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北京一次罕见1月初雪过程的复杂降水相态成因分析

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气象 2024年第8期50卷 905-916页

作者：荆浩赵桂洁于波翟亮郭锐王媛媛李桑何娜杨艺亚北京市气象台北京100097

2023年1月12日的降雪为北京近42年来首次出现在1月上中旬的初雪,期间降水相态经历了复杂的变化。应用多种常规观测资料和云雷达、微雨雷达等新型探测资料以及ERA5再分析资料,对此次过程进行分析,并重点探讨相态变化成因。结果表明:850 ... 详细信息

2023年1月12日的降雪为北京近42年来首次出现在1月上中旬的初雪,期间降水相态经历了复杂的变化。应用多种常规观测资料和云雷达、微雨雷达等新型探测资料以及ERA5再分析资料,对此次过程进行分析,并重点探讨相态变化成因。结果表明:850 hPa以下偏南暖湿急流输送了丰富的水汽,但动力抬升较弱导致降水量不大,而近地层冷垫的缺失不利于全市范围转雪和降雪的维持;0℃层高度的东西差异是北京西部为雪、东部为雨的主要原因,融化和蒸发过程引起的冷却效应导致0℃层高度快速降至500 m以下使得平原地区转雪,>0℃暖层增厚和融化层以上雪花尺度与密度的减小导致平原相态由雪转为雨;针对复杂的降水相态转换,确定性模式无法准确刻画融雪过程,而短期时效内集合预报可弥补确定性模式的短板;综合应用云雷达、微雨雷达和微波辐射计等探测资料,可提高对云中成雪和边界层融雪的判断准确性,有助于提升临近时段降水相态的预报准确率。

关键词：初雪降水相态 0℃层高度云雷达微雨雷达

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哈密市伊吾县峡沟水库集水区汛期降水特征

干旱区研究 2024年第5期41卷 753-764页

作者：杨霞江远安张林梅李朋伦肖俊安新疆维吾尔自治区气象台新疆乌鲁木齐830002

水库对区域经济发展和人民生活都具有重要作用,近年来新疆极端降水频发,对水库安全影响较大,目前针对新疆水库降水的研究较少,不能有效为水资源利用和水库调度等提供科学参考。本文利用伊吾国家气象站1961—2022年逐日降水资料和2009—2... 详细信息

水库对区域经济发展和人民生活都具有重要作用,近年来新疆极端降水频发,对水库安全影响较大,目前针对新疆水库降水的研究较少,不能有效为水资源利用和水库调度等提供科学参考。本文利用伊吾国家气象站1961—2022年逐日降水资料和2009—2022年逐小时降水资料,分析新疆哈密市伊吾县峡沟水库集水区不同时间尺度和不同等级降水的长期变化特征,结果表明:(1)1961—2022年汛期,峡沟水库集水区平均降水量呈弱增加趋势,最大连续无降水日数呈显著增加趋势;总降水日数和最大连续降水日数均呈显著减少趋势,降水量增加,降水日数显著减少,可能导致该区域的降水强度进一步增强。(2)汛期降水以小雨为主,过去62 a,该区域小雨和中雨的日数呈减少趋势,大雨和暴雨的日数呈增加趋势;暴雨雨量占汛期总降水量的比例最高接近50.0%,暴雨雨量增加是峡沟水库集水区汛期降水量增加的主要原因。(3)降水量日变化呈现随降水等级加强,大值时段逐渐前移的特征,即小雨的大值时段出现在下午,中雨在中午,大雨在上午,暴雨在早晨。除暴雨外,其他等级降水频次的高值时段均在白天。各等级降水平均降水强度的日变化曲线均呈多峰型,且差异较大;小雨和中雨的累计降水频次与累计降水量的关系比降水强度更密切,大雨和暴雨的平均降水强度与累计降水量的关系则比累计降水频次更密切。

关键词：不同时间尺度不同等级降水汛期峡沟水库

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华东地区一次高空冷平流强迫型强对流分析

气象 2024年第7期50卷 818-834页

作者：王芳沈杭锋樊李苗高梦竹汪子琪杭州市气象局杭州310051 黑龙江省气象台哈尔滨150001 浙江省金华市气象局金华321000

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、FY-4卫星等资料,对2020年4月12日华北冷涡后部中低层一致西北气流背景下,在华东地区出现的大范围对流大风天气进行了诊断分析... 详细信息

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、FY-4卫星等资料,对2020年4月12日华北冷涡后部中低层一致西北气流背景下,在华东地区出现的大范围对流大风天气进行了诊断分析。结果表明,12日上午冷空气大风南下之后,下午华东处于中层冷平流、低层暖平流的有利热力背景条件下,在850 hPa与500 hPa温差大值区内,由山东、江苏交界一带的干线触发了对流;对流系统在东移南压过程中因水汽条件转好、中层风速增强、阵风锋的合并及杭州湾特殊海陆分布等有利条件下明显加强,使得江苏、安徽东南部、浙江北部等地在冷空气大风之后再次出现了大范围对流大风天气,并在舟山群岛附近出现13级极端大风;其灾害性大风出现在对流系统回波缺口处及其东北侧回波附近,由后侧入流急流及风暴内强烈的下沉辐散、光滑下垫面、快速移动的对流系统以及系统内小尺度下击暴流叠加造成。

