基于多种模型的云南元江哈尼云海景观预报研究

为推动区域旅游事业发展,满足旅游气象服务需求,研究针对云南元江哈尼云海景观进行了立体气象观测和业务预报实验。本研究基于云南元江云海气候站2016—2019年观测数据,利用经验预报法、Logistics回归、支持向量机、决策树分析等方法,进行了云海景观出现与否的二分类预报实验。结果表明：各预报方法间训练样本总体准确率在74.3%—82.2%之间差别不大,但传统经验预报基于云海机理研究背景,预报指标物理意义明确,随着预报经验的积累经验预报2019年TS评分为54.8,优于2016—2018年TS评分46.0,也优于仅使用局地数据的统计学习算法的预报评分,且其他几种统计学习预报方法的检验样本TS评分均不如训练样本评分高。云海景观出现需要水汽条件和大气静稳条件的配合,局地云海气象观测站建设收集的立体气候数据有利于预报人员改进预报指标体系,提高预报准确率,有利于提升区域旅游气象服务能力发展。     

内蒙古乌海市沙尘天气潜势预报方法研究

利用1990—2015年内蒙古乌海市逐日地面、高空气象观测资料和NCEP/NCAR FNL再分析资料,分析沙尘天气发生时各预报因子的分布特征,确定预报因子的阈值及消空指标,建立基于PP法和指标叠套法的乌海市沙尘天气潜势预报模型。通过2011—2018年逐日回报检验显示,其TS评分为0.24,准确率为89%,说明该模型对乌海市沙尘天气有较好的判别效果和较好的业务应用价值。     

数值预报模式在新疆塔城地区降水预报中的检验

利用德国、日本、T639、EC细网格模式降水预报资料,采用客观分析和T_S评分检验方法对2012年1月至2016年3月塔城地区降水的预报效果进行检验和对比分析。结果表明:EC细网格模式对盆地强降水中心、最大降水量、降水开始及结束时间预报的T_S评分最高,T_S评分次高为南部地区,而和丰地区最差;德国模式对盆地降水落区预报的T_S评分最高,EC细网格模式对南部及和丰地区降水落区预报的T_S评分最高;除和丰外,4种模式对塔城地区冷季降水预报的T_S评分均高于暖季,对24 h各级别降雪预报的T_S评分高于降雨;随着预报时效延长、降水量级增大,4种模式对24—72 h降雨(雪)及24 h各级别降雨(雪)的预报准确率随之下降,其中24 h降雨(雪)、小雨(雪)的T_S评分最高。     

DOGRAFS逐小时气温和降水预报的释用

采用2016—2018年DOGRAFS(沙漠绿洲戈壁区域分析预报系统)的气温、降水逐小时预报资料,在检验的基础上开展释用方法研究,并用2019年资料进行试验测试,结果表明:DOGRAFS气温预报,08时起报的准确率要高于20时起报的;北疆好于南疆,准确率为50%,平均绝对误差为2.5℃,采用最高、最低气温建模方案,预报准确率提高到64%,平均绝对误差为1.9℃,预报的离散度降低。DOGRAFS降水预报,08时起报的T_S评分略高,20时起报的晴雨准确率略高,南疆好于北疆;晴雨预报准确率可达95%,但降水T_S评分仅有20%,空报率超过50%;采用消空订正方案,晴雨预报准确率提高1%,T_S评分提高2%,空报率大大降低,但漏报率较大。释用方案对模式气温预报有较好的提升效果,降水预报仍有较大的改进空间。     

浙江中西部大雾天气的气候特征及潜势预报方法

利用2010—2017年逐日雾观测数据、地面常规气象资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和ECMWF细网格模式预报资料,采用统计法分析了浙江省中西部地区(27°N—30.0°N,118°E—121°E)雾日的时空分布特征,再通过相关性检验精选出物理因子,用逐步回归法建立雾的潜势预报模型。结果表明:(1)雾出现频率最高的区域是山区,时段是11月至次年4月、夜间至次日10:00;(2)通过精选的预报因子和提取的消空指标,确定的浙江省中西部地区冬半年雾日预报的多元回归方程,与实况拟合率为80.8%,回报检验的正确率、空报率、漏报率和TS评分分别为86.4%、39.0%、32.0%和0.47;(3)基于ECMWF细网格模式预报产品,每天可自动生成逐3 h雾预报产品并投入业务应用。     

