内蒙古夏季降雨过程持续性特征

利用1991—2017年夏季(6—8月)内蒙古地区111个国家站逐时降雨量资料和1971—2017年夏季(6—8月)内蒙古地区115个国家站日降雨量资料,分别对内蒙古地区短时强降水过程和日降雨(小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨)过程持续性特征进行研究。结果表明:(1)内蒙古地区短时强降水过程持续最长时间为38 h,其中持续3 h所占比例最大。持续时间在12 h内的短时强降水过程在16:00(北京时,下同)—18:00降雨量偏离程度最大,但持续时间超过12 h的短时强降水过程在03:00降雨量偏离程度最大,短时强降水过程持续时间越长,降雨量极值越低。自2010年以来内蒙古地区短时强降水过程发生次数开始增多,其中持续时间在4～6 h和7～12 h的短时强降水过程增加显著,但持续时间在1～3 h短时强降水过程明显减少。(2)内蒙古地区小雨过程和暴雨过程发生次数呈现递减趋势,但近年来持续长时间的小雨过程、中雨过程和暴雨过程偏多。在2017年出现首场特大暴雨过程。内蒙古地区特大暴雨过程最长持续日数2天,其余日降雨过程最长持续日数在10～15天,其中大雨过程持续日数最长可达15天,小雨过程和中雨过程(大雨过程和暴雨过程)持续1天(2天)所占比例最高,日降雨过程降雨量极值易发生在前3天。(3)内蒙古地区降雨过程发生次数、持续小时(日)数极值和累计降雨量极值空间分布特征都表现为自内蒙古西部地区向中部偏南和东部地区递增,高值区易发生在内蒙古东部地区。     

ATOVS资料在长江流域一次暴雨过程模拟中的应用

利用2002年 "973" 中国暴雨试验(CHeRES)期间获取的常规、非常规观测资料, 对7月22～23日长江中下游地区的一次大暴雨过程进行了分析和模拟研究.分析表明, 此次降雨过程是由东北-西南向梅雨锋上发生发展的β中尺度对流云团造成.在高低空环流的共同作用下, 高空槽后干冷气流与西南暖湿气流在长江中下游地区频繁交汇, 使得中尺度对流系统得以持续发展.模拟研究发现, 由于梅雨锋云带结构比较松散, 造成降雨的强对流系统尺度较小, 仅利用常规探空资料难以理想地模拟出降雨过程中对流云团的强度、演变.为此, 采用不同同化方案同化NOAA16卫星的ATOVS资料, 对此次降雨过程进行了对比模拟试验.结果发现, 形成模式初始场时考虑间接同化ATOVS反演得出的温、湿资料, 模式虽然同样能较好地对造成暴雨的主要天气系统、降雨的主要落区以及暴雨发生的时段进行模拟, 但雨区和雨强的模拟效果没有明显改进.相比而言, 采用增量三维变分同化系统, 直接同化ATOVS资料形成初始场, 不仅可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 而且对降雨的落区、强度、暴雨发生时段均有较好的反映.模拟试验结果表明, 直接同化ATOVS资料, 模拟的梅雨锋上局地暴雨强度与实际降雨量级基本一致, 且可以有效改进对流层温、湿场分布.这不仅说明ATOVS资料的使用对于提高梅雨锋上局地暴雨过程模拟效果是可行的、必要的, 而且也为该资料用于梅雨锋暴雨的预报奠定了基础.     

溃变理论在滇东南暴雨预报中的应用

根据溃变原理的非规则结构分析方法,对红河州1980—2015年259场暴雨过程进行了检验分析、合成分析和预测应用,计算分析了超低温及低频重力波指数与暴雨出现的相关性。结果表明:暴雨前12~36h,(低涡)切变暴雨、孟湾风暴(南支槽)暴雨、副高外围暴雨、西行台风暴雨和辐合区暴雨在探空站的V-3θ结构信息图上分析出明显的先兆特征,集中表现为对流层高层出现超低温、3θ曲线的非均匀结构、中低层的充沛水汽条件和整体顺滚流;超低温越强,未来12~48h降雨也会增大,但是超低温现象出现频率较大,需配合其他条件判断暴雨的出现;低频重力波稳定指数与未来24h降雨存在显著负相关,即低频重力波稳定指数越小,降雨量越大,前24h的低频重力波稳定指数值对暴雨指示意义最强,当低频重力波稳定指数值为-0.2^-0.4时发生暴雨的频率最高。     

