新一代天气雷达雨量估测与实况的对比实现

新一代天气雷达在防灾减灾领域,特别是雨量估测方面具有广泛的应用。为了更准确有效的应用本地区雷达的雨量估测数据,本文基于．NE12．0平台,实现了雷达估测的雨量数据,和自动站雨量数据的对比软件平台研究。并给出了估测范围与对比结果的数据误差分析。结果表明,估测范围的选择对雷达估测雨量的结果,及其与自动站雨量的对比结果有很大的影响。     

云模式预报雨量与雷达估测雨量及自动站实测雨量比较

利用2007--2008年1—12月国家气象中心GRAPES云模式预报雨量资料,及同期江西区域天气雷达估测雨量及自动气象站实测雨量资料,比较其基本统计与地理分布特征,并对其进行相关计算与结果分析,选取129个数据样本,计算分析它们之间的复相关性,并对其计算误差进行比较与分析。结果表明,三种雨量的复相关性较好。GRAPES云模式预测的时雨量值最大,比雷达估测的时雨量值及自动站实测的时雨量值偏大,自动站实测时雨量值次之雷达估测的时雨量值偏小。     

基于雷达资料的上海地区暴雨面雨量计算及应用

根据上海地区小时雷达资料的定量降水估测(quantitative precipitation estimation,QPE)网格产品和经过质量控制的自动站雨量资料进行暴雨面雨量计算方法研究,计算方法为:将暴雨区内自动站周围9个网格点的QPE平均值作为自动站的雷达估测雨量,计算各测站雨量与雷达估测雨量的差值,用克里金插值方法将差值场插值到雷达降水估算产品相同的网格点上,再将网格点上残差插值数据加上网格点上雷达估测雨量,得到各网格点用自动站订正后的雷达估测小时雨量资料。文中24个典型暴雨各测站订正后QPE与实测雨量的平均绝对误差比订正前减小了27%;两个典型暴雨主要降水阶段经国家气象站资料订正后QPE与实测雨量的平均误差比订正前减小了33%～39%,暴雨过程总雨量经国家气象站资料订正后减小了34%～59%。根据以上方法得到的网格点雨量计算和绘制上海地区2007—2015年24个典型暴雨降水区域的小时面雨量值和图、过程面雨量值和图、行政区和水利片面雨量值和图。最后基于.NET Framework 4.0基础架构软件开发平台,使用Microsoft Visual Studio 2012和Microsoft Visual Studio软件开发工具制作"基于雷达资料暴雨面雨量自动化计算查询系统",供业务科研人员实时查询和计算。     

基于雷达校正的雨量插值研究

自动站点雨量数据到格点化雨量数据的插值方法一直在气象业务中有着重要应用,但传统插值法一般只考虑距离对估测点的影响,不能够真实地反应降水的落区分布.利用多普勒雷达资料对雨量插值结果进行校正,可使得插值后的结果较好地反映雷达反射率分布特征,也可以较好地克服反距离加权插值法的尖点问题.经过业务测试检验,基于雷达校正的雨量插值方法效果较为稳定,可以在业务中进行应用.     

影响浙江地区降水估测几个因素的分析

如何从新一代天气雷达三维拼图数据中提取用于降水估测的回波强度是提高雷达降水估测的关键,为了分析利用三维拼图数据提取出的混合扫描回波强度的质量以及对降水估测的影响,文章利用浙江省雷达和全国自动站数据,通过研究回波强度与地面雨量的关系,分析了影响基于雷达三维拼图的降水估测精度的几个要素。通过累积整个过程雷达回波强度估测的雨量和自动站采集雨量得到浙江及周边地区的比率分布,找到了两者关系的异常区:区域性回波强度比较高的区域;区域性回波强度的低估区;区域性回波强度随地形变化的区域;区域性回波强度估测较为合理的区域;随纬度增加回波强度逐渐高估的区域。通过分析发现:0℃层亮带、残余的地物回波、异常的回波强度垂直廓线、自动站的数据质量等是造成回波强度与地面雨量关系异常的原因。最后,利用部分自动站对雷达估测的降水进行订正,结果表明:自动站订正能一定程度缓解上述区域高估或低估程度。     

