佛山市X波段双偏振雷达地形遮挡与覆盖面积分析

利用SRTM3高分辨率的数字高程模型(DEM)对佛山市已建成的4部X波段双偏振雷达进行地形遮挡分析。结果表明:南海、三水、顺德雷达在0.5°低仰角遮挡严重,而高明雷达在0.5°低仰角基本没有遮挡。在1.5°仰角除三水还有少量遮挡外,其他雷达基本没有遮挡。另外,南海、三水雷达仰角1.8°、2.8°,顺德雷达仰角1.5°、2.5°,高明雷达仰角0.5°、1.5°低层2层仰角组网的扫描数据比较可靠。X波段双偏振雷达总的覆盖面积约为30005km^2,2部雷达共同观测面积为22569km^2,占总覆盖面积的75%,3部雷达共同观测面积为12503km^2,占总覆盖面积的42%,4部雷达共同观测面积为5608km^2,占总覆盖面积的19%。佛山市X波段雷达整体的遮挡率比较低、覆盖面积大、布网情况好。     

基于多重网格策略的NLS-3DVar资料融合方法及其在气温数据融合中的应用

将多重网格策略引入NLS-3DVar(Non-linear Least Squares-based on Three-dimensional Variational Data Assimilation,非线性最小二乘三维变分同化)方法,进而应用于2400多个国家级气象观测站逐时气温数据和NCEP再分析气温数据的融合,得到中国区域空间分辨率1°×1°,时间分辨率为6小时的气温融合产品。分别从单重网格(分辨率1°×1°)和双重网格(分辨率由2°×2°到1°×1°)利用2014年1~12月(4、5月除外)的独立检验数据考察NLS-3DVar气温融合产品质量,验证基于多重网格策略的NLS-3DVar方法的优越性。在单重网格下,与广泛应用于气象行业的Cressman插值产品(均方根误差和相关系数的年平均值分别为1.961°C d~(-1)和0.924)相比,NLS-3DVar产品全年始终具有最小的均方根误差和最大的相关系数,年平均值分别为1.915°C d~(-1)和0.929;站点间误差分析进一步表明,NLS-3DVar产品在大多数检验站点精度更高,在新疆、甘肃、云南、陕西等地区尤为突出;加入双重网格策略的NLS-3DVar产品与单重网格的NLS-3DVar产品误差对比显示,均方根误差年平均值分别为1.649°C d~(-1)和1.711°C d~(-1),相关系数年平均值分别为0.970和0.968,二者在均方根误差和相关系数的表现上都极为相似,即双重网格NLS-3DVar气温产品尽管对观测数据采取了稀疏化处理,但依旧维持了原有的产品精度,并且在计算效率上提高了1倍多。而与同样在双重网格下基于多尺度的STMAS(Space–Time Multiscale Analysis System)算法相比,双重网格的NLS-3DVar产品在产品精度上同样占据优势,在计算效率上单位时次耗时与STMAS算法几乎相当。     

漫谈乌兰察布市地形与气候

乌兰察布市地处内陆,位于内蒙古自治区中部,110°21′-114°49′E之间,40°10′-43°28′N,海拔高度1065～2305m,东北接壤锡林郭勒盟,东依河北省张家口地区,南与山西省大同市交界．西与呼和浩特、包头毗连,北与蒙古人民共和国接壤,全市总面积54491．9km^2．     

阴阳网格上通量型非静力模式动力框架的理想试验

为改善球面经纬度网格在高分辨率应用的苛刻限制,提高全球大气动力模式的时间积分效率,选取以阴阳网格为基础构建通量型非静力大气模式动力框架,采用有限体积法和通量型平流显式算法积分方案,保证模式的守恒计算性能。该动力框架在标准三维大气理想试验中进行了中期积分试验,对动力框架的计算效果、性能进行检验。在三维平衡流试验,罗斯贝-豪威茨波试验和山脉罗斯贝波试验中均表现出很好的稳定性和三维计算效果,其中水平2.5°分辨率模式的平衡流垂直速度误差为10-5量级,而经向速度误差在10-2量级,罗斯贝-豪威茨波保持基本波形稳定传播,而地形罗斯贝波试验则给出背风坡激发低槽在发展过程中不断向下游和南半球传播。      

