精细化评估GPM/IMERG产品对台风“妮坦”降水的观测精度

采用地面加密雨量计观测资料，以1 h、3 h、6 h、12 h和24 h等多个时间尺度分别评估了全球降水观测GPM （Global Precipitation Measurement）计划降水产品IMERG （Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM）对台风"妮妲"降水中小雨、中雨、大雨和暴雨等不同量级降水的估计能力，主要结论如下：（1）降水累积时长会影响IMERG降水产品的估计精度。随着降水累计时长的增加，IMERG与地面雨量计观测结果的一致性加大，相对偏差和偏差的随机性均减小；（2）降水累计时长1 h时，IMERG对不同量级降水的观测精度均存在较大偏差；（3） IMERG降水产品会高估小雨时地面雨量计的降水量，且低估小雨事件发生的概率，对于小雨等级降水的观测能力还有待提高；（4） IMERG能较好地观测到暴雨降水的空间分布区域，但对暴雨的估计量级会明显偏低。     

IMERG卫星降水产品在我国梅雨极端降水期的适用性评估

为考察GPM卫星降水产品IMERG在梅雨极端降水期的适用性,以中国自动气象站观测数据与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集资料作为参考,采用均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE统计指标,对IMERG卫星降水产品在长江中下游地区2020年梅雨极端降水期的适用性进行评估。结果表明:IMERG卫星降水产品整体上与实测结果趋势一致,对于12 h和24 h累计降水,在强降水区域易出现高估。反演的3 h累计降水与实际降水一致性较好,累计降水量大于20、50、80、100 mm四种情况下的RMSE和MAE平均值均为10 mm左右。     

多卫星融合降水产品对2015—2020年登陆浙江台风降水的监测能力评估

基于浙江省雨量站观测数据,利用相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)、相关系数(CC)对2015—2020年登陆浙江的“灿鸿”“摩羯”“利奇马”“米娜”和“黑格比”影响期间全球降水观测计划GPM多卫星融合产品V06B版的准实时降水产品IMERG＿ER(简称IMERG)进行总体评估,并采用探测率(POD)、空报率(FAR)和临界成功指数(CSI)来评估不同降水量级下IMERG的降水估测能力。结果表明：IMERG总体能较好反映降水的空间分布特征,但对强降水落区范围大小的捕捉能力尚有一定不足。IMERG对“灿鸿”过程总降水量具有一定程度的低估,对“摩羯”“利奇马”“米娜”和“黑格比”过程总降水量存在高估。此外,IMERG对“黑格比”降水变化的捕捉能力最强,接着依次是“灿鸿”“摩羯”和“利奇马”,较差的是“米娜”。从分级检验结果看,随着降水量级的增加,POD和CSI稳中有降,FAR稳中有升,即IMERG对小雨的辨识能力最优,对大暴雨的捕捉能力较差,同时高估了较强降水发生的可能性。客观上看,IMERG对个别台风降水强度的捕捉能力稍显不足,定量误差较大,但总体上追踪台风降水动态变化的能力尚可,具...     

GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度评估

为了评估GPM/IMERG产品在鲁南地区的精度,利用2016年1—12月鲁南地区35个国家气象站的降水观测数据,采用定量和分类评分指标的方法,从时间、空间和降雨强度等方面对GPM/IMERG产品在鲁南地区的适用性进行评估。结果表明:IMERG数据在鲁南地区具有较高的精度,IMERG与站点观测数据相关系数为0.8,均方根误差为5.47mm/d,相对偏差为2.27%;从时间上来看,IMERG与站点观测区域平均日降水和月降水总体变化趋势是一致的,夏季的估算精度高于其他季节;从空间上来看,年降水量偏多的台站,IMERG数据会低估,年降水量偏少的台站,IMERG数据会高估,IMERG对中纬度山地和丘陵的估测精度优于平原;IMERG产品的估计精度与降雨强度有关,当降水量级为微量降水(小于1mm/d)时,卫星估测能力较弱,当降水强度为小雨及以上量级时,卫星估测降水产品与实际观测概率密度差异较小;IMERG估算稳定性降水的能力较强,在降水较多月份,IMERG的探测准确率较高、空报率较低、临界成功指数较好。     

浙江省2021年梅雨及台风期间雷达估测降水产品效果评估

利用2021年6一9月浙江省3667个包括区域站在内的站点观测资料,对同期雷达定量降水估测(QPE)产品进行统计分析,并主要针对期间的梅雨及台风“烟花”“灿都”天气过程进行产品的诊断评估。结果表明:(1)雷达估测降水产品对台风的降水估计整体效果较梅雨好;(2)从整体估计结果上看,1~3h相关系数较低,偏差较大,但随着累计时效的增长,QPE与地面观测结果的一致性提高,相对偏差的随机性减小;(3)QPE产品在不同累计降水时效内均会高估小雨时地面雨量计的降水量。     

