新一代天气雷达与地面雨量资料的综合分析

自动雨量站的资料质量控制问题是雷达和自动站联合估测降水中的一个最基本、最关键的问题.以广东省境内891个自动雨量站为分析对象,在利用传统的只针对自动雨量站资料本身质量控制方法的基础上,引入雷达资料,将地面实测雨量与雷达估测雨量通过相似离度的方法找二者之间的关系,进一步对雨量站资料进行控制,形成了一套结合雷达资料的自动雨量站资料质量控制方法,并对雷达回波强度和自动站雨量的相关性进行了研究.得到以下结果:在被考察的891个自动雨量站资料中,有约2.9%(26个)的自动雨量站资料可确定为错误的站点,约有3.4%(30个)自动雨量站资料被列为有严重问题的站点,约有25.8%(230)个自动雨量站资料被列为有一般问题的站点.在综合分析多个个例后,证明此方法具有一定的可行性,但对所需选取个例需降雨强度大、时间长且覆盖范围广的要求也是此方法的局限性.     

北京城市和郊区夏季降雨日变化特征及对排水设计的影响分析

分别选取观象台和密云站作为北京市城区及郊区代表站,应用两站1961—2013年逐分钟雨量观测资料,比较北京城区和郊区夏季降雨量、降雨频次及降雨强度的日变化特征,利用耿贝尔分布拟合的年最大值法推求城区和郊区暴雨强度公式,比较其空间适用性。结果表明,北京地区降雨具有明显的日变化特征：城市和郊区的夜雨比重均大于日雨,降雨量、频次、降雨强度午后至次日清晨为高值区;郊区夏季降雨总量、短历时降雨和降雨雨强均比城区偏大。暴雨强度公式计算结果表明应用城区一站的降雨资料计算得出的公式在全市并不适用,在市政排水设计时应考虑城郊差异,采用不同的标准。     

自动与人工观测降雨量的差异及相关性

利用全国627个基准、基本站2005年自动与人工雨量业务观测资料, 分析了业务上自动与人工观测的降雨量的差异以及引起差异的原因, 并分析了自动观测与人工观测的降雨量的相关性。结果表明:自动观测比人工观测的日降雨量平均偏高0.12 mm, 标准差为0.70 mm, 相对偏高1.42%。627个站中, 80%的站自动与人工观测的年降雨量差值在5%以内; 近4%的站年降雨量差值在10%以上。年降雨量相对差值较大的站, 其年降雨量均较小。空间采样差、20:00 (北京时) 定时观测中人工与自动观测时间的不一致以及其他突发事件均会导致自动与人工测量的日降雨量的差异, 甚至显著差异。由于观测仪器不同引起的降雨测量系统误差差别, 导致自动与人工观测降雨量的系统偏差。自动观测与人工观测的日降雨量呈线性相关, 相关系数为0.9988。     

X波段双极化雷达在北京夏季降水估测中的应用

利用X波段双极化雷达和地面自动雨量站数据对北京地区2009年夏季降水进行分析,先采用低通滤波、衰减订正等方法对数据质量进行控制,提取了单位差分传播相移Kdp之后,分别拟合出X波段双极化雷达参数与降水之间的两个关系式:Zh=159R1.37及R=13.9Kdp0.81,最后再分别利用这些拟合公式对北京地区进行降雨估测。结果表明:雷达用这两个公式估测的降雨量与地面实测降雨量有较好的一致性;且当每小时降雨量大于10mm时,Kdp-R的估测比Zh-R估测更稳定、准确;通过平均标准差统计可知,Kdp-R估测精度明显高于Zh-R估测精度。     

DSC2型称重式降水传感器测雨性能的分析

为更有效地利用降雨观测数据,充分发挥新型探测设备建设效益,文章对DS(2型称重降水传感器的测雨性能进行分析评估,选取北京市13个国家级地面气象观测站在2013年4—10月,称重式降水传感器与人工、翻斗观测降雨量的业务观测资料,分析称重与人工和翻斗观测在降雨总量、日降雨量等方面的差异。结果表明:在选取样本中,12个台站的总降雨量误差符合现行业务要求,三种测量在日降雨量等级判断方面基本一致。称重比人工观测的日降雨量平均偏小0.13 mm,日降雨量相关系数为0.9968,对应地,称重比翻斗观测的结果平均偏小0.17 mm,日降雨量相关系数为0.9983。     