上海浦东X波段双线偏振雷达衰减订正效果分析北大核心CSCD

降水对X波段雷达电磁波的显著衰减,造成了回波弱化现象,带来了定量应用不准确的问题。为了减轻降水衰减对雷达数据的影响,用Z-K_(DP)(反射率因子-差分传播相位常数)方法对上海浦东气象局的X波段雷达反射率因子进行订正试验,具体方案为:当K_(DP)≥0.3°·km^(-1)时,用K_(DP)的值进行订正;当K_(DP)<0.3°·km^(-1)时,使用雨滴谱拟合A(衰减系数)和Z间的经验公式做衰减订正。选取对流性降水个例(2020年9月17日)和稳定性降水个例(2021年2月26日)进行衰减订正试验,经过衰减订正和系统偏差订正后,X波段雷达反射率因子与S波段雷达的反射率因子大小相当,回波形态相似,验证了该订正方法适用于对流性降水和稳定性降水的X波段雷达反射率因子的衰减订正。     

基于国家气象观测站逐日降水格点数据的交叉检验误差分析

利用2006-2008年2 403个国家气象观测站地面雨量计的逐日降水量资料,采用与网格点最近的观测站有、无降水确定该网格点有、无降水和Barnes插值方案确定网格点降水大小的混合插值方案,得到全国空间分辨率为0.1°×0.1°（约10km×10km）的逐日降水量格点数据,在此基础上通过交叉检验方法统计格点数据的误差,...     

一个有限区变网格模式的设计

在国家气象中心业务运行的有限区球面均匀网格模式的基础上设计了一个有限区变网格模式。使预报的窗口区设计为均匀细网格0.5°，而窗口区以外则以0.1°经纬度均匀向外递增。采用廖洞贤1995年提出的坐标变换方法，变网格中的模式方程可以在相应的均匀网格上进行计算。利用实际资料对绝热模式进行了变网格与全场均匀细网格0.5°的对比试验。3个个例的试验结果表明:对窗口区变网格模式预报几乎与全场均匀细网格模式预报水平相当。但由于窗口区外网格点数减少而所用计算机时（CPU）节省了一半以上。     

怎样提高卫星云图定位精度

不少台站发现,美国第三代极轨气象卫星云图的定位误差较大,而且不规则。有时网格与实际地形基本吻合,有时经纬线误差可达2°左右,这对台风等天气系统的定位极为不利。 经过反复试验并进行分析计算,我们发现了造成定位不准的一些重要因素,并提出提高定位精度的一些作法,简介如下。     

中国邻海海-气热量、水汽通量计算和分析

使用长年代、高质量海洋气象观测资料,选用适合研究海域的计算参数,按2°×2°网格计算了中国邻海（黄、渤、东、南海及140°E以西西北太平洋）辐射平衡和海-气热量、水汽通量,讨论了它们的年、月分布和时空变化,并以海面热量净收支为主要指标进行了海洋气候区划。     

索马里低空急流的数值模拟

本文首先将5°×5°P—σ五层原始方程粗网格模式改进为2.5°×2.5°的细网格模式,进而设计了粗细网格的嵌套模式。用嵌套模式对索马里低空急流进行了数值模拟,其结果表明:模式的水平分辨率对急流的模拟效果影响很大,模拟的急流轴上最大风速为13米/秒,与急流实际强度较为接近。 我们用六月纬向平均风场作初值,进行了10天的数值积分。根据风速的时间变化将急流的演变分为形成、加强及维持三个阶段,对急流各个阶段的流场及结构特征作了详细讨论。索马里沿岸低空气流由南向北越赤道气流的上空500百帕和300百帕层正好相反,气流由北向南穿越赤道。还通过控制性试验讨论了索马里低空急流向北发展的情况。      

