A STUDY ON VARIABLE QUANTITATIVE PRECIPITATION ESTIMATION USING DOPPLER RADAR DATA

With the pros and cons of the traditional optimization and probability pairing methods thoroughly considered, an improved optimal pairing window probability technique is developed using a dynamic relationship between the base reflectivity Z observed by radar and real time precipitation I by rain gauge. Then, the Doppler radar observations of base reflectivity for typhoons Haitang and Matsa in Wenzhou are employed to establish various Z-I relationships, which are subsequently used to estimate hourly precipitation of the two typhoons. Such estimations are calibrated by variational techniques. The results show that there exist significant differences in the Z-I relationships for the typhoons, leading to different typhoon precipitation efficiencies. The typhoon precipitation estimated by applying radar base reflectivity is capable of exhibiting clearly the spiral rain belts and mesoscale cells, and well matches the observed rainfall. Error statistical analyses indicate that the estimated typhoon precipitation is better with variational calibration than the one without. The variational calibration technique is able to maintain the characteristics of the distribution of radar-estimated typhoon precipitation, and to significantly reduce the error of the estimated precipitation in comparison with the observed rainfall.     

热带气旋登陆维持和迅速消亡的诊断研究

采用动态合成方法, 对登陆后长久维持热带气旋(LTC)和迅速衰亡热带气旋(STC)的涡度、动能、热量和水汽的收支平衡进行计算和对比分析.结果表明: (1)LTC在陆上长久维持过程中, 其低层正涡度衰减缓慢并保持一定强度.STC登陆后正涡度减弱较快.(2)热带气旋登陆后涡度的收支主要取决于水平散度项、平流项和剩余项.散度项使LTC低层正涡度增加, 高层减少, 平流项和剩余项则使其低层涡度减弱, 高层涡度增加.总体而言, LTC自高层获得正涡度的补充, STC则没有获得环境正涡度.(3)低层, 摩擦耗散使LTC动能减少, 但动能通量辐合可补充部分动能而减缓衰减.中高层, LTC登陆后36～60 h动能收大于支, 动能的增加一部分来自于斜压动能制造, 一部分来自于次网格尺度.STC有类似的动能耗散, 却无动能补充.(4)LTC登陆后保持一定强度, 并从外界获得热量和水汽补充来支持积云对流发展, 而积云对流对LTC的维持具有正反馈作用.STC登陆后没有这一过程.     

2003—2005年西北太平洋台风眼生成特征分析

利用UW/CIMSS(University of Wisconsin-Madison/Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies)的AODT(Advanced Objective Dvorak Technique)资料和TRMM等卫星反演的每日海温资料,对西北太平洋2003—2005年热带气旋出眼规律及出眼条件进行了分析,包括有热带气旋成眼时的发展阶段、时间分布特征;热带气旋成眼时大尺度环境场条件(海温、垂直风切变)进行了统计研究,结果表明2003—2005年西北太平洋这40个热带气旋绝大多数(90%)在加强阶段开始出眼,只有4个热带气旋在成熟期才开始成眼;近92.5%的热带气旋发展到台风以上级别才开始出眼,也有一小部分的热带气旋在强热带风暴阶段出眼;热带气旋出眼的时间存在日变化,晚上出眼的热带气旋远少于白天出眼的热带气旋。80%的热带气旋出眼时所在位置的海表面温度在28 ℃以上。65%的热带气旋出眼时的垂直风切变是在6 m/s以下,只有4个热带气旋出眼时垂直风切变超过了10 m/s。综合以上结果表明只有能够发展为台风或已经发展成为台风的热带气旋才会有眼,且较高的海温和较弱的水平风场垂直切变非常有利于台风眼的形成。      

夏季亚洲季风区对流层-平流层不可逆质量交换特征分析

基于2005年NCEP/GFS分析资料和拉格朗日粒子扩散模式的“Domain Filling”技术,以气块穿越对流层顶后的滞留时间为标准,诊断分析了夏季亚洲季风区对流层-平流层质量交换,重点讨论了对平流层大气成分收支具有实际意义的不可逆双向质量交换过程,并利用前向（后向）轨迹追踪方法,分析了其4天的“源（汇）”特征.研究结果表明：(1)对流层-平流层质量交换(Troposphere-Stratosphere mass Exchange,STE)的计算对滞留时间阈值的选择具有较强敏感性,大多数的气块在1～2天内可频繁地往返对流层顶.这些瞬时交换事件的考虑与否对穿越对流层顶的质量交换计算的准确性具有重要影响,尤其在中纬度的风暴轴区域.(2)从亚洲季风区对流层-平流层质量净交换纬向平均上看,45°N以南的区域为对流层向平流层的质量输送(Troposphere to Stratosphere mass Transport,TST),副热带地区为最强的上升支,而在45°N~55°N的中纬度地区是平流层向对流层质量输送（Stratosphere to Troposphere mass Transport,STT）.地理分布上,STT主要分布在青藏高原以北的东亚地区,与亚洲季风区夏季大尺度的槽区相对应.夏季整个亚洲季风区都是TST发生的区域,最大值位于青藏高原东南侧及其附近区域,该区域占亚洲季风区不可逆TST夏季平均总量的46%.(3)对流层-平流层质量交换的“源汇”特征分析表明,STT主要源于100°E以西、50°N以北的高纬地区,向下可以输送到中国东北部及朝鲜半岛北部等中纬度区域.而TST主要来源于中纬度和副热带地区的大气输送,向上穿越对流层顶高度以后,可分别向高纬的极地和热带地区输送,这意味着亚洲季风区夏季的TST水汽输送可能进入“热带管”中,进而可能对全球平流层水汽平衡产生重要影响.     

