地面报中高山站资料的应用分析

无线电探空仪观测和地面观测资料作为天气分析和数值预报最常用、最重要的两种资料数据源,两者时空分辨率有着明显的差异。如何利用地面观测资料的高时空分辨率特点来补充探空观测资料在一些地区的欠缺和不足,特别是地面高山站资料的使用对对流层底层环流场的影响及对精细化数值天气预报风场分析指示意义等都需要进一步的探究。文章通过对地面高山站资料在资料同化中不同的使用方式的分析,探索其作为探空资料的补充在资料同化中的贡献。个例试验选取2013年6月29日00时地面资料和探空观测资料进行资料同化,试验方法:分别将地面高山站资料作为探空资料和地面资料应用于同化分析中,结果表明:地面高山站资料当探空资料使用时对850和925 hPa风场同化分析有正效果。在地面高山站资料当探空资料使用和当地面资料使用的对比中,其24 h 850和700 hPa高度和风场预报试验差异不显著;但24 h降水预报结果显示:地面高山站资料当探空资料使用对降水强度和位置的预报都有弱的正贡献。连续试验的降水预报检验证明:在地面高山站较多的西南区,高山站资料当探空资料使用在小雨、中雨、暴雨等量级的预报评分要优于高山站资料当地面报使用,且其预报偏差也较小;在中国区降水预报检验高山站资料当探空资料和地面报使用差异不大。     

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及JRA 3种再分析资料,采用偏差、线性趋势、EOF等统计方法,分析、讨论了再分析资料位势高度场在中国区域的适用性问题。结果表明:在年平均场上,探空资料在中国北方地区对流层中存在上升趋势,在平流层低层存在下降趋势;并且有整层变化相同的年际变化特征和对流层南北方反位相变化的年代际变化特征。再分析资料位势高度场数值上普遍小于探空资料;NCEP/NCAR资料与探空资料较为接近。在季节平均场上,探空资料在冬季对流层中存在一致的上升趋势,在春、夏和秋季的长期变化趋势与年平均场类似;探空资料与再分析资料在冬季的偏差最小。不同资料的EOF第一模态分布,在不同季节中差别较大,NCEP/NCAR资料在春季、夏季和冬季适用性较高,ERA资料在秋季适用性较高。     

3种再分析资料的高空温度与中国探空温度资料的对比:年平均特征

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA 3种再分析资料,采用线性趋势、标准差、相关系数、EOF分析等多种统计分析方法,对再分析资料年平均的高空温度在中国区域的可信度进行了分析.研究表明:在数值上,3种再分析资料的高空温度均小于探空资料的高空温度,NCEP/NCAR资料在对流层上层更接近于探空资料,ERA和JRA资料则在对流层中下层与探空资料更为接近;在描述年际变化和长期变化趋势方面,ERA资料在我国北方的对流层上层的再现能力较好,NCEP/NCAR资料在我国南方的对流层上层的再现能力较好,而3种再分析资料在对流层中下层的再现能力相当;在时空变化特征方面,NCEP/NCAR和ERA资料能较好地表现高空温度的年代际变化特征,而ERA和JRA资料则能较好地表现年际变化特征.     

两种再分析资料与RS92探空资料的比较分析

利用2008年5～12月在安徽寿县获得的逐6小时RS92探空资料,与同期的NCEP/NCAR和ERA-Interim两种再分析资料(6h)进行比较分析,计算分析了标准气压层上探空与再分析资料的温度、纬向风、经向风和相对湿度的相关系数、偏差和平均绝对差。结果表明:在所有标准层高度,ERA-Interim再分析资料与探空资料的相关优于NCEP再分析资料的与探空资料的相关,温度和风速再分析资料与探空资料的相关优于相对湿度的相关;温度再分析资料与探空资料的相关系数在1000～250hPa接近1,在250hPa以上随高度减小,ERA-Interim与探空资料的偏差的绝对值基本小于0.3℃,而NCEP与探空资料的偏差绝对值在1000hPa上要大一倍;纬向风再分析资料与探空资料的相关系数在对流层中高层大于对流层低层和平流层低层,经向风的相关在对流层随高度增加,在平流层低层迅速减小;风速再分析资料与探空资料的偏差绝对值小于1m·s-1;相对湿度再分析资料与探空资料的相关随高度减小,偏差在400～100hPa层较大,达10%～20%,在更高层小于10%。     

