局地分析预报系统在GRAPES模式中的应用

在分析美国局地分析预报系统 (LAPS) 和GRAPES_Meso数值预报系统,实现GRAPES-LAPS接口的基础上,通过两种数据融合方案,即GRAPES/LAPS方案 (简称LAPS方案) 和GRAPES/3DVAR方案 (3DVAR方案),对2008—2010年华南地区的28个个例的地面、探空常规和加密资料,以及多部多普勒天气雷达数据等融合、同化,开展两种方案的对比模拟试验。结果表明:LAPS方案获得的初始场,水汽条件有所改善,其辐合辐散相耦合触发中小尺度系统发展加强的中尺度环境场,有助于提高模式对强对流天气的预报能力。两种方案的24 h要素场均方根误差检验结果和降水TS评分大体相当,但28个个例中,LAPS方案报出了10个暴雨,而3DVAR方案只报出了5个,LAPS方案的中雨、大雨和暴雨的24 h降水预报TS评分要略好于3DVAR方案相应预报的TS评分,表明LAPS方案对强降水的预报较3DVAR方案有一定改进。     

华中区域LAPS中尺度分析场的检验与评估

本文利用LAPS融合地面观测资料、探空资料、雷达资料形成中尺度分析场,将该分析场与实况降水、雷达同波、TBB图进行对比,发现LAPS分析场具有中尺度系统的描述能力.设计了融合不同观测资料的试验方案并计算了各种试验方案的均方根误差,定量对比分析了各种资料在LAPS系统中的作用,结果表明LAPS融合所有观测资料后得到的分析...     

利用LAPS系统同化地基GPS水汽资料的应用研究

介绍了武汉暴雨研究所引进的LAPS系统(Local Analysis and Prediction System)在水汽分析中应用GPS水汽资料的方法。设计三种试验方案与实况进行对比分析,并结合WRF模式模拟,研究GPS水汽资料在LAPS系统中的作用以及对预报的影响。结果表明,LAPS同化GPS水汽资料后,对湿度场产生较大调整;对比各方案LAPS输出的可降水量后发现,GPS水汽资料的作用比雷达资料大一个量级;从模式模拟试验结果比较看出,LAPS对GPS水汽的同化能改善GPS测站分布区域降水预报,并对下游暴雨的预报也有正效果,能提高暴雨量级的Ts降水评分。     

中尺度分析系统LAPS应用雷达资料的个例研究

武汉暴雨所引进国际先进的中尺度分析系统LAPS, 经成功本地移植后, 该系统能融合华中区域多种非常规观测资料, 提供包含丰富中尺度信息的高分辨率中尺度分析场。针对一次梅雨期强降水过程, 利用LAPS系统进行中尺度分析, 通过对比该系统融合多普勒雷达资料前后各种物理量场的差异, 研究了多普勒雷达资料在该系统中的作用。结果表明, LAPS融合雷达径向风后, 对风场的改善比较明显, 能揭示流场的中尺度信息。融合多种资料后的LAPS中尺度分析场比NCEP再分析场更接近实况, 能清楚地反映中尺度特征, 可作为分析此次强降水过程发生\, 发展的工具。融合雷达资料反射率后, LAPS云分析能提供与实况接近的较细致的云信息, 有利于了解暴雨过程中云参数的演变, 同时也为数值模式热启动提供条件。     

LAPS与STMAS地面气温融合效果对比试验

利用局地分析和预报系统LAPS(Local Analysis and Prediction System)和多时空尺度分析系统STMAS(Space Time Multiscale Analysis System)对北京、华北和中国3个不同区域的区域自动站观测资料和全球预报系统GFS(Global Forecast System)背景场资料,在1,5,10和20 km等4种分辨率的网格上进行融合试验,从算法的角度对比分析LAPS和STMAS在融合效果上的差异,并利用国家级自动站数据对LAPS和STMAS一年内逐时融合结果进行独立性检验。结果表明,在东部观测密集区,LAPS和STMAS都有不错的表现,STMAS能够解析出观测中细小的特征,融合结果更接近实际观测,相对而言LAPS则平滑作用明显,容易损失观测信息;在资料稀疏地区,STMAS的优势更为明显,由粗网格到细网格逐层分尺度进行分析,使粗网格尺度的误差得到快速修正,避免不同尺度观测信息的混淆,青藏高原等地区的融合结果得到有效改善。此外,地形高度调整的不合理性对LAPS、STMAS在山区的融合效果有所影响。     

