河南推广项目技术文档强对流诊断分析预报系统.docx
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河南推广项目技术文档强对流诊断分析预报系统
《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）10-5
2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10-2
4沙氏指数（SI）100
5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）100
7SWEAT指数（SI）100
8低层水平螺旋度（1000-700hPa）100
9风的垂直切变（dW850-500/dP）10-5
（三）强对流大风的辨析
101000hPa高度梯度10-5
11850—700hPa非地转风差值100
12风暴风力热力学估算100
（四）雹暴的辨析
130度层与570hPa气压差100
14-20度层与370hPa气压差100
15中下层水汽比（QI）100
16云中最大上升速度热力学估算100
（五）强对流暴雨的辨析
17200-700hPa非地转风涡度差值10-5
18200-700hPa非地转风散度差值10-6
19700-300hPa差动涡度平流10-10
20低空平均ω10-2
21高空平均ω10-2
22全层平均ω10-2
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θse100
39K指数（KI）100
40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
42850-500hPaV分量垂直切变10-5
43700hPaV分量100
44最有利差动位温平流10-5
45湿Q矢量散度10-19
46700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）
5
SWEAT
5
SWEAT
6
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
7
1000hPa高度梯度
7
1000hPa高度梯度
8
200-700hPa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
9
700-300hPa差动涡度平流
9
0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
10
200-700hPa非地转风涡度差值
11
高层垂直速度
11
水平螺旋度
11
700-300hPa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θse
16
低空平均水汽通量散度
16
最有利抬升指数
17
850-500hPaV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
≤-25
SWEAT指数
≥100
≥150
≥220
风的垂直切变（dW850-500/dP）
≥20
≥25
≥35
1000Hpa高度梯度
≥2
≥10
≥10
风暴风力热力学估算
≥40
≥45
≥50
水平螺旋度
≥13
≥40
≥80
700-300hPa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
≤-25
SWEAT指数
≥100
≥250
≥300
风的垂直切变（dW850-500/dP）
≥25
≥30
≥35
1000Hpa高度梯度
≥3
≥3
≥6
风暴风力热力学估算
≥50
≥55
0度层与570hPa气压差
≥20
≥30
≥90
中下层水汽比
≥5
≥5
≥10
低层水平螺旋度
≥30
≥50
≥90
边界层上部平均广义位温的高熵舌
≥90
≥195
低层水汽通量
≥2
≥4
低空平均水汽通量散度
≤0
≤-5
≤-20
低空平均θse
≥320
≥340
最有利抬升指数
≥3
850-500hPaV分量垂直切变
≥10
≥25
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）
≥20
≥25
≥30
可降水24小时变量
≥15
水平螺旋度
≥60
200-700hPa非地转风涡度差值
≤0
≤-3
700-300hPa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
≤-9
SWEAT指数
≥100
≥129
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
≥58
≥58
风的垂直切变（dW850-500/dP）
≥18
≥17
1000hPa高度梯度
≥6
≥6
风暴风力热力学估算
≥47
≥47
0度层与570hPa气压差
≥20
≥20
中下层水汽比（QI）
≥5
≥5
边界层上部平均广义位温的高熵舌
≥95
≥95
低空平均水汽通量（1000-550）
≥3
≥3
低空平均水汽通量散度（1000-600）
≤0
≤0
低空平均θse
≥320
≥320
最（大）有利抬升指数（BLI）
≥3
≥3
850-500hPaV分量垂直切变
≥12
≥12
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）
≤0
≤0
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
≤-10
SWEAT指数
≥200
≥140
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
≥30
≥30
风的垂直切变（dW850-500/dP）
≥20
≥20
1000hPa高度梯度
≥6
≥6
风暴风力热力学估算
≥40
≥40
700-300hPa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）
≥20
≥20
可降水24小时变量
≥15
≥15
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
≥50
≥60
700-300hPa差动涡度平流
≤-10
≤-10
200-700hPa非地转风涡度差值
≤-3
≤-3
低空平均ω
≤-10
≤-10
高空平均ω
≤-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）
3
1
高低空最有利湿熵差动平流
1
3
高低空热成平流最大不稳定能量变率
1
2.5
条件-对流稳定度指数（CCI）
2.5
2
SWEAT指数
1
2.5
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
4
2.5
风的垂直切变（dW850-500/dP）
2.5
2.5
1000hPa高度梯度
3
1
风暴风力热力学估算
2
2
0度层与570hPa气压差
3
3.5
中下层水汽比（QI）
3
2.5
边界层上部平均广义位温的高熵舌
2
1.5
低空平均水汽通量（1000-550）
1
2
低空平均水汽通量散度（1000-600）
2.5
1.5
低空平均θse
2
2
最（大）有利抬升指数（BLI）
2
1.5
850-500hPaV分量垂直切变
2
1.5
5.2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）
3.0
2.0
高低空最有利湿熵差动平流
1.5或当Y20≤-16
A202=4.0
1.5或当≤-15A082=4.0
高低空热成平流最大不稳定能量变率
2.0或当≤-120
A203=4.0
2.0或当≤-90A083=3.0
条件-对流稳定度指数（CCI）
2.5或当≤-26时
A204=4.0
3.0
SWEAT指数
4.0
2.0或当≥280A085=4.0
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
2.5或当≥65
A206=4.0
2.0或当≥65A086=4.0
风的垂直切变（dW850-500/dP）
2.5或当≥40
A087=4.0
2.5或当≥35A087=4.0
1000hPa高度梯度
1.5
2.0
风暴风力热力学估算
2.0
2.0
700-300hPa差动涡度平流
2.5或当≤-33
A0810=4.0
2.5或当≤-33A0810=4.0
5.3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）
3.5
3.5
高低空最有利湿熵差动平流
2.5或当≤-15A202=4.0
2.5或当≤-20A082=4.0
高低空热成平流最大不稳定能量变率
2.0或当≤-40A203=4.0
2.5或当≤-40A083=4.0
条件-对流稳定度指数（CCI）
1.0或当≤-12A204=3.5
2.0或当≤-14A084=3.0
风的垂直切变（dW850-500/dP）
1.0或当≥33A205=3.0
1.0或当≥24A085=4.0
可降水24小时变量
3.0
3.0
低层水平螺旋度（1000-700hPa）
3.0
3.0
700-300hPa差动涡度平流
4.0
4.0
200-700hPa非地转风涡度差值
3.0
3.0
低空平均ω
3.0
3.0
高空平均ω
3.0
3.0
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Y≥19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Y≥19的重叠区为预报落区。
⏹雷雨大风预报方程
⏹y=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8+a9+a10;
⏹冰雹预报方程
⏹y=a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8+a9+a10+a11+a12+a13+a14+a15+a16+a17;
⏹短时暴雨预报方程
⏹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强对流的机制相仿，因此采用相似预报技术给出各种强对流天气的落区预报结果。
首先将实时的500hPa高度、24小时变温与历史个例库中的样本进行相似分析，然后再将850hPa的温度露点差与历史个例库中的样本作相似处理，从中得到最相似的历史个例样本。
将实时的物理参数值分别与相似个例的诊断指标进行对比分析，达到历史样本参数起报临界值的，可计算出实时强对流天气的落区，未达到临界值的不起报。
五、预报流程
强对流天气的潜势预报方法（流程）
区域强对流天气落区的相似预报方法（流程图）
六输出结果
强对流潜势预报结果中大于19的区域为强对流潜势落区。
相似预报的结果中输出为1的为天气预报落区，否则为0。
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