动态相似多元判别方法在释用数值预报产品中的应用

考虑环流的动态演变特征在降水预报中的重要性基础上,设计了一种环流演变动态相似多元判别预报方法.用统计方法对历史降水个例的大气环流因子进行分析,在要素场上分别提取4个物理意义清晰、又具有立体性和动态演变性的要素因子,并求出降水天气过程的多元指标.采用要素变化趋势相似标准,以T213数值预报产品为预报初始资料进行计算处理,求出要素的变化趋势和大小,与历史降水的多元指标进行滚动映射和判别,自动预报出各县未来各时段天气,制作阿坝州分县晴雨逐日滚动预报,效果较好.     

一次积层混合云降水实例的数值模拟分析

观测显示,积层混合云有自己独特的动力热力结构,降水过程也有自己的特点,但过去关于积层混合云的实例模拟工作较少.2007年9月28日在我国华北地区发生了一次积层混合云降水过程.利用WRF-ARW中尺度数值模式,对这一个例进行了实例模拟,并结合常规观测、卫星和雷达资料分析模拟结果,表明:此次积层混合云系是降水云系减弱,层状云发展形成的.在降水物理过程中,此次积层混合云不仅具有积云和层云形态混合的特征,还具有冷云过程和暖云过程共存的相态混合的特征;中层的大范围辐合和相应的较均匀上升气流场支撑着层状云,而在均匀上升气流场中的波动导致了对流云镶嵌其中;有迹象表明,条件对称不稳定是维持此次积层混合云发展的动力因子.     

WRF模式不同集合预报方案对一次大范围暴雨过程的模拟研究

应用WRF V3.6模式,对陕、晋、冀、鲁4省2013年7月12—13日的一次大范围暴雨过程,从初值、侧边界和物理过程扰动出发进行了集合预报研究。结果表明:(1)物理过程扰动对此次降水的影响最大,初值扰动在积分初期影响较大,而后逐渐减弱,而侧边界扰动随着时间积分向模拟区域中心传播并逐步增大;(2)物理过程扰动、初值扰动的集合预报分别对小雨和大雨及以上量级降水预报最优,而侧边界扰动的集合预报对中雨和暴雨及以上量级的降水预报最优;(3)从集合预报的离散度分析得出,物理过程扰动的集合预报最优,其次是侧边界扰动,初值扰动最差;(4)同时考虑3种不确定性的集合预报,总体上好于单个因子扰动的集合预报,使模式的降水预报效果得到显著改善。     

河南省春季一次层状云降水云系结构和降水机制的数值模拟

利用PSU/NCAR的MM5中的双参数显式云物理方案,模拟了2007年河南省春季一次层状云降水过程,模拟结果显示,降雨主要落区和强度与观测一致.24 h降雨预报的TS评分较高.模式输出的雷达反射率与郑州站雷达RHI回波相比较,模拟的回波结构基本符合层状云回波特征,存在零度层亮带.在成功降水模拟的基础上,分析了云系不同部位结构特征和粒子质量通量分布,发现雨水的形成在不同部位依靠不同的过程.郑州站云的垂直结构和降水微物理过程研究表明,降水机制符合"播种一供给"机制,降水形成主要依靠雪的融化和暖云微物理过程,暖云对整层降水起主要作用,暖云微物理过程是形成降水的更有效方式.     

吉林省自然降水转化因子的初步研究

将自然降水转化因子K定义为地面水汽密度ρ与降水量Q的比值(K=Q/ρ),从气候学和云降水物理学观点,解读了地面水汽系统上升成云致雨,形成降水量的物理过程.K值反映了天气系统和成云致雨的条件,它包含了降水系统热力、动力、水汽、云中微物理诸过程将水汽(ρ)转化为降水(Q)的能力.K值大,则水汽转化成降水的效率高;K值小,预示成雨致雨条件失当,水汽转化成降水的效率低.为使人工增雨作业有最佳效果应选择K的大值区,即顺自然之势.对吉林省1951～1980年的月均值和年均值K进行了计算和时空分布特征分析,可供对适宜作业的地区的选择作参考.结果表明:K值地域差异明显,总体分布趋势是由东南向西北减小,天池站K值最大;K值随时间分布的差异明显,夏季K值最大,春、秋季次之,冬季最小.     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅰ:云微物理参数化对云结构及降水特征的影响

