河南推广项目技术文档-强对流诊断分析预报系统.doc

强对流天气诊断分析预报系统主要推广内容河南省强对流天气诊断分析预报系统的研究基于河南省气象科学研究所符长锋研究员经过多年研究开发的46个大气热力学和动力学参数。检验46个大气对流参数对三种强对流天气预报能力，确定具有指示意义的即预报能力强的物理参数；应用诊断分析技术确定各物理参数在三种强对流天气产生时应达到的量值，给出预报临界值。并将所选物理参数与强对流天气落区作进一步的诊断，根据诊断结果给起作用大（小）的物理参数赋予较大（较小）的权重，建立起河南省区域性强对流天气潜势预报方程，预报结果以MICAPS图形方式输出。同时还采用相似预报技术研究了三种强对流天气落区预报方法。一、 46个大气动力、热力学诊断参数的计算结果（一）强对流发生可能性诊断1 大气排熵指数(REI) 10-52 高低空最有利湿熵差动平流 10-5 3 高低空热成平流最大不稳定能量变率 10-24 沙氏指数(SI ) 1005 条件-对流稳定度指数(CCI ) 100（二）强对流属性及强度初步诊断6 大气液态水含量指数(LWCI ) 1007 SWEAT指数(SI ) 100 8 低层水平螺旋度（1000-700hPa）1009 风的垂直切变(dW850-500/dP ) 10-5（三）强对流大风的辨析10 1000hPa 高度梯度 10-5 11 850700hPa非地转风差值 10012 风暴风力热力学估算 100（四）雹暴的辨析13 0度层与570hPa气压差 10014 -20度层与370hPa气压差 10015 中下层水汽比(QI ) 10016 云中最大上升速度热力学估算 100（五）强对流暴雨的辨析 17 200-700hPa非地转风涡度差值 10-5 18 200-700hPa非地转风散度差值 10-619 700-300hPa差动涡度平流 10-10 20 低空平均 10-2 21 高空平均 10-2 22 全层平均 10-2 23 相对垂直螺旋度 10-6 24 边界层上部平均广义位温的高熵舌 100 25 边界层上部广义位温的高熵平流 10-5 26 低空平均水汽通量（1000-550） 10-3 27 低空平均水汽通量散度（1000-600） 10-9 （六）二十四小时变量场 28500hPa24小时变高 10+1 29700hPa24小时变高 10+1 30700hPa24小时变温 100 31地面层24小时变压 100 32 地面层24小时变温 100 33可降水24小时变量 100 （七）涡度散度场 34 低空平均涡度 10-6 35 高空平均涡度 10-6 36 低空平均散度 10-6 37 高空平均散度 10-6 （八）温湿度和净力稳定度场 38 低空平均 se 100 39 K 指数（KI） 10040 最有利抬升指数(BLI ) 100 41 对流稳定度指数（CI） 100 （九）动力不稳定参量场 42 850-500hPa V 分量垂直切变 10-5 43 700hPa V 分量 100 44 最有利差动位温平流 10-5 45 湿Q矢量散度 10-1946 700和500hPa平均Q矢量湿锋生函数 10-19二、 通过诊断分析确定适用于强对流天气（冰雹、短时大风、强对流暴雨）诊断分析的参数 表1 第一次检验分析留下的物理量暴 雨冰 雹大 风1大气排熵指数1大气排熵指数1大气排熵指数2高低空最有利湿熵差动平流2高低空最有利湿熵差动平流2高低空最有利湿熵差动平流3高低空热成平流最大不稳定能量变率3高低空热成平流最大不稳定能量变率3高低空热成平流最大不稳定能量变率4条件-对流稳定度指数4条件-对流稳定度指数4条件-对流稳定度指数5风的垂直切变(dW850-500/dP )5SWEAT5SWEAT6可降水24小时变量6风的垂直切变(dW850-500/dP )6风的垂直切变(dW850-500/dP )7水平螺旋度71000hPa 高度梯度71000hPa 高度梯度8200-700hPa非地转风涡度差值8风暴风力热力学估算8风暴风力热力学估算9700-300hPa差动涡度平流90度层与570hPa气压差9水平螺旋度10低层垂直速度10中下层水汽比10200-700hPa非地转风涡度差值11高层垂直速度11水平螺旋度11700-300hPa差动涡度平流12相对垂直螺旋度12边界层上部平均广义位温的高熵舌13边界层上部平均广义位温的高熵舌13低层水汽通量14边界层上部广义位温的高熵平流14低空平均水汽通量散度15低层水汽通量15低空平均 se16低空平均水汽通量散度16最有利抬升指数 17850-500hPa V 分量垂直切变三、 强对流天气预报因子的临界值的确定 区域性强对流天气通常是在适合其发展的大气环境中产生的，某些物理量场上会有相应的反映。