东亚地区500 hPa位势高度场NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料的比较

运用统计分析方法对3份500 hPa位势高度场资料,即NCEP/NCAR全球大气再分析月平均资料和欧洲中心ERA-40资料,国家气候中心的NMC资料(该资料的基础是站点观测资料的实测数据,并结合中央气象台的日常累积资料整编而成)进行比较,以讨论NCEP/NCAR再分析资料与ERA-40资料以及NMC资料的相关性,尤其在东亚地区的可靠性.3份资料综合分析得到如下结论:在东亚地区,特别是贝加尔湖以南至中国西北和中西部的大部分区域内(30°-50°N,80°-115°E),NCEP/NCAR资料和ERA-40资料各季的平均场、相关场均存在大范围的显著性差异区,差异最大的季节在夏季,时段为1958-1970年,而在冬季相关较好.同时NCEP/NCAR资料在20世纪60年代初出现异常低值,在60年代中期有突然的增长,而欧洲中心的ERA-40资料和国家气候中心的NMC资料均无此现象.针对以上问题,对北半球500 hPa资料的使用提出如下建议:在东亚地区应用NCEP/NCAR资料时,如果范围涉及贝加尔湖以南至中国西北和中西部地区(30°-50°N,80°-115°E),尽量应用20世纪70年代以后的资料,尤其在春、夏两季;而该区域内的ERA-40资料和NMC资料在这一时段内是基本一致,具有可信性.     

中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及MERRA三种再分析资料,讨论了再分析资料风速场在中国区域的适用性问题。结果表明:在中国区域的年平均场上,高空风速在我国对流层高层和中层均存在长期减弱的趋势,在我国东部和南部地区的对流层低层也存在减弱趋势,ERA-interim资料和MERRA资料适用性相对较好。再分析资料风速在多年年平均场上普遍小于探空风速。在对流层高层,1980年代至1990年代ERA-interim资料适用性好,而21世纪以后,NCEP/NCAR的适用性较好;在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料适用性较好。在中国区域的季节平均场上,高空风速在冬季的对流层高层和中层中普遍存在增加的趋势,而在春季、夏季和秋季的对流层高层和中层存在减小的趋势。探空资料与再分析资料在冬季偏差最小,在夏季偏差最大。在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料和MERRA资料在冬季的可信度相对较好,MERRA资料在夏季的可信度相对较好;在对流层高层和平流层低层,ERA-interim资料和MERRA资料在四季中的可信度都相对较好。     

中国东北和西北区域三种再分析资料与探空资料的温度对比分析

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA三种再分析资料,采用均方根误差、趋势分析等多种统计分析方法,对再分析资料的高空温度在中国东北和西北区域的可信度进行了分析。结果表明：在气候平均方面,JRA资料相比于探空资料的均方根误差较小,冬季的均方根误差较小,西北区的均方根误差普遍大于东北区;在年际变化方面,东北区三种再分析资料在低层的反映程度明显好于高层,西北区各层三种再分析资料与探空资料的差值普遍比东北区大;在长期变化方面,三种再分析资料在对流层低层都较好,东北区NCEP资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势,而在西北区,则是JRA资料能更好地反映探空资料高层的降温趋势。     

欧洲中心臭氧再分析资料与HALOE观测资料的对比分析

利用欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）的ERA40计划中给出的臭氧再分析资料,与卤素掩星试验（Halogen Occultation Experiment,HA-LOE）观测资料进行了对比,在季节、年际变化上估计了HALOE臭氧资料噪音—信号比,结果表明,在季节和年际尺度上,HALOE臭氧资料在平流层大部分地区都有显著的信号。ECMWF臭氧资料与HALOE资料的对比结果指出,ERA40的臭氧再分析资料在季节变化上非常接近卫星观测资料;在年际尺度上,ECMWF臭氧资料在热带平流层中部的变化偏弱,而在中低层中纬度的变化偏强。     

