降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

上海强对流智能预报业务新技术研究进展

强对流天气系统发展剧烈,常造成严重的暴雨、雷电、大风和冰雹等灾害。对强对流天气的准确预报一直是国际气象领域研究的难点和瓶颈问题,也是大城市防灾减灾关注的重点。强对流预报技术的发展已经从单纯依赖于雷达的图像识别,发展到雷达、卫星、高分辨率数值模式以及人工智能大数据预测融合应用的新阶段。在回顾国际强对流预报技术进展的基础上,介绍了上海气象业务部门近年来攻关研发的雷达自适应组网观测、雷达外推短临预测和数值预报误差机器学习订正等关键新技术及集成建立的上海强对流智能监测预报系统。这些技术成果的业务应用,在城市防灾减灾和精细化治理中已发挥了重要作用,可供相关研究人员参考。     

基于TRMM卫星雷达降雨的流域陆面水文过程

利用热带降雨观测计划(TRMM)卫星雷达降雨数据驱动分布式陆面水文模型,研究流域尺度陆面水文过程,评估该数据在水文模拟与预报等研究领域的性能。通过与实测雨量资料比较,验证TRMM卫星雷达降雨数据的质量。分别将TRMM卫星雷达降雨与观测降雨作为耦合模型的气象输入,模拟和研究淮河流域1998~2003年的陆面水文过程时空变化。结果表明,TRMM卫星雷达降雨数据能够很好地描述降雨的时空分布,利用TRMM降雨模拟的结果与利用观测降雨模拟的结果精度相当;模拟流量与实测资料基本吻合。卫星雷达降雨数据在陆面水文过程研究中具有广泛的应用前景。     

卫星导风在台风路径预报中的应用进展

台风作为全球危害巨大的自然灾害,对其路径预报的准确度尤为重要.在常规观测资料稀少的热带洋面上,卫星云图是监测热带气旋的主要工具,其中卫星导风技术,通过对云及晴空区特征的追踪,反演出的卫星风矢,在一定程度上弥补了海洋上由于风场观测资料稀缺对台风路径研究的限制,显著提高了台风路径预报水平.结合近年来逐步成熟的卫星导风中的云导风技术在台风预报上的应用,总结了国内云导风技术在改善台风路径预报中的贡献,如加密观测资料、台风中心定位、优化数值模式初始场和客观分析场、构造人造台风Bogus模型以及由其揭示的发展和不发展热带气旋的对流层上部环流特征,同时展望了卫星导风技术及其资料在台风预报实际应用中有待进一步研究的内容.     

全天候卫星微波观测资料变分同化研究进展

云和降水区微波观测包含大量与天气系统,特别是台风、暴雨等灾害性天气系统发生发展密切相关的大气信息,因此微波资料的全天候同化应用成为当前数值预报领域的热点研究问题。过去20年间,全球几大数值预报中心逐步开展了全天候同化技术的研究和业务应用,证实了全天候卫星微波观测资料能够改进模式中的质量、风场、湿度以及云和降水场的初始信息,从而改进数值预报模式的预报效果。通过梳理和评述全天候卫星微波观测资料同化方法,分析其中的关键技术问题和目前存在的困难和挑战,为未来在我国数值天气预报领域开展全天候同化研究提供依据。随着我国新一代数值天气预报模式的发展应用,加强我国全天候资料同化技术的研究将会在业务中发挥更大的科学效益和应用效益。     

突发性强灾害天气预警系统：理论与应用

“突发性强灾害天气预警系统”以WWW为平台,融贯多种天气预报新技术,为各类用户提供了崭新的预报视角和技术含量较高的预报产品;产品包括强对流指数诊断、基于卫星和雷达的外推产品,中尺度数值模式预报产品,以及基于“综合叠套技术”给出的强天气展望和强天气临近概率预报产品等。通过近几年部分省市业务化运行检验,证明该系统整体自动化程度高,运行稳定,其提供的综合预警产品能有效地为暴雨等强对流天气提供预警信息,提高了暴雨等强天气的预报预警服务质量。     

复信号分析技术在地质雷达预报岩溶裂隙水中的应用研究

对岩溶裂隙水进行及时准确的预报,是当前岩溶隧道设计和施工中亟待研究和解决的关键问题。复信号分析技术能够提取多个参数进行综合判断,基于此优点,尝试将复信号分析技术引入到地质雷达探查水体的研究中。对雷达数据中的水体异常分别从振幅、频率和相位等方面进行综合判断,克服了以往判断依据单一的缺点,为利用地质雷达进行岩溶裂隙水预报提供了一种切实可行的方法。首先,介绍了复信号分析技术的原理,阐述了在地质雷达信号处理中引入复信号分析技术的必要性;然后探讨了基于复信号分析技术的地质雷达预报岩溶裂隙水的可行性,得出了判断水体的依据。最后结合工程实例,对地质雷达数据进行了复信号处理,并对岩溶裂隙水进行了综合判断。与开挖结果对比显示,复信号分析技术的运用较大的提高了岩溶裂隙水预报的准确性和可信性。     

