过程质量诊断范文（精选8篇）
过程质量诊断 第1篇
现今制造业发展迅猛,产品种类和制造过程愈发复杂化,在产品制造过程中面临的一个亟待解决的课题就是如何能更好地运用人工智能的方法监测和诊断制造过程中出现的失控状态[1]。
为了找出影响多元过程的异常源,国内外学者做了相关研究。程红军[2]提出并设计一种多元质量诊断神经网络模型。周昊飞[3]系统研究了基于小波分析的控制图研究模式识别方法。文献[4]针对二元过程提出二元质量智能监测与诊断系统。Salehi等[5]针对均值和方差的偏移检测问题建立ANN-SVM模型。这方面的研究多以多元控制图判断过程是否异常,再结合智能算法建立模型,诊断出异常源。
本文将主要研究制造过程多元质量诊断的问题,将SVM与MEWMA相结合,提出一种二阶多元质量诊断方法,最后将其运用到实例中。
1 模型构建基础
设t时刻Xt=(x1t,x2t,…,xkt),k为质量特性数,服从多元正态分布(μ0,σ0),μ0,σ0分别是受控状态下的均值与协方差。根据Lowry等[6]提出的MEWMA,统计量为
对控制图模式多类分类问题,本文将采用SVM的成对分类法[7]。设训练样本集
其中:xi为l维输入向量;yi为输出分类标识。本文选择高斯径向基函数:
作为分类器的核函数。其对应的优化问题为
其中:C为惩罚因子;w为超平面系数向量;b为偏差项;ξi为松弛变量。
2 分类器训练和测试
基于SVM的二阶多元质量诊断模型整合了MEWMA和SVM分类器,框架如图1所示。
2.1 输入表示
针对有k个质量特性的多元过程(k为正整数),假设过程受控,则各质量特性的样本具有相同和独立的分布,且μ0=0,σ0=1。
本文重点研究突变模式(向上和向下移动),令偏移在[-3σ,-2σ,-σ,0,σ,2σ,3σ]内变化,偏移模式的种类有2(2k-1)种,包括正常模式在内,模式类别为p=2(2k-1)+1。则SVM分类器的输出类别为p类,有p(p-1)/2个两类分类器。
本文将使用样本原始数据和其统计特征值分别作为SVM分类器的输入向量,并以此作对比。原始数据输入向量为(Χ1,Χ2,…,Χk),统计特征向量表示则由均值(μ)、均值与标准差的乘积(MSD)、均值与均方值的乘积(MMSV)组成。则统计特性输入为、以下3k个数据:μ1,MSD1,MMSV1,…,μk,MSDk,MMSVk。
2.2 训练的模式类别与参数设计
本文研究k=2的多元过程,则有7种突变模式类别:N(0,0):变量χ1-i和χ2-i都受控;US(1,0):χ1-i向上偏移,而χ2-i受控;US(0,1):χ2-i向上偏移,而χ1-i受控;US(1,1):χ1-i和χ2-i都向上偏移;DS(1,0):χ1-i向下偏移,而χ2-i受控;DS(0,1):χ2-i向下偏移,而χ1-i受控;DS(1,1):χ1-i和χ2-i都向下偏移。
此时,SVM分类器中含有21个两类分类器。为达到总体模式类别的最佳训练结果,将输入数据归一化处理,训练模式的数目设定为:正态模式=[100×(数据相关的总组合)]和变化模式=[50×(均值变化的总组合)×(数据相关的总组合)]。数据相关性的初始值设为ρ=0.1,0.5,0.9。
本文选择MEWMA中的参数r=0.10,h=8.64。将SVM中的惩罚参数C和核函数参数g用K折交叉验证(K-CV)法优化。将样本均分为两份,分别做训练集和测试集,并分别将样本原始数据及其统计特征值作为SVM分类器的输入向量。
2.3 训练结果分析
部分训练结果如表1所示。
本文采用平均受控链长度(ARL)和分类准确率(CR)分别为衡量第一阶段和第二阶段性能的指标。由表1可知,本文所提的模型能快速监测出过程异常,且CR较高。ρ越大,分类准确率越高,且基于统计特征的SVM分类器的分类效果要优于基于原始数据的。
3 实例验证
在发动机缸体加工过程中,曲轴孔的加工质量影响着发动机性能。本文选择第1挡和第5挡曲轴孔的直径进行研究。由于第5挡曲轴孔的加工是以第1/2挡曲轴孔为基准进行的,因此第1和5挡的曲轴孔直径都会由于刀具跳动而变化。
原始观测样本值分别用χ1和χ2表示,抽取7种模式类别的样本各200个,均分两份,分别做训练集和测试集。MEWMA中r=0.10,h=8.64,经过K-CV法(K取3)优化后得到C=14.192,g=3.3515。受控状态下样本的均值μ=(μ1,μ2)=(49.0062,49.0065),协方差阵为
我们假设在曲轴孔的加工过程中协方差不变。针对本案例的分类结果总结在表2。可知,本文提出的方法在质量的监测和诊断方面效果都比较好,且基于统计特征的SVM分类器的分类准确率CR要高于基于原始数据的SVM分类器的。
4 结语
当前制造过程随着市场要求变得更加复杂化,多元过程的质量监测与诊断成为保证制造过程稳定的关键技术。本文将小偏移监测性能良好的MEWMA与SVM成对分类方法相结合,提出了基于SVM的制造过程二阶多元质量诊断方法。以二元过程为研究对象,对两种SVM分类器进行训练和对比。最后以发动机缸体上曲轴孔的加工为例,验证了所提模型的有效性及可行性。
参考文献
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[2]程红军.基于神经网络的多元质量控制与诊断技术研究[D].天津:天津大学,2009.