基于物理量的陇东地区冬季降水相态预报方法研究

利用1985—2020年每年10月—次年5月的逐日地面观测资料,对陇东地区冬季雨、雨夹雪和雪三种主要降水相态的气候特征进行了分析,并利用2008—2019年的降水样本和平凉、延安站的探空资料,通过相关性分析、箱线图和技巧评分等方法,筛选出了可用于降水相态预报的23个指标因子并确定了其阈值。对指标因子进行拟合得出综合预报指数S及其阈值,并进行了检验。结果表明:该地每年3—11月相态转变较为频繁,不同相态降水的年均日数表现出明显的年际变化特征;平凉站的指标因子区分效果整体优于延安站;各指标因子对于雪的区分度最高,其灵敏度整体随高度升高而降低;当S指数在雪—雨夹雪和雨夹雪—雨间的阈值取-0.225和0.528时,样本总TS可达到88.9%以上,较单一因子显著提高了相态预报准确率。     

安徽阜阳市大雾天气的潜势预报方法

利用2002~2011年安徽阜阳市逐日地面、高空观测资料和NCEP/NCAR FNL再分析资料,分析大雾发生时各预报因子的分布特征,确定预报因子的阈值及消空指标,建立基于PP法思想和指标叠套方法的阜阳市大雾天气潜势预报模型。通过2013~2014年逐日业务化运行检验,基于EC细网格数值预报产品的大雾天气潜势预报模型取得了较好的预报效果,其TS评分为0.49、准确率为0.91,说明该模型具有较好业务应用价值。     

用GRAPES模式输出变量因子作广东沿海海雾预报

通过分析5年(2004—2008年)NCEP的1°×1°再分析气象资料,结合2004—2008年的台站观测资料和2006—2008年海雾野外试验的观测资料建立预报变量因子,利用GRAPES模式得到并输出变量因子。结合NCEP资料分析海雾出现的各种判据和条件,选取湛江、珠海、汕头3站为代表,建立了广东沿海自西向东各地区的海雾MOS判别预报方法,实现了24h的海雾判别预报。对2008年3月湛江和汕头、4月珠海的预报检验表明,该海雾MOS判别预报方法对广东沿海海雾具有一定的预报能力,预报准确率为84%～90%,Ts评分为0.40～0.53,Hss评分为0.52～0.56。     

湖南冻雨预报关键技术指标及应用

利用1951~2009年冬季湖南探空和地面观测资料,对湖南冻雨时空分布、过程发生频次、过程持续日数及冻雨的各层气温统计分布特征进行了统计分析,并通过研究提炼了湖南冬季冻雨预报技术指标和空间概念模型。检验和预报应用表明:厚度因子比温度因子判据TS评分高,而厚度与温度因子混合判据评分更高;冻雨预报判据指标结合南方冻雨大气环流空间概念模型在2013年1月湘中以南冻雨过程预报业务应用中,预报效果较好。     

河西走廊东部大风气候特征及预报

利用河西走廊东部1971—2010年4个气象站大风（≥6级,即10min平均风速≥10.8～13.8m/s）资料,系统分析了该区大风的时空分布、强度和持续性等气候特征。结果表明,河西走廊东部大风天气主要发生在山区和沙漠边缘;年、年代际大风日数总体呈减少趋势,3—5月是大风的高发期,占全年大风日数的34.8%～56.8%,其次是2月、6月和11月;各强度大风日数的变率较大,随着大风强度的增强,大风日数迅速减少;大风天气具有持续性特征,最大风速大多出现在持续大风时段内。采用2003—2007年逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,按照Press准则进行预报因子初选,运用逐步回归预报方法进行预报因子精选,使用最优子集回归建立大风预报方程,并用双评分准则（CSC,couple score criterion）确定各季节各地大风预报全局最优的显著性方程,预报方程通过了α=0.01的显著性检验。预报方程回代拟合率为66.7%～73.4%,预报准确率为58.8%～67.5%,达到了一定的预报水平,可为大风的业务预报提供客观有效的指导产品。采用最大靠近原则确定了大风预报临界值和预报、预警的级别。     

