乌鲁木齐冬季清雪预报服务研究

以乌鲁木齐冬季清雪工作需求为牵引,利用乌鲁木齐2006—2016年冬季(当年11月—翌年3月)逐日降雪量、积雪深度、气温和173 d降雪日的逐时降雪量资料,分析了近11年冬季各量级降雪的分布特征、降雪持续时间和降雪的日变化特征;对积雪深度和对应降雪量做线性拟合,得出二者比值大体为0.968 cm/mm。得出清雪预报服务的重点是:小雪的有无、降雪起止时间和累积降雪量、积雪深度的预报,难点是中雪、大雪特别是暴雪和对应的积雪深度的精细化预报。     

国外降雪观测方法介绍

降雪对农业生产、交通运输和人民生活都有影响。降雪观测资料是冬季中区雪崩预报、春季河川径流预报以及水文和气候模型的重要参数。 气象和水文部门常规的降雪观测有两个主要项目,一是以厘米计的积雪深度,另一个是雪水当量,即降雪折合成水层的深度——     

使用加密降雪资料分析降雪量和积雪深度关系

降雪量和积雪深度的关系是降雪预报及相关科研工作中的重要参数,加密降雪资料的出现为分析这种关系提供了新的支持。利用2009—2011年冬季加密降雪资料并采用线性拟合方法,分析得出我国冬季积雪深度变化值和相应降雪量的比值大体为0.75 cm·mm-1,该比值随气温上升呈明显减小趋势,且有明显的地区差异,但未体现出显著的时间变化特征。降雪量和积雪深度的关系仍需深入分析,并需要更高质量降雪资料的支持,以便能应用到实际业务和科研工作中。     

新降雪密度估算方法研究进展

降雪深度预报是北方地区冬季气象服务的重点和难点,新降雪密度估算是降雪深度预报的关键技术。本文回顾了新降雪密度估算中需要着重考虑的气象要素,并对国内外广泛使用的几类新降雪密度估算方法进行了详细的介绍和对比,在此基础上,评述几种估算方法的特点、局限性以及它们之间的承接联系,并对未来新降雪密度估算的发展方向进行了展望。主要结论为:(1)温度、风速、湿度的垂直分布及太阳辐射、降水量是影响新降雪密度的重要气象要素。(2)目前被广泛应用的新降雪密度估算方法有设为常数法、建立公式法、后处理诊断法和基于微物理过程法等四类,四种方法各具特点和局限性,且存在着上下承接关系。(3)较为科学的后处理诊断法和基于微物理过程法有着各自的相对优势也有着难以克服的不足,未来新降雪密度的估算需要在这两种方法的相互促进、共同提高中逐步发展。     

基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析

利用降水现象仪、地面自动站、人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对山东2020年1月5-7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。结果表明:(1)降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件,地面影响系统为江淮气旋,冷平流较弱,积雪深度是预报难点。(2)整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm~(-1),低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。(3)积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内,如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大,而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小;云下温度高于0℃使得积雪深度减小。(4)积雪深度与近地面温度的关系表现为:气温低于0.5℃可形成有量积雪;0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前,降至0.4℃以下可形成有量积雪;雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0℃左右,其他时段变化与气温类似。(5)降雪含水比基本上随着气温的升高而减小,在0.5 cm·mm~(-1)以上时一般降雪期间气温低于0.4℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。     

乌鲁木齐市中量降雪漏报的原因分析

通过对常规气象资料、物理量特征和ECMWF、T639数值预报模式误差的分析,对2010年1月23日沿天山一带降雪过程以及鸟鲁木齐市中量降雪漏报的原因进行了总结,发现这次过程ECMWF数值预报对于锋区上的弱系统预报能力较差,而T639模式预报较好。预报员过分依赖ECMWF数值预报是造成预报失误的主要原因。实践证明在短期天气预报过程中不能完全依赖数值预报产品,而应在有效检验的基础上结合其它信息全面分析。     

杭州“12·05”降雪天气过程的偏振雷达观测分析

国内利用新一代多普勒天气雷达已经开展了较多冬季天气过程的分析研究,但随着国内雷达网逐渐升级到双线偏振雷达,如何将偏振参量应用于冬季业务预报成为了目前需要解决的问题。利用杭州临安C波段双线偏振雷达观测的2015年12月5日一次降雪过程资料及地面和探空资料,通过提出的基于零度层亮带识别的降雪相态识别方法和降雪累计时间统计方法,分析了雷达参量、零度层亮带的时空演变及统计的降雪累计时间分布特征,并与地面和探空资料对比,探索了双线偏振雷达在冬季降雪预报中的优势。结果表明:(1)冬季降水相比夏季连续性降水回波强度偏弱;雨、雪的差分反射率因子、相关系数差别不大。(2)零度层亮带在某些方位并不是水平的,大多数情况下为偏离雷达站的不规则环状或者线状,且某些时刻还有垂直零度层亮带存在。(3)降雪累计时间分布与实际降雪厚度分布基本一致,统计方法为地区降雪厚度的估测提供了可能。(4)零度层亮带的演变与地面和探空温度的空间、时间变化一致,相比单极化雷达使用双线偏振雷达观测零度层亮带更加可靠。     

