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2019年  第43卷  第6期

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大陆性积云不同发展阶段宏观和微观物理特性的飞机观测研究
蔡兆鑫, 蔡淼, 李培仁, 李军霞, 孙鸿娉, 顾宇, 高欣
2019, 43(6): 1191-1203. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.19113
摘要:
2014年7月3日,山西省人工降雨防雹办公室在该省忻州地区开展了国内首次大陆性积云飞机穿云探测。本文利用机载云物理探测资料,分析研究了不同发展阶段的积云宏、微观物理特性,主要结论有:(1)初生发展阶段的积云水平尺度约为8.2 km×5.5 km(经向×纬向,下同),云厚约2 km;云中以小云粒子为主,云滴凝结增长;水平方向上,云液水含量(LWC)和粒子浓度(Nc)的最大值均位于云体中心位置;垂直方向上,云水分布相对均匀,但随着高度增加,云粒子浓度变小,粒子尺度增大;粒子谱符合伽马分布,峰值量级为102 cm-3 μm-1,谱宽在100 μm以下。(2)成熟阶段的积云水平尺度约为4.6 km×10 km,云厚约4 km;云内可以观测到积冰和雨线;小云粒子浓度随高度增加起伏变化,3600 m、4100 m和4900 m高度处存在峰值;大云粒子浓度随高度先增加后减小,最大值出现云底以上1.6 km高度,云底以上1.3 km高度附近有降水粒子形成;粒子谱呈多峰分布,暖区符合伽马分布,冷区为伽马分布和M-P分布相结合,且随着高度的增加拓宽,4400 m高度以下的谱宽小于200 μm。(3)消散阶段积云尺度约为11 km×5.6 km,云厚约2 km,云下有降水粒子存在。
伊犁河谷“7.31”极端暴雨过程不稳定性及其触发机制研究
刘晶, 周雅蔓, 杨莲梅, 曾勇, 刘雯
2019, 43(6): 1204-1218. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18155
摘要:
2016年7月31日至8月1日新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品及国家基本地面观测站逐时降水资料,通过天气研究和预报(WRF)数值模拟和诊断分析强降水期间大气的不稳定性及其触发机制,证实了不同尺度系统相互作用以及复杂地形的影响是干旱、半干旱地区极端暴雨形成的重要因子,并得出以下结论:(1)降水前河谷低层高对流有效位能积累,低层锋面东移触发对流有效位能释放,造成河谷第一阶段短时强降水天气;前期对流性降水释放湿对流不稳定能量,低层大气对称不稳定性逐渐增强,在对称不稳定作用下维持和加强了伊犁河谷第二阶段强降水天气。(2)第一强降水阶段期间大气低层为对流不稳定性层结,降水初期和第二阶段强降水期间大气均为条件对称不稳定性层结,对称不稳定的产生主要来自于湿位涡斜压分量(Mpv2),其中降水初期低层Mpv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成,第二阶段强降水低层Mpv2变化主要由大气湿斜压性造成。(3)第一阶段强降水期间,低层锋面和地形抬升,垂直运动迅速发展,造成河谷南、北部山前降水;河谷东侧中尺度气旋在地形阻挡下稳定少动,是东部地区短时强降水天气发生的直接启动机制。第二阶段强降水期间,中、低层锋区叠加爬坡,冷锋锋生,中、低层风场辐合区叠加,河谷东北部形成垂直环流圈,上升运动进一步发展,是造成河谷第二阶段暴雨的重要原因。
浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析
徐亚钦, 吴松涛, 杨旺文, 刘学华, 黄艳
2019, 43(6): 1219-1232. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.18187
摘要:
为了研究浙中西(浙江省中部和西部)梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM(0.25°×0.25°)再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北(浙江北部)地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。