湛江市前汛期总降雨量分析

湛江市前汛期 (4～ 6月 )总降雨量主要由大雨及暴雨过程决定。大雨、暴雨过程与降雨量的偏多或偏少有很好的相关性。可通过点聚图及回归方程来表征两者的线性关系 ,从而将前汛期降雨量的预报转化为相当大雨日数 (将大雨或暴雨过程的总降雨量除以 30 ,所得之整数为相当大雨日数 )估算问题 ,而相当大雨日数的预报 ,可以用自回归方程得出。1　前汛期总降雨量的年际分布　　采用业务工作中的旱涝级别 ,对 195 1～1996年湛江市前汛期总降雨量进行分级 :1级表示降雨距平百分率ΔR≤ - 5 0 % ;2级表示降雨距平百分率 - 5 0 % <ΔR<- 2 0 % ;3级表…     

1998年宜昌水文站水文气象耦合预报试验结果

为检验是否考虑预见期降雨对水情预报的影响,选取长江上游1998年6月28日至7月2日和8月2～7日两次典型暴雨洪水事件,在作宜昌水文站洪峰流量预报时,将预见期降雨预报应用到水文模型之中,尝试进行水文气象耦会预报试验;其中降雨量由常规降雨预报和气象模型（HIRLAM）定量预报两种方法获得,对宜昌流量预报采用三峡区间降雨径流方案。经试验发现：若预见期发生强降雨天气过程,考虑预见期降雨比不考虑的水情预报效果要好。     

昆山市暴雨时空分布特征及设计暴雨强度公式推求

基于江苏省昆山市2008—2015年12个自动气象站逐分钟降雨数据和常规气象站小时降雨量数据,并选取5个代表站分别代表不同的生态系统,先对昆山市降雨和暴雨的时空特征进行分析,然后采用年多个样法进行暴雨选样,利用指数分布、皮尔逊Ⅲ型分布和耿贝尔分布分析暴雨发生频率,最后使用高斯-牛顿法推求不同生态系统代表站的暴雨强度公式参数,结果表明:(1)昆山市各站点2008—2015年期间年降雨量都呈增长趋势,夏季降雨量最多、冬季最少,一天中01时(北京时间,下同)左右为降雨谷值,18时左右为降雨峰值,白天降雨多于夜晚; 在空间分布上,农田和城市生态系统的年降雨量、年降雨日数最多,湿地和湖泊生态系统较少。(2)暴雨日数年际差异大,年内暴雨主要集中在夏季,暴雨发生频次日变化呈“双峰型”分布,暴雨发生频次在02时和18时最多,09时和24时最少; 市区的暴雨日数空间变异系数大于郊区,且从市中心向外递减。(3)城市生态系统适宜采用皮尔逊Ⅲ型分布推求暴雨强度公式,其他类型生态系统适宜采用指数分布推求暴雨强度公式。      

基于芝加哥法的桂林市短历时暴雨特征分析

利用桂林气象站1957-2014年逐分钟降雨资料,运用线性倾向估计、M-K突变检验方法分析了桂林市短历时暴雨变化特征,采用芝加哥法推算了重现期2a,历时30-180min的暴雨雨型。结果表明:(1)桂林市各短历时最大降雨量均呈增加趋势,30-90min最大降雨量增加趋势较为显著,120-180min最大降雨量增加趋势不明显;(2)各历时前10个降雨极值在1986-2014年间出现的个数大于1957-1985年间,降雨极端值均出现在1978年以后,各历时年最大降雨量变化均未有明显的突变;(3)桂林市短历时暴雨雨型为单峰型,30-90min雨峰位置降雨量随着历时的增加而增加,90-150min雨峰位置降雨量随着历时的增加先减少后增加,雨峰位置基本处于整场降雨过程的1/3分位;(4)30min和60min降雨过程的累积降雨量一开始出现激增变化,随后增速趋于平缓,历时90-180min降雨过程的累积降雨量经过平缓增加-激烈增加-平缓增加的过程。     