地面降水的多源数据辅助质量控制方法

文章在分析气温变化、风速变化、相对湿度、温度露点差、雷达和自动站降雨量差值的基础上,提出了针对自动站观测小时降雨量的多要素综合质量控制方法,包括雷达和自动站相结合的综合检验方法(MRAWS)以及仅使用自动站资料的综合检验方法(MAWS),并与时空一致性检验方法(MTS)进行比较。结果表明:使用多要素的综合检验方法(MRAWS和MAWS)明显优于仅使用降雨量资料的MTS。此外,虽然MAWS检验结果略低于MRAWS,但在缺少雷达探测资料的情况下MAWS可对降雨量数据进行有效检验。进一步地分析表明,MRAWS和MAWS方法仅适用于判别有无降水,对降水量值的正确性判断能力存在不足。     

雷达测量区域降雨量

1.雷达测量降雨量分布的优点 及时地了解一个地区内在某一时刻的降雨强度分布或一个时段内的降雨量分布,对于工农业生产和交通运输等都是很有用处的。在水文上,为了预告水情和积累降水资料,在流域内要设置一系列的雨量站,而要使地区内总降水量的估计尽可能准确,雨量站网就必须有相当的密度。因此一个重要流域的雨量站数是很多的。这么多分散的雨量站,不仅需要有很多人进行管理、观测和维护,而且在暴雨期间,还往往由于交通、通讯等条件的限制,不能及时地将降水情报送到管理中心。此外,站间间距较远的雨量站网,对于测量大面积较均匀的稳定性降雨,尚能得出比较准确的区域总降水量,而对于空间分布极不均匀的对流性降水,则区域降水     

贵港近五年气象要素变化特征对比分析

贵港国家气象观测站从2009年起气象资料以自动站观测数据为准,本文利用贵港市1979—2013年历年降雨量、降雨日数、日平均气温、最高(低)气温、相对湿度、日照时数、轻雾、雷暴日数等资料,对比分析贵港市30年及近5年的气候变化特征,为贵港市的气候评估、气象预报、气象防灾减灾以及地方经济生产等提供重要的科学的气象参考依据。     

基于微波链路的雷达回波衰减订正个例分析

降雨对微波的衰减作用在雷达探测和信号通信中有着不可忽略的影响。本文利用近年来出现的微波链路测量新方法,研究了利用微波链路进行天气雷达回波衰减订正的方法。微波链路可以直接获取传播路径上的总衰减,基于此建立衰减订正的约束条件,并利用前向迭代法对天气雷达回波进行逐库订正。首先从现有衰减订正的理论出发,通过确定微波链路衰减参考值、雷达衰减订正算法和衰减系数,建立基于微波链路的天气雷达衰减订正模型;搭建9.47GHz微波链路测量试验系统,对X波段雷达进行衰减订正试验。针对一次个例进行分析,与自动雨量站同步对比观测试验表明:订正后的雷达反射率因子明显高于雷达实测反射率因子;订正后雷达估测的降雨量与自动雨量站的观测差值减小;累积降雨量绝对偏差由-6.11mm减小到1.04mm,相对偏差由0.99%减小到0.17%;订正后估测的降雨强度与雨量计的相关性得以提高。该订正算法主要通过对参数的调整,使得k-Z关系更符合实际,从而提高了探测精度,验证了该方法的可行性与准确性。     

JOPLE算法结合双偏振雷达在不同降水过程中的测雨效果分析

JOPLE(Joint Polarization Experiment)算法是反演降水的一种合成算法,适用于偏振雷达。基于雨量站的测雨数据,对美国科罗拉多州丹佛市2008年8月9日强降雨和2009年7月3日有冰雹降水的过程进行对比,分析CHILL双偏振雷达结合JPOLE算法的测雨模式(简称RZK)与其他三种基于不同R(Z)关系的CHILL(简称RZDG、RZ88)、NEXRAD雷达测雨模式(简称KFTG)的测雨结果统计特征及测雨效果。结果表明:在强降雨过程中,RZK正确估测降雨位置525个,降雨量高估1 mm,测雨数据与雨量站测雨数据的相关系数为0.81,误报率低,测雨精度比其他模式好;在有冰雹的降雨过程中,RZK正确估测降雨位置604个,降雨量高估8 mm,测雨数据与雨量站测雨数据相关系数为0.71,与RZDG模式的测雨精度相当,但其FAR(虚假警报率)、CSI(临界成功指数)和H-K(汉森-奎伯斯技能得分)的STDEV值比其他模式的大;在两场降水中,四种测雨模式计算得到降雨数据的FAR值都随降雨强度的增大而减小。     