太湖流域雷达雨量数据水平尺度的选取

由于雷达局部雨量位置存在误差,使得高分辨的雷达雨量数据在实际应用(如水文模拟)中效果不一定更好。因此,在空间邻域内而不是网格尺度上,分析雷达雨量数据与雨量站雨量数据的接近程度,选取合适的水平尺度可降低雷达雨量及其位置误差对水文模拟的影响,在改善雷达雨量数据的应用效果方面具有重要意义。采用FSS(Fraction Score Skill)方法,以太湖流域2007—2010年5个时次的雷达雨量数据为研究对象,以FSS技能得分作为评估指标,研究雷达雨量数据水平尺度的选取。结果表明,在水平尺度为5~70 km范围内,雷达雨量数据与雨量站数据较接近,雷达估测降雨量的技能得分FSS值可达到目标精度FSSuniform,这对雷达估测降雨应用于流域洪水预报等方面有重要意义。      

西安雨量雷达估测降水准确性分析

利用X波段全固态多普勒雨量雷达资料和相应的6个地面气象观测站的观测资料,对西安2021年9月和10月两次持续降水过程的降水数据进行对比分析,评估雨量雷达反演降水的准确性。结果表明：从两次降水过程整体变化趋势分析,雨量雷达估测的降水量能较好地表现出实际降水量的变化趋势;雨量雷达反演的降水量小时数据与地面观测小时降水数据的相关性为0852;当小时降水量达到20 mm以上时,雨量雷达数据准确性较高。     

雷达估测降水方法改进在降水预报中的应用

利用2008—2013年自动站雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出海南地区不同区域不同月份的Z-I关系,并将统计结果用于2014年5—9月的非热带气旋影响的的降水估测检验,采用平均绝对误差和均方根误差方法得到计算结果,表明经过优化的Z-I关系后,雷达估测降水比Z=200I1.6时更加接近实际雨量。优化Z-I关系前,雷达与雨量计平均值比值范围在40%~70%之间,即估测降水比实际雨量偏弱,优化Z-I关系后,雷达与雨量计平均值比值范围提高到50%~90%以上,说明雷达估测降水方法改进后,效果有了显著提高。     

短时强降水监测和预警技术及其在山区的应用

为提高短时强降水的监测和预警技术在山区等复杂地形中的应用,本文选取相关的探空资料分析天气背景,划分降水类型,与自动站订正技术相结合,采用Z-I分型最优化技术估测降水,利用交叉相关法对雷达反射率因子进行外推,并预测30min后的累积降水量。根据近3年的观测资料,制定出适合岳阳地区雷达反射率因子以及雷达估测降水对应的降水量级。通过与自动站雨量对比,Z-I分型最优化技术估测降水的相对误差较小;与Z-I经验公式估测降水对比分析,雷达估测降水的准确率有一定提高。经过岳阳示范区一年的实际应用表明:该方法对短时强降水的估测和预警均取得良好的效果,对强降水引起的山体滑坡等灾害具有一定的防范作用。     

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。     

全国气温偏高东北降水偏多

2008年5月,全国平均气温较常年同期偏高1.0℃,为历史同期第三高.新疆月平均气温为1951年以来历史同期最高值,湖北、甘肃、青海为第三高.全国平均月降水量接近常年同期.黑龙江月降水量为1951年以来历史同期第二多;宁夏、重庆为历史同期最少.5月份我国主要天气气候事件有:下旬中东部地区出现大范围强降水,局地受灾严重;南方部分地区遭受雷雨大风、冰雹等强对流天气袭击;西北东部及内蒙古等地干旱持续;北方出现4次沙尘天气过程;地震灾区震后阴雨天气多,给救灾带来不利影响.月内西北太平洋和南海有4个热带风暴生成,但对我国近海没有影响.     