20181月南方雨雪天气的形成及其与冬季风异常的关系
彭京备, 孙淑清
2019, 43(6): 1233-1244. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18188
摘要:
2018年1月3~7日和24~28日,我国南方地区出现了两次雨雪冰冻事件。本文利用台站观测资料和再分析资料,研究了它们的形成原因及其与冬季风异常的关系。结果表明,两次降水过程中,乌拉尔山地区有高压脊稳定维持,西风带多小波动活动,南支扰动活跃。受冷空气和南支槽等系统的影响,南方地区出现大范围降水、降雪,而这种稳定形势与平流层的环流特征有关系。1月平均的平流层极涡强度异常偏强,有利于低层环流的稳定。在1月份,南北不同纬带冬季风的强度有着显著的差别,大多数情况下呈现了不一致甚至相反的态势。南方雨雪冰冻天气往往发生在北方北风偏强、而南方南风偏强的时候。在季节尺度上,当冬季风呈现“北强南弱”的反相变化模态时,即北方北风、南方南风距平时,南方地区容易出现雨雪天气。
垂直分辨率对广州“5·7”特大暴雨数值模拟影响的研究
王宁, 平凡
2019, 43(6): 1245-1264. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1812.18193
摘要:
精细化的垂直分辨率能够更好地反映大气动热力环境和中尺度系统生消演变过程,不同层次高度垂直分辨率的加密对暖区对流系统触发及组织发展机制的影响有待深入研究。本文针对2017年5月6日(UTC)广州局地突发的特大暴雨受复杂地形影响、其对流中尺度系统局地触发、后向传播及组织化的特点,运用WRFV3.9.1,采用GFS资料较好地模拟和再现了此次大暴雨过程,并进行了不同高度垂直分辨率的敏感性试验,以探究垂直分辨率对此次暖区暴雨触发及组织化过程的影响。结果表明:低层垂直分辨率加密试验能够模拟出更强的偏南回流、偏东风和较强的低层风场辐合以及较强的温度扰动,进而引起更强的对流触发;中层垂直分辨率加密更有利于大范围的强干冷空气侵入对流系统,其造成的潜热和不稳定能量的释放,是对流系统发展的重要原因;高空垂直分辨率的加密试验则描述出了对流系统上部与高空急流出流相关的高空辐散中心、对流系统周围的高空强辐散中心以及相邻对流单体的垂直环流,细致再现了对流单体合并为对流系统的组织化过程。
人类活动对1961~2016年长江流域降水变化的可能影响
沙祎, 徐影, 韩振宇, 周波涛
2019, 43(6): 1265-1279. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18199
摘要:
人类活动造成的温室气体浓度增加对气候变化的加剧做出了贡献,降水作为重要的气象要素和水循环组成部分,人类活动对其时空变化特征的影响也是当下研究的重要课题。本文以长江流域为例,利用1961~2016年CN05.1逐日降水数据和20世纪气候检测归因计划(C20C+D&A Project)中CAM5.1-1degree模式的逐日降水结果,分析了人类活动对长江流域年降水量及三个极端降水指数时空变化的影响。结果表明:包含人类活动及自然强迫因素的现实情景(All-Hist)的模拟结果与观测结果较为相近。All-Hist情景下的多试验集合平均结果对长江流域降水的模拟能力较为可靠。通过对比两种情景下模拟的长江流域降水量时空变化特征发现:考虑人类活动影响后,长江流域平均降水相对于仅考虑自然强迫情景下时呈现减少趋势,且减少趋势随时间推移加剧;极端降水受人类活动的影响随时间呈现出的增加趋势有所削弱;对平均降水及极端降水变化趋势的影响存在空间差异性,其中受人类活动影响最严重的是上游中部、东南部及中下游东南部地区,均呈现减少趋势;但在长江上游西南部极端降水受人类活动影响显著增加,需要加强该区域洪涝预防工作。另外,人类活动对平均降水的减少贡献最大的时段为2000~2009年,影响最明显季节为秋冬两季;人类活动对极端降水的影响与降水的极端程度成正相关,降水极端性越强,受人类活动影响的变化程度更大,且空间分布上的差异性也更加显著。
深对流系统对污染气体CO垂直动力输送作用的数值模拟研究
夏雨晨, 银燕, 陈倩, 胡汉峰
2019, 43(6): 1280-1294. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18186
摘要:
本文采用高分辨率WRF-Chem模式模拟了2014年7月27日和8月24日发生于长三角地区的两次强度不同的深对流系统对污染气体CO的再分布作用,对比分析了模拟的两次深对流系统在CO垂直输送过程中的差异。通过与实际雷达回波的比较发现,两次模拟的深对流发生时间、回波强度等都与实际观测接近。8月24日深对流过程发生前的对流有效位能和0~6 km垂直风切变强度均高于7月27日个例,因此 8月24日深对流系统更不稳定,发展高度更高。从CO浓度垂直剖面、质量通量随高度的变化特征发现,7月27日的深对流系统最高可以将CO输送到14 km高度处,8月24日的深对流系统最高可以将CO输送到16 km高度处。对CO浓度的垂直通量散度平均垂直廓线分析看出,7月27的深对流系统主要将CO输送到12 km附近,导致7月27日个例对流层中层的CO浓度更高,8月24日的深对流系统主要将CO输送到15 km附近,导致8月24日个例对流层上层的CO浓度更高。对垂直通量求和的分析表明,8月24日的深对流系统每小时垂直输送的CO浓度是7月27的1.3倍,而考虑到8月24日的深对流系统持续时间更长,8月24日的深对流系统对CO的垂直输送作用远远大于7月24日的深对流系统的垂直输送作用。
20176月一次华南沿海强降水的对流性特征及热动力机制研究
曾智琳, 谌芸, 朱克云
2019, 43(6): 1295-1312. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18207
摘要:
在华南北部或长江流域有锋面雨带活动时,华南沿海常常会出现对流性强降水,突发性很强,给预报造成很大的困惑。文章采用多种观测资料、ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料,对2017年6月15~16日华南北部的锋面雨带及沿海强降雨过程开展分析,对比了二者降水特征与环境条件,重点探讨了该次过程华南沿海强降雨的对流触发与维持,揭示了一种由边界层风切变强迫造成涡度持续发展的动力效应。结果表明:(1)锋面雨带与华南沿海强降雨在降水特征上有显著差异,并各有特点。锋面雨带以大尺度层状云降水和弱对流性降水为主,降水强度东段弱西段强。沿海强降雨以对流性降水为主,局地性强、落区集中、强降雨持续时间长、夜发性明显。(2)水汽方程诊断发现沿海强降雨在边界层水平水汽平流项、垂直水汽输送项比锋面雨带东段具有更大量级,大气层结反映出更深厚的暖层、湿层与对流不稳定,是二者降水强度及性质差异的主要原因。(3)莲花山、峨眉嶂造成气流侧向摩擦与正面阻挡促使漯河河谷内垂直涡度发展,暖湿空气堆积上升并达到自由对流高度,触发了华南沿海最初的降水。夜间建立的西南风急流使边界层垂直风速切变增强,水平涡度倾斜部分转化为垂直涡度发展,与风速水平切变造成的垂直涡度叠加,是强降雨持续时间长的动力机制。海陆边界摩擦差异造成水平、垂直两个方向的风切变增强,共同强迫垂直涡度发展是此次强降雨过程对流维持的动力效应。(4)方程诊断表明华南沿海强降雨由对流潜热释放造成的垂直上升速度占总垂直上升速度的39%~75%,持续、稳定的对流潜热释放是强降雨持续时间长的热力驱动因素。
北半球冬季各阻塞系统对大范围极端温度异常的单独和协同影响
李亚飞, 任荣彩
2019, 43(6): 1313-1328. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1811.18214
摘要:
本文利用1979~2015年ERA-interim逐日再分析资料,对比分析了格陵兰阻高(GB)、大西洋—欧洲阻高(AEB)、乌拉尔山阻高(UB)和北太平洋阻高(NPB)四个阻高系统对年际尺度和天气尺度地面温度及极端冷日的单独和协同影响。结果表明,各阻高与地面温度之间的统计关系十分复杂,同一阻高系统可影响多个地区的温度异常,同一个地区的地面温度一般可受到多个阻高系统的不同影响。通过分离单阻高和多阻高(双阻高、三阻高和四阻高)组合的情形,本文的结果进一步表明,UB对欧亚大陆地面温度的影响最为重要,其次对于欧洲地面温度而言,依次为AEB、GB和NPB;对于亚洲地面温度而言,依次则为GB、NPB和AEB。而NPB对北美大陆温度的影响最为重要,其次为GB和AEB,UB的影响最弱。此外,多阻高协同影响地面温度时,并非线性叠加,而是表现为显著的非线性特征。
西北太平洋热带气旋变性过程中的风及降水分布变化特征分析
王佳琪, 李英
2019, 43(6): 1329-1343. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18213
