中国西南地区GPS大气水汽转换系数模型精化研究

利用中国西南地区19个探空站2011～2014年数据，通过积分法计算大气水汽转换系数K。采用2011～2013年的K值对Emardson模型进行精化，分别构建西南地区不顾及和顾及高程因子的K值模型Emardson-I和Emardson-H。利用2014年积分计算的K值检验这两种模型的预报精度，结果表明：1）相对于Emardson-I模型，Emardson-H模型表现出更高的K值预报精度和更好的适应性；2）在高海拔地区，Emardson-H模型预报精度明显优于Emardson-I模型，表明高程因子是影响高海拔地区K值计算的重要因素。将两种新模型用于拉萨站GPS大气水汽反演，Emardson-H模型表现出更优的反演精度，两种模型的反演精度均优于2 mm。     

中国气候舒适度时空分布特征分析

气候舒适度对人类活动和地区适宜性评价等研究具有重要意义,而温湿指数是气候舒适度评价的一项重要指标。传统的温湿指数计算都是基于站点数据,无法获取大尺度区域舒适度的时空变化特征。本文利用2005—2018年MODIS地表温度、大气可降水量数据,结合地理加权回归方法对经典温湿指数模型进行改进,计算并分析中国年均和月均气候舒适度时空演变特征。结果如下：① 采用GWR方法进行地表温度和气温的拟合,拟合精度（Adjusted R²=0.9~0.98,RMSE=0.14~1.89 ℃）较为理想,说明采用LST、NDVI、DEM作为自变量的地理加权回归分析,能够较精确地拟合地面气温;② 2005—2018年年均温湿指数统计结果表示,云南省累计舒适月数最多,高达167个月,中部省份相对于东南沿海省市舒适时期较多,最高舒适月数差值可达到41个月。中国年均舒适度空间分布规律基本保持一致,除新疆、西藏和东北的部分区域以外,舒适度空间呈现从南到北,舒适度等级由舒适变寒冷。从舒适度等级面积变化情况看,2005—2018年全国舒适度等级呈现由寒冷变舒适的趋势;③ 2018年全年舒适面积最大的月份为5月,其次为10月,不舒适月份集中在1月和7月,全国呈现极冷或极热。春季和秋季空间分布特征较为相似,呈现由东南到西北逐渐递减的趋势;除青藏高原地区外,夏季和冬季呈现由南到北递减趋势。舒适区域主要集中在低纬、中海拔地区。     

GRAPES_Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES_ Mesov3.1模式建立的GRAPES_ Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行.应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES_ Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析.结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16～18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义.预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报.模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温.预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因.对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关.同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大.     

GRAPES-Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES-Mesov3.1模式建立的GRAPES-Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行。应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES-Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析。结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16~18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义。预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报。模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温。预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因。对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关。同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大。     

融合GPT2w模型与GNSS参数获取大气可降水量

针对GPT2w模型误差累积所导致的天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay, ZTD)和大气可降水量(precipitable water vapor, PWV)精度不高的问题,利用2017年长三角地区7个探空站和2个GNSS站的实测数据检验GPT2w模型获取的气压、温度、水汽压、加权平均温度(Tm)和ZTD等参数的精度,并融合GNSS解算得到的ZTD(GNSS-ZTD)与GPT2w模型获取的气象参数,提高PWV反演精度。结果表明：1)近地面处的气压、温度和水汽压的bias分布在－3~4 mbar、－7~7 K和－9~2 mbar之间,精度较高;2)GPT2w模型获取的Tm在长三角地区适用性较好,年均bias和RMS分别为－1.21 K和6.89 K;3)基于GPT2w模型解算的ZTD的bias和RMS均值分别为1.4 cm和9.4 cm,精度明显低于基于实测气象数据获得的GNSS-ZTD;4)参数融合法计算的PWV与GNSS-PWV精度相当,该方法可用于无实测气象参数时实时获取PWV。     