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沈阳06.2暴雪天气过程诊断分析 第2篇
本文针对2006年2月24日到25日沈阳地区出现的暴雪天气进行了天气诊断分析,发现本次暴雪是在高空横槽转竖、低空锋区扰动、地面倒槽发展东移北上这样几个高低空系统相互作用的结果.水汽条件、垂直速度场和K指数等多个物理量场的条件分析,发现本次暴雪出现在强烈上升的`饱和湿区和 K 指数大值区之中.通过卫星云图图像分析,再现本次暴雪过程的表象特征.同时通过实况天气图与日本气象厅的预报传真图之间的对比,肯定了数值预报产品在实际预报工作中的重要参考作用.
作 者：路爽 李丹 Lu Shuang Li Dan 作者单位：路爽,Lu Shuang(沈阳市气象局,沈阳,110168)
李丹,Li Dan(海城市气象局,辽宁海城,114200)
磨谷风天气过程诊断分析 第3篇
关键词：磨谷风,变化成因,山西昔阳
磨谷风是指在秋季谷黍成熟时期将谷黍籽粒吹磨掉的风, 是秋收关键期的一种灾害性天气。风力较强的磨谷风对大秋作物危害极大[1]。磨谷风是由于北方较强冷空气入侵所造成的, 风向多为西北风, 风力一般在5级以上, 瞬时极大风速达7~8级。平均12 h, 最长可达48~72 h, 最短5 h左右。
1 磨谷风概况
根据山西省秋季大风日数分布的有关规定:若秋季大风≥10 d为多大风区;5~9 d为次大风区;2~4 d为一般大风区;≤1 d为基本无大风区。据统计, 10月上旬昔阳县出现5次磨谷风;中、下旬磨谷风均为17次, 昔阳县各旬磨谷风分布特征为中下旬较强、上旬较弱。据统计, 1958—2008年间10月最大风出现在1995年, 其最大风速为21.0 m/s;2009年10月最大风速达23.9 m/s, 突破历史极值。2009年10月16、18日, 昔阳全县遭受强磨谷风袭击, 从10月16日9:32—16:19出现≥17.0 m/s的大风7次, 最大风速为19.6 m/s;10月18日11:49—15:14出现≥17.0 m/s的大风9次, 最大风速为23.9 m/s。这次强磨谷风对正在收割的谷黍来回吹磨, 使作物出现折断或被强风刮倒状况, 全县逾2万hm2大秋作物都受到明显的风灾[2,3,4]。
2 磨谷风变化成因分析
10月各旬磨谷风差异主要与大气环境特征有关, 秋季是夏季与冬季的交替季节, 地面风场开始向冬季型转换。昔阳县磨谷风主要是由秋季后期的强冷空气活动和寒潮暴发形成, 加之秋季近地面空气增热而产生乱流扰动, 使上层空气的动量下传至地面, 引起地面风速明显加大。从1958—2008年昔阳县10月各旬磨谷风发生时间可知, 9:30—17:12均有出现大风的可能, 而夜间和早上却未出现过。因此, 大风日变化特征很明显, 这可能与山区气候特点有关。
2.1 大尺度环流形势
2.1.1 欧洲中心数值预报图。
分析欧洲中心数值预报图可知, 从鄂木斯克北部经新西伯利亚、萨彦岭、伊尔库次克、贝加尔湖到河套一带为宽广深厚的冷低槽。同时, 在吉林的东海岸有1个544闭合低中心, 槽线经低中心延升到下游, 且温度槽落后于高度槽, 此涡对加强河套一带的低槽有明显的阻挡作用。在河套北部的温都尔庙至包头有1个1029闭合高中心, 在沈阳附近有1个996闭合低中心。山西省处于低后高前, 为明显的风向不连续区, 昔阳县正处于2个不同性质的天气系统之间, 这是该县刮大风的重要天气条件。
2.1.2 700 h Pa形势。
从2009年10月17日20:00 700 h P图分析, 萨彦岭东北方向一带有一低槽, 在赤塔经乌兰巴托又有一槽;延安附近至平凉到华家岭还有一低槽, 上述3条槽线形成明显的阶梯槽形。昔阳县气象站磨谷风正是受此阶梯槽的影响。另外, 在赤塔东北部—乌兰浩特北部、吉林东部沿海—日本大阪西南部分别有一竖槽, 该竖槽的存在对造成磨谷风的天气系统有一定的阻挡作用。
2.1.3 850 h Pa形势。
从2009年10月17日20:00 850 h Pa图上分析, 萨彦岭东北方向一带赤塔附近, 百灵庙—呼和浩特—五台山—太原一线有3条槽线, 形成明显的阶梯槽, 冷空气源源不断地由西北向东南补充。且高度槽与温度槽形成了近于90°的交角, 气压梯度差很大。另外, 在北纬56°、东经132°附近有一闭合低涡, 低涡槽线与吉林东部沿海低涡槽线相连接, 其对影响山西的阶梯槽起阻挡作用。
2.2 单站要素预报图
2.2.1 曲线变化图。
从综合时间曲线图上分析, 大风前72 h气压由92.30 k Pa连续下降降至90.84 k Pa, 气温从16.0℃急升到22.3℃, 速降1 d达到15.0℃。同时日最高气温3 d内一直攀升, 从11.0℃升到21.5℃。湿度曲线一直在平线下摆动。这种高温、低湿、气压连降的变化特征, 在配合气压同时于温、湿2线打击, 当出现这种形式时, 未来24~48 h昔阳县将会有大风天气出现。
2.2.2 曲线变化。
在正常天气情况下, 气温的变化是夜间降低、白天升高, 而10月16、18日刮大风时的气温变化正好和10月17日相反。这种反常的现象导致10月16、18日的大风产生。
3 小结
