气象科学杂志

气象科学杂志2021年第2期

• 台风“利奇马”期间苏州大暴雨物理量 诊断和微物理特征分析

  郭小浩，何琰，曹舒娅，赵静娴，吴玥，李睿，陈纾杨

  采用日本气象厅的最佳台风路径及强度资料、NCEP/NCAR逐6 h细网格再分析数据,分析了"利奇马"暴雨影响相关的云水含量、假相当位温、水汽通量散度、Q矢量、湿位涡等物理量;通过苏州雨滴谱资料,分析降雨强度、雨滴数密度、雨滴平均直径、雨滴含水量、雷达反射率因子、雨滴谱宽等微物理量特征。结果表明降水落区位于环境垂直风切变顺切的左侧。暴雨期间能量和水汽条件较好,低层Q矢量梯度使辐合上升增强,且其非对称性对暴雨落区有指示意义,湿位涡的发展也有利于暴雨的加强;另外,微物理分析表明冷云降水机制使降水效率大幅提高,雨滴谱能较好地反映台风降水特征,强降水主要由层状云中嵌入的对流降水引起。强降水时段雨滴谱的相关微物理量等都呈现较大值。

• 乐清以北登陆台风“利奇马”和“阿贝”造成 温州强降水差异的环境场特征分析

  万小雁，何萍，陈莹，朱宁宁，郑峰

  利用常规观测资料、加密自动站资料、中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集和欧洲气象中心ECMWF逐6 h的0.125°×0.125°资料,分析乐清以北登陆的1909号超强台风"利奇马"和9015号台风"阿贝"影响温州强降水的分布特征,以及造成温州南北暴雨强度差异的环境场特征。结果表明:(1)"利奇马"和"阿贝"台风的环境场特征相似,副高平均脊线位置高,研究区内台风主体没有与冷空气结合,降水主要由台风螺旋雨带造成;(2)台风登陆前动力场均存在中高层弱辐合和低层弱辐散,且东冷西暖的θse平流结构有利于强降水的维持,中高层水汽通量散度强度大于-4×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1的区域与暴雨落区的形态和位置对应良好,中低层Q矢量辐合区和大暴雨落区对应良好;(3)台风过程累积雨量与台风中心距离和地形高度具有显著相关关系,温州北部雨量增幅比南部大;(4)该路径造成温州南北部降水差异大,北部暴雨量级比南部大、降水持续时间比南部长,北部乐清和永嘉交界的迎风坡出现超历史极值降水现象概率大。

• 浙东地形对台风“利奇马”极端降水的影响分析

  王凯，齐铎，高丽，翁之梅

  利用自动站实时降水资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,结合中尺度数值模式WRF对台风"利奇马"在浙东地区产生的极端降水过程进行分析,重点研究了浙东地形对极端降水的影响。结果表明,"利奇马"影响期间,浙东强降水过程出现2个雨量峰值,依次由台风外层螺旋云带和台风中心附近的多个中尺度对流云团持续影响所造成,浙东地形对这一系列对流云团有明显的加强作用。浙东地区西部山脉对"利奇马"有阻滞和辐合抬升两方面作用,前者通过地形阻挡拖曳,延长强降水时长,后者通过山前显著的动力抬升作用和水汽辐合加强造成降水增幅。根据估算可知,括苍山脉在强降水阶段对暴雨的增幅可达11 mm·h-1,接近此时段内总雨量的2.5成。通过敏感性试验降低地形高度后,浙东地区辐合及上升运动减弱,雨量也明显减少,进一步验证了浙东地形是造成此次极端降水事件的重要原因。

• 台风“利奇马”与“云娜”对浙江风雨影响的对比分析

  倪钟萍，王鹏，黄晓龙，曹翔

  利用浙江省自动站气象要素资料、FNL全球分析资料和雷达资料,对比分析路径相似的2019年台风"利奇马"和2004年台风"云娜"给浙江带来的影响。结果表明:"利奇马"风雨大值区位于浙东和浙北,"云娜"风雨大值区位于浙东和浙南;"利奇马"带来的整体降水比"云娜"带来的降水大,但单站雨量极值"云娜"强于"利奇马";极端大风"利奇马"强于"云娜"。究其原因与台风登陆时的强度、登陆后移动路径、滞留时间等有很大关系。环境场的不同对台风路径产生影响,也影响台风的不对称结构,进而影响台风带来的风雨分布。极端降水与降水条件和台风滞留时间有很大关系,极端大风与台风自身结构和强度、海岛位置有关。