2010年夏季湖南一次持续性暴雨过程分析

为了提高暴雨预报的准确率,利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和多普勒雷达等资料,使用天气学诊断方法,剖析了2010年7月8~15日湖南西部和北部强降雨过程的降水特征、天气背景、对流暴雨中尺度系统演变特征及其成因。结果表明:此次强降雨过程发生在500hPa巴湖附近的低槽和西太平洋副热带高压稳定、中低空切变线长时间维持及摆动的大尺度背景下,低层强的水汽辐合和上升运动、高低空急流耦合、大气层结不稳定和垂直风切变是强降水的主要成因。由于梅雨锋带状回波在湘西北移动速度缓慢,产生"列车效应",导致湘西北地区雨强增大,雨量增幅明显。基本速度图上强降雨位于高空东北气流与西北气流交汇或汇合回流、低空气旋性弯曲的西南气流左侧区域。另外,迎风坡强迫和湖陆锋作用的区域容易产生极端降雨。     

基于MOD16产品的我国2001-2010年蒸散发时空格局变化分析

蒸散发的时空格局分析对理解气候变化与水资源之间的相互影响具有重要的作用。本文基于MODIS全球蒸散发产品(MOD16),分析了2001-2010年我国陆面蒸散发的时空格局变化,得出以下结论：(1)站点尺度和流域尺度的精度验证结果表明,MOD16产品对于我国森林、农田生态系统类型,以及辽河、海河、黄河和淮河流域的模拟精度较高;(2)2001-2010年,我国年均蒸散发为532±10 mm,年内蒸散值变化最大的是东北区,月均蒸散变异系数为0.87,而西北区变化幅度最小,变异系数为0.19;(3)2001-2010年,我国陆面蒸散发年际变化总的趋势不明显,占陆地面积11.2%区域的蒸散发呈显著减少趋势(p<0.05),主要分布在青藏高原中部,内蒙古中东部地区及新疆北部,只有2.3%的区域的蒸散发增加趋势显著,(p<0.05),主要分布在黄土高原地区、黄淮海平原及东北平原;(4)通过对比干旱指数变化趋势、植被指数变化趋势图可以看出,蒸散发显著减少的区域主要分布于干旱加剧的半干旱地区,而蒸散发显著增加的区域主要位于植被变好的地区。     

基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析

目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值（HI）、河长坡降指数（SL ）、流域盆地不对称度（AF）、盆地形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）和水系分维数（FD）6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度（IAT）。结果显示：岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。     

中国大陆地区ERA5下行短波辐射数据适用性评估与对比

ERA5地表下行太阳短波辐射数据是欧洲中期天气预报中心（ECMWF）最新的,具有高时空分辨率的再分析产品,该短波辐射产品可作为陆面模式大气强迫数据之一,并在区域气候评估、农业以及太阳能资源等方面具有重要应用。本文利用中国区域2011—2018年经过质控的91个国家级地面辐射站点观测数据,对其在中国大陆地区的适用性进行多时空尺度的评估,并与ERA-Interim、CFSR、MERRA2共3套全球大气再分析产品和1套CERES卫星反演SYN1deg的产品进行了比较。结果表明：① 在月均值尺度上,与其他再分析产品比较,ERA5产品与站点数据的Corr最高（0.939）,RMSE最小（28.309 W/m²）,Bias（15.4 W/m²）略大于ERA-Interim产品（13.2 W/m²）;CERES卫星反演产品与站点数据的Corr为0.955,RMSE为20.042 W/m²,Bias为5.3 W/m²;② 5套产品的辐射值均高于地面观测数据,存在高估现象,总体上,ERA5产品在中国大陆地区的整体精度高于其他再分析产品,但与CERES卫星反演产品还存在一定差距,日均值比较结论亦具有相似规律。③ 分区评估结果表明在再分析产品中,ERA5产品在4个区域与观测数据都有更好的一致性,但5套产品均在南部区域表现不佳。并且与东北和北部区域相比,ERA5产品和CERES卫星反演产品在西部区域和观测数据相比的RMSE和Bias也相对偏大。     

