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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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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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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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海陀山冬季降水天气分型及冬奥预报应用

气象 2024年第3期50卷 318-330页

作者：陶亦为张芳华胡宁胡艺刘珺柳春国家气象中心北京100081 中国气象局华风气象传媒集团北京100081 安徽省气象台合肥230031

基于2019—2021年1月1日至3月15日北京冬奥会延庆赛区(以下简称海陀山)降水观测资料和ERA5再分析资料,对期间34次降水过程进行天气分型,并对各天气型下不同海拔的降水实况特征开展统计分析。研究结果表明:冬季海陀山降水根据天气系统及... 详细信息

基于2019—2021年1月1日至3月15日北京冬奥会延庆赛区(以下简称海陀山)降水观测资料和ERA5再分析资料,对期间34次降水过程进行天气分型,并对各天气型下不同海拔的降水实况特征开展统计分析。研究结果表明:冬季海陀山降水根据天气系统及地形影响可分为偏北气流型、偏东气流型、低涡低槽型、回流低涡低槽型四种天气型。不同天气型下海陀山地形高度以下主要气流方向和强度、水汽垂直分布等条件,以及与地形相互作用使得不同海拔之间降水量、持续时间等呈现显著差异。偏北气流型受500 hPa槽后整层强偏北气流控制,形成越山气流,降水集中在高海拔地区;偏东气流型受低层偏东气流影响,降水集中在低海拔地区,以上两种天气型无天气尺度系统配合,由地形强迫作用主导,降水量不大、持续时间相对较短。低涡低槽型受高空东移低涡低槽作用,配合低层西南气流,高海拔降水量更多,同时该型也是海陀山冬季最主要的降水天气型;回流低涡低槽型受高空东移低涡低槽影响,配合降水前东风回流对低层增湿并起到冷垫作用,低海拔降水量更多,以上两种天气型均存在天气尺度系统,并叠加海陀山地形作用,降水量显著且持续时间长,会对赛事运行造成较大影响。上述特征统计结果在2022年北京冬奥会期间一次强降雪预报服务中得到验证和应用,证明上述结果可以在冬季海陀山复杂地形降水预报中发挥作用。

关键词：海陀山冬季降水降水垂直分布地形降水天气分型

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

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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

基于L波段探空观测的FY-4A云顶温度产品评估及其在冬季降水相态判识中的应用

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气象 2024年第1期50卷 59-70页

作者：赵渊明孙静漆梁波张燕燕上海中心气象台上海200030 清华大学北京100084 上海市宝山区气象局上海201901

利用2019—2021年冬季上海宝山站L波段探空资料对FY-4A云顶温度(CTT)产品进行评估,分析发现,FY-4A的云顶温度产品能够较好地反映单层云的云顶温度,对双层云或多层云的云顶温度则普遍高估(平均高估幅度超过14℃);当探空观测到的云顶高度... 详细信息

利用2019—2021年冬季上海宝山站L波段探空资料对FY-4A云顶温度(CTT)产品进行评估,分析发现,FY-4A的云顶温度产品能够较好地反映单层云的云顶温度,对双层云或多层云的云顶温度则普遍高估(平均高估幅度超过14℃);当探空观测到的云顶高度不超过6 km或云顶温度不低于-20℃时,FY-4A云顶温度产品误差较小,平均偏差约为3℃。根据2021—2022年冬季长三角地区地面站观测的降水现象统计云顶温度与降水相态的关系,并对典型个例进行分析,结果表明,云顶温度低是出现降雪的必要条件之一,绝大部分降雪出现在云顶温度低于-12℃的情况下。FY-4A的云顶温度产品时空分辨率高、精度尚可,可以辅助预报员判识雨雪落区,在雨雪转换过程的预报服务中有较大的应用潜力。

关键词：秒级探空 FY-4A 云顶温度产品降水相态冬季

智慧冬奥2022天气预报示范计划的实施与评估

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大气科学学报 2024年第3期47卷 361-375页

作者：陈明轩杨璐秦睿宋林烨李靖邢楠仲跻芹孙超王颖刘凑华窦以文孙成云时少英于波荆浩甘璐王宗敏北京城市气象研究院北京100089 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 北京市气象台北京100089 国家气象信息中心北京100081 国家气象中心北京100081 北京市气象数据中心北京100089 河北省气候中心河北石家庄050021

主要介绍了“智慧冬奥2022天气预报示范计划”(简称FDP)的运行与评估结果。此次FDP是在我国首次针对中纬度山区0~10 d冬季天气预报展开的示范计划,国内气象部门内外共22家单位、近40个数值模式或客观预报系统参与了该计划。FDP实现了实... 详细信息

主要介绍了“智慧冬奥2022天气预报示范计划”(简称FDP)的运行与评估结果。此次FDP是在我国首次针对中纬度山区0~10 d冬季天气预报展开的示范计划,国内气象部门内外共22家单位、近40个数值模式或客观预报系统参与了该计划。FDP实现了实时运行所需的多种源数据和多源数据产品的高效传输分发、监控、实时处理、综合集成显示。首次开展了次百米级客观预报、人工智能释用订正预报等新型技术在冬奥复杂山地赛场的实时示范应用,为冬奥气象中心和3个赛区预报团队提供了丰富多样和稳定可靠的高精度客观产品,有力支撑了高标准的冬奥气象服务保障。针对参与FDP产品的系统性检验评估发现,与模式系统原始预报相比,释用后的专项站点预报对平均风、阵风、温度、相对湿度等要素的预报误差明显减小。但是对于冬季复杂山地的降水、能见度预报,客观预报技术还有待进一步改进,而且站点解释应用效果不明显。此次FDP对风、温度、降水、能见度、相对湿度的最优预报检验指标(最小误差值),总体体现了目前国内在中纬度山区冬季天气客观预报的大致水平和现实能力,对于认识复杂山地冬季天气预报存在困难、提升高精度天气预报水平等具有极为重要的价值。

关键词：北京冬奥会天气预报示范计划 FDP 检验评估