2024年, 第43卷, 第06期　
刊出日期：2025-03-25

  

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  四川盆地一次暴雨过程中西南低涡非对称结构特征及其成因分析

  邓承之, 曹洁, 罗娟, 周国兵, 夏蘩, 赵衍斌

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 627-636.

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  为深入认识诱发暴雨的西南低涡非对称结构特征，选取近10 a来影响最大、由西南低涡缓慢移动造成的四川盆地2013年6月30日暴雨过程，基于WRF数值模拟等资料，采用跟随低涡中心移动的动态合成方法，结合涡度方程、散度方程诊断及风场分解，对西南低涡成熟阶段的非对称结构特征与成因进行分析，结果表明：(1)西南低涡在低空表现为旋转进入中心并逐渐减弱的辐合气流，高空为旋转的辐散气流。西南低涡的降雨、正涡度、低空辐合及垂直上升运动呈显著的非对称分布。低涡前侧正涡度和辐合上升运动显著，降雨强；低涡后侧正负涡度并存，辐合上升运动较弱，降雨弱。(2)西南低涡的非对称分布与低涡前侧的副热带高压作用有关。副热带高压维持，有利于向东南方向移动的西南低涡前侧位势高度梯度增加和低空急流增强，导致低涡前侧位势高度的拉普拉斯项和动能的拉普拉斯项呈负值演变，形成持续的低空负值非平衡动力强迫效应，促进低空辐合和垂直上升运动增长，以及强降雨发展，并通过低空辐合和垂直上升运动促进低涡前侧正涡度发展，形成西南低涡降雨、正涡度、低空辐合及垂直上升运动的非对称分布特征。
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  华南前汛期强降水过程雨滴谱特征研究

  李晓惠, 冯璐, 叶朗明, 刘显通, 皮婉楷, 蒲义良, 徐碧裕, 邢飞

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 637-647.

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  为了解华南前汛期暖区降水和锋面降水的微物理特征差异，利用二维视频雨滴谱仪（2DVD）资料、自动站降水资料以及ERA5再分析资料，以2017年6月17日、2023年4月6日锋面降水和2017年6月22日、2022年5月11日暖区降水过程为例，对比分析暖区降水和锋面降水的雨滴谱特征、Gamma谱参数形状因子与斜率因子（μ-Λ）关系以及雷达反射率因子与雨强（Z-R）关系。结果表明：（1）锋面降水个例和暖区降水个例中，对流降水均占主要贡献，对流降水各粒径（尤其是粒径小于1 mm）数浓度高且粒径大；暖区对流降水发生时间概率和降水量贡献比例均大于锋面对流降水。（2）暖区降水和锋面降水对流发展阶段，雨强（R）的增长均滞后于雷达反射率因子（Z），暖区降水的R、质量加权直径（D_m）和粒子数浓度（lgN_w）极值均远大于锋面降水。（3） Dm和lgN_w分布显示，暖区对流降水粒子分布较为分散，具有较大D_m和lgN_w；锋面层云降水粒子具有较小Dm和lgN_w。（4）锋面降水个例和暖区降水个例μ-Λ关系式以及Z-R关系式相差较大，且不同于经典大陆性对流云降水Z-R关系式。
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  贵州典型地形下强降水特征及其模式预报订正研究

  李智玉, 杜小玲, 朱育雷, 谢清霞, 魏涛, 周文钰, 李典南

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 648-656.