一种基于NDISI的复合权重波段双差值不透水面提取指数

针对现有遥感指数提取不透水面取结果中混有沙地、裸土等噪声的问题,本文在传统NDISI的形式基础上,提出一种新型的复合权重双差值不透水面指数（Composite-Weighted Double-Difference Impervious Surface Index, CWDDISI）。通过波段的2次差值扩大不透水面和裸地的光谱表现差距,并以植被指数和夜光灯数据作为约束权重,以此提高热红外波段中的不透水面信息比重的同时降低噪声地物的干扰。本文利用Landsat8 OLI-TIR、Landsat7 ETM⁺以及Sentinel-2A光谱数据,结合珞珈一号、DMSP-OL以及VIIRS/DNB夜光数据,选取广州市、西安市、咸阳市以及深圳市、北京市为实验区展开对比实验。研究结果：① CWDDISI具有很好的多区域适用性。在2018年的数据集上,相较于NDISI,CWDDISI在以山地为主的广州市试验区和以平原为主的西安市、咸阳市实验区中,其不透水面提取总精度分别提高了6.02%和7.56%,Kappa系数提高了0.078和0.104; ② CWDDISI具有很好的多时相数据适用性。实验选取2002年和2016年的Landsat7 ETM⁺多时相数据,以深圳市和北京市为实验区展开对比;相较于NDISI,CWDDISI的不透水面总精度分别提高了1.74%和2.13%,Kappa系数分别增加了0.028和0.076。通过实验对比结果可证明,CWDDISI能够克服传统不透水面指数难以区分不透水面信息和裸土区域的问题,为后续不透水面指数的研究提供参考价值。     

四川2008年“9．23”强对流天气中雷电活动和降水结构关系的研究

利用常规气象资料、地闪及TRMM卫星等资料,运用统计和对比的分析方法,对四川“9．23”雷暴过程中地闪的时空演变特征及其与降水结构的关系进行了研究分析。结果表明：沿副高边缘移动的“9．23”雷暴过程主要发生在川西高原以东地区,地闪空间分布集中连续,且主要以双单体雷暴系统的形式出现。处于雷暴系统或单体中心的地面站其地闪频数的峰值提前或同时与降水量峰值出现;而处于雷暴系统或单体边缘的地面站其地闪频数的峰值则更易滞后于降水量峰值。地闪的发生与雷暴云中的水成物粒子的分布状态都有直接的关联性,负地闪放电主要源于雷暴系统中较低的云水及可降水强中心区域,而正地闪放电则源于较高的云冰强中心的边缘处。     

湖南省雷电灾害易损性分析及区划

为了对各地防雷减灾工作提供比较科学的理论指导,利用2002-2008年湖南省14个市的雷电灾害统计资料,结合湖南省各市的经济发展状况和人口密度特征,引用雷击密度、雷电灾害频度、生命易损模数以及经济易损模数作为各市雷电灾害易损性评估指标,得出各市综合易损性指标,最后形成湖南省雷电灾害易损度区划。结果表明:某一地区雷击灾害的发生以及其造成的损失不仅与该地区所处的地理位置、气候环境有关,也与该地的人口密度、经济发展有关。     

雷州半岛夏季闪电特征分析

根据雷州半岛夏季雷暴的气候特征,利用布设在雷州半岛徐闻、遂溪两点的LD型闪电定位系统对雷州半岛的闪电进行观测,对雷州半岛7月份的逐日闪电总次数、正闪比、幅值均值、幅值分布、闪电波前陡度、闪电累积概率分布等观测值进行分析,得出了雷州半岛夏季闪电活动的部分规律。分析表明:雷州半岛夏季最大闪电电流峰值为-153 kA;负闪明显多于正闪,占闪电总数的71.71%;电流峰值都主要集中在10 kA～40 kA;闪电波前上升陡度相对集中在1μs～20μs,占观测总闪击的91.5%,3μs～10μs达到峰值。分析所得结论对本地区防雷减灾工作有一定的实际指导意义。     

四川盆地雷暴动力及微物理模拟参量与地闪关系的研究

为探讨地闪活动与中尺度数值模式输出量之间的关系,利用新一代中尺度数值模式WRF模拟2011年7月23日四川盆地中的一次强雷暴过程,并对比研究模式输出的动力和微物理场量与地闪频数的关系。结果表明,在WRF模式中采用Kain-Fritsch积云参数化方案和Thompson微物理方案的组合方案能较为成功模拟出此次雷暴过程,模式输出的上升气流和冰相粒子与地闪关系密切,500hPa霰和300hPa冰晶含量在时间上比地闪频数超前约15min,300hPa雪晶含量与地闪频数在时间上基本同步;上升气流速度对冰相粒子的分布起关键作用,上升气流速度较大地区附近相应地闪活动比较频繁。     