• 山东省区域性暴雨事件时空变化特征及个例分析—以台风“利奇马”暴雨过程为例

  邱粲，陈艳春，刘焕彬，李娟，曹洁

  利用山东省123个国家地面气象观测站1961—2019年逐日、逐小时降水量资料,在定义区域性暴雨事件的基础上,选取最大过程降水量、最大日降水量、最大1 h降水量、暴雨站数和过程持续时间作为评估指标,构建山东省区域暴雨事件和单站暴雨事件综合强度评估模型。针对判别出的545次区域暴雨事件,进行时空特征分析。结果表明,山东省区域暴雨事件发生次数呈现波动变化、缓慢下降趋势,但平均综合强度呈现缓慢上升趋势,且2011年以来上升趋势显著。区域暴雨事件集中发生于7、8月,其中以7月发生次数最多,8月平均综合强度最高。降雨中心主要分布于半岛东部和鲁南地区,不同时段分布配置略有不同,但差别不大。历史回算结果与灾情记录一致性较高,以台风"利奇马"暴雨过程为例,通过分县灾情验证表明暴雨事件综合评估模型评估结果较为合理,尤其对历史重大暴雨事件吻合效果理想。

• 山东一次飑线过程的闪电特征和大风形成机制分析

  朱义青，高安春

  利用闪电定位资料、多普勒雷达资料和卫星资料分析2016年6月13日发生在山东的一次飑线天气过程的地闪变化特征和大风形成机制,结果表明:本次过程发生在东北冷涡影响背景下,大气层结上冷下暖,随着层结不稳定性逐渐增强和不稳定能量的积蓄,在较强的深厚垂直风切变环境下触发强对流风暴进而组织成飑线。整个飑线过程中负地闪占主导地位,约占地闪总数的89.25%;在飑线的成熟阶段,负地闪频数达到最大峰值后的5~10 min,正地闪也出现最大峰值;负地闪主要出现在回波发展至成熟阶段,多发生在>45 dBZ的强回波区域中;正地闪主要出现在飑线的成熟至消散阶段;当TBB达到最低值时,飑线达到最强盛阶段,地闪频数达顶峰。利用WINDEX计算的地面最大风速的潜势与观测的地面极大风速较接近;地面大风阶段对应着剧烈的闪电活动,冰雹大风等灾害性天气的最强时刻与正地闪的峰值出现时间较为一致。

• 一次大气河背景下华北地区暴雨的诊断分析

  韩雪蕾，王咏青，纪旭鹏，纪凡华，韩风军

  利用2018年5月15—16日的ERA5再分析资料和观测资料,对大气河背景下一次华北地区暴雨过程的天气形势、大气河在暴雨过程中的作用及其在暴雨前后的演变特征以及结构特征进行了诊断分析。结果表明此次降水过程的直接影响系统是位于华北地区的高空槽、低空切变线、地面冷锋和高低空急流,这些系统使得华北地区低层辐合高层辐散,带来强烈的垂直上升运动。在有利的天气形势背景下,暴雨过程中有源于南海的大气河,经我国东南地区向华北地区延伸,核心水汽通量较强,持续时间较长,湿层十分深厚,低层高湿高能并有风速的大值区。大气河的强盛发展促使了强降水的发生,大气河逐渐减弱消散时,降水趋于结束。通过大气河的输送作用,将热带地区的暖湿水汽直接输送到华北地区,为此次暴雨的产生和维持提供了良好的水汽条件。大气河遇到泰沂山脉被迫抬升,触发强降水,地形抬升作用是此次暴雨的重要抬升机制。

• 一次秋季台风倒槽大暴雨过程诊断及中尺度分析

  王丽芳，张雪蓉，廖一帆，濮梅娟

  利用FNL再分析资料,结合加密自动站、多普勒雷达、卫星资料和数值模式预报产品,对2018年9月16—17日长三角地区一次典型的秋季台风倒槽大暴雨进行了分析。结果表明:大暴雨是在远距离台风倒槽、低空急流和高空槽共同影响下,由冷暖空气持续交汇激发的4个中尺度对流云团活动造成。第一阶段长江口区强暴雨发生在3号云团快速增强期间,暴雨出现在云团北侧TBB梯度大值区中,雨强随云顶温度降低快速增强;4号云团缓慢东移造成第二阶段暴雨,降水累积效应使长江口区降水量进一步加大。东北风(偏北风)与东南风(偏东风)形成的地面中尺度辐合线是暴雨的关键触发机制,气旋性辐合中心的形成对雨团增幅具有重要作用。多普勒雷达径向速度场上中气旋的形成提前于强暴雨增幅约30 min,具有良好的先兆性和预报预警意义。(超)低空急流持续的水汽和能量输送、高低空急流耦合及冷空气侵入形成的倾斜上升支和垂直环流圈、上干冷下暖湿的对流不稳定层结有利于中尺度暴雨云团的形成和维持。表征冷暖空气结合的地面辐合线位置是暴雨落区预报的关键,对于秋季台风倒槽暴雨,要特别重视冷空气对暴雨的触发和增幅作用,基于实况资料监测及时订正模式预报结论。