应用CGDPA评估中国大陆地区IMERG的降水估计精度

应用国家气象信息中心基于地面雨量计的逐日降水分析产品CGDPA (China Gauge-Based Daily Precipitation Analysis)为基准数据,采用定量和分类评分指标分析了2014年9月—2015年8月中国大陆地区全球降水观测GPM (Global Precipitation M easurement)多星集成降水产品IM ERG (Integrated M ulti-satellite Retrievals for GPM)的精度。结果表明:1) IMERG日平均降水量能够较好地反映我国降水量的空间分布特点(局部地区偏低),季节平均降水强度的空间分布与CGDPA具有较好的一致性(尤其中东部和南部)。2) IMERG与CGDPA日平均降水量的相关系数在大部分地区介于0. 2～0. 5,只有少数地区超过0. 6,局部地区甚至出现负相关。3) IM ERG在中国大陆东部的降水估计精度明显优于西部,但东部绝大部分地区IMERG日降水量比CGDPA偏低10%～30%,甚至更低。4) IMERG与CGDPA降水概率密度相差最大的是微量降雨,其次是中雨,其他降水强度则相差很小。5)各季节IMERG探测降水的准确率POD都比较低,空报率FAR则比较高,临界成功指数CSI也比较低。     

降水云团移动速度对风云四号A星降水反演误差的影响

针对FY-4A卫星降水反演产品GPM-SCaMPR中的误差,提出台风区域降水云团移动速度的计算方法并用于误差改进,以全球降水观测计划(Global Precipitation Mission,GPM)的IMERG(the Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM)降水产品为参照、以台风"罗莎"、"利奇马"和"白鹿"降水反演为例进行误差影响研究。结果表明,其误差随降水云团移动速度的增大而增大,降水率均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)在台风成熟阶段比其他阶段大20%左右,在衰亡阶段最小。采用GPM/IMERG降水产品作校准数据,对3个台风初期、成熟和衰亡阶段的降水反演结果进行误差订正,台风"罗莎"初期、成熟及衰亡阶段订正后的降水率RMSE由5.81、7.07、5.51 mm·h^-1减小到5.54、6.16、5.27 mm·h^-1(分别减小0.27、0.91、0.24 mm·h^-1)。     

GPM卫星降水数据在沿海地区的适用性分析——以三亚市为例

选取2016年1—12月GPM(Global Precipitation Measurement)卫星的IMERG月尺度降水数据为研究对象,以同时期的气象站点实测降水数据为参考,利用相关系数、标准偏差、相对误差等多种统计分析指标对其在沿海地区估测能力进行评价。结果表明:IMERG月尺度降水量与站点实测降水数据相关性较好,IMERG估测的降水与气象站点实测降水量的时空变化规律也较为一致,但是量化到具体数值而言,其对山区、海岛站的估测能力不及地势平坦的区域;同时,选取降水个例对IMERG日尺度和半小时尺度降水数据的分析表明,日尺度IMERG估测的不同等级降水量也存在偏差,半小时尺度IMERG降水数据对海岛站的降水估测偏高。总体而言,IMERG降水数据对降水的时间变化规律和空间分布格局估测较为合理,但是对山区、海岛地区,其降水估测值还存在偏差,在今后应用中需结合地形特征加以合理利用。     

CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探

对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C)和R(Z_H)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度要好于R(Z_H)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均相对误差(RE)降低了17. 2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度也好于R(Z_H)法,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均RE降低了33. 19%,平均AE减少了3. 95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(Z_H)法低估问题,但R(C)法在降水率10 mm·h~(-1)时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。     

基于GPM卫星的广东汛期降水日变化特征与评估

新一代全球降水观测计划GPM作为TRMM卫星的继承者,在物理探测和降水反演算法上具有明显进步。以广东省雨量自动站为基准,对2014—2018年间GPM的格点降水估测产品IMERG（V5B）的日变化特征和估测误差进行分析。结果表明,IMERG能清晰反映广东前、后汛期的降水双峰型特征,但对下午降水峰值明显高估,峰值出现时间滞后;而对于沿海早晨峰值降水则明显低估,对于降水极值,低估更加显著。IMERG对两个峰值的估测误差受不同因素影响,下午峰值降水的相对偏差与地形密切相关,珠江三角洲平原为稳定高估区,地形高度越高,低估幅度越大;而早晨峰值降水极值负偏差与地形高度、降水量的相关性均较小。对出现显著负偏差的早晨沿海降水样本日进行925 hPa风场合成,可知IMERG明显低估时,对应区域上游较强的超低空西南气流与风速夜间增长。IMERG对这一季风活动背景降水的低估构成了其估测早晨降水误差的主要来源。      