适用于全国自动站小时降水资料的质量控制方法

区域自动站逐小时降水资料对于气象预警、决策服务、预报验证等非常重要。资料在提供使用前其质量状况应是可知的。在制作的区域自动站逐小时降水资料数据集基础上,并结合国家级台站观测的小时降水资料,通过深入分析错误数据的存在方式,研制形成全国自动站逐小时降水资料质量控制方案。该方案适用于全国范围内区域站和国家站,实时和非实时上传的逐小时降水资料自动质量控制。最后介绍了利用该方案对2006—2009年实时上传的全国自动站小时降水资料的质量评估结果。     

江苏省自动站与基础站降水观测资料质量分析

以江苏省2006年夏、秋季自动站降水资料为例,对逐时、逐日自动站降水进行对比和统计分析。为降低资料插值过程中的不确定性,对插值方法进行了修正。由南京、扬州、无锡和常州基础站降水资料与相应自动站降水修正资料的对比可以发现,弱降水事件的发生频率高,且无论对于5mm／hvX内的逐时降水还是10mm／dvX内的逐日降水,自动站与4个基础站均有显著差异,因此对江苏省自动站降水资料进行系统订正具实际意义。另外,对阵性降水和锋面降水的分析发现,无论降水量级大小,基础站降水大于自动站降水的几率高,因此有必要进一步对自动站网的建设进行完善。由于自动站与基础站有一定的差异,建议对自动气象站的资料质量进行系统的评估。     

自动观测与人工观测差异的初步分析

利用2001—2005年我国700个地面自动气象站与人工平行观测期间的数据, 对自动与人工观测的气温、气压、相对湿度、地表温度、风速风向、降水量进行了差异分析, 统计了两种观测之间的对比差值、百分误差和风向相符率。 对各要素观测差异在全国的分布特点进行了分析, 并检验了气温自动观测对气温资料连续性的可能影响。 结果表明:自动观测与人工观测各气象要素均存在一定的差异, 但大部分地区各要素的差异都在自动站误差允许范围之内; 造成差异的原因是多方面的, 包括仪器本身存在缺陷及观测方法不一致等。各要素自动观测与人工观测差异在全国的分布特点各不相同, 同一要素在不同的气候背景条件下差异大小不一致; 如果要将人工观测数据与自动观测数据连续使用, 还要检验自动观测与人工观测序列是否有显著性差异, 并进行均一性订正。 自动站的使用对年气温序列有一定影响, 总体差异不显著, 但当自动观测与人工观测气温合并使用时, 应进行均一性检验。     

基于自动气象站与自动雨量站的气象服务、监视及自动报警系统

用自动气象站和乡镇加密自动雨量站采集的雨量等气象要素数据,编程研制开发了气象服务、监视及自动报警系统.该系统以数据库为核心,利用气象基本业务通信网络,采用客户机/服务器模式,实现了区域面雨量评估、乡镇加密自动雨量站数据采集入库情况监视、根据不同的时间段所对应的降雨强度量级自动报警、自动气象站采集数据的实时自动入库、各气象要素彩色图形的自动绘制等功能.文章主要介绍该系统的结构设计、开发各子系统的目的和各功能实现的原理及方法等.     

北京地区自动气象站气温观测资料的质量评估

该文从完整性、准确性、可靠性3个方面设计了自动气象站数据质量评估的流程,并对北京地区187个自动气象站1998—2009年逐时气温资料进行了质量评估。结果显示:北京地区自动气象站建设初期重点兼顾城区和山区的布设策略,为北京区域气候研究提供了较好的基础;北京地区正常运行的自动气象站发生中度和重度缺测的站点相对较少,离散和轻度连续的缺测较集中,具有较好的区域一致性;错误发生率最高为3.8%,大多数年份错误发生率均在1%以下,可见自动气象站错误数据相对较少;尽管可疑数据涉及的站点相对较多,但经空间一致性检查后,有超过50%可归并为正确数据。评估分析结果表明:北京地区自动气象站数据具有一定的准确性和可靠性,具有较强的应用潜力和前景。     