通过对强对流天气落区及其周围物理量场特征及变化的诊断分析，可确定不同物理参数对强对流天气的预报能力。诊断物理量的筛选与预报临界值的确定应用表1中的物理参数，分别对大风、冰雹和短时暴雨三种区域性强对流天气样本的落区进行诊断分析，确定可用于落区预报的物理量。将每一个区域强对流样本，与其出现前36、24和12小时的物理量（表1提供）一一对应，根据各物理量的分布特征及其变化，保留与强对流天气落区吻合较好的物理量，即对强对流落区指示性较强的物理量。经过这一步筛选后，余下10个量用于大风的预报，17个量用于冰雹的预报， 11个量用于短时暴雨的预报（见表3）。依据三种强对流天气出现时表3中各物理量值，确定出各诊断量的预报临界值（表4.1 表4.2 表4.3）。表3 诊断分析后得出的预报量大 风一级二级三级大气排熵指数0-10-40高低空最有利湿熵差动平流-3-10-20高低空热成平流最大不稳定能量变率-20-50-90条件-对流稳定度指数-5-10-25SWEAT指数100150220风的垂直切变(dW850-500/dP )2025351000Hpa高度梯度21010风暴风力热力学估算404550水平螺旋度134080700-300hPa差动涡度平流0-45-60冰 雹一级二级三级大气排熵指数0-5-20高低空最有利湿熵差动平流-5-10-40高低空热成平流最大不稳定能量变率-35-80-135条件-对流稳定度指数-10-15-25SWEAT指数100250300风的垂直切变(dW850-500/dP )2530351000Hpa高度梯度336风暴风力热力学估算50550度层与570hPa气压差203090中下层水汽比5510低层水平螺旋度305090边界层上部平均广义位温的高熵舌90195低层水汽通量24低空平均水汽通量散度0-5-20低空平均 se320340最有利抬升指数 3850-500hPa V 分量垂直切变1025暴 雨一级二级三级大气排熵指数0-10-40高低空最有利湿熵差动平流-6-10-25高低空热成平流最大不稳定能量变率-10-20-40条件-对流稳定度指数-15-25-30风的垂直切变(dW850-500/dP )202530可降水24小时变量15水平螺旋度60200-700hPa非地转风涡度差值0-3700-300hPa差动涡度平流-10-20低层垂直速度-10-15-30高层垂直速度-5-10-30表4.1 各诊断量临界值的取值标准冰 雹前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)-5-10高低空最有利湿熵差动平流-6-9高低空热成平流最大不稳定能量变率-35-40条件-对流稳定度指数(CCI )-10-9SWEAT指数100129低层水平螺旋度（1000-700hPa）5858风的垂直切变(dW850-500/dP )18171000hPa 高度梯度66风暴风力热力学估算47470度层与570hPa气压差2020中下层水汽比(QI )55边界层上部平均广义位温的高熵舌9595低空平均水汽通量（1000-550）33低空平均水汽通量散度（1000-600）00低空平均 se320320最(大)有利抬升指数(BLI )33850-500hPa V 分量垂直切变1212表4.2 各诊断量临界值的取值标准大 风前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)00高低空最有利湿熵差动平流-10-10高低空热成平流最大不稳定能量变率-60-50条件-对流稳定度指数(CCI )-9-10SWEAT指数200140低层水平螺旋度（1000-700hPa）3030风的垂直切变(dW850-500/dP )20201000hPa 高度梯度66风暴风力热力学估算4040700-300hPa差动涡度平流-20-20表4.3 各诊断量临界值的取值标准暴 雨前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)-10-10高低空最有利湿熵差动平流-10-10高低空热成平流最大不稳定能量变率-10-10条件-对流稳定度指数(CCI )-8-8风的垂直切变(dW850-500/dP )2020可降水24小时变量1515低层水平螺旋度（1000-700hPa）5060700-300hPa差动涡度平流-10-10200-700hPa非地转风涡度差值-3-3低空平均 -10-10高空平均 -10-10四、 用加权集成法和相似预报技术分别对三种强对流天气建立的预报方程 区域强对流天气的潜势预报，采用了加权集成技术制作潜势预报。