基于逐日积雪深度预报的藏北草原雪灾等级评估

选取西藏高原北部牧区的13个气象站冬半年(11月—次年4月)的1980—2007年逐日积雪深度和最高、最低、平均气温资料,对藏北牧区草场的融雪量与气温关系进行了分析。利用线性回归模型建立融雪率和最高、最低气温的方程,给出了藏北草场的融雪日数、逐日积雪深度的计算方法,得出草场雪灾等级评估产品,实现在一场降雪后根据日常天气预报业务制作草场逐日积雪深度的预报产品,并实时评估雪灾的严重程度,为草原雪灾气象服务提供定量化参考产品。对2008—2009、2009—2010和2010—2011年的三个冬半年进行了预报效果评估,1~15d的逐日积雪深度的平均绝对误差不超过2cm;积雪日数误差不超过9d,误差在1d以内的占78.5%;雪灾等级的准确率约为84%;该方法具有较好的预报效果,能为藏北雪灾评估提供参考。该方法的缺陷在于,由于没有准确的定量降雪预报产品,故没有考虑后续降雪量的新增积雪影响。     

桂林降雪天气分析与预报

通过对桂林最近２０ａ降雪过程的统计分析，得出桂林降雪天气的环流特征和相关要素，找出预报降雪的天气形势和预报指标，最后结合现有数值产品资料的检验应用，归纳降雪天气预报思路。     

一次高空急流背景下江西暴雪过程分析

利用常规观测、人工降雪加密观测资料以及GFS 0.25°×0.25°再分析资料,基于配料法(Ingredients-based Methodology,IM),对2018年12月30日江西北部暴雪过程及降雪强度变化进行了分析。结果表明:高空槽、中低层切变线和高空急流、低空西南和东南急流及地面冷高压共同造成了暴雪过程,暴雪发生在200 hPa急流轴以南,500 hPa高空槽以东,700 hPa急流轴以北。降雪强度变化主要与高、低空急流有关:高空急流通过正涡度平流与低空急流产生作用,并通过次级环流加强上升运动,从而影响降雪强度变化。4个构成要素造成暴雪:切变线上辐合及高、低空急流的耦合造成强烈的上升运动,西南急流输送充足的水汽,适宜的温度层结及较高的降雪效率。积雪深度与降雪效率、下垫面温度密切相关。500 hPa相对湿度和温度可以作为精细化预报降雪量、积雪深度的指标。     

基于三种机器学习方法的降水相态高分辨率格点预报模型的构建及对比分析

冬季降水相态及其转变时间的精细化客观预报对提高气象预报和服务质量具有重要的现实意义。利用京津冀地区国家级自动气象站观测资料及网格化快速更新精细集成产品,统计分析了京津冀地区复杂地形下各类降水相态温度和湿球温度平均气候概率的分布差异及不同降水相态时网格化快速更新精细集成产品中可能影响降水相态判断的特征信息。然后将地面观测天气现象资料、复杂地形下降水相态气候特征及高分辨率模式输出产品作为特征向量,分别基于梯度提升（XGBoost）、支持向量机（SVM）、深度神经网络（DNN）3种机器学习方法建立了降水相态的高分辨率客观分类模型,并对同样条件下3种机器学习方法对雨、雨夹雪和雪3种京津冀主要降水相态的预报效果进行了对比检验,进一步提升了雨夹雪复杂降水相态的客观分类预报技巧。      

Comparative study of performance of different weather forecast models at specific sites in northwest Himalaya in India

Independent test results of four different weather forecast models [climatological, persistence, analogue, and regional mesoscale weather simulation (MM5) model] have been compared for four past winters (winter 2003–2004 to winter 2006–2007) for qualitative weather (snow day/no snow day) and quantitative categorical snowfall prediction at six different areas in northwest Himalaya (NW-Himalaya) in India. Weather forecast guidance provided by the MM5 model at 10 km resolution was taken for the study. Test results of MM5 and the analogue model were compared for a limited number of days (with irregular gaps) due to lack of availability of MM5 weather forecast guidance for complete winter periods. Forecasts based on the persistence, climatological, and analogue models were compared for day 1 predictions only. Performance of the analogue model for qualitative weather prediction was found to be comparable to that of the MM5 model for day 1 prediction. However, for day 2 and day 3, performance of the MM5 model was found to be marginally better than that of the analogue model. Marginal difference in overall accuracy of the analogue and MM5 models was found for quantitative categorical snowfall prediction for day 3. The quantitative categorical snowfall forecast error of the MM5 model was found to be greater than that for the analogue model for all three days. Comparative study of the performance of the climatological, persistence, and analogue models showed that the analogue model performs better than the persistence and climatological models for day 1 predictions. The results of this study suggest that the analogue model shows some capability for weather prediction and, along with the MM5 model, could be a useful tool for weather forecasters. Comparative study of the performance of the MM5 model at high resolution (about 2–3 km) and the analogue model for complete winter period may provide some interesting and fruitful results.     