(1) 这次磨谷风过程是在有利的大尺度环形势下形成的, 阶梯槽是这次大风的重要天气特征。红外卫星云图、雷达拼图对磨谷风的跟踪预报起着重要的作用。
(2) 单位要素曲线的反常变化, 预示昔阳县将有明显的天气系统入侵, 预报员应高度重视。10月是农业收获的关键期, 也是磨谷风出现的多频次时段。该时期的预报服务要把握关键, 防止异常变化。
参考文献
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一次寒潮天气过程的诊断分析 第4篇
寒潮是我国春冬季严重的灾害天气之一, 是一种大规模的强冷空气活动过程。寒潮天气的主要特点是剧烈降温和大风, 有时伴有雨、雪、霜冻等, 会给工农业生产、交通运输、电力、人类健康造成不利的影响。本文利用采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法对2008年4月17日～20日寒潮天气过程进行分析和总结, 以期进一步提高对寒潮天气的科学认识, 为今后寒潮天气的预警和防御提供参考依据, 从而加强防灾减灾的能力。
1 天气实况
据83团气象站观测, 最低气温由16日10.2℃下降到19日-3.3℃、降幅达13.5℃, 18日、19日、20日最低气温分别降到-1.9℃、-3.3℃、-2.9℃。地面最低温度由16日5.7℃下降到19日-9.0℃、降幅达14.7℃, 18日、19日、20日地面最低温度分别降到-4.6℃、-9.0℃、-8.2℃。最低气温由16日11.8℃下降到19日-1.9℃、降幅达13.7℃, 18日、19日、20日最低气温分别降到-1.4℃、-1.9℃、-1.3℃。89团气象站观测地面最低温度由16日8.5℃下降到19日-6.1℃、降幅达14.6℃, 18日、19日、20日地面最低温度分别降到-5.1℃、-6.1℃、-5.6℃。17日15时29分风力7.4米/秒, 最大风力出现在17日19时06分, 14.4米/秒。降水量17日0.2mm。根据卫星气象单收站资料显示, 温泉县18日、19日、20日08时气温分别降到了-7℃、-8℃、-4℃。全垦区普遍出现了重度霜冻灾害或雨雪冰冻灾害, 部分地方出现大风灾害。
2 这次天气过程主要特点
2.1 过程降温幅度大
从温度记录上看, 83团气象站和89团气象站最低气温分别下降了13.5℃和13.7℃。地面最低温度分别下降了14.7℃和14.6℃。
2.2 低温持续时间长
4月18日～20日连续3天均出现了最低温度低于0℃的气温和地温, 18日最低气温≤0℃的时间83团7小时30分, 89团3小时17分。19日最低气温≤0℃的时间83团5小时40分, 89团6小时47分。20日最低气温≤0℃的时间83团5小时45分, 89团4小时19分。
2.3 影响范围广, 受灾重
18日～20日, 全师所有团场农作物均出现重霜冻灾害。林果业也不同程度受到霜冻危害, 山区畜牧业受降雪冻害影响。
2.4 风力大持续时间长
90团4月17日13时左右到19日02时左右, 出现7级以上大风, 最大风力9～10级。84团、87团、88团、89团等团场也分别出现了6～8级大风。大风对农作物、林果业造成不同程度危害, 使刚播种后的地膜、滴灌等设备被大风吹起损坏。
2.5 降水分布不均
博乐以东地区普遍降微到小雨, 博乐以西降雨夹雪转雪, 山区降大雪。
3 天气形势分析
3.1 地面形势
18日08时的海平面气压图上显示, 在巴尔喀什湖有一个地面高压中心, 中心强度达到1037.5 hpa, 它的移向中轴直接指向我区, 在南疆有一个热低压中心, 中心强度达到999.5 hpa, 高低气压场产生了40hpa的气压梯度, 这是我区产生大风的主要气象因素。
3.2 高空形式势
18日08时500hpa天气图上, 欧洲脊强烈发展并缓慢东移, 西西伯利亚到巴尔喀什湖有一个大槽, 并延伸到南疆以西。这个大槽移动缓慢, 到20日08时才逐渐离开我区, 造成了我区17～20日的寒潮天气。与这个大槽相配合的850hpa温度槽从17日开始不断加深加宽, 到19日08时底部最宽超过5000㏎, 这是造成我区18～20日持续低温的主要因素。
4 总结
4.1欧洲脊强烈发展并缓慢东移, 脊前西北气流引导冷空气大举向南下, 西伯利亚低槽明显向南加深, 这是造成我区18～20日持续低温的主要因素。
4.2地面海平面气压场上高低气压场产生了40hpa的气压梯度, 这是我区产生大风的主要气象因素。
4.3对此次寒潮天气过程进行分析和总结, 以期进一步提高对寒潮天气的科学认识, 为今后寒潮天气的预警和防御提供参考依据, 从而加强防灾减灾的能力。
摘要：利用常规天气资料, 采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法 , 对2008年4月18日～20日寒潮天气过程进行分析和总结.结果表明:此次寒潮天气过程出现在欧洲脊强烈发展并缓慢东移, 脊前西北气流引导冷空气大举向南下, 西伯利亚低槽明显向南加深, 冷空气势力显著加强, 并向东南爆发, 受此强冷空气的影响, 垦区经历了一次以大风、降温、降水和霜冻为主的寒潮天气过程。全垦区普遍出现了重度霜冻灾害或雨雪冰冻灾害, 部分地方出现大风灾害。
关键词：寒潮,气压梯度,成因分析
参考文献
