基于多源数据的地面降水质量控制方法研究北大核心

本文在研究地面小时降水量与自动站其他观测要素的关联关系和雷达定量估测降水的基础上,提出从自动站关联要素和雷达估测降水两个角度对地面降水进行综合质量控制的多源质量控制方法。利用该方法对2019年5至6月江苏省国家级自动站小时降水量进行质量控制,结果表明:1 h相对湿度变化值、1 h变温,相对湿度与小时降水量关联关系较好;基于SFLA-BP的雷达定量估测降水结果与Z-I关系法相比精度更高,提升了天气雷达对降水质量控制的有效性;多源降水质量控制方法比MDOS准确率提高1.45%,产生可疑数据量下降67.16%,该方法能有效提升现有降水质量控制方法的准确性。     

全国自动气象站实时观测资料三级质量控制系统研制

迄今,中国气象局已在全国建立了55000余个地面自动气象站（含国家级自动站和区域自动站）。为了促进众多台站观测资料质量提高,在实时业务中保障用户用到基本正确有效的数据,2009年底中国气象局启动了“全国自动站实时资料质量控制与综合评估系统建设”工程,旨在研制一套基本适用于全国自动站实时观测数据的质量控制技术方法,建立台站、省级、国家级资料部门的地面自动站实时资料三级质量控制与反馈业务系统。在探究自动站错误数据表现形式的基础上,研制了自动站实时观测数据质量控制技术;从业务分工与应用角度,设计建立了台站负责质量监控、省级负责质量控制和国家级主要负责质量评估的自动站实时资料三级质量控制系统。该系统已在2400多个国家级气象台站、31个省级和国家级资料部门安装部署与业务应用。通过系统建设与应用,实时上传的自动站数据质量得到明显改善。主汛期全国自动站逐小时气温、降水数据可用率分别从2009年的88%、83%提升到2012、2013年的98%左右。     

基于雷达回波的自动站小时异常强降水量质控算法研究

目前江西省自动气象站数据质控软件仅依靠降水数据本身的时间、空间相关性进行质控,存在部分异常强降水量漏识别问题.文中利用江西省气象信息中心提供的雷达回波资料和国家站降水观测资料,设计了雷达综合反射率质控参数,并对逐6 min累计降水量和雷达综合反射率值进行统计分析,建立了江西本地化的不同等级6 min累计降水量对应的雷达综合反射率最低阈值质控方案.该方案能较好地检测出江西省自动站降水资料中与雷达回波强度不匹配的小时异常强降水数据.目前该方案已应用于江西省自动站逐小时降水量数据实时自动质控业务中,有效提高了自动站异常强降水的质控效果.     

雷达估测降水在区域站降水质控中的应用

利用高分辨率雷达定量估测降水的格点数据,与自动站实际观测到的降水量进行分析对比,发现雷达估测降水映射得到的自动站估测小时降水量与自动站实际观测的小时降水量的比值服从正态分布,以此来反推区域自动站实际观测的小时降水量的可信程度,并通过建立回归方程来对那些降水失真自动站作估计。以“菲特”台风期间的区域站降水量为例作了分析计算,结果表明雷达定量估测降水对自动站实际观测降水有良好的质控效果,值得进一步分析研究。     

基于动态Z-I关系雷达回波定量估测降水方法研究

选取石家庄市新一代天气雷达2009-2012年29个降水过程雷达二次产品数据（低层5个仰角及组合反射率因子）和加密自动站逐分钟降水资料,依据与雷达回波强度最相近及与自动站位置距离最近的原则,建立随时空变化的动态Z-I关系,来定量估测无自动站观测格点的降水量,从而实时获取高分辨率雷达估测降水资料;对雷达定量估测降水与自动站观测降水的空间分布进行了对比,利用交叉检验方法分析了雷达定量估测降水的误差,结果表明:该方法反演降水的平均误差较小,为—0.6mm·h^-1,能较好地表现出降水的时空分布特征,显示出不同等级降水的面积和演变,具有反演40 mm·h^-1以上的强降水中心的能力,表明该方法具有业务应用价值,对强降雨灾害的评估具有指导作用。     