雷达雨量计联合估算降水在城市内涝模型中的应用

为了满足城市暴雨内涝模型对面雨量精细化的需求,在天津城市暴雨内涝模型的基础上,将雷达估算降水产品应用到模型面雨量计算中,针对2012年7月25—26日天津的大暴雨过程,考察4种雷达估算降水产品和两种插值方法计算的内涝模型面雨量。经过对比发现,利用变分方法计算的雷达估算降水产品VAR用曲面插值方法计算内涝模型的面雨量整体效果最好。     

天津市短时暴雨雨型时空分异及其对城市内涝的影响

利用天津市1961-2018年分钟级降水数据,统计了天津地区短时暴雨过程,结合模糊识别法对暴雨过程进行分类,分析了暴雨雨型的时空分布特征,基于天津城市暴雨内涝数值模型,评估了不同雨型对内涝积水总量的影响。结果表明：近58 a天津地区短时暴雨雨型以单峰型（Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型）为主,其中各年代60 min暴雨雨型以Ⅰ型、Ⅲ型为主,120 min和180 min暴雨雨型以Ⅰ型为主导。短时暴雨集中出现在7月和8月,暴雨过程均以单峰型为主,60 min暴雨雨型7月以Ⅰ型居多,8月Ⅲ型最多,120 min和180 min暴雨雨型均为Ⅰ型最多。各区短时暴雨雨型均以单峰型居多,双峰型次之,均匀型较少。从各地区主导雨型来看,60 min和180 min暴雨雨型不一,包含Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅴ型;120 min暴雨雨型各区一致为Ⅰ型。天津市短时暴雨雨型存在明显的时空分异,且不同雨型影响内涝积水总量的峰值出现时间,其中Ⅰ型的积水总量峰值出现时间早,是城市排水设计重点关注的雨型。工程设计中应充分考虑气候变化和城市化对暴雨过程的影响。     

河北省廊坊市城市积涝动态预报预警系统研制

结合廊坊城区地形地貌、市政工程、排水设施现状等,应用二维非恒定流基本方程和一维明渠非恒定流方程算法,构建城市积涝模型,结合区域自动站雨量实时监测数据、数值预报和预报员主观精细化降水预报,建立廊坊城市积涝动态预报预警系统,可实时估算、预报城市积水深度、积水时间等,预报并进行了业务试运行。系统以2012年7月21日廊坊市特大暴雨引起的城市积涝过程为例对系统进行了验证,结果表明：预报积水深度与实际积水情况比较接近,预报结果对城市防洪减灾有指导意义。     

基于FloodArea模型的成都主城区内涝风险评估

本文以成都主城区为例,运用气象数据、地理信息数据、社会经济统计数据及内涝灾情资料,通过多种常用分布函数的对比,选出重现期降水估算的最优函数,采用Pilgrim & Cordery法推求研究区的小时雨型,然后结合改进的基于FloodArea内涝模型,开展了24 h历时20、30、50、100 a一遇降水情景内涝模拟,并利用修订的内涝公路风险等级标准和财产损失曲线,探讨100 a一遇降水情景下内涝交通风险等级和居民室内财产损失风险。结果表明：①GEV（Generalized Extreme Value Distribution）分布函数是成都主城区重现期降水估算的最优函数;主城区24 h历时小时雨型呈双峰型, 且峰值出现在降水过程前部。②基于FloodArea模型,通过对输入数据或参数的改进,能够较好模拟城市内涝空间分布;各降水情景模拟结果显示高新南区、高新西区、青羊区内涝淹没范围占比相较其他地区偏高。③24 h历时100 a一遇降水情景内涝可造成成都主城区86.1%公路长度占比出行困难,其中一级风险公路长度占比为105%,二、三级风险公路长度占比分别为27.5%、28.4%,成华区内涝公路风险最高。④24 h历时100 a一遇降水情景内涝可造成居民室内财产潜在损失约占主城区GDP（Gross Domestic Product）的0.8%,其中武侯区财产损失风险最大,潜在损失占其GDP的1.6%。     