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  利用2016—2020年贵州省国家气象站和区域气象站逐小时地面降水观测资料，分别选取北盘江作为贵州河谷地形、雷公山和梵净山作为贵州高山地形的典型代表，对贵州典型地形下的强降水时空特征进行分析，并利用2019—2020年欧洲中期天气预报中心逐3 h降水预报资料，采用频率匹配法对三个地区的强降水预报进行客观订正。结果表明：(1)三个地区的强降水多发生在6月，其中北盘江与雷公山强降水的频次逐年增加，而梵净山增加不明显。两个高山地区强降水频次主要集中在夜间至早晨，而北盘江强降水频次在午后和夜间各有一个峰值。(2)三个地区的强降水与地形有一定关系，北盘江强降水的频发区和降水量集中区主要出现在流域北部的低洼地带，雷公山出现在山体以南，而梵净山集中在山体东侧。当北盘江与梵净山地区地形坡度小于20°—30°，雷公山地区地形坡度小于40°—50°时，强降水频次随坡度增加而增加，而后强降水频次随坡度减少。(3)采用频率匹配法分别对三个地区的强降水进行客观订正后，当北盘江降水量小于8.2 mm，雷公山降水量小于10.3 mm，梵净山降水量小于7.3 mm时，频率匹配订正对模式预报降水有一定的消空作用；当三个地区降水量分别大于对应阈值时，频率匹配订正可明显提升降水预报量级；三个地区的强降水预报技巧整体有所提升，强降水预报频次有明显提高，空间分布特征基本符合实况，其中以北盘江订正效果最优。
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  气溶胶效应对北京一次暴雨过程影响的数值模拟研究

  张艳晴, 高怡, 许丽人, 张美根

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 657-667.

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  人为气溶胶对夏季强降水有重要影响，但其影响程度和相关机理仍具有极大不确定性。以2020年8月12—13日发生在北京的一次区域性暴雨过程为例，利用耦合了气溶胶-气象相互作用的WRF-Chem模式，基于敏感性试验探究了气溶胶直接效应、间接效应与总效应对此次暴雨过程的影响及机制。结果表明：（1）降水第一阶段（8月12日15∶00—18∶00）(北京时，下同)，由于气溶胶对太阳辐射的消光及对云粒子的影响，气溶胶直接效应、间接效应和总效应均使得北京城区小时雨强减少，最大依次减少6 mm·h^-1、1 mm·h^-1和4 mm·h^-1。（2）降水第二阶段（8月12日20∶00—13日04∶00），气溶胶直接和间接效应也均使北京城区小时雨强减少，最大均减少约4 mm·h^-1，气溶胶总效应对小时雨强影响不大，但使降水时间滞后。总体上，气溶胶直接效应使暖云过程增强、冷云过程减弱，从而减少降水并使第二阶段强降水过程提前；气溶胶间接效应使雨滴的有效半径降低，从而降低碰并过程，减少降水，并推迟第二阶段强降水的发生时间；气溶胶总效应对降水的影响是气溶胶直接和间接效应共同的非线性影响结果，在降水第一阶段以直接效应为主，第二阶段则以间接效应为主。
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  2024年2月初湖北极端冰冻过程的观测和成因分析

  陈璇, 钟敏, 陈赛男, 罗昱, 熊思章, 鲁易, 刘瑞雪

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 668-679.

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  2024年2月初湖北省遭受了一次极端冰冻天气过程，期间经历了冻雨、冰粒和雪等多种降水相态变化，其中冻雨强度为当地1981年以来最强。为给复杂冰冻天气过程的准确预报及精细化预警服务提供参考依据，利用常规气象观测、双偏振雷达和再分析资料，对湖北此次极端冰冻过程的基本观测特征及成因进行分析。结果表明：(1)此次过程的环流形势表现为，南支槽和副热带高压共同影响，西南气流与偏东路冷空气长时间交汇，西南暖湿气流叠置在低层冷空气之上，垂直方向上存在有利于冻雨发生的“冷-暖-冷”温度夹心层结。700 hPa水汽通量异常偏强、700—800 hPa温度异常偏高和925 h Pa温度异常偏低是此次冻雨强度具有极端性的主要原因。(2)降水相态与垂直温湿层结的关系分析表明，云顶伸展高度、融化层和低层冷垫的厚度及强度是决定降水相态的关键因子，湖北省此次过程冻雨和冰粒均为融化机制降水，冰粒比冻雨云顶高度更高、融化层厚度和强度更弱、低层冷垫厚度和强度更强。(3)此次极端冻雨的双偏振雷达特征表现为强回波主要集中在融化层2～3 km高度附近，有明显的0℃层亮带特征，回波强度为30～45 dBz，最强可达50 dBz；在融化层及以下，相关系数维持在0.7～0.95，存在明显的梯度大值区；差分反射率为正值，强度在1～3 dB，最大达4 dB，与降雨没有明显差异，但与纯雪为负值差异较大。
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  2024年初湖南两次区域性低温雨雪冰冻天气的成因对比

  胡燕, 叶成志, 赵恩榕, 陈红专, 刘红武

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 680-692.