因露致使区域自动气象站出现降水量的判断

该文通过分析区域自动气象站有0.1～0.3 mm的降水量,而附近有人值守台站没有降水现象,提出了如何利用天气雷达回波强度、露生成的环境物理等条件判断造成区域自动气象站因露出现降水量的判断方法。     

四川区域融合降水产品的质量评估

本文利用四川省156个国家地面气象观测自动站2018年逐小时降水资料,从降水产品与观测值的对比、降水产品误差空间特征、降水产品误差月变化、不同降水量级的误差特征等方面,对国家气象信息中心研制的中国区域1h、0.05° × 0.05°分辨率的地面-卫星-雷达三源融合实时降水产品和地面-卫星二源融合快速降水产品在四川区域的适用性进行对比评估。研究结果表明,两套融合降水产品能较好的反映四川区域年内小时降水的时空变化特征,与站点观测降水相比,两套融合降水产品均存在一定程度的低估,且随着降水量级的增大,均方根误差值也相应增大。两套融合降水产品相比,融合了雷达资料的三源融合降水产品各项指标均优于二源融合降水产品,数据质量更高。      

山东省短时强降水天气的特征分析

通过分析山东省2007—2010年常规观测资料、山东省区域和国家级自动气象观测站降水观测资料,研究短时强降水天气的时间和地理分布特征,分析短时强降水出现的时间、落区和强度,并对1小时降水量≥100mm的短时特强降水的天气系统进行了分析,结果表明：2007—2010年山东省短时强降水天气一般出现在5—10月,7—8月较多;1小时降水量≥100mm的短时特强降水都发生在7—8月;出现短时强降水天气的时段以午后至傍晚居多,夜间次之,上午最少;当500hPa位于西风槽前和副高边缘,700hPa和850hPa位于西风槽前或存在切变线,地面有冷锋影响时,有可能发生1小时降水量≥100mm的短时特强降水天气。     

精细数值预报在60周年国庆天气服务中的应用

在60周年国庆天气服务中,使用ARPS实时分析预报系统,将地面观测、探空、自动站、雷达基数据和风云2卫星TBB等多种观测资料同化,使用较多的观测数据调整模式初始场,对天安门地区未来3天的天气逐日进行精细化数值预报。对ARPS系统的降水落区和量级预报能力及单点降水预报准确率检验结果表明:对于秋季低槽东移造成的华北地区的大范围降水,ARPS系统有较好的预报能力,12-36 h预报的1 mm降水落区与实况十分吻合,降水量预报通常略大于实况;对单点的1 h的累积降水预报,预报降水的开始时间较实际降水时间提前1-3 h,1h累积降水随时间增大或减小的变化趋势预报比较准确。综合看来,使用ARPS实时分析预报系统进行精细化天气预报是可行的,数值预报的结果对于精细化天气预报决策具有较好的参考价值。     

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。     

两种非常规探测资料在天气预报中的应用

分析了GPS水汽和中尺度自动气象站两种非常规探测资料在天气预报中的作用,结果表明:非常规探测资料可以弥补常规探测资料在时间和空间上密度的缺陷,GPS水汽资料的时间演变特征与强降水有较好的对应关系,不同天气系统、不同降水类型和不同季节有着不同的分布特征,在降水过程分析及短时临近预报预警中有重要的参考意义;自动站资料可以分析中小尺度天气系统的强度、范围、维持时间和演变特征,对于局地性强降水的预报预警有重要的作用。     

利用雷达回波与GIS技术反演面雨量研究

自动气象站可以直接测量单点或较小范围的降水量,测量精度较高,但自动气象站的分布密度不够,往往漏掉强降水、暴雨中心。雷达能实时探测云和降水结构及系统发生、发展演变情况,能迅速提供一定区域的实时降水情况,但雷达测量误差较大,测定局地降水量精度不高,因此,将自动气象站与雷达进行点面结合,采用一定的数学方法和GIS技术,可以得到能够代表某特定区域平均降水情况的面雨量。以深圳市行政区域面雨量反演为例,建立区域内所有测站的6 min累积降雨资料与雷达回波数据之间的回归关系,借助GIS技术和包括对经度、纬度、海拔高度3个因子的地理订正,构建雷达图上特定行政区域的面雨量计算模型,并对格点拟合雨量进行空间分辨率的精细化反演,得到雷达图上的特定行政区域的面雨量图。     