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过程质量诊断 第5篇
我国是台风灾害影响严重的国家之一, 每年在我国沿海登陆的台风多达7~8个[1]。近年来, 国内学者对台风的研究越来越多, 研究主要集中在对台风的路径及灾害影响方面[2,3,4]。2011年第9号台风“梅花”登陆地点偏北, 对东北地区的影响比较严重, 许多学者对其进行研究[5,6]。台风“梅花”于2011年7月28日14:00在西北太平洋洋面上生成, 随后两度升级为超强台风, 并于8月6日15:00减弱成台风。台风“梅花”的中心于8月8日18:30前后在朝鲜西海岸北部沿海登陆, 登陆时中心附近最大风力9级 (23 m/s) , 中心最低气压985 h Pa。台风“梅花”于8月9日2:00在辽宁省铁岭市减弱为热带低压, 之后强度继续减弱, 对我国影响逐渐减小。由图1可知, 抚顺市平均降雨量64 mm, 其中清原、新宾大部和抚顺县南部出现暴雨, 局部大暴雨, 最大降雨量159 mm出现在新宾县永陵镇。
2 成因分析
2.1 环流形势
分析对流层中低层环流场形势可知, 2日8:00至8日8:00台风“梅花”生成后, 500 h Pa上西太平洋副热带高压脊线先北抬后稳定少动, 随着台风登陆副高脊线开始南落;8日20:00高空槽与台风合并, 变为低涡中心。700 h Pa上 (图2a) , 8日8:00至8日20:00, 受台风外围云系的影响, 抚顺市西南部处于东南急流和偏东急流辐合带;9日8:00 (图2b) , 台风由于此前在中朝边界附近登陆, 强度已经减为热带气旋, 并继续向东北移出, 抚顺市受切变线前西南气流影响;10日8:00, 抚顺市受脊前控制。850 h Pa上, 在降水前期, 抚顺市一直处于副高西北部, 明显偏南气流控制, 有利于水汽的积聚。8日8:00, 随着台风北上抚顺市受台风顶部偏东气流影响;台风继续北上, 8日20:00 (图2c) , 抚顺市上空偏东风明显加大, 并且处于台风外围强风区中, 辐合明显加强;9日8:00 (图2d) , 随着中心减弱移出, 受台风后部的残留云系开始影响抚顺市, 造成新一轮的强降水;到10日8:00降水过程彻底结束。
2.2 物理量诊断分析
2.2.1 热力条件。
台风处于对流不稳定环境中, 对流发展旺盛, 是强降水形成的一个重要原因。强对流发生需要不稳定层结条件, 假相当位温可以反映大气的温湿状况。通过对假相当位温场的分析可知, 8日20:00 (图3a) , 台风的顶部有高温高湿的能量大值区, 能量梯度较大。9日8:00 (图3b) , 假相当位温梯度减小, 但是抚顺市仍处于高不稳定能量区。9日20:00 (图3c) , 随着热带低压移出辽宁省, 能量锋区南压, 直至10日8:00 (图3d) 压到辽宁省上空。850 h Pa存在明显的高温、高湿中心, 低层高温、高湿的不稳定能量与中高层向下渗透的冷空气结合, 导致低层的位势不稳定的建立。
2.2.2 水汽条件。
台风“梅花”登陆后, 8日20:00 (图4a) , 辽宁省转为水汽的辐合区, 辐合中心在大连北部, 中心值为-28×10-6g/cm2·h Pa·s, 水汽辐合顶可达约500 h Pa。由于副高西北部偏东急流的引导下, 水汽源源不断地向台风附近输送, 充足的水汽供应是台风强度维持的一个重要条件, 此时强的水汽通量辐合区在台风的偏南部。
8日20:00 (图4b) , 水汽通量辐合中心与比湿大值中心虽然并不完全一致, 但是抚顺市处于水汽通量辐合区、比湿大值区, 有较好的水汽条件。9日8:00 (图4c) , 抚顺市处于水汽的辐合区但强度明显减弱, 但抚顺市比湿仍大于14 g/kg (图4d) 。因此, 强水汽辐合与稳定的水汽输送是形成暴雨的重要因素。
2.2.3 动力条件。
8日20:00 (图5a) , 辽宁省大部分地区辐合为主, 辐合中心与在台风中心基本重合, 抚顺市附近400h Pa以下以辐合为主, 400 h Pa以上以辐散为主。这种低空辐散高空辐合的形势为此次降水提供了很好的动力条件。9日8:00 (图5b) , 抚顺市附近低层辐合明显减弱东移, 但此时抚顺市上空存在明显的上升运动区 (图5c) , 这也是抚顺市9日白天到夜间降水仍很大的原因之一。9日20:00 (图5d) , 抚顺市上升运动有所减弱, 但是抚顺地区东部仍处于明显的上升运动区。
3 结论
(1) 700、850 h Pa的偏南气流有利于水汽在抚顺市上空的积聚, 提供了有利的水汽条件。
(2) 强的低层水汽辐合, 有利于抚顺市上空水汽的垂直运动。低层辐合高层辐散的高低空配置, 提供了有利的动力条件。
(3) 850 h Pa存在明显的高温、高湿中心, 低层高温、高湿的不稳定能量与中高层向下渗透的冷空气结合, 导致低层的位势不稳定的建立, 从而为此次对流降水提供了热力条件。
(4) 假相当位温、相对湿度对于干冷空气有一定的指示作用, 为冷空气团活动的判断提供依据。
(5) 随着台风的登陆, 台风云系逐渐地减弱, 抚顺市此次强降水的特点为在受台风外围云系影响时, 抚顺市降水强度并不大;在台风经过抚顺市的同时, 有弱冷空气从中低层侵入, 出现较为稳定的层结结构, 降水强度也不大;而台风北移后, 随着槽后冷空气的进一步补充, 抚顺市处于槽前西南气流影响, 午后对流发展导致抚顺市降水强度的迅速加大。
