深度学习网络在降水相态判识和预报中的应用

利用1996-2015年中国的高空探测资料和地面观测数据,挑选发生降水的数十万个样本将其分为降雨和降雪两类事件,抽象为二分类问题,采用深度学习网络技术构建降水相态判识模型,并用2016 2017年的数据进行测试检验,针对2018年1月下旬中国一次大范围雨雪天气过程进行个例检验,在此基础上探讨了深度学习网络在降水相态判识...     

广西春季降水变异成因分析

对广西 195 9- 2 0 0 0年春季 2～ 3月、 4月典型降水场的 5 0 0 h Pa高度差异场、及突变前后 10 a尺度 5 0 0 h Pa大气环流与海温场进行分析 ,得到 :2～ 3月与 4月降水典型年份高度场存在明显的差异 ,且中心位置、强度基本一致 ;10年尺度 5 0 0 h Pa高度异常变化是造成广西 2～ 3月份降水发生突变的主要原因。 10年尺度 5 0 0 h Pa高度场在北太平洋上的异常变化对 4月降水突变影响明显 ;北太平洋和 NINO海区海温突变前后发生了相反的变化 ,这种异常变化对春季降水突变影响明显     

广西春季降水变异成因分析

对广西1959－2000年春季2－3月，4月典型降水场的500hPa高度差异场，及突变前后10a尺度500hPa大气环流与海温场进行分析，得到：2－3月与4月降水典型年份高度场存在明显的差异，且中心位置，强度基本一致；10年尺度500hPa高度异常变化是造成广西2－3月份降水发生突变的主要原因。10年尺度500hPa高度场在北太平洋上异常变化对4月降水突变影响明显；北太平洋和NINO海区海温突变前后发生了相反的变化，这种异常变化对春季降水突变影响明显。     

一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用常规高空地面观测、风廓线雷达与地基微波辐射计资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2016年石家庄初雪预报失误的原因及降水相态的演变特征进行了分析。结果表明:预报中采用的降雪阈值不能反映云中雪晶形成和增长的条件,提取雪晶下降过程中是否融化的温度阈值时所用的资料精度不高,以上两条是导致其预报失误的原因。风廓线雷达垂直径向速度可辅助判断降水起止及相态变化,降雨时3 km高度以下出现一致向下的径向速度,速度值最大超过1.5 m·s^-1;径向速度数值减小到1 m·s^-1以下且高度下降到1 km以下,可能预示着降水由雨转为雪。微波辐射计反演的温湿廓线因易对云中雪晶形成增长条件以及雪晶在下降过程中是否融化作出判断,故其可以应用于降水相态转变的临近预报。

     

一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用NCEP 1°×1°资料、常规观测资料、自动站资料、多普勒天气雷达资料,对2007年3月河北省一次早春强寒潮天气背景下的降水多相态转换的成因与雨雪转换的预报进行了分析.结果表明:850hPa及以下蒙古高压和江淮气旋共同作用产生的偏东风导致低层大气温度持续下降,降水性质从雨转为雪.随着江淮气旋入海,高低空风向发生突变,从东北风转为西北风,加上太行山地形作用,使太行山东麓部分地区低层大气出现小幅升温,0℃层高度抬升,致使从雪转为雨.多普勒天气雷达回波图上,0℃层亮带高度的迅速下降,可作为从液态降水向固态降水转换的判据之一.天气学分析表明,当0℃层高度低于950hPa、地面气温在0℃上下、1000hPa温度低于2℃、925hPa温度低于-2℃时,降水性质将从雨向雨夹雪或雪转变.     

一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析

2012年11月3-5日华北地区出现了该年度的第一次大范围雨雪天气过程,各地区依次都出现了雨转雪的复杂天气,这给预报带来了较大的难度。一直以来,冬季降水相态类型的预报都是国内外气象预报的难题之一,而温度的垂直结构特征是影响最终降水类型的关键因素之一。利用常规地面观测资料、NCEP再分析资料及中尺度数值模式WRF对此次雨雪天气过程中的温度垂直结构演变特征以及相态转变对温度垂直结构的作用等几个方面进行了分析讨论。结果表明:(1)在发生雨转雪过程中,温度递减率会持续减小,并最终会在低层形成一个上下一致的均温层,同时还伴有浅薄逆温层的产生;(2)降水相态类型严重依赖于温度的垂直结构,温度垂直结构的细微改变将决定最终到达地面的降水类型,因此,相关层次的厚度差可以成为判别降水相态类型的重要指标;(3)在降水类型由雨转雪的过程中,由于相关层次的融化作用,伴随着相态的变化温度垂直结构会发生一定程度的改变。     

华南冬春季连续性降水异常的成因分析

根据1959 ～2010年华南逐月降水资料、全球月平均高度场、风场和海表温度等资料,采用合成分析的方法,对华南冬春季连续性降水异常的可能原因进行了初步分析.结果表明:华南冬、春降水的影响系统各不相同,冬季偏旱(涝)年东亚大槽较常年偏强(弱),冬季风偏强(弱),西北太平洋海温偏暖(冷);春季偏旱(涝)年孟加拉湾以北的南支槽偏弱(强),东太平洋海温异常偏冷(暖).影响冬、春季降水的系统之间又不是绝对独立的,在一定程度上存在着相互联系,乌拉尔山阻塞高压偏强,哈德莱环流偏强会导致冬春季持续性降水偏少.西北太平洋海温持续偏暖易导致冬春连旱,热带东太平洋海温持续偏暖易导致冬春连涝.     

