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行业专项成果综述-西北地区复杂地形下雷暴及短时强降水预报预警

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/1/24 11:13:56   标签:   浏览次数:99

项目编号GYHY201306006

研究周期2013年1月—2015年12月

国拨经费120.51万元

项目负责人】赵庆云

项目骨干成员】李照荣、傅朝、张武、刘新伟、许东蓓、杨毅、隆霄、李生辰、侯建忠、陈晓燕、沙宏娥、张之贤、狄潇泓、张铁军、李文莉、杨晓军、王勇、石延召、苟尚、聂灿齐、张青梅、潘留杰、张雅斌、周晓军

项目承担单位兰州中心气象台

项目协作单位】兰州大学、青海省气象台、陕西省气象台

主要研究成果

揭示了西北地区不同地形、不同区域雷暴及短时强降水特征;探讨了雷达资料在西北地区的应用技术;研究了西北地区雷暴及短时强降水的预报预警技术方法;建成了西北地区雷暴及短时强降水预报预警系统;实现了雷暴及短时强降水客观预报产品、主客观相结合的短时强降水落区预报制作;提升了复杂地形下雷暴及短时强降水预报预警能力和预警信号发布时效。

1.揭示了西北地区不同地形、不同区域雷暴及短时强降水特征

短时强降水空间分布不均匀,集中在西北地区东部,秦岭以南最多;不同地形短时强降水日变化差异显著,秦岭以南主要出现在后半夜-上午,高原东部主要出现在下午。雷暴的空间分布差异很大,青海南部和甘肃甘南(青藏高原)是西北四省区雷暴出现最多的地方。

2.归纳了西北地区短时强降水4种主要类型,凝练了各类型不同尺度系统配置、触发机制及预报预警关键点

依据短时强降水出现的频次,提出低槽型是造成西北地区短时强降水的主要天气类型,其次是副高边缘型,低涡型和西低东高型(锋前暖区暴雨)。不同天气系统主导下,短时强降水的时空分布差异较大,低槽型下,陕西出现短时强降水最多,其次是甘肃、宁夏;高原上的短时强降水多出现在副高边缘型下。凝练了各类型不同尺度系统配置、触发机制及预报预警关键点。探讨了数值预报对不同类型降水区域和降水极端性的预报能力。

3.构建了物理量权重配料法短时强降水客观预报方法

基于相关分析,建立了格点物理量与短时强降水时间序列的关系,得到不同区域对短时强降水反应敏感的不同物理量,明确了其物理意义,根据不同区域相关性较好的物理量阈值特征,赋予物理量不同的权重系数和阈值权重系数,构建了物理量权重配料法短时强降水客观预报方法。

4.研究了雷达资料在西北地区的应用技术,提高了雷暴及短时强降水短临预警水平

探讨了夏季强对流暴雨平均各特征层高度和雷达探测数据、地形对雷达探测的影响,科学划分了雷达探测效果区域。针对不同区域,采用不同方法,发挥了雷达在西北地区复杂地形下的作用,提高了强对流天气短临预警水平。

在雷达有效探测范围内,应用模糊逻辑法进行降水分类,同时考虑雷达的系统偏差标定,明显改进了单一的Z-I关系降水估计效果。

利用两步变分法反演多普勒雷达风场,建立了反演风场、回波强度与降水之间的关系。

进行了WRF 3D-Var同化多普勒雷达反演风场试验研究:利用两步变分法反演三维风场,以WRF模式及其3维变分同化系统WRF 3D-Var为平台,进行同化雷达风场的试验研究,发现各组试验预报降水落区与观测降水落区比较接近,尤其是强降水带模拟很好,但是各组试验预报降水强度偏强,同时也发现并不是同化次数越多越好。试验研究为C波段雷达风场资料更好的应用于数值预报模式提供了科学依据。

在青藏高原东北边坡地区,利用Z-I关系式对强降水进行反演,并采用不同数学校正法进行空间校准研究,发现最优化法得到的Z-I关系式,效果明显优于其它波段或地域的固有关系式,变分-卡尔曼滤波校准效果最好,可以细致反映空间降水分布。发挥了雷达在复杂地形下的作用,提高了短时强降水预警水平。

归纳了西北地区短时强降水中尺度特征、回波特征及回波的三维立体结构特征;提炼了西北东部雷达预警指标和青藏高原东部雷达预警指标。

建立了雷电临近预警方法。

5.凝练了西北地区对流云特征,建立了短时强降水与对流云云顶亮温的关系

统计得到西北地区短时强降水季节云层数、云量、云微物理参数特征。

提炼得出造成西北地区短时强降水对流云,主要有锋面云系中对流云、逗点云系尾部对流云团、涡旋云系、MCC、高原对流云、本地新生的对流云。

研究发现中尺度对流系统(MCS)是西北地区强降水的主要贡献者;中尺度对流复合体(MCC)是秦岭以南的重要降水系统;青藏高原东北部中尺度对流复合体(MCC)比较罕见。

建立了短时强降水与对流云云顶亮温的关系。

6.开展了加密资料在短时强降水预警中的应用,提高了短时强降水预警水平

探讨了地面中尺度辐合线对对流系统的触发机制。

研究复杂地形对对流系统传播的影响及作用。

7.揭示了雷暴及短时强降水的形成机理、地形对雷暴及短时强降水的影响

利用中尺度数值模式,重点针对贺兰山、秦岭、祁连山等复杂地形,对雷暴及短时强降水进行数值模拟和诊断分析,揭示了雷暴及短时强降水的形成机理、中尺度系统特征、地形对雷暴及短时强降水的影响。

8.建立了西北地区雷暴及短时强降水预报预警业务系统

实现了雨情实时监测、雷达、卫星云图实时检测和时段检查的功能;基于NCEP的短时强降水客观概率预报,按照Micaps第四类数据格式生成短时强降水预报产品;0-1小时的闪电和短时强降水临近预报产品;主客观结合的短时强降水落区预报产品;短时强降水的检验评估。

成果应用情况

1.基于本项目研究的多种探测资料预报预警技术方法的综合应用,在西北地区重大强降水预报预警中发挥了作用,短时强降水和强对流暴雨预报准确率逐年提高,预警信号发布时效明显提前。

2.雷达资料在西北地区的应用技术,提高了雷暴及短时强降水短临预警水平;雷达降水反演关系和空间校准数学校正法的研究成果和方法,在测站相对较少、地形复杂、海拔高度差异大的西北地区,发挥了雷达的作用,提升了复杂地形下短时强降水、地质灾害预警能力。

3.开发的反射率因子等高面和站点上空的反射率因子垂直结构时序图,支持反射率因子任意高度等高面显示和空间任意点上空反射率因子垂直结构时序显示,在日常预报预警业务和灾害性天气技术分析中发挥了作用。

        4.建立的西北地区雷暴及短时强降水预报预警业务系统,在西北地区短时强降水和强对流暴雨预报预警业务中发挥了效益。

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