气象科学杂志

气象科学杂志2020年第3期

• 西北太平洋热带气旋对东亚大气环流的影响

  加孜拉·索力提肯，江静

  使用1960—2015年6—10月上海台风研究所（CMA-STI）整编的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料，借助相关性分析、典型相关分析、耦合场分离方法等统计学方法研究了热带气旋对东亚大气环流的影响。主要结论如下：热带气旋活动增强使得对流层高层温度增加，低层温度降低；对位势高度场的影响主要是使得位势高度降低，最大的影响区在500 hPa；分析东亚大气环流与热带气旋之间的耦合相互作用发现，大气环流和热带气旋相互反馈作用较强的区域往往也是热带气旋对大气环流独立影响较强的区域。两者相互耦合影响部分的解释方差（4%~7%）明显小于单方面由热带气旋引起的大气环流变化部分的解释方差（12%~18%）。

• 1909号台风“利奇马”登陆后强降水分布特征

  向纯怡，赵海坤，刘青元，董林

  利用逐小时加密观测站资料、三源融合降水资料以及NCEP/NCAR再分析数据，分析了2019年第9号台风“利奇马”登陆后强降水的分布及演变特征，并对不同时段内与强降水落区有关的大尺度环境条件及水汽条件等因素进行了分析。结果表明：“利奇马”登陆后强降水范围出现了三次增幅，分别出现在登陆后3 h、登陆后14 h和次日清晨。进一步分析发现降水效率在登陆后也明显增加，第一次强降水主要由台风本体降水造成，并与低空急流的维持以及水汽输送的贡献有关；第二次降水增幅与北侧螺旋雨带的稳定维持密切相关，另外干冷空气的侵入也是造成降水结构非对称的原因；第三次在山东半岛出现的强降水与台风倒槽和干冷空气的叠加形成的锋生作用有关。

• 超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

  许娈，余贞寿，邱金晶，黎玥君，吴梦雯

  利用欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、美国全球预报系统（GFS）、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统（GRAPES_GFS）、上海区域中尺度数值预报业务系统（SMSWARMS）、以及浙江省中尺度数值预报业务系统（ZJWARMS）和浙江省快速更新同化预报系统（ZJWARRS）降水预报资料，开展了各模式对超强台风“利奇马”登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明：（1）过程降水预报方面，ECMWF对降水落区预报表现最佳，但对降水极值中心强度的预报技巧较低；3个区域模式各有优势，其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致，SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好，但雨强偏弱。（2）对逐日降水预报技巧上，登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高，而临近登陆及登陆后区域模式表现较好；其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势，尤其ZJWARRS对0~3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。（3）对强降水致灾地区（永嘉、临海、临安）的短时降水预报方面，ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好，ZJWARRS与之接近，对多个降水中心的预报方面可互为补充；SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱；全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。（4）各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致“利奇马”预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说，ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。

• 超强台风“利奇马”(1909)双眼墙形成及发展过程分析

  郭晞，仇欣，李超，沈阳，陈圣劼

  采用CMISS/MIMIC微波卫星产品，TCGP数据集和NECP/NCAR全球再分系资料，详细分析了超强台风“利奇马”（1909）的双眼墙过程中对流结构及动力结构的协同变化特征。结果表明：（1）在双眼墙形成前，“利奇马”内核对流雨带对称性增加，呈现环状包裹眼墙。在环状雨带和眼墙之间，下沉气流配合相对湿度干区在此发展，致使该区域对流受到抑制，最终发展为下沉晴空Moat区。而在内核环状对流雨带处，上升运动中心和次极大入流中心发展，增大绝对涡度的内输，促进次极大风速中心的形成，并有利于深对流发展。最终环状对流带发展成为外眼墙；（2）双眼墙结构形成后，次眼墙及其相伴的次级环流和对流雨带均增强并且内缩，Moat区变狭窄，对流抑制作用增强。相反，内眼墙对流强度及次级环流减弱，绝对涡度内输不足，导致“利奇马”强度减弱。

• 台风“利奇马”登陆前后雨带强度与结构变化特征分析

  翁之梅，贲海荣，高丽，王凯

  利用GPM卫星3-IMERGM产品、NCEP/NCAR逐6 h水平分辨率0.25°×0.25°的再分析资料和后向追踪轨迹模拟技术，对“利奇马”登陆前后降水结构特征及雨带强度变化成因展开分析。研究发现：登陆前强雨带非对称分布与垂直风切变作用密切相关；临近登陆风切减弱，强雨区趋向环流向岸侧。轴对称环状降水率先后出现收缩和扩展，雨带强度经历两增两减变化。其中登陆前雨带增强发生在南亚高压和副热带高压加强、垂直风切持续减弱的有利环境背景下；浙闽沿海离岸风和中心西侧次级环流形成促进了对流雨带发展；“罗莎”台风外围北侧偏东气流为雨带提供有利水汽输送。登陆时刻雨强减弱发生在南压高压、副热带高压及“罗莎”北侧偏东风减弱背景下。雨强变化与水汽通量散度呈正相关，与垂直风切变呈反相关，整层可降水量增大相对降水率峰值有6 h左右提前量。