摘要:
利用中国气象局上海台风研究所(CMA/STI)整编的热带气旋最佳路径资料、美国飓风联合警报中心(JTWC)最佳路径资料、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的全球多平台热带气旋风场资料(MTCSWA)和CMORPH降水资料、日本卫星云顶黑体辐射温度(TBB)资料等,分析1987~2016年30年间西北太平洋228个变性热带气旋(ETTC)的活动规律、风与降水分布及其演变特征。结果表明:(1)ETTC年均7.6个,除1~2月,各月均有分布,峰值在9月。约90.4%的ETTC变性位置在30°N以北,仅约9.6%在30°N以南较低纬度,且多发生于春夏和秋冬交替季节。(2)TC(热带气旋)变性通常发生在其转向后,半数以上移速加快,大多数中心气压升高或维持,仅10.5%降低。(3)变性过程中ETTC近中心最大风速减小,最大风速半径增大,内核趋于松散。其34节风圈半径北侧明显大于南侧,风场结构非对称性增强。(4)ETTC强风和强降水呈显著非对称性分布,其强风区主要出现在ETTC中心东侧,即路径右后方;强降水区主要出现在北侧,且变性后在东北象限向外扩张。(5)较强的环境水平风垂直切变(VWS)是影响ETTC风及降水分布的重要因子。强降水主要出现在顺风切方向及其左侧,强风(去除TC移速时)出现在切变左侧。
北京一次短时局地大暴雨过程的特征及对云物理方案的敏感性数值模拟试验
陈赛男, 郭学良, 付丹红
2019, 43(6): 1344-1364. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18218
摘要:
云物理过程是云和降水形成的重要环节。本文针对2011年6月23日发生在北京地区的一次大暴雨过程进行了云降水与天气特征分析,并开展了WRF模式中10种不同云微物理方案对此次暴雨强度、落区和发生时间的敏感性数值模拟试验。研究结果表明,此次大暴雨是由多单体组织、合并形成深厚的中尺度对流系统,并具有明显的短时局地特征和有利的高低空、高低纬度大中尺度天气环流形势及强烈的水汽输送条件。暴雨强度、落区和发生时间的数值模拟结果对云物理方案非常敏感。不同云物理方案对累积降水量≥50 mm和≥100 mm的暴雨模拟的ETS评分显示,只有Thompson方案对此暴雨量级的评分均为正,其他方案的ETS评分均不理想,特别是对累积降水量≥100 mm的大暴雨模拟。在小时暴雨强度和发生时间方面,Thompson方案模拟效果也较好,其次是Lin方案和WSM6方案;对区域累积最大降水量和落区的模拟方面,Thompson方案和Morrison方案模拟的最大累积降水量更接近观测值,但在落区方面,一些具有完整云物理过程的单参数方案(Lin方案、WSM6方案)模拟效果较好,但模拟的最大降水量偏小。针对暖雨的双参数方案WDM6对区域平均降水模拟较好,但对暴雨极端降水模拟较差。对造成差异的原因分析表明,不同云物理方案的差异主要体现在雪和霰的参数化方面,由于采用的粒子谱分布、密度和末速度不同,导致云中粒子间的碰并和形成过程不同,大部分云物理方案模拟的霰含量高,雪含量低。这种云微物理过程的差异会导致云动力过程的反馈作用出现明显不同,但这种反馈作用的差异主要体现在降水粒子对上升气流的拖曳作用不同。尽管云中相变潜热过程对云动力过程具有很重要的影响,但不同云物理方案在相变潜热过程和温度廓线分布方面造成的差异并不明显。因此,云物理方案中考虑合理的粒子谱分布、形态和密度变化,有利于提高暴雨的模拟效果。
华北太行山东麓一次稳定性积层混合云飞机观测研究:对流云/对流泡和融化层结构特征
亓鹏, 郭学良, 卢广献, 段英, 李宝东, 吴志会, 董晓波, 胡向峰, 杨永胜, 范浩, 王建恒
2019, 43(6): 1365-1384. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18220
摘要:
对云中微物理过程的研究是研究云降水形成过程和人工影响降水的重要基础,目前对积层混合云的对流区/对流泡中的微物理结构了解甚少。本文利用河北省“十三五”气象重点工程——云水资源开发利用工程的示范项目(2017~2019年)“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”飞机和地面雷达观测数据,重点分析研究了2017年5月22日一次典型稳定性积层混合云对流泡和融化层的结构特征。研究结果表明,此次积层混合云高层存在高浓度大冰粒子,冰粒子下落过程中的增长在不同区域存在明显差异,在含有高过冷水含量的对流泡中,冰粒子增长主要是聚并和凇附增长,而在过冷水含量较低的云区以聚并增长为主。由于聚并增长形成的大冰粒子密度低,下落速度小,穿过0℃层时间更长,出现大量半融化的冰粒子,使融化现象更为明显。镶嵌在层状云中的对流泡一般处于0℃~-10℃(高度4~6 km)层之间,垂直和水平尺度约2 km,最大上升气流速度可达5 m s-1。对流泡内平均液态水含量是周围云区的2倍左右,小云粒子平均浓度比周围云区高一个量级,大粒子(直径800 μm以上)的浓度也更高。在具有较高过冷水含量的对流泡中降水形成符合“播撒—供给”机制,但在过冷水含量较低的区域并不符合这一机制。
21世纪前期中国降水预估及其订正
张蓓, 戴新刚, 杨阳
2019, 43(6): 1385-1398. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1902.18221
摘要:
用全球格点分析数据集(CRU TSv4.0)月降水资料和24个CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)模式历史模拟数据以及RCP4.5情景下的预估数据,分析了多模式集合平均降水的偏差特征并进行了扣除模式气候漂移和一元对数差分回归订正。结果表明,模式降水在西部和北部明显偏多,东南沿海偏少;冷季(11月至次年4月)在全国大部分地区模式降水偏多,暖季(5~10月)东南沿海季风区偏少。1956~2005年多模式集合平均历史模拟降水偏差中84%属于气候漂移,其余是偏差的非定常模态。扣除气候漂移后,RCP4.5情景下2006~2015年中国模式降水预估偏差减小90%以上,大部分地区降水偏差百分率分布在±5%以内,仅在青藏高原西部和西北中部等地区模式降水偏多10%~40%;暖季降水偏差分布与年降水量类似;冷季偏差较大,北方降水偏多,南方偏少。检验表明,一元线性对数差分回归方程订正后,模式降水对于2006~2015年期间西南和江南中部的干旱少雨气候均能再现,且距平同号率高于多模式集合平均和扣除气候漂移的结果。用该方法对RCP4.5情景下2016~2035年模式预估降水进行订正,结果显示,南方(淮河以南)降水减少5%~20%,河套、内蒙古和华北北部减少20%~40%,东北南部、淮河流域、西北大部增加10%~40%及以上,东南沿海和台湾省降水增加10%~20%。以上降水预估结果说明,在RCP4.5情景下,21世纪前期持续十年的西南干旱会略有缓解,但南方降水偏少格局变化不大,淮河流域和三江源区及其以西等地降水可能明显增加。中国降水异常分布总体呈现南北少、中间多的格局,但北方和西部高山地带的降水预估存在较大的不确定性。
两个相似路径台风残余造成局地特大暴雨的成因机制和能量收支对比分析
潘劲松, 周玲丽, 陆玮, 罗玲, 翟国庆
2019, 43(6): 1399-1412. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1901.18239
摘要:
本文利用ERA-Interim 0.5°×0.5°再分析资料、自动站小时和分钟加密资料、风云2G(FY-2G)卫星红外云图及多普勒雷达和风廓线雷达资料对2015年路径高度相似的“苏迪罗”和“杜鹃”台风在浙江沿海引发的局地特大暴雨进行对比分析。这两次降水过程都是在台风减弱为热带低压甚至残压并深入内陆远离浙江沿海后发生的。结果表明,“苏迪罗”降水过程是由低层强东南和偏南急流长时间辐合加上有利地形共同作用导致的;经向环流背景下来自季风持续的水汽输送有利于“苏迪罗”维持较长的生命史和稳定的降水。“杜鹃”残压特大暴雨的触发系统则是高纬地面冷高压底部的东东北出流南下与“杜鹃”北象限的东东南风交汇形成的中尺度倒槽;纬向环流和强盛副热带高压造成的弱引导气流及夏季风南撤和低涡卷挟造成的水汽通道断裂是“杜鹃”登陆后快速减弱为残压和降水维持时间较短的原因。两次台风降水过程中均无外部动能输送和来自有效位能的动能转换。动能收支的主要影响因子为中低层局地次网格运动间的能量转换、旋转风和散度风效应及下垫面的摩擦耗散。所以,虽然“杜鹃”的对流有效位能很小,但仍可造成强对流和特大暴雨。此外,降水过程中释放的凝结潜热造成的局地非绝热加热使气柱中显热能大量累积,促使地面中小尺度涡旋和倒槽不断加深,造成降水的增幅。
云滴数浓度对超级单体龙卷影响的数值模拟研究
王霁吟, 陈宝君, 郑凯琳, 花少烽
