基于动态Z-I关系雷达回波定量估测降水方法研究

选取石家庄市新一代天气雷达2009-2012年29个降水过程雷达二次产品数据（低层5个仰角及组合反射率因子）和加密自动站逐分钟降水资料,依据与雷达回波强度最相近及与自动站位置距离最近的原则,建立随时空变化的动态Z-I关系,来定量估测无自动站观测格点的降水量,从而实时获取高分辨率雷达估测降水资料;对雷达定量估测降水与自动站观测降水的空间分布进行了对比,利用交叉检验方法分析了雷达定量估测降水的误差,结果表明:该方法反演降水的平均误差较小,为—0.6mm·h^-1,能较好地表现出降水的时空分布特征,显示出不同等级降水的面积和演变,具有反演40 mm·h^-1以上的强降水中心的能力,表明该方法具有业务应用价值,对强降雨灾害的评估具有指导作用。     

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。     

利用多普勒雷达定量估测降水试验

利用南昌多普勒雷达体扫资料和抚州市气象台站自记雨量资料,建立了定量估测降水方程,在抚河流域的不同区域进行了定量估测降水对比试验,据此给出了有利人工增雨作业的多普勒雷达产品判据。结果表明,综合利用多仰角基本反射率、回波顶高和垂直积分含水量进行定量估测降水,效果明显好于单独利用单仰角基本反射率估测定量降水。在降水量≤3 mm时,综合定量估测降水值、常规定量估测降水值与实测降水值比较吻合;在降水量>3 mm、特别是出现较大降水(>5 mm)时,与常规定量估测降水值相比,综合定量估测降水值更接近实测降水值。     

应用雷达拼图数据估测降水试验

利用2008年6月5～7日广东省新一代天气雷达网(广州、梅州、韶关、阳江、深圳及汕头6部雷达)的雷达原始体扫资料及自动雨量站资料,对广东省3 km高度上的雷达网系统观测值差异进行了分析,发现广州雷达的观测值比周围雷达偏高1～3 dBz,梅州雷达比其周围雷达的观测值偏低1～2 dBz。用Z-R关系和最优插值校准法分别进行6 min和1 h估测降水,并用面雨量偏差和均方根误差对该次降水估测试验做了简单评估。结果显示:6 min定量估测降水,两种方法都会低估,面雨量越大,估测效果越好;对于1 h定量估测降水,各种估测方法都有偏高或偏低情况,但普遍偏高,其中用先累加再用最优插值校准法校准的雷达-雨量计联合估测方法效果最好;短时降水估测可以很好地反映降水过程变化,而长时间降水估测可以较准确估测降水大小。     

变分技术在校准数字化天气雷达定量估测降水中的应用

利用1998年7月20－22日鄂东地区持续性特大暴雨的数字化天气雷达反演资料和雨量计网测量资料，采用变分技术校准雷达定量估测降水，结果表明：经变分法校准后的雷达估测降水不仅保留了雷达探测到的降水形势，并且与雨量计网测定的降水量之间的误差有明显的改进。     

微波辐射计观测同降水相关性的研究

利用南阳站微波辐射计反演产品数据,结合L波段探空、多普勒天气雷达和地面雨量等资料,分析了2017年6月4—5日南阳地区一次降水过程中水汽与液态水变化特征,并对2017年6—8月不同降水条件下该地区的水汽与液态水总含量进行了统计。结果表明:微波辐射计反演的产品数据较准确,可靠性较强,可应用于日常业务工作和科研中。降水开始前,水汽总含量与液态水总含量明显增加,随着降水减弱结束,水汽总含量与液态水总含量减少。利用这一现象,可以将水汽和液态水的变化作为选择人工影响天气作业最佳时机的辅助判别条件。对比同时刻、同位置的雷达和微波辐射计资料发现,水汽总含量和液态水总含量跃增时对应较强雷达回波。水汽总含量达到5 cm、液态水总含量达到1 mm,可以作为判断南阳地区夏季降水开始的参考值。     

利用微波成像仪资料反演台风Aere(2004)降水水平结构

利用热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）和星载测雨雷达（PR）资料，从台风Acre（2004）接近台湾岛的观测资料中选取3个时次的数据，采用4种不同方法进行TMI反演降水试验。结果表明，常用的仅用高频通道反演降水方法的效果并不理想，多通道直接组合法的反演结果虽然稳定性很好，但始终无法达到最佳，多通道直接对数组合法的反演结果虽然有时较好，但反演结果不稳定，而多通道间接对数组合法既可以较好地表征弱降水区的范围和强度分布，又能描绘强降水区的位置，且反演效果稳定，是由微波亮温资料反演洋面降水的一种较为理想的方法。结果对于利用我国自行发射的气象卫星遥感资料反演降水具有一定的参考价值。     