经过分析发现，表3中物理量的分布与强对流天气的落区有三种配置关系，我们称之为三级落区。一级：强对流天气区包含在物理量绝对值大值区，并且天气区远小于物理量区；二级：强对流天气区包含在物理量绝对值大值区，并且天气区略小于物理量区；三级：强对流天气区与物理量绝对值大值区正好吻合。显然,符合二级、三级落区的物理量对强对流落区的指示性更强。依据分析统计结果，为使诊断结果更符合实况，采用不同的权重系数将满足一级、二级、三级落区物理量的作用予以区分（表5.1 表5.2表5.3），备建潜势预报方程。表5.1 各诊断量的权重系数冰 雹前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)31高低空最有利湿熵差动平流13高低空热成平流最大不稳定能量变率12.5条件-对流稳定度指数(CCI )2.52SWEAT指数12.5低层水平螺旋度（1000-700hPa）42.5风的垂直切变(dW850-500/dP )2.52.51000hPa 高度梯度31风暴风力热力学估算220度层与570hPa气压差33.5中下层水汽比(QI )32.5边界层上部平均广义位温的高熵舌21.5低空平均水汽通量（1000-550）12低空平均水汽通量散度（1000-600）2.51.5低空平均 se22最(大)有利抬升指数(BLI )21.5850-500hPa V 分量垂直切变21.55.2 各诊断量的权重系数大 风前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)3.02.0高低空最有利湿熵差动平流1.5或当Y20-16A202=4.01.5或当-15 A082=4.0高低空热成平流最大不稳定能量变率2.0或当-120 A203= 4.02.0或当-90 A083=3.0条件-对流稳定度指数(CCI )2.5或当-26时A204= 4.03.0SWEAT指数4.02.0或当280 A085=4.0低层水平螺旋度（1000-700hPa）2.5或当65A206=4.02.0或当65 A086=4.0风的垂直切变(dW850-500/dP )2.5或当40 A087=4.02.5或当35 A087=4.01000hPa 高度梯度1.52.0风暴风力热力学估算2.02.0700-300hPa差动涡度平流2.5或当-33 A0810=4.02.5或当-33 A0810=4.05.3 各诊断量的权重系数暴 雨前一天20时当天08时大气排熵指数(REI)3.53.5高低空最有利湿熵差动平流2.5或当-15 A202=4.02.5或当-20 A082=4.0高低空热成平流最大不稳定能量变率2.0或当-40 A203=4.02.5或当-40 A083=4.0条件-对流稳定度指数(CCI )1.0或当-12 A204=3.52.0或当-14 A084=3.0风的垂直切变(dW850-500/dP )1.0或当33 A205=3.01.0或当24 A085=4.0可降水24小时变量3.03.0低层水平螺旋度（1000-700hPa）3.03.0700-300hPa差动涡度平流4.04.0200-700hPa非地转风涡度差值3.03.0低空平均 3.03.0高空平均 3.03.0使用前面确定的预报因子，分别建立区域性冰雹、短时暴雨、雷雨大风的预报方程。 Y=a1x1+ a2x2+ a3x3+ anxn， 当每个参数的实况值达到其临界值时记为1，否为0。20时和08时计算结果Y19重叠的区域即为冰雹、大风的潜势预报落区。 其中冰雹、雷雨大风是两个时次预报结果重叠区。短时暴雨预报是前一天08时20时和当日08时三个时次计算结果Y19的重叠区为预报落区。n 雷雨大风预报方程n y=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8+a9+a10;n 冰雹预报方程n y=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8+a9+a10+a11+a12+a13+a14+a15+a16+a17;n 短时暴雨预报方程n y=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8+a9+a10+a11;强对流落区的相似判别预报由于相似的形势场或相似的物理量场产生