融雪性降水量资料实时处理技术

介绍区域自动站冬季融雪产生的雨量记录的识别和自动处理的方法。将融雪性降水量的识别分为降雪和融雪两个过程。在满足降雪的前提条件下,测站有雨量记录,且当时符合融雪条件,则该雨量记录作为融雪产生的记录处理。据实际使用自动识别的准确率可达90%以上。降雪和融雪的条件以区域自动站的气温作为主要依据,结合临近的国家气象观测站资料进行综合判别。为提高对天气状况和降水性质的识别还加入了雷达估测降水和冬季降水相态判别等产品,弥补用单一参考站降水资料的缺陷,对融雪雨量记录识别效果有显著作用。     

青藏高原东部牧区冬季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区 ( 1967— 1996年 )冬季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。探讨了北冰洋低压槽、贝加尔湖低压、东亚大槽和南支槽等欧亚大型天气系统活动对高原冬季降雪天气形势形成的作用。归纳出两种高原冬季成灾性降雪天气形成的模型。重点讨论了高原气流波动不稳定对高原波槽形成的量化指标 ,找出了若干高原低温—降雪过程预报的统计关系 ,并对高原冬季的雪灾预报提出了着眼点     

气候统计诊断与预测方法研究进展———纪念中国气象科学研究院成立50周年

概述了近50年来中国气象科学研究院在气候统计诊断与预测方法方面的研究进展。20世纪60年代, 我国气候学者引入统计学方法, 结合我国的气候特点, 开展了气候统计分析与预测的研究; 70年代至80年代期间, 中国气象科学研究院首先将模糊集理论和灰色系统推向大气科学的各个领域, 并在应用推广工作中做出了积极的努力; 进入20世纪90年代, 利用气候统计诊断与预测新方法对气候系统进行更深入地研究, 得到许多新的观测事实, 不仅涉及气候趋势与突变诊断、年代际振荡, 多尺度变率相互作用, 还涉及气候异常成因的研究。同时, 提出和发展了一系列统计预测的新方法, 并已在气候业务预测和气象决策服务中发挥了作用。     

沈阳市降水概率预报服务系统

沈阳市降水概率预报服务系统是在日本数值预报的基础上应用多种统计方法建立MOS预报方程,对其预报结果应用概率回归集成制作降水概率预报。TS评分结果表明:MOS预报的降水确率高于日本数值预报,MOS集成预报的结果在各种MOS预报结果平均偏上的水平。概率预报的Brier评分结果表明:在MOS综合基础上的概率回归(REEP)方法得出的概率预报结果较为理想。     

利用WRF模式制作东北地区冬季降水相态预报

利用WRFV3.1.1中尺度数值模式,对东北地区冬季降水相态进行预报尝试。在模式预报输出场中,通过对近地面大气层中冻结部分降水混合比在可凝结成降水的水汽混合比中的比例,来判断雨雪分界线及雨夹雪区或雨、雪过渡区。结果表明：该方法可较准确预报出降水过程中雨区、雪区和雨夹雪区的分布特征以及降水相态随时间的演变情况。降水相态数值预报产品的应用能够明显提高冬季气象预报服务水平。     

庐山冬季雪景旅游气象景观预报

庐山雪景是庐山的著名气象景观之一。根据庐山气象台30年来的降雪观测资料,从旅游气象服务角度,介绍庐山雪景的山地天气条件特征,结合庐山具体山地降雪雪景景观的天气特点及山地气候环境特征,综合分析了庐山30年来降雪后雪景景观维持时间及不同降雪量下的降雪场次及其年分布特征,并描述了庐山雪景气象景观地域分布特点。     

2015年北京田径世锦赛开幕式天气的精细化预报与方法

重大活动关键时段的定点预报一直是天气预报服务的难点,因此对2015年北京田径世锦赛开幕式天气的预报思路和方法进行分析总结,结果表明开幕式天气采取了时间、空间逐步递进的精细化预报思路,每个阶段的预报重点、使用的预报方法和信息资料是不同的。短期预报以天气诊断和数值预报方法为主,应用多尺度数值模式和集合预报产品,预报出开幕式当天在东北冷涡背景下北京东部的强对流天气和鸟巢出现弱降水的可能性;短时临近预报依据高时空分辨率的探测资料、快速更新的同化产品和中尺度模式,采用多资料融合技术,对稳定度、水汽和阵风锋等多要素综合分析,预判雷暴的生消变化,跟进预报了开幕式鸟巢地区无降水,保障活动顺利举行。