【正文】 本的預(yù)報較好?！　　　　　　　　　?a)日本格點資料　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b) T213模式　　　　　　　　　　　　 數(shù)值預(yù)報2009年8月對河北地區(qū)降水檢驗的TS結(jié)果 其它探測資料圖　　隨著我國氣象事業(yè)的發(fā)展，大量特種氣象觀測設(shè)備正在逐漸融入到現(xiàn)代天氣氣候觀測網(wǎng)中，氣象觀測正在從人工、定性、定時觀測向自動化、遙感遙測、定量、連續(xù)觀測轉(zhuǎn)變。這些觀測資料，從不同側(cè)面認識天氣系統(tǒng)演變、改善數(shù)值預(yù)報模式的初始場、提高災(zāi)害性天氣的預(yù)報預(yù)警水平等方面，正在發(fā)揮越來越重要的作用。本節(jié)簡要介紹風廓線儀、地基GPS水汽、閃電定位儀等資料在天氣預(yù)報中的應(yīng)用。 風廓線儀　　風廓線儀又稱風廓線雷達，它的原理是利用大氣湍流對雷達電磁波的散射作用，遙感探測風速。風廓線儀能夠提供以風場為主的多種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其探測數(shù)據(jù)包括徑向速度、譜寬、信噪比、水平風向、水平風速、垂直速度等的垂直分布廓線資料。詳情進入　　風廓線儀資料在天氣預(yù)報預(yù)警中的應(yīng)用，一方面是模式應(yīng)用，利用風廓線儀不間斷探測大氣中垂直風廓線資料，通過快速同化技術(shù)，改善中尺度數(shù)值預(yù)報模式的初值，提高模式的預(yù)報質(zhì)量；另一方面是在日常的天氣預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)中應(yīng)用，利用單站風廓線儀資料，監(jiān)測天氣系統(tǒng)移經(jīng)測站時的水平風場、垂直風場等的連續(xù)變化，并據(jù)此來了解天氣系統(tǒng)內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)，判斷天氣系統(tǒng)是否處于醞釀、發(fā)展或衰亡階段；另外利用某一區(qū)域內(nèi)的多部風廓線儀資料，可以描述天氣系統(tǒng)的三維空間流場結(jié)構(gòu)、移動路徑、移動速度，在強天氣的短時、臨近預(yù)報預(yù)警中具有潛在的應(yīng)用價值。 2004年7月10日北京南郊觀象臺風廓線儀連續(xù)觀測垂直剖面圖 北京南郊觀象臺風廓線儀連續(xù)觀測垂直剖面圖 ，位于暴雨云團外側(cè)的南郊觀象臺風廓線儀的連續(xù)觀測結(jié)果。13:00以前，5500m以下風隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，而之上風隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流；13:00之后中層的冷平流高度明顯降低到4400m，到14:00前，中層冷平流的厚度也逐漸增加，表明冷平流略有增加，由于低層暖平流、中層冷平流，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度加強，使得暴雨云團迅速發(fā)展。14:00后1500m以下的東南風逐漸加強，由于風廓線儀所在的位置位于云團南側(cè)，故東南風的加強表明暴雨云團外側(cè)低層的入流在加強，5000～7000m逐漸由西南風轉(zhuǎn)為西北風，說明云團中高層的出流區(qū)也是逐步擴大、加強的，由此我們可以初步認為，該暴雨云團將逐步逐漸加強，暴雨過程還將持續(xù)。　 　 　 　 　 　 　 觀象臺 2006年7月8日23:009日05:00垂直風廓線演變（時間間隔：18m 南郊觀象臺 ，北京西部城區(qū)發(fā)生局地性中尺度暴雨前后，兩部距離暴雨中心點不同位置的風廓線儀的同步觀測結(jié)果。從分布在南郊觀象臺和海淀氣象站的兩部風廓線儀連續(xù)觀測的對比結(jié)果可以看到，在距離暴雨中心40 km左右的南郊，暴雨過程前后，邊界層和對流層中層的風向、風速并沒有發(fā)生明顯的改變。但是在靠近暴雨中心的海淀，邊界層內(nèi)以及對流層中下層的垂直切變的發(fā)生了明顯的改變?！?　 　 　 　 　 　 　 