首先对AREM模式模拟的台风基本结构和云结构进行验证,检验了模拟结果的可靠性.在此基础上,设计了5组试验来研究云微物理参数化方案对台风"云娜"云结构及降水特征的影响.试验设计主要突出冰相云微物理过程、云微物理特征引发的冷却效应以及霰下落速度的重要性.结果表明:云微物理参数化过程对云的发展和降水特征的影响更为显著.各试验的水凝物分布和强度不同,降水类型和强度存在较大差异,由此引起的云中热力结构也有较大区别;在所有试验方案中,24 h降水率最大差异为52.5 mm/h.云微物理过程对云和降水特征的具体影响表现在:(1)如果不考虑雨水蒸发冷却效应,此时台风内核上升运动强度最强(达到-19 Pa/s),雨水和霰粒子增长最明显,相对于对照试验增量分别为1.8和2.5 g/kg.(2)霰和雪的融化对于螺旋雨带中雨滴的增长十分重要,但他们可能不是云墙中雨水形成的主导因子.(3)不同方案的降水模拟特征也存在较大差别,采用暖云参数化后,降水区域最小,但其中对流降水比例最大(63.19%);霰落速减半后,降水区域最大,其中非对流降水比例也最大(51.15%).     

夏季中雨以上降水短时预报方法

本文应用数值预报产品,天气图实况,单站实时观测资料和卫星云图资料,对济宁地区夏季中雨以上降水过程进行了统计分析,然后建立预报方程。在挑选因子的过程中,着重考虑因子本身的天气学意义,而不仅仅拘泥于因子与预报量之间的拟合率高低。最后选取了5个代表性强,物理意义明确的因子进行了0.1权重回归,建立了0—12小时中雨以上降水预报方程并在1987年夏季进行试报,取得令人满意的结果。     

热带气旋云微物理过程的研究进展

云微物理过程是影响热带气旋(TC)强度、结构和降水变化的重要因子。本文主要对近几十年有关TC云微物理过程的观测分析和数值模拟研究进展进行了回顾和评述。由于观测资料的增多和数值模式精细化程度的提高,对TC的云微物理结构和特征有了较深的认知,但云微物理过程如何影响TC路径、强度和降水还有很多不同观点,反映在云微物理过程对TC数值预报的影响还有很多的不确定性。云微物理过程的季节性和局地性特征不清楚。云微物理方案和模式分辨率以及其它物理方案之间如何协调匹配,业务预报如何选择云微物理方案等问题还有待更多的研究。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(Ⅱ): 云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第Ⅱ部分.文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果, 详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化, 并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比, 研究了云发展过程中的地形影响.研究表明, 地形云中微物理过程的发展受地形影响很大, 冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变.     

动态相似多元判别方法在释用数值预报产品中的应用

考虑环流的动态演变特征在降水预报中的重要性基础上，设计了一种环流演变动态相似多元判别预报方法。用统计方法对历史降水个例的大气环流因子进行分析，在要素场上分别提取4个物理意义清晰、又具有立体性和动态演变性的要素因子，并求出降水天气过程的多元指标。采用要素变化趋势相似标准，以T213数值预报产品为预报初始资料进行计算处理，求出要素的变化趋势和大小，与历史降水的多元指标进行滚动映射和判别，自动预报出各县未来各时段天气，制作阿坝州分县晴雨逐日滚动预报，效果较好。     

北涡南槽形势下的辽宁降水性质分析

2005年4月6日、19日辽宁省出现了两次降水天气过程.通过资料显示,这两场降水的影响系统,虽然都主要是北涡南槽的天气系统(这里的北涡南槽是指,由蒙古至贝加尔湖低涡和河套地区东部的高空槽以及槽前的西南气流组合的耦合系统).但是由于具体影响的物理因子的不同,所以产生的降水性质也不同.6日的降水是不稳定的雷阵雨天气,是由中小尺度不稳定雷雨云团与东北西部东移的低压冷锋相结合的物理过程;19日是以稳定性降水为主,伴有阵雨、雷阵雨的混合性降水天气,是由东移的蒙古低涡与河套地区东部高空槽相结合的物理过程.     