溃变原理在阳江地区一次局地特大暴雨预报中的应用

论述溃变原理v-3θ图的结构特征,并利用其分析预测了2009年6月上旬阳江地区的一次局地特大暴雨过程,结果表明:对于该次局地特大暴雨过程,各家数值预报结果不理想,均为一般量级降雨,暴雨以上量级漏报,但利用基于实际探空观测资料计算得到的溃变原理v-3θ图预测该次强降雨过程,效果较好,并具有一定的提前量。     

地基GPS水汽监测技术及气象业务化应用系统的研究

本研究建立了川渝地区地基GPS（global positioning system,全球定位系统）遥感水汽的本地化计算模型,开发出GPS遥感水汽的计算软件包,开展了局域地基GPS观测网遥感大气水汽的试验及业务应用,反演出30 min间隔的高时间分辨率GPS可降水量序列。评估了反演精度,研究了GPS水汽产品在气象业务应用的可行性。研发了可搭建在MICAPS（meteorological information comprehensive analysis and process system）平台上的地基GPS水汽监测业务化应用系统,实现了局域地基GPS观测网数据的实时传输、数据解算、可降水量反演和GPS水汽产品的可视化,并在气象业务部门试运行,在强降水、暴雪等灾害性天气预报中发挥了独特作用。本项目组系统性研究了GPS可降水量的时间变化、水平分布,分析了GPS可降水量与气温、气压、比湿、辐射和降雨量等地面气象要素以及与局地环流、水汽输送和循环等大气过程及地形的对应关系。研究了GPS水汽产品在几类典型灾害性天气（西南暴雨、持续性降水、冰冻雨雪、大雾）以及人工增雨中的演变特征,揭示了GPS探测水汽技术及其产品在天气预报业务中的应用方法。进行了GPS可降水量的日循环合成分析,GPS可降水量在华北暴雨、西南暴雨、华西秋雨、四川盆地夜雨等方面的应用研究,以及不同云系降雨过程、不同类型降雨过程中GPS可降水量的对比分析。例如,对不同类型降雨过程中GPS-PWV（precipitable water vapor by GPS,GPS可降水量）的比较表明,在夏季暴雨发生前5～10h,GPS-PWV的激增可很好地预示其后的强降雨天气;而对于类似秋绵雨的一般性持续降雨来说,GPS-PWV的连续大幅递增或递减并超过平均值可作为降雨开始或结束的预报依据;对于不同类型降雨天气过程GPS-PWV具有不同的日变化特点,它能及时反映水汽的局地变化特征,作为水汽异常输送中的强信号,GPS-PWV在降雨天气分析及预报中具有重要的指示意义。     

鲁中南一次暴雨过程的特征和成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6h的再分析资料、GPS可降雨资料和地闪定位资料,对2013年7月4—5日山东中南部出现的暴雨到大暴雨天气过程的不同阶段特征和成因进行了分析,结果表明:本次暴雨过程是冷暖切变线所引发,暴雨的水汽源于南海;低空急流的强弱和水汽通量的大小呈正相关;暖切变线暴雨的雨强、影响范围和持续时间明显大于冷切变线暴雨;冷、暖切变线GPS可降雨量表现不同,前者短时间内增幅大,地面强降雨在峰值出现1h后发生,对地面降雨变化反映较敏感,后者强降雨出现前8h可降雨量快速上升,可降雨量峰值对应地面降雨大值,对地面降雨变化反映不敏感;冷切变线对流性更强,地闪频次为暖切变线降雨的2倍,正地闪频次为暖切变线降雨的1/2,负地闪频次为暖切变线降雨的2倍;降雨云团正、负地闪活跃程度呈反相位关系,正、负地闪的变化能很好地反映强降雨的变化;冷、暖切变线动力结构不同,前者物理量场从低层到高层向北倾斜,后者则为垂直分布;冷切变线上升运动区较暖切变线深厚。     