海淀 2006年7月8日23:009日05:00垂直風廓線演變（時間間隔：18min） 海淀氣象站 比較7月8日23:00前后（距離強降水開始2個多小時）南郊觀象臺和海淀低空風場，可以看到，在海淀，東風高度達到700m，其中400～600m的偏東風（6～8m/s）明顯大于近地面層（2m/s左右），南郊觀象臺的東風層次略偏低，而且邊界層內(nèi)風速的垂直切變也明顯小于海淀，而兩地1000m以上基本上維持4～10m/s的西南風。由于低層風切變是對流能否形成的重要環(huán)境條件，也就是說，海淀附近更有利于對流單體的發(fā)生、發(fā)展?！　娊邓_始（9日01:20）后，靠近暴雨中心的海淀，不僅邊界層內(nèi)的東風明顯加強，而且1000m以上的西南氣流也明顯加強。9日03:20前后，海淀2000m以上的上空，風向存在明顯地從西南風轉(zhuǎn)為西北風的過程，邊界層的東南風也明顯減弱，表明中尺度切變線正在經(jīng)過海淀上空，暴雨云團正在失去有利的維持環(huán)境，暴雨過程趨于結(jié)束?！　囊陨侠涌梢钥闯觯瑯I(yè)務(wù)預(yù)報中利用具有高時空分辨率的垂直風廓線資料，可以通過分析水平和垂直風場的切變、冷暖平流以及冷空氣侵入等變化，分析判斷系統(tǒng)的演變，進而進行天氣預(yù)報。 隱藏　 地基GPS水汽應(yīng)用　　研究發(fā)現(xiàn)大氣中無線電信號的延遲時間正比于沿信號傳播路徑上的大氣中水汽總含量，利用這種關(guān)系反演GPS探測資料可以得到大氣可降水量PWV（Precipitable Water Vapor，即單位面積氣柱中總水汽量）。詳情進入　　地基GPS觀測網(wǎng)得到的水汽分布隨時間的變化已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到數(shù)值預(yù)報模式中，以補充常規(guī)天氣觀測網(wǎng)對水汽觀測的不足，改善中尺度數(shù)值預(yù)報的預(yù)報能力?！　∪粘５念A(yù)報工作中，將一定區(qū)域內(nèi)的GPS觀測資料繪制成水汽分布圖，可以隨時了解整層大氣的水汽分布狀況，確定大值濕度區(qū)、干區(qū)的演變狀況，對暴雨系統(tǒng)的演變、暴雨落區(qū)的判斷，具有重要參考價值。另外，單站GPS反演的大氣可降水量在預(yù)報業(yè)務(wù)中也具有一定參考價值。曹云昌等在研究PWV與局地降水關(guān)系時，采用2h PWV增量為5mm作為閾值，得出在PWV迅速增加后3～4h內(nèi)出現(xiàn)降水（曹云昌等 2005）；陳小雷等研究表明單站PWV能反映當?shù)亟邓竟?jié)和地區(qū)變化特征，降水大多出現(xiàn)在PWV高于當月非降水時段PWV平均值(以下簡稱平均值)的時段，不同影響天氣系統(tǒng)，PWV變化具有不同的變化特征，但大部分降水過程前24h之內(nèi)PWV值有在1～3h內(nèi)增長4～5mm以上的急升出現(xiàn)，這可作為降水預(yù)報的指標之一（陳小雷等 2007）?！　?009年11月10—12日石家莊出現(xiàn)罕見暴雪天氣，過程降水量石家莊市區(qū)最大，累計積雪深度最大達55cm，日最大降雪量和累積最大積雪深度均突破當?shù)赜袣庀笥涗浺詠淼臍v史極值。在這種極端的天氣過程前，GPS資料的PWV有明顯的變化。石家莊降水是從11月10日06:00左右開始，7:30左右轉(zhuǎn)為降雪。，降雪天氣之前一周，11月3—8日PWV一直處于平均值（8mm）之上（8～16mm）震蕩，表明石家莊上空有水汽的聚積，且前幾日石家莊早晨均有霧出現(xiàn)，表明低層水汽較大。降水開始前48h，8日09:00開始PWV有近15h的陡升，9日00:00達最大27mm，是石家莊11月GPS/PWV平均值（2005—2008年）的3倍多，可見上空水汽總含量異常多。9日00:00到降雪開始的10日凌晨，PWV一直在8～16mm高位震蕩；10日持續(xù)降雪期間，PWV也一直在15mm之上震蕩，上空水汽沒有明顯的減少，石家莊上空仍存在充足的水汽條件，當11日高空槽再次東移影響時，石家莊又繼續(xù)產(chǎn)生降雪?！?　 　 2009年11月2－16日逐時PWV與10－12日逐時降水量的變化圖　　GPS的資料由于具有成本低、精度高、時間分辨率高、可全天候觀測等優(yōu)點，隨著GPS地基站的建設(shè)和GPS地基觀測網(wǎng)的形成，其資料在天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中會發(fā)揮越來越大的作用。 