关键词：冷流强迫干线加强机制极端大风

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北京地区3次对流下山增强过程的云参数特征

应用气象学报 2024年第4期35卷 429-443页

作者：杨艺亚雷蕾仲跻芹翟亮荆浩郭锐北京市气象台北京100097 北京城市气象研究院北京100089

利用FY-4A资料,识别北京地区3次对流下山加强过程(2021年7月1日、2022年6月12日和2022年8月4日)的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS),结合京津冀自动气象站降水资料、中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA-BJ)产... 详细信息

利用FY-4A资料,识别北京地区3次对流下山加强过程(2021年7月1日、2022年6月12日和2022年8月4日)的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS),结合京津冀自动气象站降水资料、中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(CMA-BJ)产品分析MCS云特征以指示MCS的形成、成熟阶段和演变特征。结果表明:形成阶段MCS面积增长缓慢,红外亮温梯度大,亮温值快速下降,最低值小于-65℃;成熟阶段MCS面积迅速增大,面积最大时地面短时强降水站数最多,但变温区面积、降温幅度和亮温梯度均小于形成阶段。水汽与红外亮温差(简称亮温差)可表示对流云发展强度,亮温差随时间变化呈缓慢波动增长-快速增长-稳定维持的特征,指示MCS不同发展阶段。MCS形成阶段后期,云顶高度升高,红外亮温和水汽亮温下降,亮温差接近于0℃;MCS成熟阶段,云顶高度、红外亮温和水汽亮温均达到极值,高空出流明显,云团面积增至最大。以上特征可揭示北京地区对流下山过程中MCS的发展阶段,为判断MCS强度变化和地面强降雨、大风落区提供参考。

关键词：中尺度对流系统(MCS) FY-4A静止卫星亮温对流下山

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基于机器学习的格点气温预报订正方法

气象 2024年第1期50卷 103-114页

作者：方鸿斌王珊珊王晓玲谭江红鲁礼炳武汉中心气象台武汉430074 湖北省襄阳市气象局襄阳441022 湖北省荆州市气象局荆州434022

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温... 详细信息

使用2017年9月至2021年3月国家级业务化运行的智能网格实况分析产品和欧洲中期天气预报中心全球模式(EC)产品,根据湖北省的地理分布特征构建6个分区,采用基于LightGBM机器学习算法建立的气温预报方法,生成湖北省0.05°×0.05°格点气温预报产品。利用2021年4—9月的预报产品和格点实况资料进行检验,结果表明:基于机器学习的气温预报方法(MLT)取得了较好的预报效果,其在0~72 h时效内优于中央气象台下发的气温精细化指导预报(SCMOC)和EC产品;MLT在山区的误差较平原大,但山区的订正幅度大于平原,日最高气温的订正幅度大于日最低气温的订正幅度;4—9月MLT、SCMOC、EC产品的平均绝对误差(MAE)日变化都呈现了白天偏高、夜间偏低、午后凸起的单峰特征,MLT的MAE值较SCMOC和EC产品的更低,并且在转折性天气中仍具有优势;站点检验与格点检验结论一致,基于格点建模的气温预报产品对站点预报同样得到了订正。机器学习在格点气温的模式订正方面可以作为一个行之有效的手段。

关键词：格点气温机器学习特征选择分区建模

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京津冀地区臭氧与温度的关系研究

中国环境科学 2024年

作者：朱晓婉刘湘雪吴进邱雨露李颖若马志强上甸子国家大气本底站北京城市气象研究院北京市气象台

自2008年奥运会和2013年“大气国十条”实施以来，京津冀地区前体物和细颗粒物(PM2.5)的浓度有明显下降，但臭氧(O3)浓度整体上呈增长趋势。利用2004-2020年京津冀地区多站点污染物和气象数据进行统计分析发现，O3随温度的变化率(mO3-T)... 详细信息

自2008年奥运会和2013年“大气国十条”实施以来，京津冀地区前体物和细颗粒物(PM2.5)的浓度有明显下降，但臭氧(O3)浓度整体上呈增长趋势。利用2004-2020年京津冀地区多站点污染物和气象数据进行统计分析发现，O3随温度的变化率(mO3-T)和O3随温度变化的加速度(ΔmO3-T.)在2016年之后出现显著上升。对比2016年前后两个时期(2010～2015年，P2；2016～2020年，P3)的区域气象条件发现影响mO3-T和ΔmO3-T出现升高的主要气象因素为高温。P3时期的高温日数出现频率比P2时期偏高0.6%～5.1%。这种高温天增多与京津冀平原地区在P3时期易受焚风影响有关。P3阶段具有焚风条件的日数发生频率是P2时期的2.7倍，焚风条件下高温日的发生频率是非焚风条件下的1.0～1.9倍。与京津冀其他地区不同的是，北京地区在P2和P3时期 mO3-T均呈现逐年下降的变化特征，但高温的作用仍体现在ΔmO3-T的逐年升高上，意味着一旦气象条件有利于O3污染的发生，O3浓度会在短时间内达到峰值，从而使高浓度O3维持更长时间。

