概率密度匹配法对中国区域卫星降水资料的改进

为考察概率密度匹配法 (PDF方法) 对中国区域卫星反演降水产品系统误差订正的适用性,基于逐日和逐时我国地面观测降水量资料,引入PDF方法,分别对逐日0.25°×0.25°水平分辨率和逐时0.1°×0.1°水平分辨率的CMORPH (Climate Prediction Center Morphing Technique) 卫星降水产品的系统误差进行订正。在分析CMORPH卫星降水产品误差特征的基础上,根据两种资料不同的时空分辨率和误差特点,调整概率密度匹配时选取样本的时间和空间范围,设计相应的订正方案。评估结果表明: PDF方法订正后, 两种分辨率卫星降水资料在中国区域系统误差均显著减小,达到了理想的订正效果。在我国站点稀疏的西部地区,订正后的CMORPH卫星降水产品仍保持卫星观测的降水空间分布,降水量也明显接近于地面观测降水量。可见,PDF方法是中国区域卫星反演降水产品系统误差订正的一种有效方法。     

TOVS 水汽反演的误差分析及其订正

该文利用同步物理反演法以6小时数值预报场为背景场对1992年1月份NOAA-12卫星垂直探测（TOVS）资料进行了大气参数反演,并对水汽反演误差进行了检验和分析。以常规观测作为检验的标准,检验结果按3条轨道统计,发现反演的相对湿度平均误差与背景场的误差密切相关,均为负值;在高层和高纬度,误差绝对值随高度的增加而增加,随纬度的升高而增加;误差的日际变化在高层比较稳定,低层振动较大。对反演误差进行订正后的结果表明,在500 hPa以上反演均比背景质量要好,尤其轨道A所有层次上订正后的反演比背景场好。     

基于Delta分位数映射法的青藏高原中东部IMERG卫星降水误差订正

可靠的降水资料对理解青藏高原水量平衡和水循环过程尤为重要。IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for Global Precipitation Measurement)是新一代卫星降水产品,具有更广的覆盖范围与更高的时空分辨率,但在高原复杂地形条件下仍然存在较大的不确定性。鉴于此,本研究应用Delta分位数映射法(Quantile Delta Mapping, QDM),对IMERG日降水数据进行偏差订正,使用2001-2010年的中国区域地面气象要素数据集(China Meteorological Forcing Dataset, CMFD)降水数据和IMERG日降水产品分季节建立传递函数,对2011-2014年的IMERG逐日降水进行订正。研究结果表明：(1)Delta分位数映射法能够有效订正IMERG的降水频率、数值和空间分布,对极端降水和负偏差较大区域的订正效果更为明显。订正后的IMERG降水概率分布更加接近观测概率分布,降水偏差也更符合正态分布,改进了对全年和季节降水空间分布的刻画,提高了月降水的精度。(2)订正后日降水量均...     

CWRF模式极端降水模拟误差订正

基于1980—2015年6—8月CWRF模式(Climate-Weather Research and Forecasting model)14种方案的模拟结果和全国逐日降水观测资料,对比了Q-lin,Q-tri,RQ-lin,RQ-tri,SSP-lin和CDFt 6种误差订正方法对CWRF模式控制化方案(C1)模拟中国东部夏季日极端降水的订正效果,以CWRF模式14种方案日极端降水的模拟效果排名为基础,对比了模拟效果较好的4种方案集合、模拟较差的4种方案集合以及14种方案集合的订正效果,选出相对较好的订正方案进一步评估其成员集合后订正和成员分别订正后再集合的订正效果,结果表明:采用6种误差订正方法均可明显减少日极端降水模拟误差,其中RQ-lin方法订正效果最佳。CWRF模式对中国东部的极端降水指数均表现出较好的模拟能力,不同参数化集合方案得到14种方案成员先订正再集合与观测日极端降水平均值最为接近,研究结果对于改进模拟结果、提高其预测能力有重要应用价值。     

TOVS水汽及演的误差分析及其订正

该文利用同步物理反演法以６小时数值预报场为背景场对１９９２年１月份ＮＯＡＡ－１２卫星垂直探测（ＴＯＶＳ）资料进行了大气参数反演，并对水汽反演误差进行了检验和分析．以常规观测作为检验的标准，检验结果按３条轨道统计，发现反演的相对湿度平均误差与背景场的误差密切相关，均为负值；在高层和高纬度，误差绝对值随高度的增加而增加，随纬度的升高而增加；误差的日际变化在高层比较稳定，低层振动较大．对反演误差进行订正后的结果表明，在５００ｈＰａ以上反演均比背景质量要好，尤其轨道Ａ所有层次上订正后的反演比背景场好．     