隱藏　 　　 閃電是雷暴云中發(fā)生的一系列連續(xù)的起電和擊穿過程。閃電定位系統(tǒng)是用于雷電監(jiān)測和預(yù)警的新型探測設(shè)備，可以自動、連續(xù)、實時監(jiān)測閃電發(fā)生的時間、方位、強度、極性等特征參數(shù)。應(yīng)用閃電資料能夠?qū)纂姙?zāi)害進行探測、預(yù)警。詳情進入　　研究表明：發(fā)生在超級單體雷暴中的冰雹、大雨或龍卷風等災(zāi)害性天氣過程與雷電的時空演變特征有很好的相關(guān)性。觀測發(fā)現(xiàn)，閃電頻數(shù)小于10次/min的雷暴一般不產(chǎn)生降雹，而大于100次/min的雷暴60%產(chǎn)生大的降雹（張義軍等 2006）。李建華等通過對北京地區(qū)暴雨和冰雹兩類強雷暴中的閃電活動與雷達回波反射率的關(guān)系進行分析，結(jié)果認為降雨和降雹天氣的地閃具有明顯差異。降雹天氣正閃比例較大，特別是在降雹前正閃頻數(shù)增加劇烈，并較降雹開始時間有幾十分鐘到1h的提前量。總結(jié)得到，北京地區(qū)閃電通常發(fā)生在45dBZ以上的回波中（李建華等 2006）。而國外研究認為，在熱帶低緯度風暴中，閃電一般發(fā)生在30～40dBZ回波區(qū)，中緯度閃電發(fā)生在30～45dBZ回波區(qū)（Carey等 2000）。　　在實際的監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警中，常常將閃電定位儀資料與其他資料（如衛(wèi)星資料、雷達資料、自動站資料）一起綜合使用，用來綜合判斷對流活動的性質(zhì)、強度、及移向、移速等。 中尺度分析　　中尺度分析是指對中尺度天氣系統(tǒng)的描述和分析。根據(jù)Olanski(1975)的尺度劃分，即中α尺度為200～2000km、中β尺度為20～200km和中γ尺度為2～20km。由于強風暴天氣系統(tǒng)的水平尺度一般為20～200km，故中尺度分析主要是針對產(chǎn)生雷雨大風、冰雹、短歷時強降水、龍卷等強對流天氣的中β尺度系統(tǒng)分析。我國開展中尺度分析業(yè)務(wù)相對較晚，國家氣象中心2009年3月成立了“強天氣預(yù)報中心”，主要進行強天氣的監(jiān)測和潛勢預(yù)報。目前，一方面運用常規(guī)觀測資料和中尺度數(shù)值預(yù)報分析其發(fā)生的可能性，進行潛勢預(yù)報；另一方面運用非常規(guī)的自動站加密觀測資料、危險天氣報告、雷達、衛(wèi)星等資料進行中尺度系統(tǒng)的監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警，及時捕捉其信號，及早發(fā)布災(zāi)害天氣預(yù)警信號。 環(huán)境背景分析 中尺度天氣圖分析　　主要是指在常規(guī)天氣圖分析基礎(chǔ)上，針對產(chǎn)生中尺度對流性天氣的主要條件（水汽、不穩(wěn)定、抬升和垂直風切變條件），分析各等壓面上相關(guān)大氣的各種特征系統(tǒng)和特征線，最后形成中尺度對流性天氣發(fā)生、發(fā)展大氣環(huán)境場“潛勢條件”的高空和地面綜合分析圖。水汽條件：主要分析中低層的濕舌、干舌；不穩(wěn)定條件：分析低層和中層的溫度及其溫度遞減率、變溫；抬升條件：分析中低層切變線（輻合線）、低層干線（露點鋒）、高低空急流；垂直風切變條件：分析0～6km和0～1km垂直風切變。中尺度分析中要特別重視邊界層的分析，如地面、925hPa的分析。