参考文献
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过程质量诊断 第6篇
对张家界大暴雨的产生许多学者进行过分析，周雨华等[2]对2003年7月上旬张家界特大暴雨山洪从特殊地形和夜雨气候特征方面进行分析，叶成志等[3]对“03.7”湘西北特大致洪暴雨的触发机制进行数值研究，黄小玉等[4]对梅雨锋引发的“03.7”特大暴雨成因利用雷达回波作了分析，刘志雄等[5]对“04·6”湘西北特大致洪暴雨利用模式输出资料分析了中小尺度特征。笔者利用常规天气资料和NCEP再分析资料，对2009年6月8日张家界大暴雨进行诊断分析，试图从中得到预报特强降水的一些启示，为今后此类强对流天气的预报提供一些参考依据。
1 环流形势特征分析
1.1 500hPa大尺度环流背景特征
“6.8”大暴雨出现在稳定的大尺度环流形势下。图1为2009年6月7日12时、7日18时、8日0时、8日6时和8日12时(以下无说明均为世界时)5个时次的亚欧500hPa平均等高线图。500hPa平均等高线反映本次暴雨期间对流层中层的大形势特点，亚洲中纬度地区阻塞形势显著，东北冷涡南部不断分裂低槽携带冷空气南下，触发了暴雨天气的发生。孟加拉湾低槽的稳定维持，其槽前的正涡度平流对于低层西南涡的维持很有利，同时稳定的西南气流为暴雨的发生提供了有利的水汽输送环流条件。东部洋面副热带高压稳定少动，使得南支槽和东北冷涡南部分裂的短波槽移速减慢，并不断合并、增强，移速减慢的短波槽对低层西南涡有十分重要的影响。
1.2 低空急流和西南涡的相互作用
低空急流被认为是给中纬度暴雨和强风暴提供水汽和动量最重要的机制，统计表明，低空急流与暴雨之间的正相关很高，相关系数可达0.80，暴雨一般发生在低空急流风速最大值左前方[6]。从常规天气图看，在7日8时850hPa高空图上，从孟湾地区到我国西南地区东部就建立起了一支风速为12m/s的西南低空急流，到8日0时(见图2)西南急流风速增大为16m/s，怀化最大风速达20m/s，暴雨区(张家界)正位于西南急流风速最大值左前方，有利于暴雨的发生。
低空急流的维持与高低空环流的耦合发展有关。200hPa高度平均图(见图3)上，暴雨区上空为南亚高压控制，等高线密集区的南侧，即高空急流入口区的右侧，由涡度方程和位势倾向方程可知，这里高空有强烈辐散，低层强烈的减压，这种形势的稳定维持，一方面导致低空西南急流的维持，为暴雨提供充足的水汽和不稳定能量的持续输送;另一方面有利于西南涡的发展与维持[7]。
西南涡是造成此次大暴雨的直接影响系统，暴雨期间西南涡一直维持，且张家界位于西南涡的东北象限。由850hPa高空演变图，5日12时在川南和渝西北交界一带有一西南涡生成，到6日12时，西南涡稳定少动，7日8时后缓慢东移，7日12时减弱为一条南北向的切变线移到了川东到渝西一线(分析不出明显的闭合环流)，张家界地区开始降阵雨，伴随着西南急流的加强西南涡得到了发展加强，8日8时(见图4)再次加强发展成西南涡，导致桑植县普降暴雨，8日12时西南涡减弱为切变线东移过张家界，张家界大暴雨结束。
综上所述，暴雨期间张家界位于西南低空急流最大风速出口的左前方、西南涡移向的右前侧的东北象限，即张家界位于最有利于暴雨产生的区域。
2 物理量诊断分析
诊断分析用了2.5°×2.5°经纬度的格距的NCEP再分析资料计算的物理量和用实况探测计算的物理量资料。
2.1 大暴雨的水汽条件分析
2.1.1 相对湿度特征。
相对湿度是指空气中实际水汽压与当时温度下的饱和水汽压之比，单位以百分数表示。相对湿度能够较好地反映空气中水汽含量，其值大小表明空气距离饱和的程度，相对湿度愈大，空气愈接近饱和状态。7日20时中低层相对湿度达到90%以上的大值区已移到黔东北，湿层的厚度从地面到500hPa。一般当湿层的厚度达到700hPa时就有利于暴雨的发生，造成暴雨区的水汽集中[5]。图5给出了6月7日12时、7日18时、8日0时、8日6时和8日12时5个时次平均的1 000～300hPa相对湿度经向(东经110°)剖面图，从图中明显看出从对流层低层一直到500hPa附近张家界市上空(北纬29°)相对湿度大于90%，可见，暴雨期间维持着深厚的湿空气层，中低层空气一直处于近饱和状态，构成了有利于长时间暴雨产生的湿度场环境。
2.1.2 水汽通量和水汽通量散度特征。
水汽通量是表示水汽输送强度的物理量。水汽通量散度则是表示输送来的水汽集中程度的物理量。可见水汽通量的值越大，水汽输送越充足，水汽通量散度的负值越小，水汽汇集质量越大。本次暴雨的水汽积累过程是由6月7日开始，6月7日8时700hPa水汽通量图在中南半岛有个24g/cm·hPa·s水汽通量大中心，随后沿西南急流向东北方向输送，7日20时张家界水汽通量大于8g/cm·hPa·s(如图6);7日20时925hPa水汽通量散度图(如图7)上可以看到在中南半岛有一个-40×10-7g/cm·hPa·s的水汽辐合中心，张家界大于-20×10-7g/cm·hPa·s，表明从7日傍晚张家界上空的水汽开始累积。8日8时925hPa水汽通量辐合中心在贵州，中心值为-30×10-7g/cm·hPa·s，张家界仍大于-20×10-7g/cm·hPa·s，到8日20时925hPa水汽通量辐合中心东移到湘北常德附近，中心减弱为-20×10-7g/cm·hPa·s，张家界大于-10×10-7g/cm·hPa·s，表明暴雨期间张家界上空水汽通量辐合维持。