风云静止卫星资料在一次暴雨云分析中的应用

基于LAPS系统和WRF模式,开展卫星、雷达、探空、地面等多源观测资料融合同化对暴雨过程云结构和模式模拟效果分析研究。介绍了卫星等观测资料在LAPS云分析和湿度分析中的应用方法,根据融合同化观测资料种类设计数值试验方案,研究我国风云卫星资料在LAPS云分析系统中的作用。结果表明,风云静止卫星图像资料的融合可明显改善暴雨过程LAPS云顶高度及总云量等二维云结构分析,并订正中高层及云顶的云量、云水、云冰、云分类等三维云结构的垂直分布,可描述暴雨过程三维云结构的发展演变特征。融合雷达回波资料可调整中低层三维云结构,并分析出雨水和雪等水物质参数。LAPS系统融合同化的观测资料越多,湿度场误差越小,可改进模式对强降水区的模拟,提高降水TS评分。     

LAPS云分析中卫星资料的应用及对GRAPES模式短时预报的影响

通过2013年5月16日广东暴雨个例,利用LAPS分析系统在GRAPES背景场的基础上融合了地面、探空、雷达和卫星资料,比较了LAPS分析系统是否融合卫星资料的云微物理变量(云水、雨水、云冰、云雪)差异;进一步对比讨论了模式提前6 h滚动预报与LAPS反演的云微物理变量的异同,在此基础上探讨了两者对模式降水预报的影响。结果发现,LAPS分析系统融合了卫星资料后,能较好地再现中尺度云团的形态和强度,且能减少一些云微物理变量(云水、云冰、云雪)的虚假中心,大值中心与强降水中心吻合较好;模式滚动预报与LAPS反演的云微物理变量水平和垂直分布差异较大,后者的分布形态基本与观测降水、雷达回波相似,大值中心与强降水中心吻合较好;从两者对模式降水预报的效果来看,LAPS分析的云微物理变量作为模式初始场中的云参数,能改善模式1 h的降水预报,而模式滚动预报的云微物理变量对模式降水预报基本没改善。      

LAPS上海本地化及其在局地对流天气中的应用研究

本文首先基于地面自动站、探空、雷达和卫星资料,开展局地分析预报系统(Local Analysis and Prediction System,LAPS)上海本地化研究,并结合2010—2014年夏季6个局地对流天气个例对其性能进行检验评估。结果表明:雷达径向风资料对LAPS风速分析影响较大,使分析场风速廓线与探空廓线的均方根误差缩小约7.66%;风云卫星资料能够改善LAPS温度和相对湿度,使分析场温度、相对湿度廓线与探空廓线的均方根误差分别缩小约9.09%和14.01%;探空气球飘移对本文LAPS分析场检验影响不明显。进一步将LAPS分析场用于2011年8月13日、2014年8月4日两次局地对流个例分析表明:LAPS高时空分辨率的分析场能够反映中小尺度天气系统的时空变化,在天气尺度背景并不十分有利于对流生成的情况下,热岛、海陆风环流的形成和持续对上海夏季局地对流天气的发生和发展起到关键作用。     

降水资料同化在梅雨锋特大暴雨个例模拟中的应用研究

利用暴雨数值预报模式AREM,以2009年6月29日发生在长江中下游地区的一次梅雨锋特大暴雨过程为例,以NCEP预报场为背景场,首先开展了不同化任何资料(无同化试验)以及分别利用GRAPES-3DVAR同化系统和局地分析预报系统(LAPS)同化地面、探空资料的3组数值试验,然后进一步开展了降水资料一维变分同化方法在GRAPES-3DVAR同化系统及LAPS系统中二次同化的效果研究,结果表明:(1)采用GRAPES-3DVAR系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果不如无同化试验结果;而采用LAPS资料同化系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果优于无同化试验结果,即就本个例而言,GRAPES-3DVAR同化系统对背景场的修正为负效果,LAPS同化系统对背景场的修正为正效果。(2)降水资料1DVAR方法在GRAPES-3DVAR同化系统中的应用,对物理量场有重要影响,使雨带上空变得更暖更湿,天气系统的配置更利于降水发生,中尺度系统的演变更有利于模拟出与实况更加接近的雨带位置、强度、中尺度结构特征,因而极大地改善了降水模拟效果,其模拟的1、6、24h累积降水量位置、强度、中尺度结构特征都有较明显改善。(3)降水资料1DVAR方法在LAPS系统中的应用同样改善了降水预报效果,使雨带落区位置更加接近实况。     

