我国地面降水的分级回归统计降尺度预报研究

利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF,the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)、日本气象厅(JMA,the Japan Meteorological Agency)、美国国家环境预报中心(NCEP,the National Centers for Environmental Prediction)以及英国气象局(UKMO,the UK Met Office)4个中心1~7 d预报的日降水量集合预报资料,并以中国降水融合产品作为"观测值",对我国地面降水量预报进行统计降尺度处理。采用空间滑动窗口增加中雨和大雨雨量样本,建立分级雨量的回归方程,并与未分级雨量的统计降尺度预报进行对比。结果表明,对于不同模式、不同预报时效以及不同降水量级,统计降尺度的预报技巧改进程度不尽相同。统计降尺度的预报技巧依赖于模式本身的预报效果。相比雨量未分级回归,雨量分级回归的统计降尺度预报与观测值的距平相关系数更高,均方根误差更小,不同量级降水的ETS评分明显提高。对雨量分级回归统计降尺度预报结果进行二次订正,可大大减少小雨的空报。     

基于多模式降水量预报的浙江省统计降尺度研究

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国全球集合预报系统(GFS)、日本气象厅(JMA)3个中心3~96 h预报时效的降水量预报资料,以及浙江省1957个高密度的自动站观测资料,对数值模式预报结果进行统计降尺度处理。首先利用线性回归方法对插值后的预报结果进行降尺度订正,然后把3个数值预报的降尺度结果进行消除偏差集合平均,最后得到多模式集成的降水量预报场。结果表明,统计降尺度订正后的预报结果比直接插值更加准确,多模式集成的预报效果优于单模式结果,其改进效果随预报时效的延长减小。     

基于TIGGE多模式降水量预报的统计降尺度研究

利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心、美国国家环境预报中心、英国气象局以及日本气象厅4个中心,1~7 d预报时效的降水量预报资料,以TRMM/3B42RT降水量作为"观测值",对东亚地区降水量进行统计降尺度处理。首先利用逻辑回归方法将天气分为有雨和无雨,再对有雨的情况,利用线性回归方法对插值后的预报结果进行降尺度订正,最后将4个中心的预报值进行消除偏差集合平均,得到多模式集成的降水量预报场。结果表明:逻辑回归能够有效地改善预报中小雨的空报情况,统计降尺度订正后的预报结果比直接插值更加准确,多模式集成的预报效果优于单模式结果,其改进效果随预报时效的延长逐渐减小。     

基于GWR模型的贵州喀斯特山区TRMM 3B43降水资料降尺度分析

基于降水与地形起伏之间的非平稳关系,结合有限的观测降水数据,利用GWR回归模型,对贵州喀斯特山区的TRMM 3B43降水资料进行降尺度和校准,最终得到空间分辨率为1 km×1 km的降水量分布数据并进行了验证。结果显示:(1)考虑地形起伏和降水空间非平稳性的GWR模型,提高了贵州喀斯特山区TRMM 3B43遥感降水资料的空间分辨率和准确度。(2)不同时间尺度的验证结果表明,在与观测降水的相关统计中,TRMM降尺度降水具有较TRMM 3B43降水更高的统计精度和更小的误差,更接近于地面观测降水;该降尺度算法在贵州降水较少的时间尺度更加接近真实值。(3)当TRMM 3B43可以被重采样的地形起伏度(RDLS)进行准确预测时,TRMM 3B43的精度是GWR降尺度算法中的主要误差源;当区域的降水与地形起伏弱相关或无关时,应考虑引入其他影响降水的空间变量来修正这一空间非平稳性关系。     