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  2024年2月湖南省出现2次区域性低温雨雪冰冻天气过程，即2—6日湘北低温雨雪冰冻过程(简称“2.02”过程)和21—26日全省性大范围雨雪冰冻过程(简称“2.21”过程)。使用常规地面高空观测资料、加密自动站资料与NCEP再分析资料，从环流形势、降温机制、水汽输送特征等方面，对上述两次过程的物理成因进行对比分析。结果表明:(1)两次过程环流背景存在明显差异，“2.02”过程发生在南支槽和西风槽同位相叠加东移的大尺度背景下，而“2.21”过程则发生在阻塞高压崩溃导致寒潮爆发的背景下，受南支槽上小波动影响反复出现雨雪相态转换。(2)两次过程均存在低层强锋区，而“2.21”过程还出现了少见的大于26℃南北温差梯度，这可能是此次极端寒潮天气发生的重要原因。(3)温度平流对雨雪演变起重要作用，其中“2.02”过程主要受西风槽带动中层强冷平流入侵，整层气温下降，而“2.21”过程超低空强冷平流持续输入是导致持续冰冻天气的重要降温机制之一。另外，暖平流最强输送层对应垂直速度负值中心，对流层中低层垂直风切变更大，导致雨雪强度更强。(4)两次过程主要水汽源地均为阿拉伯海，对流层中层西南暖湿空气随500 hPa低槽或其分裂出的小槽移动，且比湿和水汽贡献率最大，低槽既为冬季雨雪过程提供了有利的动力条件，也提供了充沛的水汽。其中“2.21”过程，来自南海和阿拉伯海洋面、低纬内陆的三条通道叠加传输暖湿气流，为湘南冰冻区提供了水汽和暖层条件，这也是造成该地强冰冻的重要原因。
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  东北冷涡背景下弓形回波导致的雷暴大风成因分析

  陈宇, 杨磊, 王瀛, 金博, 李萍, 曹世腾, 杨雪, 刘硕

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 693-701.

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  2022年6月25日傍晚辽宁省出现以雷暴大风为主的强对流天气，全省82个区域自动气象站出现8级以上雷暴大风，其中辽宁省北部的沈阳市马三家站阵风达13级(39.1 m·s-1)，致灾严重。利用2022年6月25日17∶00—22∶00(北京时)辽宁省1 668个区域自动气象站分钟级观测资料及常规探空、双偏振雷达、ERA5再分析等资料，对此次雷暴大风天气成因进行分析研究。结果表明：(1)此次过程发生在东北冷涡背景下，辽宁处于冷涡西南象限，有利于冷涡西侧干冷空气与低层暖湿空气交汇。(2)沈阳探空曲线呈低层暖干、中低层暖湿、中高层干冷的“X”型特征，且具有较强的垂直风切变，利于雷暴大风天气发生。(3)此次过程雷达回波发展演变与经典弓形回波演变模型一致，初期孤立风暴导致局地大风，之后多单体风暴逐渐合并为弓形回波。在负浮力、动量下传和冷池密度流等共同作用下，沈阳城区出现大范围雷暴大风。(4)弓形回波前沿存在浅薄的低空γ中尺度涡旋，低空涡旋旋转在近地面形成扰动低压导致下沉气流加强，涡旋与后侧入流急流共同作用导致雷暴大风出现。
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  2022年广西雷暴活动特征分析

  伍华丽, 卢炳夫, 植耀玲, 何宽, 黄丹, 陈小艳

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 702-712.

