摘要:利用JRA-55再分析资料和中国824站日最低气温数据,分析了1961—2013年冬季中国东北地区极端低温的年代际变化及其动力成因。结果表明:东北冬季极端低温1980s中期前频发,1980s后期到2000s初少发,2000s后恢复多发。这与贝加尔湖阻塞高压频次偏多—偏少—偏多的同步年代际变化直接相关,与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和准定常行星波活动的年代际振荡相联系。相比于1980s中期前,1988—1999年期间行星波沿极地波导向平流层的传播减弱,引起高纬度平流层下层E-P通量辐合变弱;而行星波沿低纬波导往副热带对流层上层的传播增强,造成副热带对流层中上层E-P通量辐合增强。行星波E-P通量散度的异常由于波—流相互作用,分别导致了极夜急流加强、副热带急流减弱,因而AO增强,不利于贝湖阻高建立和环流经向型发展,极端低温减少。2000—2013年,行星波活动相反,导致AO减弱,贝湖阻高多发,极端低温恢复增多。

摘要:基于ERA-Interim 1979—2019年的再分析资料,本文研究了东亚地区月平均、极端和强冷风寒温度空间分布。研究表明,在冬季3个月里,东亚地区风寒温度表现为自南向北递减,同时还具有较强的局地特征;最低极端风寒温度主要出现在内蒙古东北部、蒙古国东部和黑龙江地区;冬季3个月比较而言,平均风寒温度和极端风寒温度最低的月份为1月。强冷风寒温度发生频率最高的月份为2月。在成因方面,东亚大部分地区的风寒温度是由温度决定的,而中蒙交界区(蒙古和内蒙古东部地区)以及青藏高原北部地区,风速对风寒温度的影响最显著。此外,在所研究的几个区域中,京津冀城市群极端风寒温度与风速的负相关性最强。

摘要:基于厦门市2016年9月14—15日S波段双偏振雷达资料,研究了2016年第14号台风"莫兰蒂"登陆前后降水特征以及它们的差异。结果表明:台风"莫兰蒂"登陆过程经历了登陆前缓慢减弱、登陆后快速减弱、登陆后缓慢减弱3个阶段。登陆前,台风螺旋雨带中对流旺盛,发展高度高,冷云过程较强,0 ℃层以上存在大量的冰晶。0 ℃层以下,粒子破碎比较严重,降水以小滴为主。登陆后快速减弱阶段,受地形影响,台风内区发展高度升高。登陆后快速减弱阶段,螺旋雨带发展高度降低,0 ℃层上冰相粒子数量减少,0 ℃层以下,粒子之间的碰并增长和蒸发过程明显,降水以中小雨滴为主,暖云过程占主导。

摘要:基于环境空气质量监测数据,本文分析了2022年6月14—18日高温热浪期间江苏省臭氧污染过程的时空变化特征,并结合天气形势、WRF-CMAQ模拟和典型城市大气超级站挥发性有机物(VOCs)在线监测数据进行了成因分析。结果表明:高温热浪期间,江苏省13个地级城市臭氧污染超标率达96.9%,中度污染超标率为27.6%,臭氧日最大8 h(MDA8 O₃)峰值质量浓度高达260.0 μg·m^-3。南通市、无锡市、苏州市3个典型城市臭氧质量浓度的日变化特征显示,07—13时臭氧质量浓度增长率在27.9%~46.7%,多个时段净增量超过40.0 μg·m^-3。利用WRF-CMAQ模型对污染过程进行了数值模拟、过程分析和溯源分析。结果显示,典型城市白天小时平均光化学贡献在24.5~33.0 μg·m^-3之间,稳定高值的光化学贡献,叠加持续稳定或突发的传输贡献,导致此次高温热浪下臭氧质量浓度爆发式升高,出现峰值污染。在偏南风的影响下,省外污染源来自浙江省贡献最高,在13.9%~33.8%,其中无锡市和苏州市受浙江省外源影响较大。此外南通市大气超级站VOCs在线监测结果显示,臭氧污染期间逐日VOCs体积分数在45.5×10^-9~83.6×10^-9之间,整体处于高值水平,臭氧生成潜势(OFPs)贡献排名前十的物种以烯烃和芳香烃物质为主。