具體內(nèi)容包括：925hPa分析——邊界層急流：最大風帶(風速核)邊界層水汽輸送：水汽通量輻合區(qū)850hPa分析——風場：低空急流、切變線（輻合線）、顯著流線溫度場：暖脊（溫度脊）、T850T500大值區(qū)濕度場：干線（露點鋒）、濕舌、顯著濕區(qū)（TTd≤5℃）700hPa分析——風場：低空急流、槽線或切變線、顯著流線溫度場：溫度脊（或槽）、24h 變溫、T700T500大值區(qū)濕度場：干線（露點鋒）、干舌、濕舌、顯著濕區(qū)（TTd≤5℃）500hPa分析——風場：中空急流、槽線或切變線、顯著流線溫度場：溫度槽、24h 變溫濕度場：干舌高度場：變高200hPa分析——風場：高空急流、急流核、顯著流線地面分析內(nèi)容——任何不連續(xù)線(鋒面、輻合線、露點鋒等)3h變壓、低壓、高壓中心和特征等壓線濕舌、暖舌、高能舌重要天氣區(qū)　 　　 　 　 　 　 　 　 中尺度分析方法示意圖 探空Tln p圖分析　　探空圖主要分析大氣層結(jié)的穩(wěn)定度、不穩(wěn)定能量、垂直風切變等情況。垂直風切變是指水平風（包括大小和方向）隨高度的變化，業(yè)務(wù)中主要是通過各層的風速大小以及風向變化來判斷，強對流天氣預(yù)報主要關(guān)注0～6km的垂直風切變大小，一般較強的龍卷、下?lián)舯┝?、冰雹等強對流天氣需要有較大的垂直風切變條件。 由于探空進行的標準時間是世界時00:00和12:00（北京時為08:00和20:00），而對流活動多發(fā)生在下午和傍晚，08:00和下午的對流潛勢有時相差很大，故在分析不穩(wěn)定能量時，要注意運用探空圖的訂正技術(shù)。主要做法：假定氣塊具有估計的午后地面最高溫度和露點溫度，在大氣平流過程不明顯時，氣塊自地面絕熱上升的CAPE值對午后和傍晚發(fā)生雷暴的可能性具有更好的指示意義。 中尺度數(shù)值預(yù)報分析　　主要是對中尺度數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進行分析，包括其高低空形勢場、物理量場、 圖以及風場、溫度場、降水等預(yù)報產(chǎn)品。分析方法和要點與前面介紹的分析常規(guī)資料一致?！　∫陨蟽?nèi)容分析并不是一成不變的，不同地理條件、不同影響系統(tǒng)、不同天氣類型所分析的重點以及具體內(nèi)容都會有所不同。最后預(yù)報員要綜合分析以上分析結(jié)果，結(jié)合本地預(yù)報經(jīng)驗，進行災(zāi)害性天氣落區(qū)潛勢預(yù)報。 隱藏　 中尺度系統(tǒng)分析　　中尺度系統(tǒng)在衛(wèi)星云圖、雷達回波以及地面圖上的表現(xiàn)形式各有不同?！　〉孛鎴D上中尺度系統(tǒng)主要有中尺度輻合線、干線、中低壓、中高壓（雷暴高壓)等。　　衛(wèi)星云圖上主要表現(xiàn)為中尺度對流云團、中尺度對流系統(tǒng)（MCS）、中尺度對流復(fù)合體（MCC）等。不同種類的衛(wèi)星云圖，其分析的重點有所不同?？梢姽庠茍D注重分析云的類型、積云初生以及上沖云頂?shù)奈恢?；紅外云圖注重云頂亮溫以及亮溫最大梯度區(qū)；水汽云圖注重干濕分界線以及與高空急流對應(yīng)的干區(qū)?！　±走_回波上主要表現(xiàn)為雷暴單體、超級風暴、颮線、陣風鋒等?！　￠W電資料分析主要是分析單位時間內(nèi)閃電的頻數(shù)變化和正、負地閃密集區(qū)。隱藏　 實例分析　　2009年8月27日下午，河北省自西北向東南先后有80個縣市出現(xiàn)了雷陣雨，16:30—19:30，河北省中部偏南地區(qū)的石家莊、衡水、邢臺東部等地出現(xiàn)了冰雹、大風、短歷時強降水等強對流天氣。6個縣市出現(xiàn)冰雹，測站最大冰雹直徑7～40mm；17個縣市出現(xiàn)大風，風力7～8級，陣風9～10級；6個縣市出現(xiàn)短歷時強降水。 強對流天氣潛勢預(yù)報?、?實況天氣圖中尺度分析分析8月27日08:00 500hPa形勢圖（），可見亞洲中高緯度為兩槽一脊，不斷有冷空氣從貝加爾湖北部沿高壓脊南下影響我國華北地區(qū)。 2009年8月27日08:00 500hPa形勢圖(a)和中尺度綜合分析圖(b) 、(c) 2009年8月27日08:00 (b)箭頭為200hPa急流，細實線為200hPa等風速線粗實線為500hPa槽線，雙實線為850hPa槽線，方點細線為700hPa槽線中空的長條和點線為700hPa切變線三角細線為地面冷鋒 中尺度分析綜合圖 ，、500、700、850hPa三層槽線以及地面冷鋒的高低空配置情況，700、850hPa、地面冷鋒南端為前傾結(jié)構(gòu)，河北省位于高空急流入口區(qū)的南側(cè)和地面冷鋒前，以上垂直結(jié)構(gòu)表明河北境內(nèi)具有發(fā)生強對流的較好的動力條件?！? 2