基于雨量分级回归分析的站点日降水量预报订正

利用ECMWF 24h累计降水量预报资料,以全国范围内2403个国家地面气象观测站24h累计降水量作为观测资料,对站点预报结果进行雨量分级回归订正,并与直接双线性插值的预报结果进行对比,利用频率匹配法进一步对不同量级的降水预报结果进行二次订正。结果表明,雨量分级回归相比双线性插值,可以减小预报误差,提高预报结果与观测值之间的相关系数以及降水预报的ETS评分,使站点预报值更接近实况。频率匹配法能改善各降水量级的预报效果,降水面积偏差减小,小雨空报率和大雨漏报率减小。对于不同起报时间、不同降水量级和不同预报时效,雨量分级回归和频率匹配法的改进程度各不相同。雨量分级回归对于20:00起报的降水预报改进幅度大于08:00,对0.1mm和50mm量级的降水预报改进较为有限,对5～15mm量级的降水预报改进明显,且随预报时效的延长,对降水预报的改进幅度呈增大趋势。此外,频率匹配法对于起报时次效果较差的降水预报改进幅度较大。     

中国东南地区降水的两种集合预报综合偏差订正对比分析

利用2015年6月1日—7月31日三个全球数值预报业务中心(CMA、ECMWF和NCEP)的24 h降水集合预报资料和我国东南地区降水观测资料,采用贝叶斯模型平均方法(A方案)和基于A方案的统计降尺度模型二次订正方法(B方案)对上述三个中心和多模式超级集合降水预报进行订正,并对比两种方案的订正效果;然后,选取2015年8月1—31日降水预报进行独立样本检验,分析订正前后的降水预报效果。结果表明:以第50百分位的降水预报为例,经A方案订正后各中心和多模式的集合平均消除了大量的小雨空报,其对小雨、中雨的订正效果很明显,对大雨以上的降水量级订正效果不明显。随着降水阈值增加,A方案的订正效果随之减弱。此方案对雨带走向的订正不明显,会使降水大值区量级降低甚至消失。采用B方案订正后,不仅可降低原始集合预报的空报率,还可对降水量级和落区进行订正,使降水预报的范围和量级与实况更接近,但对大量级降水,如50.0 mm以上的降水量级订正效果仍然不显著。     

非齐次隐马尔可夫降尺度方法对江淮流域夏季逐日降水的模拟及其评估

引入非齐次隐马尔可夫模型(Nonhomogeneous hidden Markov model,NHMM)统计降尺度方法,利用1961—2002年江淮流域夏季逐日降水资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-40再分析资料建立模型,检验其对东部季风区(以江淮流域为代表)夏季日降水的模拟能力,并对比BCC-CSM1.1(m)模式NHMM降尺度前后的模拟效果。结果表明,NHMM降尺度方法通过建立降水概率分布态间转移参数与大尺度环流变量的联系,对江淮流域逐日降水量具有较好的降尺度效果。模拟的各站日降水量概率分布函数(PDF)曲线与观测非常接近,布赖尔评分(Brier Score,S_B)均小于0.11%,显著性评分(Significance Score,Ss)均大于0.84;夏季总降水量、降水日数、中雨日数、降水强度和95%分位降水量指数的多年平均场偏差百分率绝对值低于10%,前3个指数的空间相关系数高于0.9;该方法对各降水指数的年际变率也有一定的模拟能力,模拟得到的各指数的区域平均年际序列与观测序列的相关系数为0.62—0.87。对BCC-CSM1.1(m)模式的模拟结果进行降尺度后,SB较降尺度前平均减小0.57%,Ss平均增大0.23,皆表明降尺度后的概率分布函数曲线更接近于观测;各降水指数在多数台站的偏差百分率绝对值由大于40%降至10%以内,空间相关系数普遍提高至0.8以上。NHMM降尺度方法能够有效提高BCC-CSM1.1(m)模式对江淮流域夏季日降水的模拟能力,相对气候模式具有显著的"增值",未来可进一步利用该方法进行气候变暖背景下的日降水变化预估。     

SWCWARMS模式小时降水量时间滞后集合预报研究

基于SWCWARMS模式9km×9km分辨率逐小时降水预报,通过时间滞后集合预报方法构建多个集合成员,使用SAL评分值计算相应集合成员的权重系数,进行不等权集合平均,从而得到新的逐小时降水预报。利用SAL、TS和BIAS检验方法对四川省2019年8月的逐小时降水量时间滞后集合预报及相应的SWCWARMS模式最新时次预报进行对比分析,结果表明:(1)时间滞后集合预报SAL检验的L值和A值都较模式预报更接近于0,较好地改善了降水位置和强度的整体预报水平;(2)时间滞后集合预报对逐小时降水晴雨TS评分提升明显,评分提高百分率在10%左右,有效地减小了模式在晴雨方面的空报;(3)临近预报时效,时间滞后集合预报方法对于大量级降水预报也有较好的订正效果。     