多源数据融合系统LAPS的研究进展及其在实况数据服务中的应用

随着我国气象观测网建设的稳步发展,观测数据的时空密度大大提高,但各数据源时空代表性差异大,将多源数据结合起来开展融合分析是国内外的研究热点之一。由美国NOAA开发的局地分析与预报系统(LAPS),可以参考每种资料来源的可信度,分析得到三维的、高分辨率格点数据。LAPS系统具有代码开源、分析算法完整、框架灵活等特点,能够较快地调整以适应国内的观测和业务环境,因而有较多的研究和业务应用。回顾了LAPS融合系统的研究进展,特别聚焦于其在实况数据服务中的应用。     

内蒙古草地类型与生物量气候区划

根据内蒙古自治区1961—2007年107个气象站资料,利用梯度距离平方反比法,推算出内蒙古自治区湿润度的千米网格数据图形。结合内蒙古实际植被类型的分布规律,确定了内蒙古5种草原类型和6个产草量等级的气候区划指标。利用得到的气候区划指标,对湿润度栅格数据进行分级,绘制了内蒙古自治区天然草原草地类型和产草量地理分布的区划图。应用2007—2009年65个野外考察样点数据和2004—2008年49个生态观测站点的数据,对气候区划结果进行了可靠性验证,分析表明:内蒙古草原类型区划结果和实际的草原类型分布具有较好的一致性,可以用于内蒙古草原气候区划。针对各分区进行评述,并提出了合理布局的对策建议,研究结果可为内蒙古自治区农业结构调整及畜牧业生产优化布局提供参考。     

内蒙古农村牧区气象灾害防御体系和农牧业气象服务体系建设调研报告

内蒙古地区是国家重要的农畜产品生产基地,做好气象服务"三农三牧"工作意义重大。文章以自治区党委安排部署的调研工作为基础,总结了2010年以来农村牧区气象灾害防御体系和农牧业气象服务体系建设的主要成效、存在问题,并提出建议。     

基于定量监测的沙尘暴定量预报方法

近年来,内蒙古自治区建立了6个沙尘暴监测站,对沙尘天气进行了连续、定量观测,在预报业务工作中可以得到器测能见度、PM10、TSP等定量数据,为沙尘暴的定量分析和预报提供了基础条件.选取了2004-2007年间内蒙古地区10次较强沙尘暴天气过程,利用内蒙古自治区的6个沙尘暴监测站器测资料,结合常规观测资料进行了分析.分析表明:器测数据具有连续、稳定、定量的优势;但器测数据与现行沙尘天气业务标准存在很大差异,需要新的分级标准.在现有数据条件下,初步确定了器测能见度、PM10的沙尘天气分级标准;讨论了沙尘暴形成的定量条件和机制,以沙尘综合指数、摩擦速度等为预报因子建立了器测能见度、PM10的沙尘暴定量预报方程.该预报方法在2008年的业务试用中预报效果较好.     

内蒙古地区农业干旱检索查询及旱情实时监测系统

针对内蒙古地区农业干旱的特点和旱灾发生频繁的现状，以及干旱对当地农业生产所造成的严重影响，利用地理信息系统(GIS)、Visual Basic和Access等技术方法，编制了内蒙古农业干旱检索查询及旱情实时监测系统。该系统建立了历史上农区干旱信息、农区干旱指标和作物生长季(4～9月)的基本气象资料、干旱实时监测信息等数据库，实现了历史上农区干旱信息(干旱出现年份、发生季节、出现强度、出现区域、受损情况等)的综合检索查询和实时气象资料的自动采集，具有监测信息的统计、检索、旱情分析评估等功能，能实时有效地监测干旱灾害的发生、发展，并提供逐月旱情评估、任意时段旱情分析和不同年份旱情的比较分析，可为相关部门抗旱决策提供可靠的数据资源。     

内蒙古西中部一次暴雪天气过程分析

文章利用地面观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°),分析了2015年11月5日内蒙古西中部的一次暴雪成因及演变形势。结果表明:此次暴雪受南方暖湿气流影响,低空急流带来的水汽促进暴雪的生成。地面倒槽的延伸、暖气团的抬升影响河套地区,形成一条温度露点差≤5℃的湿区,当温度露点差在0~2℃之间浮动时,有强烈的降水天气。水汽通量和水汽通量散度配合较好,满足低层辐合高层辐散的降水水汽条件。整层从850~400hPa上,湿度较大,700hPa上有11.0m·s^-1的南风,比湿达到7g·kg^-1,水汽通道明显,低层为东北风,温度较低,降水相态表现为雨夹雪。动力条件上,800~700hPa之间存在低涡,500hPa以上辐散,700hPa上有明显的辐合区,降水区域上空正涡度平流加强,为降水提供动力条件。     