中东部大范围强降水地震灾区阴雨天气多——2008年5月——

5月,全国平均气温为16.6℃,较常年同期(15.6℃)偏高1.0℃,为历史同期第三高.新疆月平均气温为1951年以来历史同期最高值,湖北、甘肃、青海为第三高.全国平均月降水量为66.0mm,接近常年同期(66.7mm).黑龙江月降水量为1951年以来历史同期第二多;宁夏、重庆为历史同期最少.     

北方大部降水偏少 南方局地暴雨洪涝——2002年10月

10月份,东北大部、华南大部、江南西南部、四川西部、北疆西部等地降水偏多,广东、江西等省局地出现暴雨洪涝;其余大部地区降水正常或偏少,山东南部、河南东北部等地仍有旱情存在;月内,冷空气活动频繁,东北大部、华北北部、青藏高原东部等地气温较常年同期偏低,其余地区接近常年或偏高.     

降雨量及叠加预测方法研究

为了得到精确度较高的降雨量预测值及其叠加预测精度,利用小波神经网络和NARX动态神经网络对降雨趋势和降雨量进行预测,并分析降雨量叠加预测值的误差。研究表明,小波神经网络分析的月降雨量多个变化周期以及总的变化趋势较为准确;NARX动态神经网络预测模型测试误差为0.21%,回归效果图的相关系数R为0.99993,回判和检验误差分别只有0.22%和0.40%;降雨量叠加预测和检验误差较小,均未超过2%,能够满足降雨量不断叠加预测的要求。该方法能为边坡动态稳定性预测提供精确度较高的降雨量预测值。     

山东夏季降水分布型及与全国雨型的关系

利用山东省26个代表站1961—2009年夏季6—8月降水资料,采用自然函数正交分解（EOF）和相关概率等方法定义了山东夏季降水分布型,并分析了其年代际变化特征及与全国雨型的关系,结果表明：山东夏季降水存在同多（少）、东少（多）西多（少）及南多（少）北少（多）六个基本分布型;其与全国雨型有一定的联系,出现频数最高的同多型中,全国Ⅱ类雨型最多,其次为Ⅰ类雨型;出现频数次高的同少型中,全国Ⅲ类雨型最多。山东夏季雨型变化具有明显的年代际特征,同多型主要出现在上世纪60年代前期、90年代中前期及21世纪初;同少型主要分布在80年代;2000年以来,山东夏季以全省多雨为主,且主要多雨区位于鲁南、鲁中东部和半岛地区。     

巧修虹吸雨量计浮子

地面气象常规仪器的零配件近年来十分紧缺,特别是虹吸雨量计的浮子。浮子是虹吸雨量计中最重要的零件,而浮子又最容易冻坏。例如,牡丹江地区2005年5月6～9日4d内,先是下了雨,后又转雨加雪、雪,绥芬河站的降水量近30mm。温度最低降到1.6℃,虹吸雨量计的安装时间和拆卸时间很难掌握,安装太迟或拆卸太早都可能影响到年度15个时段最大降水量的挑选。由于气候变化和人为因素造成浮子冻坏的现象屡见不鲜,一旦浮子底部冻裂而又没有备份浮子,为了气象资料的完整性可采取巧焊浮子的方法,焊好待用,有了新的浮子再更新。     

夏季新疆降水异常与印度降水的关系

利用1960-2003年6～8月新疆75个气象站降水量、印度地区降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了新疆夏季降水量与印度降水之间的关系,以及印度降水变化与新疆降水异常联系的可能的物理机制.研究表明.印度降水与新疆夏季降水量之间存在显著的反相关关系,它们之间的线性相关系数为-0.39.夏季印度降水变化与其西北侧的西亚-中亚地区对流层平均温度呈显著正相关,从而与对流层高层南亚高压中心东西振荡和高压西部强弱,西亚地氏副热带西风急流(西亚急流)强度和南北位置振荡,500 hPa伊朗高压南北和东西振荡密切联系,夏季印度降水变化通过与这些影响新疆降水的系统联系而与新疆夏季降水呈显著的反相关关系.Eliassen-Palto通量(EP通量)的动力学诊断分析进一步表明,印度季风偏强(偏弱)导致南亚高压两侧由南向北进入亚洲西风急流人口处的波作用通量偏强(偏弱),使得西亚急流偏强(偏弱)、偏北(偏南).     