2.2 大暴雨的热力条件分析
2.2.1 假相当位温θse。
从850hPaθse场可以看出，7日8时在北部湾地区有一高能区，能量场呈“椭圆”形，张家界市的θse值为64～68℃;7日20时，高能区沿东北方向移动，高能中心移到贵州，张家界市的θse值增大到68～72℃，由西南向东北伸的高能区反映的是一股高能、不稳定的暖湿气流，为张家界市暴雨积累高能量;8日8时和20时，张家界市仍处于由孟加拉湾往东北方向伸得高能舌内，θse值大于68℃。从850hPaθse的演变可知：该高能区是西南低空急流向北推进形成，它向暴雨区输送了大量的水汽和不稳定能量。高能舌西北侧的低能区表明低层有西北路干冷空气，西北路的干冷空气与高能区的暖湿气流持续交汇于张家界市，便产生了张家界市的大暴雨。
2.2.2 K指数分析。
K指数是综合反映垂直温度梯度、低层空气含量、湿层厚度的物理量。一般情况下，当K>35℃时，大气层结变得很不稳定，易发生强对流天气。K值越大，表示大气层结构不稳定。由7日0时、7日12时、8日0时和8日12时4个时次的K指数场可以看出：7日0时，K=36℃的线控制黔桂中西部，7日12时，K=36℃的线东移到湘黔交界，8日0时和8日12时张家界市处于K指数大于36℃的区域。可见，K>36℃的区域是一个由西向东方向推进的过程，暴雨发生期间对流层中低层处于极不稳定的状态。中低层的不稳定促进了对流的发展和中低层水汽的向上抬升，对暴雨的形成起到关键作用。
2.3 大暴雨的动力条件分析
图8、图9和图10分别为7日12时至8日12时散度、涡度和垂直速度沿东经110°的平均剖面图。
由图8和图9可以看出，张家界市(北纬29°18′～29°46′)1 000～700hPa为强的辐合区，1 000～500hPa为正涡度区，张家界市位于中心区内;600～300hPa为辐散区，400～200hPa为负涡度区，张家界市也位于中心区内。这种低层气旋式辐合高层反气旋式辐散的空间垂直流场起了强烈的“抽吸”作用，非常有利于上升运动的发展。同时，在辐合中心(对应上升气流区，张家界位于其中)的东西两侧都有辐散中心存在，从ω方程可知是次级环流的下沉区，从而构成雨带附近的2个次级环流圈，其上升支输送暖湿不稳定空气，这是雨带发生的必要条件，次级环流圈维持引起暖湿不稳定上升气流的维持，这是雨带强盛持续的重要条件。上升区东西两侧下沉气流的维持使得辐合上升及对流运动得到激发和维持，持续长久的上升运动为张家界大暴雨提供了有利的动力条件。由7日12时至8日12时平均垂直速度分布(见图10)可以直观地反映上升运动情况。暴雨期间张家界1 000～300hPa垂直速度为大负值区，最大值在750～525hPa之间，中心为-21cm/s，表明张家界市上空有较强的上升运动维持。
3 结论
(1)本次大暴雨过程是在稳定的大尺度环流形势下，高低层完全配合的一次深厚系统的影响下发生的强降水过程。高空200hPa高压控制下，强烈辐散，加强了系统的发展;500hPa为东北冷涡与孟加拉湾西南气流共同影响，维持暴雨的持续;低空850hPa则是受四川盆地移出的西南涡控制，是造成这次暴雨的最直接原因。
(2)在大暴雨期间，7日12时至8日8时925hPa张家界的水汽通量辐合增大到-20×10-7g/cm·hPa·s以上，8日12时水汽通量辐合还大于-10×10-7g/cm·hPa·s，相对湿度则是从对流层低层一直到500hPa附近，相对湿度均大于90%，充分表明暴雨区水汽非常充足，水汽通道在暴雨期间都在维持。
(3)大暴雨开始前，张家界市的θse和K指数是逐渐增大的，随着西南低空急流向北推进，7日12时至8日12时强不稳定区一直维持在张家界上空，对流能量不断得到发展，对暴雨中尺度对流系统的产生和维持是非常有利的。
(4)散度、涡度的高低空有利耦合形势为本次大暴雨的产生提供较好的动力条件。垂直速度场里南北2支经向环流是西南涡深厚发展的产物，另一方面它又促进西南涡的发展，对暴雨的发生具有加强作用。
(5)暴雨期间，张家界的水汽条件、对流能量和动力条件得到长时间的维持，是暴雨发生的根本原因，也从一方面支持了暴雨形成的3个充分条件的论证。
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德州市一次春季暴雪过程诊断分析 第7篇
1 过程概述
2013年4月19日10:00至20日6:00德州市出现了明显降雪天气过程, 全市平均降水量15.6 mm, 最大降水量出现在乐陵, 为26.1 mm, 宁津积雪深度最大为11 cm。自20世纪50年代有气象记录以来, 大部分县市降雪终日为2006年4月12日, 此次出现的降雪过程突破有气象记录以来的历史极值。从降水相态分析, 情况比较复杂, 有冰粒、雪、雨等, 但主要以雪为主。
2 天气形势分析
