动力降尺度和多物理参数化方案组合对华南前汛期降水集合预报的影响研究

针对华南前汛期降水过程,基于全球集合预报系统（GEFS）资料,利用WRF中尺度模式以及GEFS动力降尺度获取的区域集合预报初值场,通过多物理过程参数化方案组合和模式积分方法实现华南前汛期降水的区域集合预报。对2019年5月15日—6月15日共32天的华南前汛期降水过程进行了单一物理过程区域集合预报（REFS_SINGLE）和多物理过程区域集合预报（REFS_MULTI）的数值模拟批量敏感性试验,通过GEFS、REFS_SINGLE和REFS_MULTI的对比分析,探讨多物理过程参数化方案组合对华南前汛期降水的影响,同时利用一次华南前汛期暴雨过程进一步探讨集合预报试验的预报效果。结果表明:（1）REFS集合平均的预报效果明显好于控制性预报。（2）REFS降水集合离散度与预报误差的对应关系好于GEFS。（3）积分48小时后,REFS_MULTI和REFS_SINGLE的扰动能量分别是GEFS的4.7倍和6.3倍。（4）降水级别越大,REFS的TS评分效果就越好于GEFS;REFS_MULTI略微好于REFS_SINGLE。（5）基于32天的批量试验,REFS的AUC值有28天大于GEFS,REFS_MULTI有22天大于REFS_SINGLE,表明REFS的预报技巧好于GEFS,且REFS_MULTI的预报技巧好于REFS_SINGLE。      

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显差异。前后汛期回波顶高异同主要出现在广西中部,广东中部和沿海地区。      

一次西南涡持续暴雨的GPS大气水汽总量特征

利用成都地区地基GPS遥感的大气水汽总量资料 (GPS-PWV)、NCEP再分析资料、自动站降水量资料和探空站比湿资料,对2010年7月15—18日发生在四川盆地东北部的一次持续性暴雨的水汽变化特征进行综合分析,重点探究这次大暴雨的影响系统 (西南涡) 发生、发展前后GPS-PWV的演变特征及其与降水的关系。结果表明:降水发生时,GPS-PWV通常在短时间内有急剧的上升,并在西南涡形成前达到最大值;西南涡完全形成时,GPS-PWV急升结束;西南涡东移,GPS-PWV继续下降到最低,降水趋于结束。与水汽通量散度相比较,水汽散度垂直通量能更好地描述暴雨过程中的强上升、辐合辐散运动以及水汽输送情况,它与GPS-PWV变化趋势基本一致。因此,GPS-PWV的急升与陡降对大暴雨的形成与减弱有一定指示意义。     

京津冀城市群知识基础的演化过程与动力机制研究北大核心CSCD

如何认识城市群中知识的累积和演化规律是当下区域创新研究的重要话题,本研究引入区域知识基础的动态分析方法,从规模、结构、分蘖三个角度考察了京津冀近20年来知识基础的演化过程及动力机制。研究发现:①京津冀城市群知识基础规模呈现总量快速增加和涵盖领域不断扩展的趋势,并在2013年之后从空间集聚增长转向均衡增长模式。知识结构的多样化和关联度显著提升,但北京与津冀两地的知识领域分布差距较大,成为制约城市群内知识溢出的重要原因。②2004—2013年间,京津冀城市群知识分蘖以进入新知识领域为主。新知识领域进入受到技术关联、外部网络链接、政府干预三种机制影响。新知识领域进入概率与本地已有知识库关联性正相关,并未证实存在“路径锁定”效应。与外部创新网络的联系对新知识的进入也有显著的促进作用,来自城市群内的创新联系作用要大于城市群之外。政府干预强化了新知识进入的可能性,其中引进外资比引进内资对新知识的进入作用更大。③2013年后,京津冀城市群知识分蘖形式转变为以已有知识领域的增长为主。本地集聚经济水平是影响已有知识领域增长的最大因素,其中除了集聚的规模之外,集群创新网络发育程度也对已有知识增长具有重要作用。此外,技术关联仍是促进已有知识领域知识增长的重要因素,且技术关联与本地知识库形成一种“累积循环”的自我强化效应。研究为城市群创新政策的制订提供了建议。     