2017年5月长三角地区一次沙尘重污染天气成因分析

利用地面污染物监测数据、常规气象数据,ECMWF再分析数据以及L-波段无线电探空数据,并结合后向轨迹模型,对2017年5月长三角地区的一次沙尘重污染天气过程进行成因分析。结果表明:此次沙尘重污染过程是天气系统、地面及边界层气象条件共同作用的结果。东亚大槽东移、冷空气南下并配合地面高压的发展使河西走廊、宁夏大部、内蒙古西部出现沙尘天气,为后期长三角地区沙尘的输送提供了沙源; 850 h Pa上较大的风速为上游沙尘源区向下游长三角地区输送提供了通道;高压中心的下沉运动和白天增强的热对流活动使得高层沙尘影响地面具备了足够的动力条件;当沙尘抵达长三角上游地区后,不断减弱的冷空气和趋于静稳的近地面形势不利于污染物扩散,加剧了此次污染过程。     

大连地区雷暴时空变化特征及其严重年大气环流背景分析

利用1961—2013年大连地区3测站逐日地面雷暴观测资料及1948—2016年NCEP/NCAR再分析月平均资料,采用线性趋势估计和合成分析方法分析了大连地区雷暴日数的时间和空间分布规律,并进一步探讨雷暴严重年5—9月平均大气环流背景特征。结果表明:大连地区雷暴具有明显的地域特征,空间分布主要呈现北部内陆地区多,南部沿海地区少的特点;除2月外,各地其余月份均可发生雷暴,7月和8月达到高峰值,雷暴集中发生在5—9月,雷暴具有较强的季节性,夏季6—8月最多,冬季很少出现雷暴;年平均雷暴日数总体呈减少趋势,其中北部的减少趋势尤为显著;雷暴初日多出现在4月,终日多出现在10月,初日较终日稳定,无论初日和终日均以北部地区较南部地区稳定,各地雷暴初日显著提前,终日推迟不显著,但仅有大连终日推迟趋势显著;雷暴初日和终日北部地区对应的候平均气温阈值分别为-1℃和10℃,南部(东部)地区对应的候平均气温阈值分别为6℃(-1℃)和3℃(8℃);多雷暴年,高层500 hPa蒙古低涡异常偏强,副热带高压偏西偏北,低层850 hPa偏南风水汽输送和大连上空整层垂直上升运动均异常偏强,这些有利于雷暴日数的增多,而少雷暴年与多雷暴年特征基本相反。     

2017年湖南一次特大致洪暴雨过程的水汽特征

利用湖南省区域自动站和常规观测站降水资料、NCEP/NCAR和JRA-55再分析资料及湖南省气象台大气河预报业务产品,分析了2017年6月22日至7月2日湖南一次特大致洪暴雨过程的雨洪和水汽输送异常特征,以及大气河水汽输送对强降雨的影响,在此基础上定量分析了强降雨区各边界的水汽收支状况及各水汽轨迹的贡献。结果表明:此次强降水过程分为三个阶段,第一、第三阶段降雨的范围、强度均明显大于第二阶段。欧亚中高纬稳定的"1槽1脊"环流形势、低纬较稳定的西太副高及其外围强劲的水汽输送是此次暴雨发生的环流背景。水汽通量、水汽通量散度、比湿等物理量的水平及垂直分布对降水的阶段性特征和位置、强度变化有很好的指示作用。三个强降雨时段,来自孟加拉湾、南海和西太副高西南侧的水汽输送表现出不同的强度和位置,造成到达湖南境内的偏南水汽输送空间异常程度不同。大气河的强弱及其水汽输送通道、辐合区位置以及强降雨区各边界水汽净收入对强降水发生、发展起关键作用。水汽后向轨迹分析表明,低层偏南的水汽输送是此次极端强降雨较长时间维持的重要因素,而来自北方的干冷空气侵入利于大气斜压性增强和对流不稳定维持,是第二阶段降水强度弱于第一、第三阶段的另一原因。     