山地等价雨量

提出山地等价雨量概念和计算方法,以达到滑坡泥石流预警指标借用国家暴雨预警标准的目的.在对国家与中国西部山地的暴雨标准进行对比后得到国家标准刚好是山地标准的2倍;由大多数滑坡泥石流灾害发生在海拔高度1300m地带的事实,让高斯分布描述二者关系成为可行的选择;气象与国土部门流行的潜势雨量对滑坡泥石流潜势作用计算式,促成了山地等价雨量计算式的最终形成.通过对平原、山地、高原等不同环境的模拟评测试验和实况抽样检验,山地等价雨量公式能够达到预想设计效果.现在山地等价雨量公式已经用于滑坡泥石流预警分析图网站自动化发布,其运行效果尚需进一步在实践中加以验证.     

地面降水诊断方程对降水过程的定量诊断

降水, 尤其是强降水 (暴雨), 对国家经济发展、 社会建设以及人民生活影响巨大, 然而由于同降水相关的物理过程非常复杂, 因此, 对降水的研究与预测十分困难。过去有关降水的研究大多关注水汽及水汽辐合 (输送) 的影响, 对与降水有关的水汽收支研究较多。Gao et al.(2005a) 率先将大气中水汽和云中水凝物 (云水、 雨水、 云冰、 雪及霰等) 的变化方程结合起来, 得到一个地面降水诊断方程, 从而可以将与降水有关的大气中水汽和云的演变过程在同一框架下定量地分析研究。本文利用一套21天长度的热带云分辨尺度模拟资料, 通过计算地面降水诊断方程中的局地水汽变化、 水汽辐合辐散率、 地面蒸发率以及云的变化率等各项, 分析了这些物理过程对降水的贡献, 指出局地水汽和云的变化率、 水汽辐合率, 地面蒸发率等均对地面降水有重要贡献。区域平均资料分析表明, 若水汽辐合与局地大气变干共存, 则产生强降水; 若存在水汽辐合但局地大气增湿或者存在水汽辐散但局地大气变干, 则引起中等强度降水; 若水汽辐散与局地大气增湿共存, 则造成弱降水。将降水划分成对流和层状降水进行分析发现, 对流降水率一般大于层状降水率, 水汽辐合是对流降水最主要的水汽源, 而局地大气变干则是层状降水最主要的水汽源。区域平均局地大气变干主要发生在降水性层状云区, 而最强的局地大气增湿则发生在对流云区和晴空区; 最强的局地云的消散发生在层状云区, 而最强的局地云的发展发生在对流云区。     

云南降雨型滑坡县级预警雨量阈值分析

根据云南省华坪县滑坡灾害历史数据和同期气象站实测小时降雨资料,以滇西北的华坪县为例动态地计算了每次滑坡灾害的有效降雨天数和对应前期的有效降雨量;并应用主成分分析法对44场降雨型滑坡进行分析,结果表明间接前期雨量、发生雨量和激发雨量对诱发滑坡都有重要影响,得出诱发滑坡的降水有短时强降雨和长时低强度降雨两种类型。由此建立了含有两类降雨特点的华坪县I〖CD*2〗D（降雨强度〖CD*2〗历时）阈值曲线,并在此过程中提出了确定降雨历时D结束时刻的方法和有待进一步研究的问题。通过对华坪县滑坡预警雨量研究,为其他县级滑坡灾害预警雨量阈值的确定提供一种方法。