基于深度学习的雷达降雨临近预报及洪水预报

为探究深度学习的雷达降雨临近预报在流域洪水预报中的适用性,采用U-Net、嵌入注意力门的Attention-Unet和添加转换器的多级注意力TransAtt-Unet开展雷达降雨临近预报,将预报降雨作为HEC-HMS水文模型的输入,对柳林实验流域进行洪水预报。结果表明：1 h预见期时,Attention-Unet对短时强降雨预报结果较好,TransAtt-Unet预报降雨模拟的洪峰流量和径流量相对误差小于20%,各深度学习模型对量级较大的降雨和洪水预报精度较高;2 h预见期的预报降雨强度、降雨总量、洪峰流量和径流量存在显著低估,U-Net能取得相对较好的降雨预报结果。基于深度学习的1 h预见期雷达降雨临近预报及洪水预报可为流域防洪减灾提供科学依据。     

临近空间重力波强扰动的卫星观测研究进展

重点综述了近年来利用MODIS,AIRS,AMSU,MLS,DNB,COSMIC,HIRDLS以及SOFIE等卫星资料分析和研究大气重力波波动的若干研究进展,并简要概述了相关的地基观测结果以及数值模拟研究,列举了卫星观测与地基观测和数值模式在大气重力波分析中的联合应用结果。总的来说,卫星遥感资料在临近空间环境特性研究中发挥着重要作用,与其他资料联合起来可分析不同波源激发波动的尺度,不稳定条件与波动发生和波动形态的关系,波动在气候过程中的作用,波与波之间的相互作用以及波流相互作用等。     

TSP在公路隧道超前地质预报中的应用研究

根据TSP技术的特点,将TSP技术应用于掌子面前方不良地质对象的预报工作中,同时比较了基于地质雷达和基于TSP的预报结果。水平地质钻探与现场开挖的实际情况表明,基于TSP技术的隧道超前预报,在预报距离,预报的准确性,以及对围岩的判别等方面,均明显优于传统的地质雷达。文章最后还指出了该技术存在的一些待进一步研究的问题。     

联合天气雷达洪水预警系统中的不确定性,可靠度和风险

洪水预报中的不确定性是由作为输入的降水观测和预报的误差所决定的。误差大小受雨量计站网密度（大多与天气雷达联合运用），降水强度和所采用的降水预报方法的影响。在不更颠南部，采用一种经验方法来量化降水观测及预报的不确定性性，数据由两个密集的雨量计站网和天气雷达共同提供。降水不确定性对洪水预报的影响，通过在伦敦附近的泰晤士流域一个综合实验研究进行了检验。此项研究就模型和流域对洪水预报不确定性的相地影响也很     

云分析预报方法研究进展

云作为地球大气系统的重要组成部分,不仅影响着气候变化和天气系统的发展演变,还与航空活动密切相关,一直以来是空军和民航部门非常关注的气象要素之一。在云探测、资料同化和反演方法发展的基础上,从实际业务保障和数值模式发展需求出发,综述国内外云分析、预报方法和云分析预报系统开发的研究成果,分析各类方法的优势和不足,明确国内外研究的主要差距,并探讨国内未来研究的方向。云分析方法中,探空对云廓线识别较好,卫星可见光和红外资料在云顶信息反演方面优势明显,多普勒雷达能够获取对流层中层和底层的云信息,而毫米波雷达能够很好地反映云三维结构信息,发展潜力巨大。云预报方法中,传统的统计和诊断方法发展较为成熟,而考虑了大气温湿和云微物理状况的大气辐射传输模式正演模拟云顶亮温的方法是未来的发展趋势。加强云探测技术,综合利用云分析预报方法,借鉴国外先进云分析预报系统的设计理念,积极开发我国自主的云分析预报系统,推动天气预报、航空气象保障和数值预报模式的发展将会是我国云研究的重要方面。     

MODE检验在天气预报中的应用研究进展

客观评价高分辨率中小尺度变量的预报表现是数值天气预报模式应用和发展的重要环节。传统点对点的检验在高分辨率数值预报模式评估中存在显著不足。空间面向对象或目标法MODE检验方法利用卷积函数和给定的阈值在预报和观测场中识别目标对象、诊断模式的预报表现,在天气预报中有着广泛应用。首先系统回顾了MODE检验方法的学术思想、技术架构、算法流程和检验指标;详细归纳了MODE检验在降水预报、天气雷达、卫星云图、集合预报以及其他不同要素或物理量场中的典型应用,阐述了检验结果在数值模式预报质量评价中的意义和对天气预报结果主客观订正的影响;介绍了近年来MODE检验方法的更新发展,主要包括考虑不匹配目标对象属性的综合评价指数MCS,以椭球体为目标的三维时域空间对象追踪和MODE扩展的时域检验方法 MODE-TD;最后总结和讨论了MODE检验方法的适用性、优势和不足,同时对MODE检验方法未来的发展方向和应用前景进行了展望。旨在为更好地应用MODE检验方法诊断数值模式的预报性能提供参考。     