4月18日20:00 500 h Pa欧亚中高纬为两槽一脊, 700 h Pa上鲁西北位于槽前脊后, 华北南部地区有明显的切变线, 850 h Pa从中西伯利亚到山东为高压所控制, 鲁西北受偏东冷平流影响, 锋区呈东北—西南向。4月19日8:00 500 h Pa高原东部低槽加深东移, 南支槽发展, 华中、华南西南气流发展, 鲁西北在偏西风和西南风汇合处;700 h Pa低槽发展加深进入到河套, 槽前低空急流伸入山东, 鲁西北处于低空急流的顶部, 低槽北部的低压环流形成;850 h Pa高压继续控制鲁西北 (图1a) , 锋区主体已到江苏, 山东为一致的偏东风。
从4月18日20:00至19日8:00的地面图 (图1b) 上可以看到, 山东处于冷高压控制下, 上游地区倒槽发展明显, 倒槽北端伸到河套的北部, 低层冷空气垫形成。20:00, 500 h Pa低槽加深东移, 与南支槽合并, 山东处于槽前西南气流控制下, 700 h Pa低槽加深东移, 河套北部低压环流到达鲁西北北部, 850 h Pa以东北风为主。地面冷空气不断从贝加尔湖南下, 强迫中高层暖气流爬升, 形成明显回流降水[6]。
3 物理量分析
3.1 水汽条件
3.1.1 探空图。
4月18日20:00邢台站温度对数压力 (tlogp) 图上500 h Pa以下各层均比较干, 温度露点差较大, 相对湿度比较小;到19日8:00 (图2) 500 h Pa以下各层温度露点差较小, 相对湿度迅速增大, 其中500~700 h Pa接近饱和, 温度露点差都在3℃左右。
3.1.2 水汽通量散度和比湿。
沿北纬37.4°做水汽通量散度和比湿的剖面, 4月19日8:00整层都为水汽辐合区, 辐合中心位于德州上空700 h Pa, 中心值-8.5 g/ (s·cm2·h Pa) , 850 h Pa比湿2.2 g/kg, 700 h Pa比湿4.2 g/kg, 德州市均位于比湿中心附近;20:00水汽通量散度辐合中心仍位于700 h Pa, 中心值减弱为-4 g/ (s·cm2·h Pa) , 850 h Pa比湿1.4 g/kg, 700 h Pa比湿为3.3 g/kg, 这与德州市暴雪的时间分布基本一致。
3.2 散度
沿北纬37.4°做散度的剖面, 19日8:00散度中心位于700 h Pa, 中心数值为-9×10-5/s。20:00散度中心仍位于700 h Pa附近, 中心数值为-9×10-5/s。连续2个时次都存在明显的辐
3.3垂直速度
沿北纬37.4°做垂直速度剖面, 19日8:00负速度的中心位于600 h Pa附近, 中心数值为-18×10-3h Pa/s, 德州市处于负速度中心, 表明高层西南气流都比较强。20:00时, 925~700 h Pa为正速度区, 冷空气垫向高层伸展, 且厚度增加, 更有利于西南暖湿气流的爬升, 从而导致强降雪的产生。
4 降水相态分析
4.1 气温
4.1.1 2 m气温变化。
4月19日14:00 (图3) 左右时开始降雪, 当时2 m气温约2℃, 20日8:00时2 m气温升至2.4℃, 降雪也随之结束。因此, 地面2 m气温低于2℃可作为降水相态转变的指标, 且降雪期间2 m气温变化不大。
4.1.2 气温的垂直分布。
4月19日8:00—20:00 700 h Pa的气温始终高于850 h Pa和925 h Pa, 说明冷空气先从低层开始影响, 出现降雪时850 h Pa气温-6℃, 925 h Pa气温-2℃, 1 000 h Pa气温1.9℃。
4.1.3 0℃层高度。
4月19日14:00至20日8:00, 0℃层高度略高于1 000 h Pa高度, 明显低于925 h Pa高度。由此可见, 0℃层高度明显低于925 h Pa也是判断降雪的标准之一。
4.2 风场分析
4月19日8:00至20日8:00地面东北风在2.5~4.0 m/s之间, 出现降雪时的风速仅为4 m/s左右, 暴雪期间存在较强的风垂直切变, 低层东北风6~12 m/s, 中高层西南风10~24 m/s, 冷空气从低层开始影响, 持续的东北风有利于冷空气垫的形成和维持。
5 雷达产品分析
速度图 (图4) 上为低层东北风、高层西南风的“S”型结构, 即低层为偏东气流、向上逐渐转为西南气流, 这种结构在2013年4月19日16:00开始发展的比较完整, 这与700 h Pa及以上西南气流、850 h Pa及以下东北气流相一致, 与降雪实况也比较吻合。从风廓线图 (图5) 可以看到明显降雪开始时, 中高层为西南风, 低层为东北风;降雪集中时段, 中高层仍为西南风且西南风伸展高度略增高, 低层逐渐转为偏北风且面积增大;降雪快结束时, 中高层西南风高度增高, 低层偏北风减弱且面积进一步增大。
6 结语
分析结果表明, 主要影响系统是低槽东移时与北方冷空气结合而形成的回流降雪, 暴雪产生在500~700 h Pa槽前西南气流的前部、850 h Pa东南风与东北风的辐合区域。中上层的西南风急流和低层的东南风气流为暴雪的产生提供了源源不断的暖湿空气, 500~700 h Pa大气接近饱和;冷空气先从低层开始影响, 之后中高层暖湿气流加强北上, 在冷空气垫上爬升, 更有利于强降雪的产生。高层辐散、低层辐合以及较强的上升运动为暴雪的产生提供了有利的动力条件。降水相态与850 h Pa的温度场 (-4℃线) 对应较好, 同时925 h Pa气温低于0℃、地面温度低于2℃或者0℃层高度明显低于925 h Pa也可以作为雨雪相态转换的判据之一。