石羊河流域中下游高温事件气候特征

根据石羊河流域中游(武威)和下游(民勤)气象站1960—2015年逐日最高、平均气温观测数据,采用固定阈值法(天气标准)和百分位阈值法(平均标准)定义了高温事件,运用气候统计学方法分析了该区域高温事件强度、日数和极值的变化特征。统计结果显示,中、下游年代、年天气标准和平均标准高温事件强度总体上呈增强和日数呈增多趋势,2010—2015年高温事件强度增强和日数增多趋势明显,高温事件极值也呈增强趋势。高温事件出现在5—9月,高温事件强度和日数的高峰值均在7月,依次向两端递减。高温事件强度和日数均为下游>中游,说明闷热天气持续时间下游比中游更长。高温事件中、下游年天气标准强度和日数时间序列没有发生周期性变化,平均标准强度和日数时间序列均存在着5～7 a的准周期变化。高温事件中、下游天气标准强度和日数以及平均标准强度均没有发生气候突变,平均标准日数发生了气候突变,突变时间中游在1997年、下游在1996年。年高温事件存在一定的异常性,高温事件强度和日数正常年份概率在58.9%～73.2%,对生命健康和安全生产造成危害的强度偏强和特强年份概率在14.3%～16.9%、日数偏多和特多年份概率在14.3%～21.4%。     

大兴安岭植被NDVI变化及其对气候的响应

利用S-G(Savitsky-Golay)滤波对2000—2016年呼伦贝尔市境内的大兴安岭植被NDVI序列进行逐栅格重构并剔除突变点,结合大兴安岭海拔、坡向、坡度等地理因子和气温、降水等气象因子,分析大兴安岭植被生长季NDVI的变化及其对气候的响应。结果表明:大兴安岭植被NDVI生长季均值呈上升趋势,平均增速为0. 029/10 a。植被NDVI随海拔的增加呈现先缓慢减小后迅速增加的趋势,随坡向变化不大,随坡度的增加而增加。植被NDVI的生长季均值与1 a前和2 a年前的降水呈现显著的正相关,具有明显的滞后性。在每年植被恢复生长初期各海拔植被均与气温呈现极显著的正相关,年内植被NDVI与降水的相关性在垂直方向上存在较大差异。     

脉冲风暴造成的山西北部三次冰雹天气对比分析

利用加密自动气象站资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料、灾情调查等资料,对2017年出现在山西北部的三次冰雹天气过程进行了对比分析。结果表明:(1)三次脉冲风暴冰雹过程均发生在500 hPa中高纬地区为"两槽一脊"型、槽后偏西北气流的环流背景下,低层切变线或涡旋是主要触发系统。冰雹出现在低层辐合线的东南侧暖区内。低层触发系统不同,大气不稳定度不同,造成的强对流落区和强度差异很大。(2)脉冲风暴冰雹过程中,从低层到高层风向随高度呈现一致的顺时针旋转,从低层到700 h Pa附近风速随高度增加,0～6 km风垂直切变为1×10^(-4)～7×10^(-4)s^(-1),均小于冰雹天气阈值。(3)脉冲风暴的雷达回波呈块状,强回波中心高度位于-10℃等温线所在高度以上,初始高度在7 km以上,上冲云顶高度大于12 km;脉冲风暴的形成、发展和结束与雷暴云顶的上冲、下降和崩溃紧密联系。可以利用上冲云顶的形态判断风暴的生消,但要抬高仰角到8 km左右高度观测,才有助于提前发现脉冲风暴。径向速度场上三次过程有明显差异,表现为降雹持续时间与辐合层厚度密切相关,辐合层越厚降雹越剧烈,持续时间越长;以单体形式在低层出现辐合、高层辐散的速度场发展迅猛程度要比多单体更剧烈,带来的灾害更严重;强对流发生前,VIL最大值大于35 kg·m-2,降雹前VIL出现跃增,跃增量大于29 kg·m-2。(4)基本反射率剖面图上,脉冲风暴产生的旁瓣回波的空间结构表现为与高反射率因子核区垂直,强度小于20 d BZ的弱回波带,旁瓣回波从风暴强中心边缘向低方位角方向伸展。三次过程中,出现旁瓣回波和三体散射的冰雹过程持续时间更长、灾害程度更重。     