• 多时间尺度环流对台风“天鹅”(1515)突变路径的影响

  于堃，沈新勇，张驰，李小凡

  利用NCL滤波方法将NCEP提供的FNL风场资料分离出天气尺度，准双周振荡（QBWO，Quasi-Biweekly Oscillation）和热带季节内振荡（MJO，Madden-Julian Oscillation）环流场，研究不同时间尺度环流对台风“天鹅”（1515）突变路径的影响。台风路径的特征能够分3个阶段，其中第二阶段台风发生突然转折。第一阶段，天气尺度上台风东侧的反气旋和QBWO环流场中的波列共同引导台风向西偏北方向运动，而MJO环流场中的引导气流作用较小；第二阶段，天气尺度上台风东侧的反气旋和低频环流场中台风附近的气旋共同促进了“天鹅”近90°的突然转向，其中，高、低频分量分别促使台风突然向北、向东转向；第三阶段，天气尺度上的气旋与反气旋、QBWO环流场中的反气旋以及MJO环流场中的脊共同引导“天鹅”向东北方向运动，其中MJO环流场中气旋附近的偏东风促使“天鹅”向西运动，但由于它被天气尺度上强烈的偏西风所抵消，故“天鹅”仍向东运动。

• 2013—2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

  窦慧敏，丁治英，郭春燕，沈新勇，李小凡

  利用2013—2017年6—8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度（Black Body Temperature，TBB）资料、NCEP/NCAR再分析资料，对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析，结果表明：（1） MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征，6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南，平均移动距离3.99个经纬距。（2） MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部，云顶高度低于江淮地区，整个生命史表现出发展快消亡慢的特征，与江淮地区相反。（3）基于MCS的定义得到的Z标准，对2016—2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比，得出，两种定义下的MCS环境场特征基本一致，主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后，对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区，南侧急流高度在200 hPa，北侧的急流高度在250 hPa。低层，位于低空急流左侧，低涡南侧、东南侧，有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡，槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送，同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强，更有利于MCS的形成。（4）两种标准下的MCS造成的降水明显不同，在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小，统计得到的MCS较多；但同时会遗漏部分相对弱的MCS。

• 西南地区雨季降水的时空分布及预报试验

  王瑞英，肖天贵

  利用西南三省一市1980—2017年逐日降水资料，采用主成分及旋转主成分分析，对西南雨季降水的空间异常特征进行了研究，并在分区的基础上，探讨了各区降水的时间演变特征，最后运用均生函数建立预测模型，进行预报试验。结果表明：西南地区雨季降水空间差异大，具体可分为6区；各区雨季降水量的时间演变均具有显著年际、年代际变化特征，且近年来西南大部分地区雨季降水量减少、降水异常偏少年出现的频次增多；预报模型对于雨季降水的拟合和预测效果均较好。

• 一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

  刘晓冉，李国平，胡祖恒，李永华

  利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0.5°×0.5°全球预报场再分析GFS （Global Forecast System）资料，对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析，结果表明：西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱，呈现低空辐合和高空辐散的特征，并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强，正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强，高原低涡和西南低涡耦合贯通后，改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项，摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项，涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送，西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。

• 高层东风波引起的一次超级单体雹暴天气数值研究

  吴福浪，於敏佳，周昊，虞本颖，钱峰

  利用WRF中尺度模式对2018年7月26日发生在浙中北的一次超级单体雹暴过程进行数值研究，结合自动站资料，天气雷达资料、NCEP再分析资料等分析冰雹天气发生的环流背景，冰雹云的雷达回波和流场结构特征，并探究冰雹形成的物理机制。结果表明：此次强对流天气是在高层东风波环流背景下，由地面辐合线触发的超级单体雹暴过程。雹暴发生在强的对流有效位能、上干下湿的层结和弱垂直风切变的环境场中。模拟试验成功地模拟出了雹暴云团的发展演变过程。0℃层位于5 km的高度，-20℃层位于8.5 km的高度，且超过40 dBZ的强回波向上扩展至-20℃层以上，有利于冰雹的生长。雹云发展旺盛时呈现典型的低层辐合、高层辐散特征。雹云右侧出现悬垂回波和有界弱回波区。雹云中存在大量的过冷云水，冰雹粒子的核心生长区位于0℃层和-20℃层之间，主要由霰粒子转化而成，并通过不断碰并过冷云水和过冷雨水增长。

• 星载雷达与C波段地基雷达数据一致性个例分析

  朱飙，楚志刚，王振会，韩静

  为提高单部雷达与多部雷达组网探测降水的精度，对地基雷达进行了一致性定标。星载雷达作为标准参考源已应用于S波段天气雷达的一致性定标，但对于C波段天气雷达的适用性仍有待研究。为此，本文选择了位于较高纬度的兰州C波段业务雷达，设计了以星载雷达标定C波段雷达的方法。通过对两个降水个例进行分析发现：定标后的C波段雷达回波强度和降水反演精度均有一定改善。说明采用星载雷达对C波段雷达进行定标也是可行的，这有利于解决西部地区地基雷达组网探测的一致性定标难题，展现了良好的应用前景。