• 2018年8月徐州一次龙卷多普勒雷达特征分析

  任兴宇，肖天贵，汤志亚

  2018年8月18日18—20时在江苏省徐州市出现两次龙卷天气过程。两次龙卷持续时间均在1 min左右,强度为EF1—EF2级别,由于第二次龙卷发生位置距雷达站较远,因此仅分析第一次龙卷过程。通过常规观测资料和徐州多普勒天气雷达资料等进行分析表明:龙卷发生前,风暴经过两次加强后最终产生龙卷,说明对流单体加强有利于诱发龙卷。上干下湿的不稳定结构、中低层较强的垂直风切变和低的抬升凝结高度提供了有利条件。反射率因子呈超级单体特征且出现钩状回波。在龙卷发生前18 min在雷达回波图检测到了中气旋并维持4个体扫且有明显的从高层到低层发展的趋势,在最低仰角检测到了相邻像素间的强速度切变,对龙卷的预警有良好的参考意义。

• 亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

  任菊章，琚建华，米瑞芝，段长春，陶云

  利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。

• 南京一次重霾天气纳米气溶胶观测研究

  孙玮，牛生杰，王天舒，王元，李遥，张璐瑶

  为加深对南京地区重霾天气过程纳米尺度气溶胶物理特征的了解,对2017年12月21—25日的一次重霾天气过程进行了综合探测,利用宽范围粒径谱仪观测了此次过程中10~1 000 nm颗粒物数浓度,并结合能见度等气象要素,对重霾期间纳米气溶胶谱分布进行了分析。结果表明:此次霾重污染过程出现在低温、高湿、气压上升期间;与非重污染时期相比,重污染期间N10-20与N20-100降低,N100-1000升高;重污染期间气溶胶粒子平均数浓度为17 035个/cm3,低于非重污染期间粒子数浓度,N100-1000占总数浓度的55.05%;重霾发生期间纳米气溶胶数浓度谱为单峰结构,峰值在100 nm附近,随着污染加重,纳米气溶胶峰值粒径向大粒径偏移,粒子向大粒径段集中;不同温度对不同粒径粒子数浓度的影响不同,20~100 nm粒径段气溶胶与数浓度与温度呈反相关性,100~500 nm粒子数浓度与温度呈正相关性.

• 黄淮地区辐射模型适用性评价及参数优化

  王晓东，曹雯，伍琼，岳伟，段春锋

  利用1961—2015年黄淮地区8个辐射站太阳辐射和日照时数等常规气象资料,分别评价6种常用的太阳总辐射和有效辐射估算模型在黄淮地区的适用性,同时采用多元回归分析和迭代等方法,对辐射参数进行优化调整,建立了适合本地区的辐射最优化估算模型。结果表明:童宏良公式和邓根云公式分别在估算太阳总辐射和地面有效辐射时的误差最小,相比其余的辐射估算模型,两者在黄淮地区适用性最好。另外太阳总辐射本地化修正模型的相对误差绝对值(value of Absolute Relative Error, ARE)和均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)分别为16.28%和1.730 MJ·m-2·d-1,优于童宏良公式等常用太阳辐射估算模型;有效辐射本地化修正模型的ARE和RMSE分别为23.19%和1.404 MJ·m-2·d-1,优于邓根云公式等常用有效辐射估算模型;因此黄淮地区本地化辐射修正模型适用于当地地表净辐射估算,且具有较好的估算精度。