“21·7”河南特大暴雨气象和水文雨量观测对比

2021年“21·7”河南特大暴雨打破我国大陆小时气象观测纪录,该极端天气事件位列2021年中国十大天气气候事件第2位。已有研究使用气象地面站雨量观测资料对此次过程进行雨情分析和极值统计,但降水时空分布不均匀,单一来源资料存在不确定性。通过对比气象站和水文站雨量资料,分析两套业务观测系统记录“21·7”河南特大暴雨过程的异同,发现气象站和水文站雨量在时间和空间分布上具有很好的一致性,两者不同等级的累积降雨落区、逐日和逐时降雨演变趋势均一致性强,但累积雨量和雨强极值的空间分布和数值存在差异,两套资料在暴雨中心（过程雨量大于600 mm）的系统性偏差小于1%。气象站和水文站的融合资料呈现比单一资料更细致的降雨分布、更全面的演变特征。此外,基于融合资料发现累积雨量排名前3位的城市（郑州、鹤壁、新乡）均具有累积雨量大、小时雨强极强、强降雨集中、雨强突然增长的特征,鹤壁和新乡最强降雨时段分别比郑州晚26 h和28 h。     

地形影响热带气旋“泰利”降水增幅的数值研究

利用NCEP/NCAR再分析资料与日本气象厅区域谱模式的融合资料,采用WRFV2.2模式研究了热带气旋“泰利”(0513)降水增幅过程中的大别山地形效应。结果表明,大别山地形对“泰利”降水影响明显,改变了降水增幅的中心位置,降水强度增幅约为15％,但是降水增幅是否发生与大别山地形无关。大别山地形的存在导致了地形辐合线和...     

多普勒雷达资料动态定量估测台风小时降水量的研究

在充分考虑传统的最优化方法和概率配对法优缺点的基础上,使用一种改进的最佳窗概率配对法计算Z-I关系中的系数A和b,得到了雷达测得的基本反射率因子Z和雨量计实时测到的小时降水量I的动态关系.利用温州多普勒雷达体扫资料和浙江省自动雨量站资料,使用该方法对"海棠"(Haitang)和"麦莎"(Matsa)两个台风分别进行了动态计算,得到了不同系数的Z-I关系,进而对两个台风的小时降水量进行了定量估测.使用变分技术对估测的小时降水量进行了校准.结果表明,不同台风Z-I关系的系数差别较大,因而造成台风小时降水量的很大不同.使用雷达基本反射率来估测台风小时降水量,能够清楚表现出台风的螺旋雨带和其中的中小尺度雨团,估测的台风小时降水量与实况基本接近.经过变分校准的估测降水量可以较好地表现出台风雨带与地面中尺度流场动力结构的对应关系.误差统计分析表明,变分校准后的估测台风小时降水量要明显好于变分校准前的估测台风小时降水量.变分校准法既保留了雷达估测台风小时降水量的分布特征,又使估测的台风小时降水雨量与实况的误差明显减小.     

暖季中国东部气溶胶“影响显著区”的气候变化特征

通过分析近20多年来暖季东亚区域大气气溶胶的分布和变化特征及其与各种气象要素之间可能存在的相关关系,发现暖季TOMS气溶胶光学厚度高值区、其与日照时数、地面气温的显著负相关区,与低云量的显著正相关区均位于华南地区,并据此将该地区称为暖季中国东部的气溶胶“影响显著区”．然后对比分析了地面观测的气温、日照时数、低云量等气象要素在不同区域的变化差异,发现中国东部暖季大气气溶胶“影响显著区”内低云量增加、日照时数减少的变化特征较“影响显著区”外表现得更加显著,而“影响显著区”内地面气温的增温趋势比“影响显著区”外明显偏弱．研究结果表明,近20多年来,暖季华南气溶胶“影响显著区”内具有低云量显著增加,日照时数明显减少而地面气温增温趋势不明显的区域气候变化特征,且与“影响显著区”外的气候变化具有显著的差异．因此大气气溶胶的气候效应可能是中国东部地区暖季气候变化存在南北差异的原因之一．     

农业干旱综合应变防御技术研究

针对华北地区农业生产水平和农业干旱特点 ,于 1 996～ 1 998年进行了农业干旱监测预测、秸秆覆盖、底墒科学利用、有限水胁迫效应、深松、多功能防旱剂和有限灌溉等单项农业干旱防御技术试验研究 .在它们的防旱机理、功能和操作技术方面取得了较好的效果 .在此基础上 ,在干旱严重的 1 998～ 1 999年冬小麦生育期内 ,在河南郑州郊区、山东泰安郊区和河北固城 ,根据各地条件因地制宜地对上述技术进行组装配套集成示范试验 .结果表明 ,综合应用这些技术具有较显著的抗旱增产效能 ,小麦增产 1 0 .1 %～ 36.0 % ,耗水量减少 1 .0 %～ 1 9.0 % ,水分利用效率提高 1 0 .6%～ 60 .0 % .     

参考作物蒸散量的多种计算方法及其结果的比较

分别用 FAO Penman- Monteith公式 (模型 1 )、FAO Penman 修正式 (模型 2 )和国内Penman修正式 (模型 3)计算了泰安和西峰两地的参考作物蒸散量 ,对 3种方法的计算结果进行了比较 .模型 1得到的参考作物蒸散量大于后 2种模型 ,导致不同模型计算偏差的原因是 3种模型各自选用了不同的辐射项和动力项计算式 ,且计算偏差随季节和地理条件而变 .建议计算区域参考作物蒸散量用模型 1 ,计算单站逐日参考作物蒸散量 3种模型都可用 .