天气现象仪自动化观测资料对比分析

介绍2011年12月至2012年6月在北京市观象台、庐山气象局对目前一些天气现象仪所进行的对比观测试验的过程和结果分析。参与此次为期7个月的对比观测试验仪器有3种类型,每种类型配备3套,分别由3家厂商提供。试验采用人工目测辅助摄像作为参考标准,测试了这些天气现象仪对各种不同天气现象观测的准确性。结果表明:各仪器观测降水现象的数据准确性均大于90%,能够满足业务需求。区分降水强度时,各仪器的降水捕获率在70%以上(雨强大于0.01mm/h);微量降水(雨强小于0.01mm/h)和混合型降水,各仪器降水捕获率相对较低。仪器观测视程障碍现象的数据准确性均大于80%,能够满足业务需求。其他现象由于样本数量相对较少,需要更多进一步试验,并改进算法。     

天气雷达数字化终端及其应用软件

为解决雷达数据采集、实时显示、数据存储、资料处理自动化等问题，进行了天气雷达数字化终端和应用软件技术的研究和开发。改变了711B-1雷达数据存储、分析自动化程度低的状况。增加和丰富了雷达二次产品，使雷达资料得到了充分的分析和应用，提高了雷达对天气的监测能力。增加了对冰雹、暴雨等强对流天气的预警功能、人工增雨效果检验等功能。     

包头市昆都仑水库增雨燃烧炉首次作业的效果分析

通过2009年5月27日包头市昆都仑水库地面增雨燃烧炉作业实况和多普勒天气雷达速度、713天气雷达回波及区域地面自动雨量站资料的对比分析,发现在深厚的层状云系中,适时进行地面燃烧炉增雨作业,可增强区域降水量,提高增雨作业能力。分析结果为指导包头地区地面燃烧炉布点和增雨作业提供了科学依据。     

CINRAD CB产品与自动站资料在人工增雨中的应用

利用高空、地面环流形势图和新一代天气C波段雷达产品中的反射率因子、径向速度产品以及自动站资料,对2011年7月29日大同地区一次大范围降水过程中人工增雨作业条件和效果进行综合分析.在同一环流背景条件下,通过雷达跟踪监测、雷达回波动画显示、作业前后回波强度比较、作业点与未作业点之间的比较,利用自动站数据,对增雨作业的效果进行综合分析比较结果表明此次大范围连续性降水的形成与适宜的人工增雨有一定相关性.     

自动气象站资料评估方法及应用

根据相关要求，确定了自动气象站资料质量评估和差异评估的方法，并应用该方法，对河南省已建49个自动气象站的数据质量及与人工站的差异进行了评估。     

石河子地区一次强对流天气综合分析

针对2008年主汛期期间7月25—26日在新疆石河子地区出现的冰雹、雷暴、短时强降水等强对流天气过程,对大尺度的天气形势、卫星云图和新一代天气雷达产品进行分析,剖析了石河子地区出现强对流天气的环流背景以及雷达产品的特征。结果表明：此次过程中高空有明显的低槽不断向该地区分裂干冷空气,并与槽前西南气流和中低层的辐合系统相配合,使得对流有效位能不断积累,不稳定指数不断增大,为这次强对流天气过程提供了有力的动力、热力条件。局地出现的冰雹、雷暴、短时强降水与大于50dBz的回波强度、9km以上的云顶高度和45—50kg／m^2的VIL回波特征,在雷达图上均有较好的对应,且发生地与回波的移动方向相一致。     

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。     

北京局地暴雨过程中近地层辐合线的形成与作用

由近地面层辐合线（切变线）引发的局地暴雨是北京夏季一种较为常见的天气类型。利用常规气象资料、数值预报产品难以分析预报出引发局地暴雨的中小尺度系统、进而不能正确把握降雨出现的时间、落区和量值的大小。本文利用北京S波段多普勒天气雷达（CINRAD-SA）监测资料、风廓线仪、微波辐射计等新型探测资料,以及北京加密自动站观测资...