2019, 43(6): 1413-1423. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1903.18241
摘要:
为了探讨云滴数浓度对于龙卷发生、发展的影响,利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式,通过调整云滴数浓度(分别取高3000 cm-3、中1000 cm-3和低100 cm-3)的变化,对2003年7月8日安徽省无为县超级单体龙卷进行理想模拟试验。研究表明:三组试验都模拟出超级单体风暴的特征结构如钩状回波和V型入流缺口;云滴数浓度高的试验中上升气流更强、风暴较先发展且持续时间长,近地面涡度也较其他两组试验更大;从三组试验中找到4个龙卷涡旋,其中云滴数浓度高的试验中有两个,涡旋总持续时间接近30 min,最大近地面风速为46.93 m s-1,最大涡度值为0.42 s-1;高云滴数浓度情况下地面冷池弱,更有利于龙卷产生,并对龙卷的发生、发展有促进作用。
基于智能计算的广西冷湿极端天气定性和定量组合预报方法研究
黄颖, 金龙, 陆虹, 黄翠银, 周秀华
2019, 43(6): 1424-1440. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1908.18248
摘要:
论文以逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料为基础,将表征冬季低温冷害的冷湿指数作为预报量,先利用随机森林方法进行冬季逐日冷湿极端天气定性判别预报分析,再进一步以粒子群算法为基础的模糊神经网络集成个体生成技术方法,建立一种新的非线性智能计算定量集成预报模型(PSO-FNN),进行了广西冷湿极端天气定量预报模型的预报建模研究。结果表明,论文提出的这种以不同的智能计算方法构建的定性、定量综合预报分析方法,比较符合极端天气小概率事件的预报特点,其中随机森林算法构建的定性预报模型,对广西冷湿极端天气事件的预报TS评分(Threat Score)为0.77,空报率为0.23,漏报率为0,ETS评分(Equitable Threat Score)为0.41,TSS评分(True Skill Statistic)为0.53。而采用粒子群—模糊神经网络方法构建的极端冷湿指数定量集成预报模型比其他线性和非线性预报模型具有更好的预报精度。其中PSO-FNN集成预报模型在预报建模样本和独立预报样本个例相同的情况下,比回归方法的预报平均绝对误差下降了25%以上,比一般的普通模糊神经网络预报平均绝对误差下降了14.37%。主要原因是因为PSO-FNN集成预报模型通过改进集成个体的预报能力和增强集成个体的种群差异性,提高了集成预报模型的预报精度。因此,该智能计算集成预报模型的泛化能力显著提高,预报结果稳定可靠,为冷湿极端天气客观预报提供了新的预报工具和预报建模方法。
中国夏季风影响过渡区与其他地区蒸发皿蒸发量趋势相反的原因
杨司琪, 张强, 奚小霞, 乔梁
2019, 43(6): 1441-1450. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1904.18255
摘要:
夏季风影响过渡区是天气和气候的敏感区,随着全球和区域的变暖,该区域特殊的气候环境响应引起人们重点关注。以南昌、定西、乌鲁木齐作为夏季风影响区、夏季风影响过渡区以及非夏季风影响区的代表站,通过对比中国夏季风影响过渡区和其他地区50年来温度、日照时数、相对湿度、降水量、低云量、风速的变化趋势,以及分析各气象因子单独变化对蒸发皿蒸发量的影响,发现在夏季风影响过渡区各个气象因子的变化均使蒸发皿蒸发量增加,而在其他地区,只有温度变化会使蒸发皿蒸发量增加,其他各因子的变化均会造成蒸发皿蒸发量的下降。贡献度更直观的反映各气象因子对不同地区蒸发皿蒸发的作用。结果表明温度变化对夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为48.93%。风速变化对夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为51.54%。降水变化对非夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为58.57%。此外,低云量的变化对夏季风影响过渡区、夏季风影响区和非夏季风影响区的贡献均达到20%以上。因此,不同地区影响蒸发皿蒸发的最主要的因子是不同的,但低云量对任何地区蒸发皿蒸发的影响都非常重要。