基于重组降水集合预报的洪水概率预报

采用条件亚正态模型方法,生成了具有包含不同可能性的降水集合预报。为了保持各子流域降水集合预报变量之间的空间相关性,采用集合预报重组方法对降水集合预报进行重新排列。使用重组后的降水集合预报驱动水文模型,实现了淮河上游大坡岭-息县、淮河上游息县-王家坝和汝河-洪河上游3个子流域的12次洪水过程的洪水概率预报,并对1988年9月7日和1991年7月31日两次洪水概率预报进行个例分析。结果表明:相对于单一确定性预报,通过条件亚正态分布模型生成降水集合预报后,再经过Schaake洗牌法空间相关性重新组合的降水集合预报,捕捉洪峰出现时间和流量的能力更强。对洪水概率预报来说,降水概率预报更能达到对未来的水文事件进行最大可能估计的目的,并尽可能综合了降水预报不确定性因素,同时也说明维持变量原有的空间相关特征对于降水概率预报具有重要意义。     

最优子集回归方法在季节气候预测中的应用

利用DEMETER计划多个模式的模拟资料研究1959～2001年多模式集合预报的季节降水在中国区域的表现, 并结合最优子集回归(OSR)方法对中国区域的季节降水进行降尺度预报, 比较其与多模式集合预报的技巧。研究表明: 多个单模式在中国区域对季节降水的模拟性能普遍较差, 多元线性回归(MLR)集合的预报技巧不如集合平均(EM)。利用OSR方法进行降尺度预报可以极大改善中国区域季节降水的预报技巧。夏季, 降水距平相关系数(ACC)在长江以南、西藏以及内蒙古中部等地区提高很显著, ACC在中国区域的平均达到0.29, 明显高于多模式集合平均与多元线性回归集合。冬季, OSR方法可以改善多模式集合在中国北方地区较低的预报技巧。概率Brier技巧评分(BSS)也表明了OSR方法对季节降水预报的改善。需要说明的是, 虽然OSR方法在中国区域能明显提高季节降水的预报技巧, 但是其选取的预报因子与中国区域季节降水的物理机制问题仍有待于进一步的研究。     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

大到暴雪天气模型及数值产品释用预报方法

用欧洲数值预报产品格点资料,对1986年11月-2002年3月河南省出现的87个大到暴雪个例进行对比分析,将大到暴雪划分为3个类型,即高原低槽型、阻高-横槽型和L型,对每个型进行合成平均,建立了大到暴雪的天气学概念模型。为提高样本中大到暴雪的概率,先将样本进行消空处理,然后选取物理意义清晰、天气学意义明确的预报因子,分别建立了全省分片大到暴雪1-7 d预报方法,在业务试应用中取得了较好的预报效果。     

百叶箱与通风辐射罩的气温日最值差异

利用2009年8月—2010年7月的平行观测资料,对新型自动气象站中百叶箱和通风辐射罩气温观测系统气温日最值对比差的分布、粗差率、一致率以及平均值等进行统计,对日最值的出现时间进行对比,对日最值对比差与环境风速的关系进行分析,建立并验证了百叶箱气温日最值的订正方法。结果表明:百叶箱和通风辐射罩气温日最值对比差的分布均呈右偏态,且偏斜程度较大,不服从正态分布;日最高气温与最低气温的一致率分别为90.0%和81.5%,两者存在较大差异,但其粗差率基本一致,均略高于3.0%;与通风辐射罩气温观测系统相比,百叶箱的日最值数据总体偏高0.2℃左右,同时其出现时间也存在不同程度的滞后;气温日最值的差异会随着环境风速的增强而减小,特别是当风速大于4.5 m·s-1时,其差异可缩小到0.1℃以内;以环境风速为主要参数的气温订正方法将最高气温的差异缩小到0.03℃,一致率提高到95.2%,将最低气温的差异缩小到0.01℃,一致率提高到94.1%。     