我国飞机观测气象资料概况及质量分析

为全面了解我国飞机观测气象资料的时空分布特征和质量状况,该文介绍了AMDAR(Aircraft MeteorologicalData Relay)计划的发展及我国通过AMDAR计划实施获取的飞机观测气象资料(又称AMDAR资料)的时空分布特征,分析了起飞和降落阶段飞机观测所获廓线资料的可用性,并分别对全球AMDAR资料和我国AMDAR资料进行极值检查、空间位置检验和时间一致性检验,对我国AMDAR资料错误率的月值变化和垂直分布特征进行了分析。结果表明:我国三分之二的AMDAR资料集中在飞机的起飞和降落阶段,并主要集中在我国中东部地区;利用我国AMDAR资料制作的廓线垂直分辨率大部分高于10 hPa。我国AMDAR资料的气温错误率低于全球水平,但风速错误率高于全球水平,错误资料主要集中在近地面层。从2008年开始,我国AMDAR资料的质量状况较往年有了明显改善,风速错误率一直维持在1.3%以下,气温错误率维持在0.2%以下。总体来说,我国AMDAR资料已成为我国高空气象观测资料的重要组成部分,资料质量稳定,具有较高的应用价值。     

青藏高原地区上空NCEP/NCAR再分析温度和位势高度资料与观测资料的比较分析

利用青藏高原12个探空站资料及NCEP/NCAR再分析资料,对各标准等压面上的月平均温度和位势高度资料进行了比较,结果表明:NCEP/NCAR再分析资料能够客观地反映青藏高原上空温度和位势高度多年平均的气候特征;与实际探空资料相比,在年际变化中再分析资料的温度和位势高度也具有较高的可信度;但在长期趋势变化上,再分析资料在青藏高原对流层低层存在着明显虚假的变化趋势.总之,再分析温度和位势高度资料在青藏高原气候研究中有较高的参考价值,尤其是1979年后再分析资料的质量在平流层低层得到明显的改善.     

浅谈L波段探空系统资料及在预报中的应用

着重对L波段高空气象探测系统观测资料的类型、获取方式及在天气预报方面的应用前景作一些初浅的分析,以提高探空资料在预报中的利用率。     

FY-3A SATELLITE MICROWAVE DATA ASSIMILATION EXPERIMENTS IN TROPICAL CYCLONE FORECAST

China’s new generation of polar-orbiting meteorological satellite FY-3A was successfully launched on May 26,2008,carrying microwave sounding devices which had similar performance to ATOVS of NOAA series.In order to study the application of microwave sounding data in numerical prediction of typhoons and to improve typhoon forecasting,we assimilated data directly for numerical forecasting of the track and intensity of the 2009 typhoon Morakot(0908)based on the WRF-3DVar system.Results showed that the initial fields of the numerical model due to direct assimilation of FY-3A microwave sounding data was improved much more than that due to assimilation of conventional observations alone,and the improvement was especially significant over the ocean,which is always without conventional observations.The model initial fields were more reasonable in reflecting the initial situation of typhoon circulation as well as temperature and humidity conditions,and typhoon central position at sea was also adjusted.Through direct 3DVar assimilation of FY-3A microwave data,the regional mesoscale model improves the forecasting of typhoon track.Therefore,the FY-3A microwave data could efficiently improve the numerical prediction of typhoons.     