西藏高原测站降水与TRMM估测降水一致性评估

利用124个测站2011—2012年6—8月逐小时降水资料,分辨率为0.25°×0.25°的TRMM估测降水和DEM 高程数据,采用相关系数、相对误差和准确性指标,分析了西藏高原TRMM估测降水整体表现能力及海拔高度对降水估测影响。结果表明：TRMM估测降水在西藏高原整体趋势较一致,降水量级偏大,次数偏多;平均无降水准确率远高于平均有降水准确率,漏测率低而空测率高,降水量大的测站TRMM估测能力相对强。西藏高原上大部分测站处于相对低洼（河谷）地带,海拔高度差较小的区域TRMM估测降水与测站降水误差小,较大的区域误差则大。     

TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水.通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式.结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较.就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10 mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差.     

基于贝叶斯融合方法的高分辨率地面-卫星-雷达三源降水融合试验

为了探讨一种适用于区域性的地面、雷达、卫星等多源降水资料融合的方法,一种曾用于高分辨雷达、卫星土壤湿度产品反演的贝叶斯融合(Bayesian Merging)方法被尝试应用于江淮地区1 h-0.05°×0.05°经纬度高分辨率的雷达估测降水、卫星反演降水与地面站点观测降水3种资料的融合。在应用该方法时,通过2009年8月样本统计分别估计卫星和雷达反演降水的误差关系,通过曲线拟合建立误差方程,并以卫星资料作为背景场,但在融合时将雷达估测降水作为新的观测信息与地面观测降水同时引入。融合试验检验结果表明:贝叶斯融合方法能够有效实现雷达、地面、卫星3种不同来源资料的融合,该方法生成的多源融合产品的精度均优于任何单一来源的降水产品。     

新疆夏季温度和降水的典型空间分布

用奇异值分解法通过对新疆区域28站1961～2005年夏季(6～8月)平均温度和总降水量资料的分析,得到了新疆夏季主要三对温度和降水量空间分布的典型特征场。新疆夏季温度的空间分布与降水的空间分布基本呈反相关,多雨区的温度呈偏低趋势。夏季降水分布有南北反相、全疆一致、内外反相3种类型。前期5月份南、北疆的温度和降水特征一般会一直延续至夏季。     

中国西南汛期降水的振动和分布及其与印度洋海温异常的关系

用自然正交函数展开方法对1961－1995年西南汛期（6－8月）降水大尺度变化特征进行了分析，并在此基础上用典型相关分析方法研究了1－8月印度洋海温距平场与西南汛期降水场的遥相关分布特征，结果表明：西南汛期降水的地域差异显著，年际和年代际变化明显，其变化与印度洋海温变化有一定联系，分析还进一步表明，当印度洋海温呈某种特定的配置时，特别是南印度洋中西部海温的异常变化对西南汛期降水的发觉分布有一定作用，揭示了印度洋海温变化在西南汛期降水异常分布中的信号现象，说明特定的印度洋海温分布可以作为西南汛期旱涝预报的信号因子。     

融合格点降水产品在四川盆地西部一次极端暴雨过程中的评估分析

利用地面降水观测资料、国家气象信息中心研发的4种降水融合产品（FAST_5 km、FRT_5 km、RT_1 km、NRT_1 km）,采用误差分析、偏差分析、正确率、TS评分等方法,对其在四川盆地西部的适用性进行分析,并选取2020年8月10—11日一次极端暴雨过程进行详细评估。结果表明：融合格点降水资料与实况较为一致,且1 km产品更接近实况。极端暴雨过程中,对于过程累积雨量,4种融合格点降水资料均能很好地反映此次降水过程,降水落区、走向和雨带形态均与实况较为一致。1 km产品的强度和落区都更接近实况,其中以NRT_1 km与实况的匹配度最高,偏差更小。融合格点降水资料存在24 h雨量极大值比实况偏小的情况,1 km产品的极值较5 km产品有很大提升。融合格点降水资料的小时最大降水量低于实况,存在一定的偏差量。强降水时段,融合降水资料与实况偏差不大,能够反映降水的大值区。总体上看,三源融合实况格点产品效果优于二源融合实况格点产品,其中融合了CMORPH和FY 2种卫星资料的近实时三源融合实况格点产品最优。     