HLAFS资料在短期降水、气温MOS预报方法中的应用

通过对HLAFS资料建立的5~9月夏半年气温、降水方程中所选的因子进行统计整理,找出使用频率最高的因子。气温方程中所选的因子,24 h气温预报方程中以24 h前的因子多;而48 h预报方程中多选24 h后的因子,实况因子选中的几率大,与预报员的思路一致。降水方程中,因子辐散风选中的最多,其次为Q矢量散度和涡度。利用“1999.7.4”庆阳大到暴雨个例,对方程中使用最多因子的实时场和预报场进行了分析,所选因子有较明确的物理意义,为以后MOS预报降水因子的选取提供了参考依据。     

基于年际增量法的青藏高原南部汛期降水预测研究

针对青藏高原南部汛期降水预测研究少和预测难度大的问题,通过分析1981-2010年青藏高原南部汛期降水与国家气候中心发布的88项大气环流指数、26项海温指数和16项其他指数年际增量的相关性,采用逐步回归法筛选出与降水相关的最优预测因子组合,在此基础上建立了高原南部汛期降水年际增量与预测因子的物理统计预测模型,并对2011-2019年的汛期降水进行了独立样本回报检验。结果表明,该模型的预测准确率很高,降水年际增量和距平同号率均达到7/9,距平百分率均方根误差为13%,降水相对误差在±15%以内的年份占比高达8/9。可见,该模型能够提高高原南部汛期降水预测能力。最后,利用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA海表温度月平均资料研究了预测因子影响高原南部汛期降水的物理机制。     

顺序卡尔曼滤波校准法雷达定量估测降水检验

利用青岛市气象局多普勒天气雷达基数据和自动雨量计资料,对顺序卡尔曼滤波校准法进行定量估测降水的结果进行了大量样本和一个典型个例检验。5.0mm.h-1以下的弱降水没有参与校准因子的计算,在弱降水、稳定性降水、对流性降水和混合性降水过程中的均方根误差分别为1.15mm、1.13mm、3.0mm和2.18mm,校准方案对克服弱回波情况下雷达资料的不确定性和自动雨量计数据的不确定性带来降水估测误差有良好的效果。青岛的降水过程中,5.0～20.0mm.h-1降水的样本占有最高的比例,在校准因子计算时拥有较高的权重,该雨量档的误差也较小。稳定性天气过程中,降水回波性质差异不大,校准效果最好。滑动平均法是一个简单适用的雷达资料网格化方案。     

试谈天气预报因子的物理意义

有许多天气预报因子,由于现阶段水平和条件限制,还很难说清楚它的物理意义,尤其是长期预报中的因子,更为困难。所以,只能以多年应用效果良好,作为衡量的标准。但是,我们也还要努力探讨它的物理意义,这对于提高预报水平是极有好处的。下面我们通过对“e-T”进行物理分析,来说明探讨预报因子物理意义的重要性。 要应用“e-T”这个物理量,必须作以下几个方面的分析工作: 1.了解e-T>0的物理成因: e-T>0是降水前或降水继续的前兆,e-T越大,可靠性越大,这是一般性的经验。但也有许多情     

一次积层混合云飞机播云对云微物理过程影响效应的分析

人工增雨效果评估主要关注的是催化后云和降水过程是否产生了预期的变化,这首先表现在云和降水的宏微观过程有无明显变化,因此了解播云作业后的云微物理结构的变化是很必要的.2009年4月18日在河北张家口进行了一次飞机播云实验,本文采用飞机探测所取得的PMS资料,分析了播云对云微物理过程影响,并进行了云物理因子综合研究.结果表明:催化后播云高度上液态含水量大幅度降低,粒子平均直径由催化前20.4μm增大到23.9 μm;云中粒子谱结构也发生很大的变化,催化后冰晶减少,降水尺度粒子显著增加;而且在播云1小时后影响区地面累计降雨量达到最大.     

