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北京“23·7”极端强降雨特征和成因分析

气象 2024年第5期50卷 616-629页

作者：荆浩亢妍妍吴宏议雷蕾郭锐赵玮于波北京市气象台北京100097

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明:“23·7”极端强降雨累计降水量(331... 详细信息

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明:“23·7”极端强降雨累计降水量(331 mm)和单点最大降水量(1025 mm)均打破历史纪录,最大雨强(126.6 mm·h^(-1))排名历史第二位,具有显著的极端性。强降雨可分为5个阶段,其中第Ⅱ和第Ⅳ阶段降水量分别占过程累计降水量的37.1%和39.7%,第Ⅳ阶段雨强更大,对应急流更强,高温、高湿特征也更明显。地形对降雨的增幅作用显著,降水量在海拔100~300 m山区迅速增加,极大值出现在海拔约400 m的山区,第Ⅱ(第Ⅳ)阶段山区平均降水量和小时雨强分别是平原的2.1(3.0)倍和2.0(2.7)倍;第Ⅱ阶段主要为地形对急流的直接抬升,第Ⅳ阶段为地形绕流辐合和直接抬升共同作用。7月31日上午(第Ⅳ阶段)边界层急流出口区与低空急流入口区耦合导致低层上升运动增强,促使西部山前β中尺度对流系统由块状发展成线状并有γ中尺度涡旋产生,该β中尺度对流系统北上时形成短暂的列车效应,引发了西部山区8个站次100 mm·h^(-1)以上的极端短时强降水。

关键词： “23·7”极端强降雨地形作用低空急流中尺度对流系统 γ中尺度涡旋

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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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

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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

芜湖市一次引发严重内涝暴雨过程的水汽输送特征

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大气科学学报 2024年第3期47卷 486-497页

作者：付伟魏秋实邱学兴司红君安徽省芜湖市气象局安徽芜湖241000 安徽省无为市气象局安徽无为238300 安徽省气象台安徽合肥230031

基于自动气象观测站降水数据、中国降水数据集、ERA5再分析资料及NCEP/NCAR再分析数据,使用水汽收支分析、HYSPLIT后向轨迹追踪和水汽输送贡献率等方法对2022年6月5日凌晨芜湖市一次引发严重内涝暴雨过程的水汽输送特征进行了分析。结... 详细信息

基于自动气象观测站降水数据、中国降水数据集、ERA5再分析资料及NCEP/NCAR再分析数据,使用水汽收支分析、HYSPLIT后向轨迹追踪和水汽输送贡献率等方法对2022年6月5日凌晨芜湖市一次引发严重内涝暴雨过程的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程出现在200 hPa分流区和850 hPa低空急流左前方,500 hPa冷空气在低空急流出口北侧不断激发对流云团,形成强降水。高层辐散和低层辐合增强了水汽的水平辐合和垂直输送,西南低空急流持续加强,将水汽不断输送至暴雨区,为暴雨的出现提供了必要的水汽条件,使芜湖市在强降水发生前水汽充沛,湿层深厚且持续增湿。暴雨出现时大气可降水量、850 hPa比湿、水汽通量和水汽通量散度分别达到71.0 kg·m^(-2)、16.0 g·kg^(-1)、15.0 g·hPa^(-1)·cm^(-1)·s^(-1)和-3.0×10^(-6)g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1)。850 hPa水汽通量散度的变化与暴雨的出现和强度变化有较好的对应关系,雨强最强时段可达-8.0×10^(-6)g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1)。水汽收支和追踪分析结果显示:水汽流入主要发生在对流层低层的西边界和南边界,暴雨发生前流入层深厚,有向上的水汽垂直输送。整层水汽流入量约为56.0×10^(7)t·h^(-1),主要流入高度为850~700 hPa,单层流入量最大可达9.0×10^(7)t·h^(-1),水汽主要源自孟加拉湾和南海,其水汽通道轨迹占比为32.0%,水汽输送贡献率达55.4%。暴雨出现时水汽流入层降低,流入量减少,水汽垂直输送减弱,总水汽净流入集中在850 hPa,净流入量为1.0×10^(7)t·h^(-1)左右,水汽主要源自南海,其水汽通道轨迹占比为46.0%,水汽输送贡献率达60.3%。

关键词：暴雨水汽输送水汽收支 HYSPLIT后向轨迹追踪水汽输送贡献率

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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