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

一次晚春降水相态变化特征及成因

应用常规观测资料、自动站资料、雷达资料及1°×1°NCEP再分析资料,对2013年4月19日河北省一次晚春回流降水相态变化特征及成因进行了分析。结果表明:河北中南部地区相继受东西2股冷空气影响,前期东路冷空气从850 hPa以下入侵,之后西路冷空气随700 hPa高空槽东移加剧了中南部地区的降温,使大范围降水出现相态变化;地面温度对本次降水过程的雨雪相变指示性不大,但地面气压的变化早于地面温度,对预报具有一定的指示意义;700 hPa低空急流对中空暖层的形成起决定作用,当暖层消失,降水相态完全转为降雪,925 hPa上-2℃温度特征线与降雪区对应较好,通过温度的垂直结构来辨别相态更为可靠;雷达回波的0℃层亮带出现高度在4.7 km左右,其高度的快速降低与降水相态转变时间一致。     

正交筛选方案在北疆春季降水预测中的应用

一、引言新疆是灌溉农业区,地表和地下水资源多寡及分布状况为人们关注,而自然降水是根本来源.以天山为界,北疆年降水量平均为255mm,南疆为106mm,前者为后者的两倍半.平均而言,北疆的春季降水约占年降水量的1/3.较大的春季降水对缓和春旱起着重要的作用.生产实践证明,北疆     

应用双光谱云图判识梅雨锋云系降水等级

用１９９１年梅雨期间的部分ＧＭＳ红外，可见光数字云图及同时的地面实测降水资料，从分析各等级降水云的二维频数分布着后，探求降水强度与红外，可见光亮度值之间的关系，最终实现用红外，可见光双光谱阈值法判识大暴雨，暴雨，大雨，中小雨４个等级的降水云。     

基于L波段探空观测的FY-4A云顶温度产品评估及其在冬季降水相态判识中的应用

利用2019—2021年冬季上海宝山站L波段探空资料对FY-4A云顶温度(CTT)产品进行评估,分析发现,FY-4A的云顶温度产品能够较好地反映单层云的云顶温度,对双层云或多层云的云顶温度则普遍高估(平均高估幅度超过14℃);当探空观测到的云顶高度不超过6 km或云顶温度不低于-20℃时,FY-4A云顶温度产品误差较小,平均偏差约为3℃。根据2021—2022年冬季长三角地区地面站观测的降水现象统计云顶温度与降水相态的关系,并对典型个例进行分析,结果表明,云顶温度低是出现降雪的必要条件之一,绝大部分降雪出现在云顶温度低于-12℃的情况下。FY-4A的云顶温度产品时空分辨率高、精度尚可,可以辅助预报员判识雨雪落区,在雨雪转换过程的预报服务中有较大的应用潜力。     

北京一次冬季极端降水过程中相态转换预报的误差分析

应用多种常规和非常规观测气象资料以及再分析资料对2020年2月13日夜间至14日白天北京地区一次极端雨雪过程的成因进行了分析,并重点探讨了模式降水相态预报的误差及其原因.结果表明:(1)本次降水过程中,低涡系统深厚,强度异常强,移速慢,影响时间长,导致北京地区部分站点降水持续12?h左右.异常偏强的东南风急流向北京西部...     

一次寒潮的降水相态变化分析

本文利用MICAP3.2资料、常规观测资料、自动站资料和多普勒天气雷达资料分析2014年5月2日一次寒潮天气背景下降水相态的成因。结果表明:此过程是高空较强冷空气与南部低压系统共同作用产生的由雨转为雨夹雪后转雪的降水相态的变化。从高空形式场分析,0℃层迅速下降,850 h Pa已达-2℃以上及地面气温在0℃左右是产生降雪的指标。     

北疆极端降水事件的初步分析

基于北疆44站日降水资料,使用一元线性回归和二项式滑动平均等统计方法,分析了北疆极端降水量、极端降水频数和极端降水强度的时空变化特征。结果表明,极端降水在季节和空间分布上均存在较大差异,山区极端降水强度大,平原地区极端降水频数多。极端降水量和频数在夏季和冬季均呈明显增加趋势,伊犁河谷地区尤为显著,而春秋季变化趋势不明显。4个季节的极端降水强度和频数均以年际变化为主,春季的极端降水强度在1990年后出现多个峰值,而秋季,在1990年前存在多个峰值。     