参考文献
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滨州市一次寒潮天气过程诊断分析 第8篇
寒潮是指大规模的强冷空气爆发南下,其主要天气特点是剧烈降温和偏北大风,造成低温严寒和霜冻,有时还伴有雨雪。寒潮是冬季影响我国的主要天气之一,寒潮天气造成的大风和强降温经常会给人们的日常生活和社会生产造成不便,有时甚至会造成巨大损失。随着当今环境问题的日益严重,寒潮天气也更加复杂多变,因此研究寒潮及寒潮天气仍然是今后天气预报工作的重点。
本文对2016年2月一次寒潮天气过程进行诊断分析,并探讨了强降温及大风的成因,为今后寒潮预报提供了一定的依据。
1 天气实况
受锋面气旋和强冷空气共同影响,2016年2月12-14日滨州市出现了一次明显的降水过程,并伴有大风和强降温,最低气温出现在14日凌晨,全市7个大监站最低温度为-6.7~-7.9℃,48h最低温下降达到8℃以上,冷锋过境后滨州市大部分地区出现了8~9级东北风。
2 环流背景分析
寒潮爆发的前提是前期必须要有一定的冷空气堆积和酝酿。从图1中可以看出,10日08时500 h Pa上欧亚大陆为一低两高型,贝加尔湖以西有一个低涡,乌拉尔山一带和贝加尔湖以东各有一个高压脊。乌拉尔山高压脊强烈发展,脊点伸至北极,并且已经形成闭合中心。脊前偏北气流达到32m/s,将极地的冷空气向南输送到贝加尔湖的低涡,贝加尔湖以东的弱脊起到了阻挡低涡东移的作用,使冷空气不断地堆积,由于冷平流的作用,95 E 60 N到巴尔喀什湖附近形成了一个宽广的横槽区。500 h Pa冷中心温度已经达到-40℃。地面图上,蒙古国西部到新疆西部有冷锋活动,锋后冷高压中心强度达到1030 h Pa。至此冷空气的堆积已经达到相当的规模,具备了寒潮爆发的首要条件。
10日20时由于欧洲低槽的旋转,不稳定小槽东移进入到乌拉尔山高压脊的后部,暖平流进入横槽内,横槽开始转竖,冷空气随横槽转竖开始大规模南下,寒潮爆发。
3 强降温分析
3.1 强冷平流对气温变化的影响
强盛的冷平流会给局地温度造成明显的变化。850h Pa上温度平流对温度的影响比较明显。10日08时850h Pa温度平流场上(图2a),在贝加尔湖到巴尔喀什湖之间以北有一个呈东北西南向的冷平流区,中心值为-50·10-6℃/s,它的位置跟高空横槽基本一致。随着高空横槽的东移南压,横槽后的冷空气也随着东移增强,12日08时(图2b),冷平流区东移南压到蒙古国,强度没有变化。14日08时(图2c)冷平流区的中心位于山东,我市处于中心值-50·10-6℃/s的范围内,冷空气十分强大,受其影响,14日早晨包括滨州市在内的山东大部分地区都出现了明显的降温。
3.2 前期日平均温度较高
从图3中可以看出,滨州市7个大监站2月5-11日平均气温较常年(1981-2010年)明显偏高,尤其以10日最为明显,10日各站较常年偏高5.4~8.3℃,其中滨城较常年偏高6.7℃,惠民较常年偏高6.5℃,阳信较常年偏高6.7℃,无棣较常年偏高5.4℃,沾化较常年偏高6.5℃,博兴较常年偏高8.3℃,邹平较常年偏高5.6℃。寒潮来临之前温度明显回升,使基础温度较高,有利于造成寒潮大幅度降温。
3.3 非绝热因子对气温变化的影响
某地温度的变化主要决定于温度平流和非绝热因子的作用,非绝热因子主要考虑辐射、水汽相变而释放潜热、乱流传导等对气温的影响。天空状况、有无降水以及风力大小对气温变化都有影响。12日夜间—13日滨州市出现了一次明显的降水过程,并且伴有8~9级东北风。虽然有强盛的冷平流控制我市,但因为有明显的降水和大风等不利于降温的气象要素存在,因此,滨州市13日白天最低温度下降并不明显,到13日夜间降雪结束,天空转晴,风力减小,这些非绝热条件都有利于夜间强烈辐射降温,所以最低温度出现在14日早晨,具体见下表1。
4 大风成因分析
从图4中可以看出,12日23时地面冷高压中心位于蒙古国西部,中心强度为1070 h Pa,冷中心强度很强,南方气旋位于河南河北交界处,中心强度为1007.5 h Pa,此时高低压之间的等压线已经比较密集。随着冷空气的不断积聚,地面冷高压强度不断加强,到13日02时冷中心强度达到1075 h Pa,同时南方气旋在35°N穿越120°E向东北方向移动,到13日05时,低压中心位于江浙交界处,35~40 N,110~120 E之间等压线达到13根(间隔2.5h Pa/条),气压梯度非常强大,此时我市北部沿海极大风达到9级。强的气压梯度力作用,是造成这次大风的主要原因。
5 小结
寒潮爆发的前提必须要有冷空气堆积和酝酿。乌拉尔山高压脊强烈发展是寒潮爆发的前提,脊前偏北风引导冷空气南下,使得涡后脊前出现横槽。暖平流进入横槽导致横槽转竖是寒潮爆发的标志。
强冷平流是造成温度骤降的主要原因。冷平流的大值区与降温区基本一致。寒潮来临之前温度明显回升,也有利于寒潮降温。此外非绝热因子也是造成强降温的原因之一。
强大的气压梯度力作用是造成大风的主要原因。
参考文献
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