A Comparison of GPS- and NWP-derived PW Data over the Korean Peninsula

Precipitable Water (PW) derived from Global Positioning System (GPS) measurements and numerical weather prediction (NWP) model analysis data were compared to further evaluate the efficacy of applying GPS-derived PW to the NWP model. The spatial and temporal variations of GPS-derived PW during a rainfall event were also examined. GPS-derived PW measurements show good agreement with the behavior of water vapor at a high spatial resolution during the analysis period. Temporal anomalies of GPS-derived PW moving along with the front are successfully detected by the GPS array. Large positive anomalies of GPS-derived PW are indicated immediately before a rainfall event, and the intensity of these positive anomalies do not seem to decrease significantly as the precipitation system passes. These results indicate that the Korean GPS network may have great potential as a PW sensor over the Korean Peninsula. In contrast with GPS-derived PW, NWP-derived PW shows negative biases. These biases appear to stem mainly from the differences between modeled and actual GPS site elevations, as GPS sites were generally located at elevations lower than those employed by the NWP model. However, there still exists a discernable dry bias after a PW correction is applied to NWP-derived PW. GPS-derived PW better reflects the spatial and temporal moisture variations of precipitation systems, as compared to NWP-derived PW. These results provide entirely new information for improving the regional NWP system, since GPS-derived PW produced with data from the Korean GPS network may be incorporated into the NWP model to improve rainfall forecasts.     

DRP-4DVar方法同化AIRS反演资料在一次江淮流域暴雨中的应用

利用经济省时的降维投影四维变分同化方法(DRP-4DVar),在2009年7月22～23日江淮流域的一次大暴雨过程中同化晴空条件下高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演温度、湿度廓线,改进此次强降水过程的模拟。试验结果分析显示,同化AIRS反演的温度及湿度场后,基于四维变分同化系统的模式约束,能够改进湿度场、高度场、高低层散度场。从累积降水量偏差图及同化试验增量图可以看到,正降水量偏差对应于正湿度增量、负位势高度增量及低层负散度高层正散度增量,负降水量偏差则与之相反。同化试验较参照试验可更好地模拟出暴雨的天气形势、对暴雨的落区及强度有更好的反映。此外,从单次同化与连续同化的试验对比结果看出,连续同化试验结果较单次同化结果有进一步的改进,说明不断加入新的观测资料可以更好地模拟强降水过程。     

Synoptic and thermodynamic characteristics of 30 March–2 April 2009 heavy rainfall event in Iran

A heavy rainfall event during the period from 30th of March to 2nd of April 2009 has been studied using upper air and surface data as well as NOAA HYSPLIT model. This observational study attempts to determine factors responsible for the occurrence of heavy rainfall over Iran induced by Mediterranean cyclone, a western severe sub-tropical storm that made rainfall on most regions of the country. On the surface chart, cyclones, anticyclones and weather fronts were identified. The positions of the cold and warm fronts, which extended from a two-core low pressure center, were quite in good agreements with directions of winds i.e., westerly, southerly and easterly flows as well as the regions of precipitation. The heavy rain event occurred due to a Mediterranean cyclone’s activity over the study area, while other conditions were also responsible for this event such as an unstable atmosphere condition with abundant low-level moisture, which the warm and moist air parcels were brought by the southwesterly low-level jet into the country from Persian Gulf, Oman Sea, Indian Ocean and Caspian Sea at lower levels as well as Mediterranean Sea, Red Sea and Persian Gulf at upper levels over the examined period. A strong low-level convergence zone was observed along the wind-shift line between the southwesterly flow because of the low-level jet and the northeasterly flow due to the Russian high pressure. The amount of precipitable water varied between 20 and 24 kg m^?2, surface moisture convergence exceeded 2.5 g kg^?1 s^?1 and the highest CAPE value in the sounding profiles was observed in Birjand site with 921 J kg^?1 during the study period. The HYSPLIT model outputs confirmed the observed synoptic features for the examined system over the country.     