人工增雨效果评估中的面雨量计算分析

选取北京地区两次不同性质降水过程,分别对仅用气候站和并入自动气象站/雨量站的雨量资料,应用算术平均法和泰森多边形法对固定目标区进行面雨量计算分析.结果表明,泰森多边形法在不同性质降水过程面雨量计算中都表现出了一定优越性;并入自动气象站/雨量站的面雨量结果较仅用气候站资料所得结果更具代表性.在人工增雨效果评估中,可以尝试对由气候站计算的面雨量统计订正的办法,较精确地获得历史期目标区(包括控制区)面雨量实际值,这对提高人工增雨效果的评估精度具有重要实用价值.     

地面和卫星降水产品对台风莫拉克 降水监测能力的对比分析

本文以2009年台风莫拉克为例,利用分布密集的自动站观测降水资料比较分析了国家气象信息中心研发的地面降水分析产品CPAP和卫星反演降水产品CMORPH、FY2C等对强天气过程降水的监测能力.结果表明:CPAP准确地把握了这次台风登陆过程中降水的空间分布和强度,但由于海洋区域无站点分布,CPAP无法展现一个完整的台风降水空间结构;CMORPH能够合理地描述完整的台风降水空间结构及其演变特征,但与地面观测相比,其降水中心的位置差异较大,且量值普遍偏低;FY2C的降水在陆地与海洋出现了严重的结构不连续的现象,对台风降水空间结构的描述不如CMORPH合理.由此可见,选择对降水空间结构描述完整且合理的卫星降水产品与精度较高的地面观测降水融合,结合两者的优势,是发展高质量降水分析产品的一种有效途径.     

秦巴山区地质灾害成因及预报预警

利用1955～2007年地质灾害与降水资料以及加密乡镇人工监测站、乡镇自动气象站、水文降水资料,分析秦巴山区地质灾害特点、形成机制、灾害发生与降水强度和降水持续时间的关系,用数理统计方法研究地质灾害不同易发区的临界降水指标,并结合气象部门现行精细化气象预报预警业务流程,研制了秦巴山区地质灾害精细化预报预警思路和制作流程,建成了自动运行的地质灾害预报预警业务系统。2008年应用取得较好的预报效果。     

融合降水实况分析产品在四川地区的适用性评估

利用四川省地面自动站2018年6月—2019年5月的逐小时降水观测资料,在邻近插值和双线性插值对比分析的基础上,从晴雨准确率、降水时空特征、降水分量级检验等多个方面,对国家气象信息中心研制的融合降水实况分析产品在四川地区的适用性进行评估分析。评估结果表明:(1)邻近插值和双线性插值对评估结果影响小。(2)融合降水实况分析产品的完整性好,其平均晴雨准确率为92.6%,对探测降水有无存在较大可能。(3)融合降水实况分析产品的数据质量较高,能反映四川区域年内小时降水的时空变化特征,且随着降水量级的增大,误差相应增大,TS评分相应减小,说明在弱降水量级,融合降水实况分析产品与观测降水更接近。(4)非独立检验的效果好于独立检验,盆地的检验效果好于高原、山区等复杂地区,说明参与评估的站点分布、数据质量对评估结果存在一定影响。     

Evaluation of the Antarctic Mesoscale Prediction System Based on Snow Accumulation Observations over the Ross Ice Shelf

Recent snow height measurements(2008–15) from nine automatic weather stations(AWSs) on the Ross Ice Shelf are used to examine the synoptic and seasonal variability in snow accumulation,and also to evaluate the performance of the Antarctic Mesoscale Prediction System(AMPS) for precipitation. The number of snow accumulation events varies from one station to another between 2008 and 2015,thus demonstrating geographic dependence. The interannual variability in snow accumulation is too high to determine its seasonality based on the current AWS observations with limited time coverage.Comparison between the AMPS and AWS snow height measurements show that approximately 28% of the AWS events are reproduced by AMPS. Furthermore,there are significant correlations between AMPS and AWS coincident event sizes at five stations(p 0.05). This finding suggests that AMPS has a certain ability to represent actual precipitation events.