内蒙古东南部降水相态判据的对比分析

利用内蒙古东南部通辽、赤峰两站1992—2012年的地面和探空数据,针对两地雨、雨夹雪和雪等不同的降水相态进行对比分析,结果表明:通辽站降雨或雨夹雪时850hPa气温特征较为接近,赤峰站降雨夹雪或雪时850hPa气温特征较为接近;通辽站850~700hPa两层之间的厚度降雨夹雪或雪时特征相近,赤峰站降雨或雨夹雪时特征相近,在箱线图中两层之间的厚度与850hPa温度分别对3种相态出现完全相反的叠加。在850、925hPa气温的判别指标中,赤峰较通辽站:降雨时分别高1.5℃和1.7℃、降雪时分别高2.4℃和3.8℃。气温(T)统计表明:降雨时通辽站气温在4.0℃以上、赤峰站气温在6.0℃以上,降雪时两站均T≤0.0℃,两站气温在0.0℃T≤4.0℃(通辽站,赤峰站为6.0℃)为雨、雨夹雪和雪共同出现的温度区间。虽然两站阈值大小有较大差异,但3种降水相态的出现均与中、低层厚度和低层气温密切相关,与中层的气温关系甚小,说明该地区中、低层厚度和低层气温高低决定地面降水相态。     

苏南两次回流天气过程形势特征和降水相态分析

利用常规观测资料、0.25°×0.25° FNL资料、微波辐射计资料和风廓线雷达资料，对发生在苏南的两次回流天气过程的环流特征、大气层结特征等进行分析。结果表明：高纬度地区500 hPa是两槽一脊的环流形势，近地面层持续受东北风影响，西南暖湿气流在底层冷垫上爬升，是回流降雪天气形势；从东北平原回流南下的冷空气湿度小，在降水中只起到了"冷垫"的作用。中低层西南暖湿气流差异导致两次降雪强度存在差异；近地面层的降温在雨和雪的区分判别上影响更大，统计2012—2022年初苏南地区8个降雪个例发现，苏南地区，满足T₈₅₀≤-4 ℃，T₉₂₅≤-3 ℃，T_{1 000}≤1 ℃，T_{2 m}≤2 ℃这样的温度阈值条件时开始雨转降雪；当1 515 gpm≤H_700-850≤1 575 gpm，1 289 gpm≤H_{850-1 000}≤1 317 gpm时，相态易由雨转雪。中低层西南气流、底层东北风的加强，2 000 m左右高度风场的转变，短波槽（或切变线）触发了不稳定能量的释放，导致降雪发生；当中低层西南气流减弱转为西北气流后，大气水汽含量降低，降雪结束。     

北疆冬季降水异常的环流特征和水汽输送分析

利用1979—2016年北疆冬季49个气象站日降水资料和ERA-Interim再分析资料（0.5°×0.5°),对北疆冬季降水的时空特征、水汽输送及环流形势进行研究。结果发现,北疆冬季降水的水汽输送通道有2条：地中海-黑海-里海-咸海-巴尔喀什湖-北疆为西方路径,红海-波斯湾/里海南侧-巴尔喀什湖-北疆为西南路径,其中以西方路径为主。500 hPa高纬高（低）压、西伯利亚瞬变低压（高压）和伊朗高原脊（槽）的异常活跃促使北疆一致降水偏多（少),500 hPa斯堪的纳维亚半岛正（负）距平、西伯利亚-伊朗高原负（正）距平的活跃和地中海低压槽（高压脊）的异常活跃导致北疆西北部降水偏多（少),500 hPa巴尔喀什湖西南侧西南-东北负（正）距平的活跃和西伯利亚正（负）距平的活跃造成北疆西部降水偏多（少),其中全区降水一致型是北疆降水的主要分布型。     

一次冬季降水相态变化过程的分析

本文利用常规观测、数值预报、卫星云图等资料,通过对高低空形势、地面形势和多家数值预报产品的综合分析,对葫芦岛2009年2月12日傍晚—13日清晨中到大雪局地暴雪的天气过程进行了系统分析。分析表明,高低空的有利配合,冷暖空气的交汇,是形成本次天气过程的关键。前期受暖湿空气主导,后期受干冷空气控制,这是先降雨后降雪的主要原因。多家数值预报产品预报意见基本一致,也较准确,但对降水强度预报偏小。     

首都机场一次降水过程的相态变化分析

2021年11月6-7日,京津冀地区出现了一次范围较大的雨雪天气过程,期间降水相态复杂多变,对北京首都机场的安全运行带来了影响。本文对此次过程的天气系统空间结构进行分析,总结出以下三点成因:首先,强冷空气侵入暖空气,气温在1-3℃之间时发生相态变化,当气温下降到0℃以下时,这种相态的转变过程趋于结束;其次,受地形影响,冷空气越过山脉后迅速下沉,0℃层高度快速下降,促进了降水的相态转变;最后,中低空有明显的锋生过程和对称不稳定存在,对降水的形成具有促进作用。