基于探空数据集成学习的短时强降水预报试验

使用2015—2019年6—9月08:00（北京时）我国119个探空站的大气层结和对流参数作为特征参数,基于XGBoost集成学习方法,建立短时强降水事件预报模型。同时,提出一种面向高影响天气的模型优化思路,通过使用分段权重损失函数,进行模型调优,在空报率不超过一定阈值的情况下,可提升模型预报的命中率和TS评分。设计分段权重损失函数权重敏感性试验和损失函数对比试验,选取7个区域中心探空站对比分析模型优化方法的有效性和泛化性。利用2019年6—9月全国探空数据针对短时强降水预报开展批量独立检验和个例分析,结果表明:改进后的预报模型TS评分提高0.05~0.1,命中率提高0.15以上,空报率提高0.05~0.1,表现出明显的“宁空勿漏”预报倾向,模型预报能力得到明显提升;在全国短时强降水预报试验中,预报模型命中率为0.65,空报率为0.37,漏报率为0.34,TS评分为0.47,说明该模型对短时强降水天气具有一定预报能力。     

暴雨过程中干层的研究

通过研究暴雨过程中湿度场的垂直分布，发现暴雨发生前在对流层中层（600～400 hPa）存在着一个干层。并据此深入研究了干层的时间演变、成因及引起强天气的机制等。结果表明:垂直方向上湿度的变化非常迅速；干层在暴雨发生前形成，在暴雨发生后逐渐减弱消失；暴雨过程中的干层与其它强天气（雷雨大风、冰雹）过程中的干层有明显不同；干层的上方是深厚的对流稳定层，干层的下方是深厚的对流不稳定层。     

基于卫星降水和WRF预报降水的“6.18”门头沟泥石流事件的回报检验研究

2017年6月18日北京门头沟地区突发泥石流,造成6人伤亡。短时强降水是这起事件的主要诱发因素,但常规气象观测并没有很好地观测到此次降水过程,可见降水数据的准确性对于滑坡泥石流的实时预警及预报至关重要。近年来,卫星遥感估算降水发展迅速,WRF（Weather Research and Forecasting Model）模式关于降水的预报技巧也逐渐提高。本文以自动站降水资料为参考,首先利用定性方法和泰勒图、TS（Threat Score）评分等定量的方法比较了CMORPH（CPC MORPHing technique）、GPM（Global Precipitation Measurement）和PERSIANN-CCS（Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks-Cloud Classification System）三种卫星降水资料以及不同起报时间的WRF预报降水对此次降水过程的表现能力,然后利用降水数据驱动滑坡泥石流统计预报模型,对此次事件进行了回报,分析不同降水数据在模型中的实际应用效果,最终为滑坡泥石流实时预警和预报系统的构建提供参考。结果表明,三种卫星降水资料基本上能反映出此次降水过程东北—西南向的带状空间分布形态,其中,CMORPH与自动站资料的空间相关性最好,命中率也最高,但对降水量有一定的高估,GPM对平均降水量的时间变化有较好的反映,体现了卫星降水在观测较少地区的良好利用价值,PERSIANN-CCS的表现则相对差些。WRF模式能预报出此次降水的带状空间分布特征,但降水中心的位置与实际有所偏差;此外,预报的最大降水量的峰值出现时间比实际上晚。由于此次降水的强局地性,只有空间分辨率均匀且质量相对较好的CMORPH卫星降水驱动模型可以回报出此次事件,而自动站点资料由于空间分布不均,则没有回报出此次事件,这表明了卫星降水在滑坡泥石流实时预警系统的构建中具有一定的优势。WRF模式降水驱动模型可以提前做出预警,虽然预报的事件发生时间与实际相比偏晚3~5 h,但WRF可以较好地预报72 h内的降水,因而可以延长灾害的可预见期。WRF模式预报降水的时间和空间精度都需要进一步提高,但是仍具有很好的参考意义。     