关键词：臭氧温度焚风气候惩罚因子

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广西初春双对流强降水带过程诊断分析

气象 2024年第8期50卷 917-928页

作者：覃皓范娇农孟松赖珍权翟舒楠刘乐刘晓梅庞芳周亦靖邱滋广西壮族自治区气象台南宁530022 南宁市气象局南宁530029

2023年3月25日20:00至26日08:00,广西出现一次双对流强降水带过程,与以往双雨带存在显著差异,主、客观预报均出现明显偏差。利用多源实况以及ERA5再分析资料,对此次过程进行了Rossby波能量频散、湿位涡及水平锋生强迫等诊断分析。结果表... 详细信息

2023年3月25日20:00至26日08:00,广西出现一次双对流强降水带过程,与以往双雨带存在显著差异,主、客观预报均出现明显偏差。利用多源实况以及ERA5再分析资料,对此次过程进行了Rossby波能量频散、湿位涡及水平锋生强迫等诊断分析。结果表明:该过程发生于大尺度环流调整背景下,中高纬地区源自极涡以及黑海的两支Rossby波列共同促进了东北地区的横槽在东移过程中逐渐转竖,引导冷空气补充南下。低纬地区南支槽在此期间逐渐东移,为广西地区冷垫之上的气层抬升提供动力条件,同时也促进低层冷暖空气在广西交汇。随着冷空气补充南下、惯性振荡促使偏南风向北推进,冷暖空气在广西一带交汇增强,大气湿斜压性增强使得湿位涡发展,导致出现条件对称不稳定层结。暖湿空气自南向北倾斜爬升至700 hPa附近条件对称不稳定区后与高空槽前正涡度平流相配合触发高架对流,使得北支对流带发展。冷空气深入南下后受广西特殊地形影响,等θ_(se)线与流场的有利配置形成拉伸变形效应导致锋生强迫,使得越南东北部南支初始对流触发。北部湾中部低层较大θ_(se)纬向梯度以及强垂直风切变造成较强湿斜压性,促进南支对流系统途经时组织化发展,并由于中层干空气夹卷形成弓形回波。预报中需重点关注数值模式对中层低槽的预报以及冷垫上的热力条件,以捕捉北支锋后高架对流发生发展的关键信息。

关键词：双对流带/双雨带高架对流条件对称不稳定惯性振荡锋生强迫

尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究

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大气科学 2024年第2期48卷 789-802页

作者：张涵斌史永强卢冰夏宇吴志鹏北京城市气象研究院北京100089 克拉玛依市气象局新疆克拉玛依934000 重庆市气象台重庆401147

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作... 详细信息

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果。试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。

关键词：重力波拖曳尺度适应数值天气预报参数化方案强风预报

浙江沿海基于浮标的有效波高分析和数值预报订正

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海洋预报 2024年第3期41卷 44-53页

作者：姚日升肖王星涂小萍朱佳敏周凯庞琦烨宁波市生态环境气象中心浙江宁波315012 浙江省气象台浙江杭州310057 宁波市气象台浙江宁波315012 宁波市北仑区气象局浙江宁波315826

基于2010年10月―2022年12月浙江沿海5个浮标站观测资料和2020—2022年欧洲中期天气预报中心细网格模式海浪和海面10 m风预报资料,对浮标站的风、浪相关性进行分析,对有效波高预报进行评估和订正方法研究。0~240 h预报偏差和均方根误差... 详细信息

基于2010年10月―2022年12月浙江沿海5个浮标站观测资料和2020—2022年欧洲中期天气预报中心细网格模式海浪和海面10 m风预报资料,对浮标站的风、浪相关性进行分析,对有效波高预报进行评估和订正方法研究。0~240 h预报偏差和均方根误差表明:模式对远岸浮标的预报比实况稍偏大,对近岸浮标预报则略偏小,预报不稳定性随预报时效的延长而增大。远离海岸的浮标站24 h预报与实况的相关性高于近岸站,两者的相关系数分别约为0.94和0.85。有效波高预报存在一定系统偏差,且是预报误差的主要来源。近岸浮标有效波高预报值小于观测值,远岸浮标的预报值偏差则随着有效波高的增大由正转负,负偏差的绝对值逐渐增大。对于远岸浮标,仅针对有效波高进行预报和实况的一元一次回归就有很好的订正效果,但近岸浮标受地形影响大,海浪预报的误差更大,同时引入有效波高和10 m风速作为预报因子,进行二元一次回归的订正效果更好。订正方程应用到同类型的周边海区浮标站仍然有很好的订正效果,可推广到浙江沿海同类型海区。

关键词：有效波高海面10 m风数值预报订正浙江沿海