摘要:采用WRFv3.9.1模式和多层城市冠层模型的BEP/BEM方案耦合,以江苏省2017年7月20—28日一次高温热浪过程为背景,研究了高反照率墙面、路面及屋顶对城市高温及人体健康的影响。研究结果表明:(1)与普通建筑物表面算例(CTR)相比,城市中建筑物越高大密集的区域,降温幅度越明显。金融区白天时段(07—19时,北京时间)高反照率墙面算例(WALL)、高反照率路面算例(ROAD)、高反照率屋顶算例(ROOF),以及全部使用高反照率表面的算例(ALL)2 m高气温白天平均降低0.14、0.44、0.75、1.54 ℃;最大降温分别达0.98、1.06、1.53、2.71 ℃。同时,WALL、ROAD、ROOF、ALL算例可使得整个城市区域白天平均降温分别达到0.14、0.43、0.64、1.26 ℃。(2)当城市采用高反照率表面材料,高温得到一定程度缓解时,对于人体舒适度及死亡率也存在一定的影响。在高温热浪期间相较于CTR算例,13时,ALL算例在低密度住宅区、高密度住宅区、金融区的人体舒适度(THI)最大分别可降低0.93、1.11、1.48;热相关急诊率和死亡率最大可降低2.9%、4.8%、9.5%和3.4%、5.6%、10.9%。

摘要:基于WRF-chem 模式对北非2018年3月下旬的典型强沙尘暴过程进行模拟, 分析了此次强沙尘发生季节、持续时间、局地特征以及传输路径的关键动力系统与动力机制。鉴于起沙是沙尘暴发生的关键点之一,并且起沙主要取决于风力和下垫面沙源性质,本文测试了三种起沙参数化方案的影响,并将模拟结果与卫星MODIS监测及其再分析资料MERRA-2进行了对比,又经系列统计方法检验。结果显示,宏观思路的起沙方案GOCART比AFWA和UoC 两种起沙方案更适合此次大尺度强沙尘暴数值模拟(锋面跨度接近60个经度)。综合沙尘暴关键系统的动力机制分析和数值模拟结果显示,强沙尘暴关键系统为深厚的西风槽、沙尘冷锋锋面和锋后的地面高压反气旋。北非中部深厚的西风槽为后倾槽,该系统稳定,造成沙尘暴持续时间长。沙尘暴锋后反气旋中的下沉气流抑制了扬沙向高层扩散,造成低层能见度恶劣。沙尘锋区结合了动力、热动力以及湿热动力不稳定,因此锋区风力大,地面沙尘驱动力强。而西风槽和强大反气旋依托环流形势,提供了沙尘传输到三大洲的长途输送力。

摘要:利用2018—2019年期间10 min定量降水估计(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)实况观测,构建基于U-Net的分钟级临近降水预报模型,实现了京津冀地区未来0~2 h逐10 min降水量滚动预报。以TS、BIAS、POD、SR、FAR作为评价指标,通过检验2020和2021年6—9月长序列以及分析2020年8月12日和2021年7月1日两次强降水个例,表明U-Net模型预报接近实况,局部伴随着一定程度的空报,相较光流法、持续性预报及CMA-MESO模式预报效果有明显提升。具体表现为:当分钟级降水预报不超过10 mm/(10 min)时,U-Net模型明显优于光流法和持续性预报;当小时预报不超过25 mm·h^-1,U-Net模型优于CMA-MESO模式和光流法。然而,当降水强度超过10 mm/(10 min)或 25 mm·h^-1时,U-Net模型存在预报偏弱的情况,可能与强降水样本较少有关。

摘要:为提高研究区域的降尺度效果,基于地理加权回归法(Geographically Weighted Regression,GWR),选取全球降水计划(Global Precipitation Measurement, GPM)3IMERGM产品,以数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)作为控制解释变量,将其分别与解释变量水汽通量散度、气温构建两个降尺度模型、与解释变量归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)构建对照降尺度模型,对浙江省进行降尺度研究。利用研究区域内气象站点的实测数据,对由不同解释变量构建的3个降尺度模型的降尺度结果进行对比分析及精度验证。结果表明:构建的3个降尺度模型中,引入解释变量水汽通量散度构建的降尺度模型的综合效果优于其余两种模型,水汽通量散度较NDVI、气温更适合作为解释变量。构建的降尺度模型有效地提高了GPM数据的空间分辨率(由0.1°提升至1 km),降尺度数据维持了精度且能够更真实反映研究区域内的降水量分布情况。