探空观测资料在西南暴雨中的同化试验

利用探空观测资料、T213资料、NCEP再分析资料以及GRAPES三维变分同化系统,研究不同探空观测资料预处理过程对同化结果和西南暴雨预报的影响。得到以下主要结论:(1)资料接收方式和取资料的截断时间不同会影响可用探空观测资料的站点个数。不同探空观测资料预处理过程,使同化系统得到的可用资料数量不同。(2)同化系统同化的探空资料数量越多,对背景场调整幅度越大。(3)利用GRAPES 3D-VAR系统同化探空观测资料能够改善背景场质量,随着同化的资料条数增多,对背景场的改善作用越明显。(4)降水预报结果表明,同化系统使用的资料条数越多,降水中心强度越接近实况。(5)2005年7月降水预报在西南地区的TS评分结果表明,国家气象中心使用的探空观测资料预处理程序优于成都区域中心的预处理程序。      

GPS可降水量资料应用于MM5模式的变分同化试验

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中13个站点的资料对2002年6月27~28日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5背景误差调节和可降水量资料的三维变分同化试验。试验结果表明:背景误差对三维变分同化的效果起着关键作用,模式变量(u,v,T,p和q)误差的水平尺度与NMC方法的平均时间长度有直接的关系。利用NMC方法重新构建的背景误差更接近实际的背景误差。三维变分技术能有效地同化GPS可降水量资料。GPS可降水量资料的同化使用不仅能调整模式初始湿度场,而且也能相应地调整模式初始气压场、温度场和风场。GPS可降水量资料的同化有利于减小模式初始场对可降水量的分析误差,并且有利于减小模式积分初期(3~6 h)可降水量的预报误差。与没有进行GPS可降水量同化相比,通过GPS可降水量资料的三维变分同化,使MM5模式6 h和24 h累计降水能力得到提高,改善了MM5模式降水预报性能。总体上,GPS可降水量资料的变分同化有利于模式降水预报能力的提高。     

GPM卫星和地面雷达对江苏盐城龙卷风强降水估测的对比

为综合评估卫星和天气雷达在2016年6月23日盐城龙卷风期间的强降水过程的降水估测精度,以国家级雨量站观测数据为基准,结合相关系数(CC)、相对误差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标,利用S波段的天气雷达定量降雨估测产品(RQPE)和全球降水观测计划多卫星融合产品(IMERG_FRCal,IMERG_FRUncal,IMERG_ERCal)进行比较。结果表明,雷达和卫星的累积降水量与雨量站的空间相关性很强(相关系数大于0.9),基本上能捕捉到整个降水过程的空间分布。降水主要分布在江苏省北部,但卫星高估了江苏省东北部强降水中心的降水量;对于小时时序区域平均降水,卫星高估了降水,而雷达低估了累积降水量。综合降水中心区域分析,IMERG的强降水区域降水量与雨量站的时间序列的偏差显著;RQPE在降水峰值达到之前及峰值之后与地面雨量站的变化趋势基本一致,但对降雨量峰值有明显的偏低。RQPE能较为准确地在时间上捕捉到降雨强度的变化趋势,但对于大雨及暴雨的估测能力不佳;RQPE的POD、SCI值都远远高于IMERG, FAR也较小。IMERG几乎未能监测到强降水的发生。总体上,RQPE对此次龙卷风强降水量的估测表现优于3种IMERG产品,特别是在捕捉强降水区域的空间分布方面,但对于强降水的估测能力仍需进一步改善。     

台风“利奇马”(1909)快速增强事件的降水演变

利用台风路径资料及GPM多星集合降水反演产品(IMERG),分析了“利奇马”台风快速增强(RI)事件的平均降水率、降水(>0 mm·h^-1)和短时强降水(>20 mm·h^-1)的覆盖率随时间的演变。进一步,将RI事件分为RI启动前0~24 h、RI启动期、RI持续期、RI结束前0~24 h,和RI结束后0~24 h等阶段,分析平均降水率、降水和短时强降水发生频率的空间分布。研究结果表明:(1)在整个RI事件中,平均降水率和短时强降水发生频率较高的区域主要集中在台风中心西北方位,但其面积和位置随阶段转换而变化;(2)在RI启动前0~24 h,降水覆盖率的高值区由台风内核逐渐扩大至台风外围,而平均降水率和短时强降水覆盖率在RI启动后才明显增强;(3)在RI启动前0~12 h到RI结束前0~24 h的4个阶段,平均降水率和短时强降水发生频率的高值区都出现在台风移动方向的正前方。