GPM卫星和地面雷达对江苏盐城龙卷风强降水估测的对比

为综合评估卫星和天气雷达在2016年6月23日盐城龙卷风期间的强降水过程的降水估测精度,以国家级雨量站观测数据为基准,结合相关系数(CC)、相对误差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标,利用S波段的天气雷达定量降雨估测产品(RQPE)和全球降水观测计划多卫星融合产品(IMERG_FRCal,IMERG_FRUncal,IMERG_ERCal)进行比较。结果表明,雷达和卫星的累积降水量与雨量站的空间相关性很强(相关系数大于0.9),基本上能捕捉到整个降水过程的空间分布。降水主要分布在江苏省北部,但卫星高估了江苏省东北部强降水中心的降水量;对于小时时序区域平均降水,卫星高估了降水,而雷达低估了累积降水量。综合降水中心区域分析,IMERG的强降水区域降水量与雨量站的时间序列的偏差显著;RQPE在降水峰值达到之前及峰值之后与地面雨量站的变化趋势基本一致,但对降雨量峰值有明显的偏低。RQPE能较为准确地在时间上捕捉到降雨强度的变化趋势,但对于大雨及暴雨的估测能力不佳;RQPE的POD、SCI值都远远高于IMERG, FAR也较小。IMERG几乎未能监测到强降水的发生。总体上,RQPE对此次龙卷风强降水量的估测表现优于3种IMERG产品,特别是在捕捉强降水区域的空间分布方面,但对于强降水的估测能力仍需进一步改善。     

“天鸽”台前飑线环境场及雷达回波特征分析

利用地面观测资料、ERA5和多普勒天气雷达资料,对2017年8月23日发生在台风“天鸽”前沿的一次飑线过程进行分析,结果表明：(1)近地面显著升温、低层大气暖湿不稳定及CAPE值达2000 J·kg-1以上,为台前飑线形成提供了前期热力条件;(2)对流单体在地面辐合线附近触发并迅速发展成为高度组织化的飑线,其强度、移向与地面风的辐合强弱及位置高度一致;(3)水汽通量中低层辐合、高层辐散的配置保证了短时强降水发生时高效的水汽供应;(4)雷达图上台前飑线发展旺盛阶段中尺度辐合带特征最明显,出现多个55dBZ以上强中心及RIJ特征;(5)当飑线两侧的风向辐合特征减弱时,其带状结构快速断裂且强度减弱,伴随的强对流天气消失。     

华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析

利用2012—2015年3—9月华南地区的雷暴大风和雷达数据,挑选了华南地区20次典型飑线过程并进行统计分析表明:华南地区的西风带飑线出现于春季和初夏,台风飑线出现于盛夏;3—4月的西风带飑线一般在凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,而7—9月的台风飑线一般在中午或下午开始发展,前半夜趋于减弱。挑选了4次西风带飑线过程和4次台风飑线过程,使用2012—2014年的NCEP物理量分析场,在考虑季节变化的基础上分析两类飑线各种物理量的异同点,结果表明:西风带飑线850 hPa与500 hPa的温差较大,台风飑线则是925 hPa与700 hPa的温差较大;西风带飑线低层暖平流较强但中层不明显,台风飑线相反;在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间的变化为显著负值,台风飑线则不明显;西风带飑线的高层辐散和低层辐合较台风飑线更强;台风飑线925 hPa的相对湿度较西风带飑线小,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa以干平流为主而925 hPa以湿平流为主,台风飑线则相反。对两种飑线过程进行对比分析表明,雷暴高压的持续加强、扩大及相应冷池的扩大导致西风带飑线的不断加强发展,而台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的等压线锋区可能对回波的生成和前期发展有重要作用。      

基于雷达组网拼图的定量降水估测算法业务应用及效果评估

基于雷达组网实时的定量降水估测(QPE)及实时评估系统在浙江省杭州市气象局成功实现了业务应用,在评估雷达定量降水估测业务应用效果的同时,根据雷达反射率因子垂直廓线(VPR)特征,探讨分析了不同类型降水过程中雷达定量降水估测的误差源。系统联合杭州、宁波、舟山、温州、金华及衢州6部新一代天气雷达的基数据资料,以及覆盖浙江省且经反距离加权(Inverse Distance Weights,IDW)法实时质量控制的雨量计观测资料,采用先雷达组网拼图再降水估测的方案,集成Z-R关系法和最优插值法反演与校准雷达定量降水估测数据场。4次不同类型降水过程的评估结果表明:(1)在地物遮挡严重的浙江西北部和雷达覆盖较差的浙江南部,降水估测的雷达反射率因子如果源于0℃层亮带,会导致雷达定量降水估测严重高估;如果源于浅薄层云云系的云顶,会造成雷达定量降水估测严重低估。(2)多种降水类型云系并存,但使用相对单一的Z-R关系,会导致梅雨和台风期间雷达定量降水估测的局部高估或低估。(3)伴随飑线系统的强对流以及台风系统的非对称性也是导致雷达定量降水估测误差的重要原因。(4)联合Z-R关系和最优插值法,有效地降低了雷达定量降水估测的系统误差,但仍然存在大量的局部误差。     