• 江苏沿海平均风速空间衰减规律拟合研究

  王晓惠，巫黎明，杨杰，石军，陈兵，王瑞

  沿海地区的风速在海陆交界处变化极为复杂，其风速规律研究对近海风电场的发展有着极为重要的作用。本文采用江苏沿海40 km范围内38个观测站的2009年7月1日—2011年6月30日近2 a的平均风速实测资料，利用旋转经验正交函数（REOF）对沿海平均风速开展主分量特征分析，进而将江苏沿海地区划分为南北两个区域，开展江苏沿海风速衰减规律分析，风速随沿海向内陆呈现e指数衰减特征。在此基础上，构建了江苏沿海南北两个区域的平均风速在空间上的分布方程，并开展了拟合精度检验和可靠性分析。研究结果表明海陆地形影响的范围大小与海岸线上的风速并非完全成正相关的关系而存在临界值，南区、北区风速临界值分别为18.2 m·s-1和14.6 m·s-1。

• 台风“利奇马”(1909)双眼墙结构的多源观测数据分析

  陈莲，郑洋洋，茅飘洋，赖巧珍，翁之梅

  利用CIMSS/MIMIC资料、雷达资料、国家气象中心台风定位定强资料，通过集成微波图像判断台风双眼墙形成，分析“利奇马”长达33.5 h的双眼墙结构特征。结果表明：（1）受宫古岛附近岛屿地形影响和螺旋环流结构调整，内外眼墙对流出现两次偏移；（2）当台风强度较强且稳定时，内眼墙环流的偏移不会引起台风强度的变化，反而因台风强度稳定使内眼墙环流重新组织；（3）雷达回波显示内眼墙有3 h周期的生消发展过程，非对称摩擦效应决定了内外眼墙之间的对流交换主要发生在moat区西北部。

• 利用ERA-Interim数据构建海区大气加权平均温度模型

  王郁茗，邵利民，张尚悦

  针对海洋区域尤其远海缺乏探空资料，且常用的Bevis经验模型在海区存在模型系统误差的问题，研究基于ERA-Interim再分析资料构建海洋区域E-Tm回归模型。利用不同时间的ERA-Interim数据及近海探空资料，对E-Tm回归模型的拟合效果及预报能力进行检验，并与常规Tm获取方法进行比较，结果表明，E-Tm回归模型拟合效果较好，相比Bevis经验模型，其预报稳定性及精度更高；在典型海区与基于探空资料建立的本地化模型进行了预报精度的比较，结果表明，2.5°×2.5°分辨率的E-Tm模型与探空资料建立的本地化模型精度相当，可以在无法建立探空站的海域进行使用，仅存在1%的平均转换误差。

• 观测数据中气象站位置信息检验及应对策略研究

  闫荞荞，王海军，李俊，刘莹，王必强

  自动气象站位置信息是准确应用观测数据的前提，但受多种因素影响部分测站位置信息不准确客观存在。依据气象站位置信息的特点，设计了一套适用于观测数据中气象站位置信息检验评估的方法和流程，对2018年1月全国62 162个气象站逐小时观测数据中经纬度和海拔高度进行了检验。结果表明：（1）位置信息出现疑误的站点均为区域站；（2）位置信息的站点疑误率为4.8%，且海拔高度出现疑误的概率大于经纬度，海拔高度和经纬度的站点疑误率分别为4.2%和1.3%；（3）随时间变化异常是位置信息疑误的主要表现形式，经纬度和海拔高度时间一致性检查的方法检出率分别为94.9%和74.5%。最后，依托MDOS建立了自动气象站位置信息综合监视流程，降低了位置信息疑误对后端应用的影响。

• 西安市日最大电力负荷率与气象因子相关关系分析预报模型的建立

  浩宇，管靓，张曦，沈姣姣，高红燕

  基于西安市2010—2013年逐日最大电力负荷和同期的气象资料，分析了日最大电力负荷的变化规律，利用最小二乘法，除去日最大负荷的节假日效应和周末效应后，将气象负荷从日最大电力负荷中分离出来，建立西安气象负荷率与气温、相对湿度、总云量、降水量、风速的相关关系，并基于2010—2012年的11月—次年2月和6—8月的资料，分别采用逐步回归、多元线性回归和BP神经网络方法建立最大气象负荷和主要气象影响因子之间的预报模型，将2013年对应时间的日最大气象负荷率作为预报效果的独立样本检验。结果显示：2010—2013年西安的日最大电荷存在明显的增长趋势，且存在明显的周末效应和节假日效应；气温是影响气象负荷率的最显著因子，引入温湿指数（THI）的BP神经网络算法对气象负荷率的拟合和预测效果最优。