德州一次沙尘天气过程成因及气溶胶粒子的输送路径分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料分析了2017年5月4日浮尘和5月5日扬沙天气的成因。结果表明：3日20时—4日08时,蒙古气旋在有利的环流背景下迅速发展,配合冷锋在内蒙古中部和东部形成大范围的强沙尘天气;4日20时—5日08时沙尘通过高空气流输送到华北地区,在自身沉降和较强下沉气流的共同作用下,迅速沉降形成华北地区大范围的浮尘天气;5日08—14时由于西北路冷空气影响,横槽转竖,冷锋加速南下,将大量沙源地的沙尘输送到德州造成扬沙天气。通过HYSPLIT模式对本次过程中气团后向轨迹的模拟,证实以上两个阶段沙尘天气过程中的输送方式及路径。通过分析影响系统、物理量和气象要素发现,蒙古国、我国内蒙古中部沙源地天气系统强度、位置的变化直接影响沙尘天气的类型,高层气流变化与沙尘天气的类型有很好的对应关系。     

一种无线遥测自动气象站远程检测控制模块的研制

为了节省无线遥测自动气象站死机故障排除时需要耗费的人力物力,研制了一种远程检测控制模块,包括硬件电路的设计、固件程序设计、调试制作等。通过对无线遥测自动气象站进行远程重启或自动重启,实现死机故障的排除。同时可以远程读取自动气象站运行时的电压情况,对电池性能进行分析。该模块接入无线遥测自动气象站后,在自动气象站出现死机故障时无需工作人员前往现场处理。     

阻塞形势下内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨过程水汽特征分析

使用常规观测资料、FY-2G卫星及1°×1°的NCEP再分析资料,对2017年7月6—7日内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨天气过程进行分析。结果表明:在稳定的"一槽一脊"型环流背景下,阻塞高压稳定维持,西风槽东移受阻移动缓慢,加深为涡,暴雨发生在冷涡发展加强阶段;低空急流建立,一方面形成偏南水汽输送,为暴雨提供源源不断的水汽,水汽收支主要集中在700 hPa以下,暴雨发生前水汽净收入明显增大,南、北边界水汽贡献率大;另一方面,偏南暖湿气流的输送使不稳定层结建立,能量在暴雨区积聚,偏南低空急流与高空急流耦合,又为暴雨发生提供了动力条件;暴雨发生前后湿度场变化显著,大气可降水量最大达到55—60 kg·m^-2,且暴雨发生前增幅显著,增幅近2倍。暴雨区700 hPa (850 hPa)上比湿不低于7 g·kg^-1(12 g·kg^-1),强降水出现在水汽图上白亮区断裂消失后,高层比湿峰值附近和相当黑体温度<230 K为强降水高发区。     

基于网格数据的内蒙古决策气象服务技术研究与实现

智能网格气象产品包括智能网格预报和cldasV2.0实况分析产品,将智能网格气象产品应用于决策气象服务,可提高内蒙古决策气象服务精细化水平。利用智能网格产品建立内蒙古地区决策气象服务敏感性分析启动阈值,采用动态数据库sql语句对智能网格格点预报数据和格点实况数据进行检测,当检测达到阈值后,自动启动制作决策气象服务材料。基于WebGis的Openlayers技术实现智能网格格点气象要素数据可视化动态展示和图形下载,根据需求设计自治区、盟市、旗县三级不同层级色斑图和格点图下载及预报图和实况图的自动生成；采用Postgres分布式集群数据库快速统计方法实现cldas2.0实况数据统计、计算和查询。     

内蒙古近47年气候变化对春小麦生育期的影响

利用内蒙古地区春小麦主产区的15个农业气象观测站1961—2007年的气象数据,以月平均温度、月降水量、月日照时数作为主要因子,重点分析了内蒙古自治区西、中、东部春小麦区的气象要素的空间分布和时间变化特征。结果表明:随着气候变暖,内蒙古地区春小麦主产区在过去47年中生长季(4—8月)平均气温升高了1.2℃,平均每10年升高0.32℃;生长季降水量年代际间波动不大,但本世纪初全区麦区平均降水量偏少;生长季日照时数呈现出减少的趋势。气候变化使春小麦除成熟期外,其它各生育期基本随年代的增加而提早。