西藏高原夏季降水对ENSO的响应

通过合成分析指出包括雅藏布江中西段在内的西藏高原中西部地区夏季（6－8月）降水在ENSO的不同位相期间存在着显著的差异。利用交叉谱和奇异值分解等方法，分析了高原夏季降水场与太平洋海温场在时间和空间上的联系，结果表明，ENSO的暖（冷）位相期，高原大部分地区夏季降水以偏少（多）为主。     

淮河流域夏季降水与低纬地区波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法,研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流背景,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。得到以下主要结论:在副热带地区,对流层低层存在一个自低纬向高纬传播的波列结构。在多雨年从低纬到高纬呈现"+-+-"相间的波列结构,而少雨年则相反,但是多雨年的波列强度要比少雨年强。利用波活动通量进行诊断发现:在多雨年,菲律宾到南海是明显的波源区,我国淮河流域和印度尼西亚是波汇区;在少雨年,印度尼西亚和我国淮河流域是明显的波源区,南海地区是明显的波汇区。这种波列结构的差异可能与淮河流域降水异常存在密切的联系。大气加热的不同可能是产生波列结构的一个重要原因。研究表明,赤道西太平洋大气热源的变化与我国淮河流域降水有密切的联系。印度尼西亚附近的赤道地区加热强,则淮河多雨;加热较弱,则淮河少雨。诊断分析表明,赤道地区加热强度的变化所产生的Rossby波的不同位相,与我国淮河流域降水的异常有密切的联系。     

云南近50 年来的气候变化

利用1961—2008 年云南省124 站及其相邻省市区的37 个地面站的逐日平均气温、降水量资料,客观分析了考虑气温垂直递减率的气温细网格数据。在此基础上,分析研究了云南近50 年来的气候变化。(1)云南近50 年来的气温变化,趋势上与北半球和全国一致,但气候变暖的速率相对缓慢;(2) 云南气候带面积有明显变化,北热带和南亚热带面积增加,而中亚热带、北亚热带和温带的面积减少;(3) 云南冬季是气温上升幅度最大的季节,然后依次是秋季、夏季和春季,虽然近50 年来云南大部分区域气温呈上升趋势,但少数区域气温却呈下降趋势,这些降温区主要集中在低海拔河谷地区;(4) 云南近50 年来降水量年平均变化不大,但季节和空间分布的变化却比较明显,雨季和主汛期降水量呈下降趋势,干季呈上升趋势;在空间分布上,滇东地区呈一致性下降趋势,滇中呈一致性上升趋势;滇西和滇南地区降水量的增减趋势呈交错分布。      

上海地区强对流短时预报工作流程及其应用

介绍了在 Micaps工作平台基础上建立的上海地区强对流天气短时预报工作流程 ,包括短时展望预报、 0～ 3小时短时监测滚动预报 ,并给出 1 999年 6～ 8月试报情况 ,空漏报个例物理原因分析。     

蒙特卡罗方法在降水评估中的应用研究

预报检验重点关注预报与观测间的综合统计特征用以探讨模式预报性能,而统计显著性检验方法是衡量评估结论的重要指标,是判断预报效果改进与否的有效手段.当前诸多重要检验指标如降水技巧评分等由于不满足正态分布特征均难以采用简单的计算方式获得置信区间以衡量检验指标的误差特征,因此难以正确判断通过统计检验所获得的评估差异是真实反映模式预报效果差异或是由检验样本的不确定性所造成.蒙特卡罗方法可通过样本重构获取正态分布的统计样本从而有效地解决这一问题.采用2015年8月的T639模式及GRAPES全球预报模式24 h降水预报产品,使用中国区域2400站日降水资料作为实况,重点研究蒙特卡罗方法在统计显著性检验中的应用特征,分析不同蒙特卡罗重构次数对检验结果的收敛性.结果表明10 000次蒙特卡罗重构后统计指标可满足正态分布,而通过显著性检验分析后可明显区分预报系统间降水评分差异的统计特征.     

晋中市雷暴天气变化特征分析

本文对晋中市近40 a雷暴天气资料进行统计,分析了年雷暴日数的变化特征及其时空分布情况,表明了晋中市雷暴日数呈逐年下降趋势,但下跌趋势不大,在过去的40 a中大约减少年平均雷暴日数1 d;一年中雷暴的活动期在5月～9月,活跃期6月～8月的平均雷暴日数占全年的76.1%。年雷暴日数的空间分布特征为西部平川地区明显少于东部山地区域。