Historic and Future Perspectives of Storm and Cyclone

In weather sciences, the two specific terms “storm” and “cyclone” frequently appear in literature and usually refer to the violent nature of a number of weather systems characterized by central low pressure, strong winds, large precipitation amounts in the form of rain, freezing rain, or snow, as well as thunder and lightning. But what is the connection between these two specific terms? In this paper, the historic evolutions of the terms “storm” and “cyclone” are reviewed from the perspective of...     

高低压中心、槽线识别的初步试验

利用经过截取处理的欧亚范围的欧洲格点数据，通过运算转化为屏幕网格资料，采用逐点追踪方法绘制等压线，运用统计识别法和模糊识别技术，结合实测风场订正，对高低压中心和槽线进行分析识别。试验结果表明，计算机能基本准确的识别出高低压中心及槽线，且速度比人工快得多，从而可做为人工智能工作站的一相接口，并为天气图的客观化和自动化分析作了初步尝试。     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

《气象与环境学报》稿件远程采编处理系统和网站建设与应用

气象与环境学报》编辑部与北京玛格泰克科技发展有限公司开展技术合作,于2008年初开通了由该公司开发研制的“稿件远程采编处理系统”和“网站系统”。系统主要包括作者在线投稿系统、作者在线查稿系统、在线审稿系统、编委在线审稿系统、主编在线审稿系统和远程编辑系统。实现了作者、审者、编者在线稿件收稿、审稿、退修、发稿通知的全过程监控与管理。网站包括期刊介绍、编委会、投稿须知、期刊订阅、广告合作和编辑部公告等信息。系统运行以来,加快了稿件处理效率,缩短了论文刊登周期,提高了工作效率,扩大了期刊传播影响力,方便了广大作者和读者,促进了编辑业务现代化建设的进展。通过对《气象与环境学报》稿件远程采编处理系统的建设和应用的叙述,概述了网站与系统的功能和设置,归纳了应用效果与体会,讨论了系统和网站的特点与存在的问题。     

内蒙古专业气象预警与气象预警系统的建立

通过分析内蒙古主要气象灾害的种类和特征,找出目前气象预警存在的不足之处,研究适合内蒙古地区的专业气象预警机制,并建立气象预警系统,使专业气象预警产品更好地为公众及各行业服务。     

Intercomparison of Three- and one-Dimensional Model Simulations and Aircraft Observations of Stratocumulus

As part of the EUropean Cloud REsolving Modelling (EUCREM) model intercomparison project we compared the properties and development of stratocumulus as revealed by actual observations and as derived from two types of models, namely three-dimensional Large Eddy Simulations (LES) and one-dimensional Single Column Models (SCMs). The turbulence, microphysical and radiation properties were obtained from observations made in solid stratocumulus during the third flight of the first 'Lagrangian' experiment of the Atlantic Stratocumulus Transition Experiment (ASTEX). The goal of the intercomparison was to study the turbulence and microphysical properties of a stratocumulus layer with specified initial and boundary conditions.The LES models predict an entrainment velocity which is significantly larger than estimated from observations. Because the observed value contains a large experimental uncertainty no definitive conclusions can be drawn from this. The LES modelled buoyancy flux agrees rather well with the observed values, which indicates that the intensity of the convection is modelled correctly. From LES it was concluded that the inclusion of drizzle had a small influence (about 10%) on the buoyancy flux. All SCMs predict a solid stratocumulus layer with the correct liquid water profile. However, the buoyancy flux profile is poorly represented in these models. From the comparison with observations it is clear that there is considerable uncertainty in the parametrization of drizzle in both SCM and LES.     

棉花生育模拟模型及生产管理决策系统研究进展

简要叙述了国内外棉花生长发育模拟模型，棉花专家系统和棉花生产管理决策系统的发展，重点介绍了美国的GOSSYM模拟模型和我国的COTGROW模拟模型等最成功的研究成果。