福州长乐机场雷暴及风切变天气特征

利用福州长乐机场1998—2015年雷暴观测资料、2010—2015年自动站观测资料及美国国家环境预报中心(NCEP)逐日再分析资料,对机场雷暴及其伴随的风切变天气特征进行统计分析。结果表明:长乐机场雷暴天气一年四季均有发生,夏季最为频繁,且持续时间较长;雷暴具有明显的日变化特征,主要出现在午后至傍晚,持续时间一般在2 h内,l h以内居多;长乐机场偏西方向是雷暴生成最多的方位。54%的雷暴发生前3 h至结束后3 h内伴有风切变,且偏西方向的雷暴伴有风切变的概率较大。长乐机场弱风切变出现的次数远高于中等强度风切变,而强风切变出现次数最少,且出现在偏西方向的概率较高。伴有风切变的雷暴天气主要有4种环流类型:南支槽型、华北槽型、副高控制型及热带气旋型。     

西藏高原一次冰雹天气云降水模式预报产品检验

利用FY-2G卫星反演云特征参量产品、MICAPS高空和地面形势场、逐小时地面降水和探空数据等资料,从云的宏观、微观结构及垂直结构和降水方面对2016年6月22日19:00-20:00拉萨市短时冰雹天气发生期间的GRAPES_CAMS云降水模式预报结果进行高原地区适用性检验。结果表明:(1)模式能够预报西藏地区的降水落区分布,对强降水中心和降水强度的预报存在一定偏差;(2)模式能较好地预报云系发展演变,在云系移速、移向上预报结果与实况基本一致,对云系发展旺盛程度的预报有一定偏差;(3)模式能较准确地预报高原对流云宏观特征,对流云的垂直发展预报结果比实况弱,云顶高度偏低1.0~2.0 km,云顶温度偏高10~20℃;(4)在云垂直结构特征上,模式预报与卫星、高空监测较为吻合,云的冷暖性质、垂直结构、特征温度层高度与实况接近。     

云贵高原东部两次典型气象干旱年汛期环流特征对比

利用云贵高原东部84个地面气象观测站2011年和2013年4-9月逐日降水和温度资料、NCEP/NCAR再分析资料以及积温干燥度公式和视水汽汇公式,对2011年(拉尼娜年)汛期(4-9月)和2013年(中性年)汛期(4-9月)云贵高原东部干旱天气的基本特征和环流异常进行分析。结果表明,2011年汛期平均降水量比2013年汛期少,但均具有时空分布不均的特点;2011年汛期降水量偏少,主要是4-5月和7-9月的降水贡献大,2013年汛期降水量偏少,主要是7-8月的降水贡献大,且积温干燥度指数较好地反映了2011年和2013年汛期的干旱程度。2011年、2013年汛期的南亚高压均偏强、面积均偏大、东侧脊点位置均偏东,但2011年汛期的西太平洋副热带高压的强度、面积均比2013年汛期的偏强、偏大,是2011年汛期干旱天气比2013年汛期偏重的重要原因。孟加拉湾、南海以及西太平洋中低层的水汽输送偏弱是云贵高原东部2011年和2013年汛期降水少的主要原因,且云贵高原东部上空的水汽辐散中心与其降水量有较好的对应关系;700 hPa的水汽输送异常减少对2011年和2013年汛期干旱的发生起决定性作用,云贵高原东部2011年汛期700 hPa层上的水汽辐散比2013年汛期的强,导致其降水量比2013年汛期的少。视水汽汇揭示了2011年汛期干旱程度比2013年更严重的事实。500 hPa环流场、700 hPa水汽输送场对于云贵高原东部较长时间的旱涝预报具有一定的参考价值。     

甘肃一次冰雹过程降水及闪电活动特征

利用热带测雨卫星(TRMM)的测雨雷达(PR)、微波辐射计(TMI)和闪电成像仪(LIS)资料分析2012年8月25日甘肃省一次较强冰雹过程。结果表明,本次过程受3个分散的β中尺度对流系统影响,对流云像素点约为层云的1/2,对流云平均降水率是层云的8.2倍。冰雹云回波顶高度近13 km,回波强度大于55 dBZ的最大高度为7.5 km左右,降水率大于45 mm·h^-1的云层厚度约7 km。降水廓线反映出降水率垂直分布不均匀,对流降水中50、10 mm·h^-1的降水率随着高度的升高先增加后减小,在9 km左右减小明显。此次冰雹过程的闪电发生临近处6 km雷达反射率高于40 dBZ,85 GHz极化修正亮温低于210 K。