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  基于2022年广西三维闪电监测资料、雷达三维拼图数据，融合利用风暴识别追踪技术（Storm Cell Identification and Tracking,SCIT）和DBSCAN （Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）算法，识别提取1 131个雷暴单体构建雷暴特征数据集，并基于该数据集研究广西雷暴单体的时空分布、移动方向、持续时间、移动速度、移动距离等特征，并进一步对雷暴发生环境下雷达基本反射率、垂直积分液态水含量（VIL）、回波顶高等分布特征进行统计分析。结果表明：（1）广西雷暴呈南多北少的特征，南部沿海地区的雷暴活动最强；夏季（6—8月）雷暴高发，占全年雷暴数的65.3%，冬季（12—2月）雷暴占比仅为0.18%。一天之中雷暴活动主要发生在11—19时。（2）雷暴单体的移动速度集中在2～16 m·s^-1，以4～6 m·s^-1为最多；移动距离集中在100 km以内，以10～20 km为最多；移动方向以东北向、北向、西北向和东向为主。不同移动方向的雷暴单体移动距离、速度均存在一定差异，其中朝东方向移动的雷暴单体速度偏快(8～16 m·s^-1)，移动距离较远（10～40 km）；朝南方向移动的雷暴单体速度总体偏慢(2～10 m·s^-1)，移动距离较短（0～30 km）；其他移动方向的雷暴单体速度集中在4～12m·s^-1，但峰值区间略有差异。（3）雷暴内初闪常发生于雷达反射率大于45 dBz且VIL小于30 kg·m-2的区域中，初闪之后的闪电主要分布在雷达反射率为45～65 dBz且VIL≤40 kg·m-2的区域内；45 dBz的雷达强回波核顶高达到6 km可作为闪电预警的参考指标之一。
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  高密度雷达网风场反演的优化方法及其应用效果检验

  徐冉, 刘黎平

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 713-722.

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  高质量多普勒天气雷达三维风场反演产品是研究和预报中小尺度天气系统不可或缺的资料。现有的天气雷达三维变分风场反演方法（3DVAR）主要基于单部或数部雷达进行小范围风场反演，利用多部雷达资料进行而大范围风场反演计算量大、程序运行速度慢，不利于业务有效开展。利用广东省11部S波段多普勒天气雷达和27部X波段相控阵天气雷达，在3DVAR方法的基础上，结合双雷达风场反演方法提出了一种能够获得高质量大范围风场结果的优化方法（D-3DVAR）。优化过程共分三步：（1）基于天气系统位置确定风场反演区域从而减少雷达数量；（2）通过计算雷达网在双雷达风场反演贡献比例减少雷达数量；（3）在双雷达风场反演过程中每个格点仅选取最优的两个径向速度进行风场反演计算，其余径向速度不参与后续的风场反演，每进行一步优化后进行风场反演的结果记为优化1—3。以2022年5月13日广东沿海地区一次飑线过程为例，应用D-3DVAR方法对雷达网风场进行反演，并对反演结果进行对比检验。结果表明，三步优化的风场反演方法能够得到大湾区大范围的双多普勒雷达风场反演结果，在2 km高度能够较好覆盖大湾区陆地区域，在4 km高度能够覆盖海岸线内大部分区域。相较优化1，优化2和优化3的风场反演程序运行速度提高了3倍，优化3与优化1的风场反演结果基本特征一致，风速误差基本小于1.7 m·s^-1，风向误差基本小于10°；但优化3的风场反演结果更能突出中小尺度天气系统风场强上升气流和垂直涡旋特征。
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  热带气旋气候持续性降水模型R-CLIPER本地化研究

  李颖, 方伟华, 叶妍婷, 黎玥君, 陈晔峰

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 723-732.