利用年际增量法对西北东部汛期降水的定量预测研究

通过分析1965~1999年西北东部汛期降水与相关物理量年际增量的相关性,筛选出可作为西北东部汛期降水的预测因子,并研究其影响该区域汛期降水的物理机制。在此基础上,采用多元线性回归方法建立了汛期降水年际增量与预测因子的物理统计预测模型,并对2000~2014年的汛期降水进行预测。结果表明,5月Nio3.4指数、1月北太平洋环流指数和西太副高强度指数、5月北半球极涡中心强度指数和东亚大槽强度指数的年际增量等5个变量可作为西北东部汛期降水的预测因子;该预测模型对2000~2014年汛期降水的预测准确率很高,预测与观测的汛期降水演变趋势非常一致,相对误差在±15%以内的有12 a,距平同号率达到10/15,距平均方根误差为15%,可用于西北东部汛期降水的预测,能够提高其预测水平。     

西安大降水的一种常见形势

当500hpa西安处于副高西侧或西北侧的大形势下,影响西安大降水的700hPa系统主要是切变线.其中冷式横切变(以下简称冷切或横切)与关中暖切变的经向空间结构(能量分布)对西安地区的大降水较为有利.尤其是"冷切"形势下,秦岭大地形对降水有明显的增幅作用.本文将对此种形势下西安地区大降水形成的物理过程及天气过程做一简略分析.     

云降水物理和人工影响天气研究进展和思考

云降水物理和人工影响天气密不可分,云降水物理为人工影响天气提供理论基础,人工影响天气是云降水物理一个重要应用领域.目前我国人工影响天气规模、经费投入已达世界之最,人工影响天气工程正在建设之中.论文简要回顾了我国云物理研究和人工影响天气的发展过程,评述研究工作取得的进展,思考我国人工影响天气在新形势下进一步的发展的问题,显得尤为重要.几十年来,我国开展了一系列云雾降水的外场观测研究和人工影响天气的外场试验研究,云和降水物理以及人工影响天气的理论和技术研究不断取得进展,数值云模式和中尺度模式的模拟研究水平有了长足的进步,在云和降水物理过程和降水机制研究、云的微物理结构、云水资源和人工增雨潜力评估、催化条件预测、催化剂和催化技术等方面取得了显著进展.论文最后指出,目前的人工影响天气需要加强人工影响天气核心技术研究,并提出了需要进一步研究的云和降水物理中的有关科学问题.     

NCAR RegCM2对1991年夏季江淮流域异常降水事件中关键物理过程的模拟能力检验

选取1991年夏季江淮流域发生的持续性特大暴雨洪涝个例,利用NCAR第二代区域气候模式RegCM2对逐日降水过程及其关键物理因子进行了数值模拟.模式的侧边界条件由ECMWF的大尺度分析资料提供,模拟时间为1991年5-8月.模式范围包括东亚地区及相邻海域,水平分辨率为60 km×60 km,垂直方向为23层.试验结果显示,该模式能够合理地模拟出1991年夏季东亚地区的逐日降水过程,特别是在江淮流域发生的异常降水事件.对一些关键物理变量和过程时空结构的分析表明,大气垂直速度和水平散度的时间演变与江淮流域的5次降水事件一致;形成异常降水的水汽来源主要是大气的水平运动输送。西太平洋副热带高压控制着东亚夏季季风的进退,RegCM2能够模拟出西太平洋副高的南北位置移动。而且,模式能够较好地再现出对水汽输送至关重要的低空急流的逐日变化。