西南涡区域暴雨的中尺度滤波分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,采用Barnes带通滤波器,对2010年7月14-18日以及2012年7月3-5日西南涡引发的暴雨天气过程进行了中尺度滤波分析。结果表明,选取恰当的滤波参数,Barnes带通滤波器能够选出含西南涡在内的中尺度天气系统。对西南涡发生、发展、分裂和东移4个阶段的流场进行中尺度滤波分析发现,中尺度滤波可以更好地刻画西南区域的中尺度环流特征。对滤波后资料的螺旋度诊断计算表明,螺旋度的大值区有利于强对流系统以及低涡生成和发展。局地垂直螺旋度的正、负值中心分布可以较好地反映降水落区,雨区发生在局地垂直螺旋度正、负中心之间的梯度大值东侧;降水强度的变化与积分垂直螺旋度量值的变化对应较好。垂直局地螺旋度和积分垂直螺旋度对暴雨的落区和强弱变化有很好的指示意义。     

1960-2005年我国南方地区1月地面最低气温的时空特征及成因分析

采用REOF、合成分析等方法,研究了1960~2005（共46年）我国南方地区冬季（1月）地面最低气温的时空特征,并探讨了经过REOF分区后各区域影响最低气温的主要因子。结果表明：根据最低气温REOF分区可把我国南方地区最低气温划分为A,B,C三个区域：A区主要包括广西、湖南、贵州;B区主要包括海南、广东、福建和浙江;C区主要包括湖北、河南和安徽。影响这三个分区最低气温的因子各有不同,A区主要是受来自青藏高原东部及其周边的热源影响,B区主要是受西太副高和西南气流的影响,影响C区的则主要是来自北方的冷空气。     

阳江国际探空试验的GPS、探空、微波辐射计水汽资料对比分析

GPS/MET水汽资料因其建设维护成本低、时间分辨率高、可全天候、无人、自动观测等优点,已经成为获取大气水汽资料新的重要手段。以阳江第八届国际探空比对试验资料为基础,对比分析了GPS/MET与4种探空仪和微波辐射计获取的水汽资料。探空与GPS/MET测量的水汽值有较强的相关性,相关系数在0.57~0.74之间,但探空水汽值比GPS/MET偏高0.71~1.47mm,方差在3.48~3.96之间。其中RS92探空仪测量的水汽变幅与GPS/MET基本相当,但国内探空仪水汽测量值的变幅明显高于GPS/MET,偏高近1.6~1.8倍。微波辐射计在天气较好时,测量精度较高,基本上以3个国产探空仪数据相当;但微波辐射计在雨天受罩子上的雨水影响,误差较大,与GPS/MET的测量值不相关。     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。     

基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力-统计集合预报模型

数值天气预报(NWP)过去几十年在热带气旋(TC)预报方面的最大进步是越来越准确的路径预报。对于登陆TC降水的预报,目前以数值模式为代表的技术手段预报能力还十分有限。围绕动力-统计结合之方法研究,初步发展了登陆热带气旋降水(LTP)预报的一种新方法:基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型。该方法主要分为五步:TC路径预报、相似路径TC识别、其他特征相似性的判别、TC降水集合预报和最佳预报方案选择;涉及两个关键技术:TC降水分离的客观天气图分析法(OSAT)和TC路径相似面积指数(TSAI)。LTP DSEF模型对2012-2016年影响华南地区出现最大日降水量≥100 mm的21个TC的定量降水预报(QPF)试验结果显示,该模型对登陆TC过程降水的预报结果优于动力模式。登陆TC过程降水≥50 mm情况下,建模样本和独立样本平均TS评分均高于动力模式(EC、GFS、T639)相应的最好表现。对LTP_DSEF模型三个最佳方案的参数取值分析显示,起报时刻参数设定为最临近影响时刻即TC对陆地产生降水的前一天12:00 UTC、集合参数取最大值时预报效果稳定趋好。     

强台风“菲特”(1323)极端降水研究进展

台风暴雨灾害是台风三类灾害(暴雨、大风、风暴潮)之首,而台风极端降水是暴雨灾害的直接原因,对台风极端降水的研究有利于增强对台风极端降水机理的认识和提高极端降水的预报水平。强台风“菲特”(1323)具有登陆强度历史罕见、降雨强度大、影响范围广、引发灾害重等特点,本文对“菲特”极端降水特征及其形成机理研究进行了回顾和总结。“菲特”的强降水过程主要分为两个阶段,造成了杭州湾一带和浙闽交界处两个强降水中心。“菲特”极端降水之所以产生,源于环境因子、地形和内部条件多尺度相互作用:环境因子涉及双台风作用、弱冷空气侵入、台风倒槽、垂直风切变和高空急流等,其中“丹娜丝”台风外围偏东气流源源不断的水汽输送是“菲特”极端降水形成的关键物理因子;山脉等地形增幅作用是浙江余姚等地出现历史性强降水的重要原因;水汽辐合和凝结与霰的融化和对流区雨滴的迁移是暴雨增幅重要的内部因素。