摘要:南大4 km预报系统(WRF_NJU)是南京大学自2013年起每年夏季每日两次对中国地区进行的4 km分辨率的48 h实时预报。将该系统、欧洲中期天气预报中心(EC)、中国气象局(CMA)和日本气象厅(JMA)在2016—2018年夏季6—8月对新疆北疆和南疆地区降水的预报与自动站观测资料进行对比分析。结果表明:Gilbert技巧评分(GSS)一般EC最高,WRF_NJU次之,JMA最低。空间上,EC在南、北疆的预报都最接近观测,WRF_NJU预报降水平均偏低,CMA和JMA明显偏高。WRF_NJU预报降水的日变化趋势与观测一致,峰值时段基本相同,稍有1~2 h偏差。量级上总体偏高,在峰值时段尤为明显。降水过程发展方面,WRF_NJU对大多数降水过程模拟效果较好。通过个例分析,发现高空急流和低层水汽输送的预报效果直接影响着降水的预报效果。

摘要:利用WRF模式模拟一个典型的超级单体风暴,揭示了深对流系统中初始误差增长和传播的热动力机制,讨论了系统的高度非线性作用和可预报性等问题。结果表明:影响深对流系统发展强度的不稳定能量和潜热释放是影响误差增长和空间分布的主要因素;误差增长主要集中在对流区,对流区域外的初始扰动有向对流区域传播的趋势,并可在对流区域内迅速增长。随着对流系统的强烈发展,量级为O(10^-2)的初始扰动在210 min时即可达到量级O(10⁰),反映了系统高度的非线性作用和单一确定性预报显著的局限性。另外还发现,初始扰动对的相关性迅速增加,这将导致集合离散度偏低,给集合预报捕获极端天气的能力设置了障碍。误差的传播主要以声波和重力波两种波动形式传播。声波主要表现在积分初期,能量较小。重力波则能够在对流系统以外的区域激发新的对流中心(目前这种误差是不可预报的),进而限制了系统的可预报性。

摘要:基于南京信息工程大学C波段双偏振雷达观测数据,结合探空和地面实况资料,对2016年7月7日发生在南京地区的一次强降水超级单体过程进行双偏振雷达变量特征分析。结果表明:(1)当后向传播和多单体合并造成02—03时出现129.2 mm·h^-1极端强降水时,最强回波Z_H约60 dBZ,差分反射率因子Z_DR达5 dB,差分相位常数K_DP超过8 (°)·km^-1。K_DP大值区与地面上小时雨强极大值中心存在较好的对应关系。反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR、差分相位常数K_DP与小时雨强也有显著的正相关。(2)强降水超级单体发展旺盛阶段,垂直运动明显增强,上升气流活跃,冰雹和霰占的比例高,-20 ℃以上存在深厚的混合相态区,闪电的频次和强度明显增强,分钟雨强增大。相关系数小值区ρ_HV以及Z_DR弧超前于超级单体1个体扫发生,并可以指示超级单体底层上升气流区的位置。Z_DR环与相关系数ρ_HV环对确定中层上升气流的位置具有指示意义。Z_DR柱可用于识别主上升气流的位置,K_DP柱的位置与地面小时雨强中心存在较好的对应关系。

摘要:利用常规观测资料、ERA5再分析资料、多普勒天气雷达和双线偏振雷达以及自动站分钟级数据,通过诊断分析和风场反演,对2021年4月30日17—19时淮安地区发生的极端风雹天气的两个超级单体结构特征、维持机制和极端大风进行原因分析。结果表明:在500~700 hPa偏北急流背景下,地面强辐合中心和辐合区促使对流单体增强为超级单体风暴。淮安基准站的极端大风由超级单体A产生的下击暴流事件引发,表现为明显的风暴质心高度、最强回波高度和中气旋底高的下降,近地面层辐散风场等特征。产生强降雹的超级单体B最大反射率因子高度、风暴质心高度以及中气旋最强切变高度均达到湿球温度-20 ℃层高度以上。极端大风产生的原因包括强冰雹和大降水粒子下落过程中的重力拖曳和融化蒸发冷却,以及负浮力和低层强中气旋产生的垂直扰动气压梯度力。

摘要:根据天津市静海区18个乡镇2009—2018年逐时降水量,以及社会经济、地理地形、水利设施等数据,结合历史受灾信息,分别对静海区的暴雨致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性及防灾减灾能力进行分析,采用GIS技术和统计方法多因子叠加,综合得出静海地区暴雨灾害风险精细化评估和区划。研究发现,静海区北部区域以及南部中旺镇及其周边风险较高,而静海地区中部的风险较低;暴雨灾害高风险区主要分布在致灾因子敏感性、承灾体易损性较高而防灾减灾能力较低的静海镇和梁头镇及其周边,应加强防灾减灾设施建设。