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  热带气旋(简称TC)气候持续性降水模型(简称R-CLIPER)是基于对北大西洋TC或全球TC观测的一种TC降水统计参数模型，具有输入简单、计算快捷的优点，可实现气候尺度TC降水模拟，并为TC降水预报和风险预估提供技术支撑。以西北太平洋地区TC为研究对象，对R-CLIPER模型进行本地化研究。首先，基于热带测雨卫星(TRMM)及风云卫星(FY2C/2E)降水数据，提取TC不同强度等级(即超强台风、强台风、台风、强热带风暴、热带风暴、热带低压共6个)的降水径向平均廓线；其次，结合R-CLIPER模型框架，研究面向全局最优的TC降水廓线参数化拟合方法，分别构建基于TRMM和FY2C/2E降水数据的西北太平洋R-CLIPER，即TRMM-R-CLIPER-WNP(模型1)和FY-R-CLIPER-WNP(模型2)；最后，针对2012—2013年西北太平洋62个TC及2009—2021年影响浙江的26个TC，从拟合误差、降水落区两个方面对模型进行评估。结果表明：(1) TC的TRMM降水廓线在峰值区相对尖锐，而FY2C/2E廓线则更平滑、细节刻画更精细，可能原因是后者分辨率更高；(2) TRMM廓线和FY廓线参数化的均方根误差(RMSE)分别为0.28 mm·h-1、0.51 mm·h-1;(3)基于站点数据TC降水落区评分表明，当降水阈值小于3 mm·h-1时，模型1模拟值的ETS评分优于模型2，当阈值大于3 mm·h-1时模型2结果更优，两者均表现出TC中心海上比陆上评分更优，即两者均表现出热带气旋的中心降水强度预报海上准确率比陆上更高。(4)使用参数化拟合方法，可将R-CLIPER模型在西北太平洋地区TC降水模拟的准确度提升5.5%；同时还揭示出TC降水模拟误差受模型数据源、模型框架、参数化方案等因子影响。
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  基于GIS的安徽省雷电致灾危险性评估与区划

  朱浩, 程向阳, 田红, 鞠晓雨, 邱阳阳

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 733-740.

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  致灾危险性评估是雷电灾害风险普查的关键环节。根据2020年开始的全国气象灾害综合风险普查的技术路线，基于2010—2020年安徽省闪电定位、2000—2020年历史灾情、数字地形高程和土壤电导率资料，参照《全国气象灾害调查与风险评估技术规范(雷电)》构建安徽省雷电致灾危险性区划模型，利用层次分析法确定各指标权重后计算雷电致灾危险性指数，结合GIS技术完成雷电致灾危险性区划。结果表明：(1)雷击密度和雷电流幅值分布与地形地貌密切相关，海拔高度和地形起伏度对雷电致灾危险性具有正向驱动作用。(2)雷电灾害孕灾高和较高敏感区主要位于山区、沿江和淮河流域局部地区。(3)雷电致灾高危险区位于沿江大部及皖南山区部分地区；较高危险区位于皖南山区、江淮之间和沿江江南的部分地区；较低和低危险区位于皖北地区和江淮之间的平原和丘陵部分地区。结合历史灾情数据对比检验，区划结果与实际灾情分布基本吻合，可为安徽省的雷电灾害防御工作提供参考。
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  基于不同测站布局的闪电定位误差分析

  曾颖婷, 顾佳莹, 张若筠, 杨庆波, 曾金全

  暴雨灾害. 2024, 43(06): 741-748.

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  为了探讨闪电探测站布局对闪电定位精度的影响，基于福建省九仙山自然闪电观测试验基地的磁场波形观测资料，选取探测站网内外不同方位和不同距离的10次地闪回击，以10站(或9站)同步的定位结果为基准，利用到达时间差法(Time of Arrival, TOA)，对比分析了任意5—8站不同测站组合情况下的定位结果差异性，并探讨定位差异性的可能原因。结果表明：闪电定位与测站数量和测站布局密切相关，同样的测站数量，不同测站布局的定位结果存在较大差异，而随着测站数量的增加，由测站布局不同所带来的差异性逐渐减小。相同的测站数量和布局，对不同方位距离闪电的定位偏差也存在明显不同。在测站网外围区域的闪电定位偏差明显大于网内，网外闪电定位结果往往呈现“带状分布”，距离测站网越远，这种“带状分布”的偏差分布越明显，这是由于双曲线交汇形成的狭长空间区域所致。