FY-3A微波资料在“莫拉克”台风预报中的同化试验

我国新一代极轨气象卫星FY-3A于2008年5月26日发射成功,携带的微波垂直探测仪与NOAA系列卫星的ATOVS性能相似。为研究微波垂直探测仪资料在台风数值预报中的作用,实现我国FY-3A卫星的微波探测资料的直接同化,达到改进台风预报的目的,利用FY-3A微波探测资料,以WRF-3DVar系统为基础,针对2009年第8号台风"莫拉克"路径和强度预报,开展数值预报直接同化技术研究。试验结果表明,直接同化FY-3A微波资料对数值模式初始场改进要优于仅仅同化常规观测资料,对缺乏观测资料的海洋上改进尤为明显,模式初始场更加合理地反映海上台风环流形势以及温湿条件,海上台风的模式初始位置也得到了校正;经过FY-3A微波资料三维变分直接同化后,区域中尺度模式对台风路径预报效果具有积极的改善作用。     

模式探空的评估分析及其在强对流天气预报中的应用研究

分析华南地区强对流天气高发季节(4～5月)的模式探空与实际观测的比较结果.从模式探空的直接评估分析中发现,地面和较高层次的预报要素误差比较大,而中间层次误差比较小,在比较多个观测站和实时预报误差分析的基础上初步探讨其可能的原因.在不稳定度指数评估分析中发现,仅考虑中间层次要素的不稳定度指数性能比较稳定,而考虑地面要素的一些不稳定度指数则有可能比较敏感,在用地面观测订正后其质量有很大的提高.在强对流天气个例的应用研究中,认为逐时预报的模式探空有非常好的应用价值,以订正的对流有效位能指数为例进行了一些分析,表     

西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。      

杭州L波段和59-701高空探测系统资料对比分析

为比较L波段高空探测系统和59-701高空探测系统的资料异同,采用平均差、均方差比较的方法分析了杭州站平行观测一个月资料的温压湿资料,比较其异同及产生原因,为更好利用高空探测资料、改进L波段高空探测系统提供参考。通过比较发现:L波段高空探测系统比59-701高空探测系统所测的温度、高度资料更稳定、离散率更小,对提高预报准确率有利。两套系统的温度差值在70 hPa层出现明显拐点,其原因有待进一步研究。     

单站要素特征量在冰雹天气预报中的应用

对常规探空资料进行加工处理,形成多个单站要素物理特征量,利用郑州辖区7个观测站1990~2000年实况资料,寻找各要素特征量与冰雹天气的关联,选取相关性好的因子,建立冰雹天气单站物理特征量预报方程。经历史回代,方程拟合率均在70%以上。     

闪电监测定位系统及其应用

在分析闪电混合交汇算法定位基本原理的基础上，介绍了绍兴市闪电监测与定位系统的基本结构、工作特点，并对监测定位信息的开发应用作了探讨。分析表明，绍兴市闪电监测定位系统作为集中闪电监测、定位、应用等功能的综合性系统，具有高集成、实时性、高精度、多用途和网络化的特点，它能够较准确地对闪电雷击进行定位，所获得的资料具有多方面的用途。通过对闪电监测定位资料的分析，可以发现某些闪电与雷击发生发展的规律，这对雷电灾害的预警预报具有重要作用。     

相似离度在入型判别和定时、定点、定量预报中的应用

应用1986－1997年的常规探空资料，用相似离度制作了威海市冰雹强对流天气定时、定点、定量的概率预报方法。根据合成的威海市冰雹的四种环流型的数值信息，用相似离度实现了预报场的入型判别，应用HLAFS某时刻预报产品和多级相似方法实现威海市冰雹的多时次，定时、定点，定量、客观自动化概率预报。     

广西雷暴天气预报指标研究

利用2003-2012年的地面填图和探空资料,统计常用对流参数满足指定阈值条件时广西6个探空站出现雷暴天气的概率（简称＂雷暴概率＂）。统计结果表明：整层比湿积分（IQ）、K指数（KI）和抬升指数（LI）与雷暴概率有显著的线性关系,当IQ、KI增大,或LI减小时,雷暴概率增大。对流有效位能（CAPE）在0-200J·kg-1之间增长时雷暴概率迅速增大,但超过200J·kg-1后雷暴概率增大不明显。根据统计结果,选取IQ、KI和LI作为预报因子,CAPE作为消空因子,定义了一个适用于广西雷暴天气的经验预报指标。用2013年资料做试报检验,结果表明该指标对6小时内的雷暴天气有较好的预报能力。