基于大气电场与闪电资料的雷电临近预警方法

针对大气电场仪进行雷电预警误报率高的问题,提出了一种利用多站大气电场仪组网观测地面电场,并结合闪电定位系统的观测进行雷电预警的方法。该方法结合了大气电场仪与闪电定位仪的优点,利用电场强度阈值和闪电发生的距离阈值,得出雷电预警等级的方法。采用此方法可以降低仅用电场强度来预警所造成的误报率,并能估计出雷暴的移动方向。经检验,此方法TS评分为0.73,漏报率为0.21,空报率为0.09。此算法对于由远及近的雷电活动,或者距离很近的雷电活动有较高的预警准确率。算法对10km内的强雷暴预警效果最好。     

雷达资料在雷电临近预警中的应用研究

为了寻求济南地区地闪发生的临近预警指标,综合利用多普勒雷达资料、闪电定位和探空资料,对2009年7~8月和2010年6月距离齐河雷达站200km范围内的41个对流云团进行统计分析,重点是统计分析了闪电发生前的雷达回波参量特征值。初步的研究结果表明:对于该地区单独使用雷达反射率而言,最好的预警指标是在-10℃高度上出现40dBz的反射率阈值,使用这种方法的预警准确率是96%、虚警率是14%、临界成功指数是83%、平均预警时间是21min。在考虑雷达反射率的基础上再考虑最大回波顶高(≥10km)和垂直液态水含量(≥8.5kg.m-2)预警指标时,能有效降低虚假报警率和提高临界成功指数,此时选取的雷达反射率指标是在-20℃高度上出现25dBz的反射率阈值。     

模糊层次综合法在区域雷电灾害风险评估中的应用

针对雷电灾害事故发生的随机性、复杂性和不确定性等特点,以及在雷电风险评估过程中存在的主观性,通过层次分析法确定风险因素权重,并运用模糊综合评估法,建立一种区域雷电风险的模糊综合评估模型。以某国际会展中心为例的评估结果表明,方法在区域雷电灾害风险评估分析中具有较好的针对性、准确性和实用性。     

雷电监测产品与潜势预报在抗震救灾中的运用

“5．12”汶川大地震后,由于地震灾区处于多雷区,并且正处于一年中雷电频发时段,救援及重建工作都需要参考雷电产品来开展。针对抗震救灾以及灾后重建的特殊需求,调整雷电监测预警预报平台的内部参数及统计指标,及时制作和发布地震灾区雷电潜势预报、短时临近预警产品和实时雷电活动监测快报。保障了灾民临时安置点避免雷电带来的次生灾害,并为抗震救灾的军、民运输飞机提供了航空气象保障,以及为灾后临时安置房建设提供了大量的雷电统计数据,为灾后重建工作做出了贡献。通过对用户的服务,四川省雷电监测产品与潜势预报在抗震救灾中的运用具有较好的借鉴作用和推广价值。     

基于地理信息系统的雷电业务系统

介绍了地理信息系统（GIS）在四川省雷电业务系统构建中的应用方法。四川省防雷中心在雷电监测新技术和新手段的基础上,将GIS技术与雷电潜势预报和短临预警技术有效的结合起来,构建了雷电业务应用系统。并通过对此系统在2008年“9．23”四川雷电天气过程中的应用分析,说明此系统可以准确地对未来12小时的雷电过程进行预报和未来1小时的雷电过程进行预警。     

基于地理信息系统的雷电业务系统

介绍了地理信息系统（GIG）在四川省雷电业务系统构建中的应用方法。四川省防雷中心在雷电监测新技术和新手段的基础上,将GIS技术与雷电潜势预报和短临预警技术有效的结合起来,构建了雷电业务应用系统。并通过对此系统在2,008年“9．23”四川雷电天气过程中的应用分析,说明此系统可以准确地对未来12小时的雷电过程进行预报和未来1小时的雷电过程进行预警。