最多,湿地和湖泊生态系统较少。(2)暴雨日数年际差异大,年内暴雨主要集中在夏季,暴雨发生频次日变化呈“双峰型”分布,暴雨发生频次在02时和18时最多,09时和24时最少; 市区的暴雨日数空间变异系数大于郊区,且从市中心向外递减。(3)城市生态系统适宜采用皮尔逊Ⅲ型分布推求暴雨强度公式,其他类型生态系统适宜采用指数分布推求暴雨强度公式。
基于IWAP的广西干湿演变尺度效应与过程识别
田忆, 杨云川, 谢鑫昌, 廖丽萍, 韦钧培, 周津羽, 莫崇勋
2020, 36(5): 699-712. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.063
摘要:
伴随着全球变化和区域旱涝加剧,明晰最佳表达时间尺度,开展精细化旱涝演变监测和过程识别、支撑业务化精准预警是当前有效应对旱涝灾害的迫切需求。针对广西旱涝并存且频繁交替现象,采用距平改进的加权平均降水指数(IWAP)分析了区域日、候、旬、月、季尺度1961—2017年气象干湿演变监测的尺度效应; 并结合游程理论和极端事件强度-过程检测方法(EID)对典型干旱、湿润事件过程进行识别。结果表明:(1)时间尺度越小(如日、候),IWAP对广西大气干湿快速频繁交替波动和空间格局变化监测效果越好; (2)日与候尺度IWAP对广西干湿面积变化监测具有强正相关一致性,其他尺度间的相关性普遍较弱,季尺度结果存在较显著的累加抵消现象,数值明显小于其他尺度; (3)各时间尺度IWAP对广西总干旱、总湿润事件频次监测差异小于各尺度间同等级干湿事件的频次差异,日与候、旬与月尺度分别表达了广西干湿事件相近的演变模态和强度分布; (4)文中方法对广西干湿演变过程及起讫时间识别效果良好,且日尺度能更好地揭示骤发性干旱和突发极端降雨湿润现象。
研究通讯
基于粉丝偏好挖掘提升气象微博平台运维能力
陈晓宇, 高亭亭, 刘冠东
2020, 36(5): 713-720. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.064
摘要:
公众气象服务是政府公共服务的重要组成部分,而微博作为新时代下的新媒体服务,在广州市气象局的日常气象信息服务中发挥了重要作用。通过对微博渠道积累的数据及用户需求进行文本数据分析挖掘,发现许多影响微博受欢迎程度的用户偏好特征,运用联合分析得到各个特征的重要性排序,并以此提出新媒体运维指引以及提升公共气象服务的合理建议,从而在扩大微博影响力的同时增强广州市气象局公共气象服务的品牌影响力。