基于ECMWF模式的江西及周边地区锋面暴雨预报检验和订正

利用全国降水资料（包括江西加密降水资料）、探空资料、ECMWF模式72—24 h降水和形势预报资料,采用天气学检验、SAL定量降水预报检验等方法,对2017—2019年江西及附近地区锋面暴雨的实况和模式产品进行检验分析,检验主要影响天气系统预报效果,得出ECMWF模式降水预报误差分布特征及原因,并对模式的暴雨预报进行订正。结果表明：ECMWF模式对2017—2019年锋面暴雨过程预报较实况大多偏北,落区预报误差主要源于大尺度降水。从锋面暴雨三种SAL分析误差可见,落区预报较实况大多偏北,暴雨过程强度多数较实况偏弱,结构较实况偏小。对误差较大个例的分析得出两点订正思路：1） 锋区南侧有较明显动力热力对流发展的弱锋区暴雨,暴雨落区可订正至925 hPa锋区南侧高温高湿区。2） 较强锋面暴雨,当中低层切变辐合抬升区重叠时,暴雨落区可向925 hPa锋区位置调整,暴雨通常不易出现在锋区北侧冷区。     

基于GIS的四川省区域性暴雨降水分布的空间插值方法与面积估测

暴雨是四川省主要的灾害性天气之一,每年由暴雨引发的次生灾害在全省造成严重的人员伤亡和经济损失。本研究利用四川省5006个气象站逐日降水量资料,采用距离权重反比法(IDW)和普通克里金插值法(Ordinary Kriging)法对2018年8次区域性暴雨过程降水分布进行计算,统计出不同降水等级的面积及面积比例,并对两种插值方法的的计算精度进行了评估。结果表明:(1)在8次区域性降水过程中的距离权重反比法(IDW)和普通克里金插值法(Ordinary Kriging)法的平均相对误差均低于7%,有较高的计算精度;(2)2018年区域性暴雨降水主要分布于盆地西北部、盆地南部和盆地东南部地区,川西高原与攀西地区降水量相对较小;(3)8次区域性暴雨过程中,过程累计降水量>50mm的面积在20247~158144km2,面积比率在4.17%~32.54%。分析发现,暴雨面积能更较好的反映出一场暴雨天气过程的影响范围,同时也可以作为区域暴雨的判别指标。      

“21.7”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

2005年6月20日柳州市大暴雨渍涝灾害模拟分析

利用柳州市城市暴雨渍涝气象预警系统,对2005年6月20日柳州市出现了有记录以来最严重的城市渍涝灾害进行了模拟分析,结果表明:该系统具有较强的渍涝动态监测和预报能力,对拓展城市灾害预报服务领域,提高城市暴雨渍涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

2005年6月20日柳州市大暴雨渍涝灾害模拟分析

利用柳州市城市暴雨渍涝气象预警系统，对2005年6月20日柳州市出现了有记录以来最严重的城市渍涝灾害进行了模拟分析，结果表明：该系统具有较强的渍涝动态监测和预报能力，对拓展城市灾害预报服务领域，提高城市暴雨渍涝灾害监测、预报、灾害风险评估水平具有一定的参考作用。     

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析。结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气。两次暴雨过程与高低空急流关系密切,"0803"过程中高低空急流均更强,暴雨区位于高低空急流耦合形成的垂直次级环流的上升支。"0801"过程,暴雨发生前大气对流不稳定,辐合抬升及次级环流上升气流的共同作用触发对流,促使不稳定能量释放,形成强降水。"0803"过程,暴雨期间大气对流稳定,锋区中层的CSI有利于降水强度的增强及维持,锋面强度更大,由锋面辐合抬升形成的上升运动范围更广,造成更大范围的强降水天气。在暴雨区上空由于凝结潜热释放而引起广义位温高值区向下伸展,强暖平流促使中低层湿斜压性显著增大,利于暖锋锋生。水汽散度通量和水汽垂直螺旋度能够较好地描述强降水过程,强降水区与水汽散度通量正值区及水汽垂直螺旋度负值区相对应。