“威马逊”台前飑线环境场及多普勒雷达回波特征

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料、地面自动站加密资料、NCEP 1°×1°的再分析资料等对2014年7月18日发生在湘赣地区一次台前飑线过程的环境条件及多普勒天气雷达特征进行研究。结果表明:台前飑线产生前,对流层低层较好的水汽条件、条件不稳定层结以及两者结合形成的高CAPE值均为其发生发展提供了良好的条件;台风倒槽是此次台前飑线过程主要影响系统,露点锋、地面辐合线为其提供了抬升触发和维持加强机制;台前飑线西移北上的过程中出现"弓形"回波、中层径向辐合(MARC)、速度大值区、阵风锋。本次台前飑线和以往研究的西风带飑线存在以下差异:本次飑线低层垂直风切变主要是以风速差为主;中高层的冷空气侵入并不明显;在成熟阶段,气压场上也没有明显的雷暴高压,但有明显正变压;本次飑线过程是发生在暖湿的环境条件下,后侧入流为相对湿度较大的东南急流,雨水蒸发并没有西风带飑线强烈;雷达速度图上虽有MARC特征但最大正负速度差值并不是很大(15~27 m/s)。上述特征可能是该台前飑线过境湖南过程中没有造成极端大风的主要原因之一。     

Correlations of the evolution of a CCOPE squall line with surface thermodynamics and kinematic fields

A midlatitude squall line passed over the array of the Cooperative Convective Precipitation Experiment (CCOPE) on 1 August 1981. The structure and evolution of the squall line, and the correlations of the storm with surface thermodynamics and kinematic fields are investigated, mainly by using radar and surface mesonet data in CCOPE. The storm-wide precipitation efficiency is also estimated. The squall line was of an obvious process of metabolism. Thirty-four cells formed successively in front of the primary storm and eventually merged into it during the period 1700-2010 MDT. The newest cells formed near surface equivalent potential temperature maxima, and near surface moisture flux convergence zones or/ and the “temperature break lines”. The thunderstorm rainfall, with the precipitation efficiency of 54%, lags 25-30 min behind the moisture flux convergence on the average.     

西行台风背景下云南一次短时强降水过程的成因分析

利用云南省自动气象站雨量资料、卫星和闪电定位仪资料、雷达回波资料、NCEP 1 °×1 °再分析资料和地面、高空常规观测资料对云南一次典型的台风前侧短时强降水过程的成因进行分析,结果表明:在2017年13号台风“天鸽”西行影响云南的天气背景之下,短时强降水出现在台风前侧700 hPa风速辐合区和边界层辐合线附近。台风前侧偏东低空急流向云南境内输送水汽和能量,边界层辐合线触发垂直上升运动,700 hPa风速辐合区利于垂直上升运动的维持和加强,促使水汽的辐合与不稳定能量的释放,引发短时强降水。在中等强度深层垂直风切变的作用下,云南东部中尺度对流系统(MCS)频繁产生并向西传播发展,MCS相互作用组织成飑线系统,在东北气流的引导下,飑线从云南中部移至云南西南部,MCS和飑线是大范围短时强降水的直接影响系统。      

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

低纬高原一次飑线过程的地闪演变特征分析

利用雷电定位资料、多普勒雷达资料和FY-2E红外卫星资料,分析了滇西南一次典型飑线过程的地闪变化特征。结果表明,这是一次由切变线云带内的对流单体与台风外围对流单体合并形成的典型飑线过程。在飑线发展初期,负地闪占主导地位,地闪频数在波动中缓慢增加;在飑线成熟阶段,地闪频数较高,负地闪频数达到最大峰值前10～15min,正地闪出现最大峰值;在飑线减弱阶段,地闪频数急速下降,正地闪所占比例急剧增加,当正地闪所占比例超过地闪总数的8%以上时,地闪活动开始呈减弱特征。负地闪主要发生在强对流区(>40dBz),对应着径向速度场上的辐合区,密集的正地闪发生在飑线成熟阶段,对应着辐合区附近>40dBz的强回波区域,稀疏的正地闪发生在强回波外围的云砧或稳定性降水部位。在飑线整个发展阶段,-10℃,-20℃层高度上雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跳跃发展,且-10℃和-20℃层高度上雷达回波强度总在地闪频数变化之前6～30min。负地闪集中出现在-92～-90℃和-76～-74℃的云区,而正地闪集中发生在-90～-60℃的云区。