中高层大气研究的空间探测

中高层大气研究对于深入理解全球变化和日地关系十分重要,也为有关航天与临近空间飞行的环境保障提供基础。中高层大气研究的目的是要深入了解其中发生的主要过程及其耦合,并发展各种模式。在现代中高层大气研究中,地基、高空飞机、高空气球、火箭和空间观测提供了动力、热力和化学成分结构与变化的资料,其中空间观测起到至关重要的作用。将对用于中高层大气研究的卫星任务和传感器载荷进行综述,同时列举一些中高层大气空间观测的科学结果。     

高光谱遥感在断层气监测中的应用讨论

空间对地观测研究是近年来国内外地震科学研究发展的重要方向。由于新的观测技术和理论的快速发展,使得高光谱在断层逸出气方面的应用在强震前兆信息分析中有可能发挥重要作用。本文简单介绍了断层气体地面监测和卫星遥感监测方面的应用现状,概述了高光谱遥感的原理、反演方案和方法等。笔者建议运用地面监测和高光谱遥感技术相结合的方法来监测强震前后活动断层逸出气的光谱变化,根据数学算法反演痕量气体组分浓度,最后,结合震例,探讨强震前后断层逸出气体异常变化量与强震的关系,提取断层气体各组分强震前兆信息。利用空间对地观测技术来研究断层逸出气,这样可以全面提高对强震前兆异常信息的空间分析和可靠性判定能力,对全面发展地震监测预报技术具有重要的意义。     

吉林敦化泥石流灾害区域预警系统研究

本文通过总结前人关于地质灾害预报预警的研究,选取敦化地区近10年来发生灾害的泥石流沟为例,基于功效系数法,建立了一套地质环境条件与气象因素相耦合的泥石流预报预警流程,并基于GIS技术,运用C#和VB语言编码,设计开发了敦化典型泥石流地质灾害自动预警系统。系统以地质环境条件、前期有效降雨量和当日降雨量为综合评价对象,能较准确预测泥石流发生概率,预报精度较高;多线程、XML和组件式软件开发等技术的应用,提高了系统自动预警的速度,增强了系统的灵活性、重用性和开放性,便于维护。     

我国西北地区降雹气候特征及若干研究进展

归纳了西北冰雹的天气特征、气候规律,概括了产生冰雹天气的环流形势和诱发冰雹天气的局地因素,综合分析了雷达观测、卫星观测、闪电定位和数值模拟等手段在西北地区冰雹研究领域的新进展,最后指出了西北冰雹研究领域急需解决的科学问题和需要进一步发展的研究手段。     

数值天气预报检验方法研究进展

数值天气预报检验是改进及应用数值模式的重要环节。近年来,模式检验中的观念不断更新,适用于不同预报产品及不同用户需求的模式检验方法也不断涌现。首先简单回顾了以列联表为基础的传统的模式检验方法。其次重点总结了伴随高分辨率数值预报而出现的空间诊断检验技术,按照检验目的的不同,诊断方法可以归纳为:①基于滤波技术的分辨模式在不同时空尺度上预报能力的邻域法、尺度分离法;②利用位移偏差诊断模式预报位置、面积、方位、轴角等与观测差异的属性判别法、变形评估法。然后阐述了集合样本成员的概率分布函数(PDF)、集合预报与观测概率分布函数相似程度、事件发生的概率预报等集合预报检验方法。最后论述了空间诊断技术、集合预报检验方法的适用领域,并讨论了模式检验中存在的一些问题及未来的发展方向。     

变化环境下城市水文学的发展与挑战——Ⅱ.城市雨洪模拟与管理

全球气候变化和快速城市化改变了城市水循环过程,加剧了城市暴雨洪涝问题。从城市雨洪模型构建的角度,回顾了降雨观测与预报技术、城市雨洪产汇流计算方法以及城市雨洪模型的发展历程,总结了各种技术的特点、适用性和局限性,指出城市雨洪模型在机理认识和数据管理方面的不足,提出了城市雨洪模型的概念性框架与基本流程。从雨洪资源化的角度,介绍了城市雨洪管理基本理念和策略,分析了城市雨洪管理的主要技术方案。阐明了城市雨洪模拟与管理的发展趋势及前景,未来应该强化高精度降雨观测和临近定量降雨预报能力,探索城市化流域的产汇流机理和响应机制,开发有效的城市雨洪模型系统,发展多源信息耦合技术,开展城市雨洪模拟预报及资源化利用研究,实现城市可持续发展以及保障城市水安全。     

成像雷达技术在铀矿勘查中的应用

综合评述了成像雷达技术的发展历史、技术优势及其在地质构造、岩性识别等地学应用领域的研究现状,指出成像雷达技术作为当前遥感对地观测前沿技术之一,在新时期铀矿地质勘查中发展前景广阔。