• 江西省夏季降水年际变化的机理研究

  汪甫，郭建茂，叶晓歆，胡康，林嘉宝，赵奕

  通过对观测资料和大气再分析资料的诊断分析,研究了影响江西省夏季降水变率的物理机制。结果表明江西省夏季降水存在显著的年际变率。极端条件下,降水偏多的夏季可达降水偏少的夏季的降水量的三倍。中纬度地区的准静止波列和热带关键海区的海温异常是造成江西夏季降水异常的主要原因。当江西省夏季降水偏多时,欧亚大陆地区存在"正—负—正"的准正压Rossby波列结构,位于贝加尔湖的正活动中心能引导干冷空气南下,从而有利于江南地区的锋生和江西降水的增加。此外,当江西省夏季降水偏多时,前期冬季中东太平洋地区有El Niño事件的活动,并能通过大气桥在夏季印度洋地区形成正海温异常。通过"印度洋电容器"机制,印度洋的暖海温能激发向东传播的Kelvin波,引起菲律宾地区降水的减少。菲律宾地区抑制的降水能激发向北传播的EAP/PJ波列,使得西太平洋副热带高压西伸增强,从而有利于水汽向江南地区的输送,并造成江西夏季的降水增加。

• 昆山市暴雨短历时设计雨型的推求

  汪婷，包云轩，陈粲，唐倩，吴俊梅，夏蕴玉

  基于2008—2016年昆山市自动气象站逐分钟降水观测数据,分别利用芝加哥雨型法和Pilgrim&Cordery雨型法,推求昆山市不同生态系统在不同重现期下60 min和120 min短历时设计暴雨雨型,并对比分析两种雨型推求方法的结果以及不同生态系统的雨型计算结果。结果表明:推求昆山市60 min历时设计暴雨雨型分布时,芝加哥雨型法和Pilgrim & Cordery雨型法的结果基本一致,为单峰型雨型,雨峰位置位于中间偏前;推求120 min历时设计暴雨雨型分布时,芝加哥雨型法结果为单峰型,Pilgrim & Cordery雨型法为多峰型,但两种方法求得的雨峰位置都位于中间偏前。在历时60 min和120 min时,芝加哥雨型法计算出的平均最大分段降水量显著大于Pilgrim & Cordery法和实际雨样的结果,Pilgrim & Cordery法的结果略小于实际雨样。昆山市不同地区的降水会受到生态系统类型的影响,以农田生态系统的影响最为明显,两种雨型推求方法的结果均表示,农田生态系统的最大分段降水量是5种生态系统中最大的。

• 青岛地区暖区暴雨特征研究分析

  李欣，张璐，江敦双

  利用2011—2018年常规和非常规气象观测资料,统计分析青岛地区38个暖区暴雨日的基本特征。结果表明:(1)青岛地区暖区暴雨按发生的天气形势主要可分为暖切变型、冷锋型、副高边缘I型及产生连续性暴雨的副高边缘II型。(2)暖区暴雨主要发生在7—9月,其中7、8月发生次数较高。暴雨落区和青岛的地形关系密切,在南北山区形成两条暖区暴雨高发生带。(3)暖区暴雨的强对流特征明显,短时强降水的贡献随总雨量的增加而加大,且降水时段集中,主要降水产生在6 h以内。(4)冷锋型和暖切变型的天气形势均为北部西风槽配合偏南的副热带高压,低层有明显的西南暖湿气流输送水汽,其中冷锋型有明显冷空气南下在华北南部形成东北西南向冷锋,而暖切变型的中支槽前在渤海西部有低涡生成,前部暖切位于半岛北部地区。两类副高边缘型均为西低东高形势,青岛处于副高西侧,且副高边缘II型的副高位置更为偏北,东移的西风槽更加深厚,与副高形成东西对峙,易出现连续性暴雨。(5)各型暖区暴雨基本发生在低层高能舌的顶端及由于风速切变和地形抬升造成的水汽辐合区域。

• 河北省双线偏振雷达数据质量分析和衰减订正

  范根昌，樊嵘，王梧熠

  选取河北邢台X波段双线偏振全固态多普勒雷达观测到的典型降水过程资料,分析了偏振参量的数据质量及系统稳定性,用ΦDP对ZH和ZDR进行了初步的衰减订正,并对订正结果进行了评估。结果表明,724XSP双偏振雷达初始相位ΦDP(0)随仰角、方位的变化都是较为稳定的,波动较小。分析垂直扫描数据,发现ZDR和CC能较好地反映降水粒子的实际情况。信噪比是影响偏振数据质量的重要因素,当信躁比大于15 dB时,ZDR、CC随信噪比变化比较平稳,数据质量可信度较高。双偏振雷达反射率因子衰减订正后与S波段雷达的拟合效果更好,相关系数为0.78,订正后ZDR-ZH散点分布更接近散射模式计算出的理论结果,说明订正效果好。