CWRF模式在中国夏季极端降水模拟的误差订正

利用1980—2015年6—8月我国逐日降水观测数据评估CWRF模式（Climate-Weather Research and Forecasting model）多种参数化方案对我国夏季日降水的模拟能力,并考察累积概率变换偏差订正法（CDFt）的订正效果。通过将广义帕累托分布（GPD）引入到偏差订正模型中,提出针对极端降水的累积概率变换偏差订正法（XCDFt）,检验和评估其对极端降水订正的适用性。结果显示:CWRF模式微物理过程选用Morrison-aerosol参数化方案组合对我国降水场的模拟较好,CDFt订正效果良好;XCDFt偏差订正模型能够较好地提取模式建模与验证时期变化信号,订正后相比订正前与观测极端降水的概率分布更为接近;经过XCDFt订正后华南、华中和华北地区20年一遇的极端降水重现水平较模拟值更接近观测值,可为CWRF模式提高极端降水的业务预测水平提供参考。     

TRMM和CMORPH卫星资料对三峡库区降水的评估分析

利用1998—2016年TRMM和CMORPH两种遥感卫星资料降水和同期三峡库区气象观测站数据,通过比较干、支流和远、近库区气象站点的降水变化和蓄水前后降水量、雨日、降水强度和频率等变化特征,分析评估了基于两种卫星遥感降水和测站降水的三峡库区局地降水变化。结果表明:库区TRMM和CMORPH卫星降水年际变化特征总体上与气象观测站相符,反演效果在日尺度TRMM略逊于CMORPH,在季尺度CMORPH略逊于TRMM;两种卫星资料对冬季降水反演效果都偏弱。三峡库区干流和支流站点的降水变化总体一致,干、支流各站点降水量均具有较强的年际变化特征。TRMM相比CMORPH更能重现干、支流测站降水的年际变化特征,CMORPH降水年际波动振幅总体上比测站偏大。蓄水前后时段(1998—2003年与2004—2016年)对比,从不同等级降水的强度和雨日、季节降水频率和总量等变化反演效果来看,CMORPH资料分布相比TRMM更接近测站的变化趋势,反演效果略优于TRMM;但两种卫星资料的降水频率和降水量分布与测站的误差在蓄水前后变化都不明显。此外,气象测站、TRMM、CMORPH资料都表现出蓄水后三峡远、近库区年降水量的比值呈平稳波动状态,表明三峡水库蓄水后附近地区降水没有明显变化。     

基于频率匹配法的降水预报订正

使用四川省国家气象站2020年和2021年汛期逐日降水观测资料、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）、美国国家环境预报中心（NCEP）两家数值模式24～72 h降水预报资料,采用频率匹配法订正两家模式的预报降水,并进行降水检验和个例对比分析。结果表明,频率匹配法使ECMWF、NCEP的小雨、暴雨预报技巧提升,但中雨、大雨的订正效果不佳。频率匹配法减小小雨空报率,使晴雨预报准确率大幅提升。频率匹配法减小暴雨漏报率,使暴雨TS评分提高,但它无法订正与观测雨量相差较大的暴雨漏报区。     

基于频率匹配法的SWC-WARMS模式降水订正试验

基于西南区域数值预报模式（SWC-WARMS）2019年5~8月00时起报的24h累计降水预报资料和四川省气象站点降水观测资料,采用频率匹配法对6月1日~8月31日降水预报值进行了偏差订正。结果表明：模式预报的24h累计降水量总体为湿偏差;订正后降水量平均绝对误差减小;大雨和暴雨的偏差评分提高;小雨、中雨、大雨的TS评分提高,暴雨TS评分降低;各量级的空报率均有所降低,小雨和中雨漏报率减小,大雨和暴雨漏报率增大,尤其是暴雨漏报率显著增加;当模式对暴雨降水落区预报较好（差）时,频率匹配订正能提高（降低）TS评分。     

基于旋转经验正交分解的流域降水气候预测误差订正方法

流域尺度的降水短期气候预测水平对流域的防灾减灾具有重要价值。为了进一步提高中国科学院大气物理研究所新一代大气环流模式IAP AGCM 4.1在淮河和长江流域夏季降水预测效果,利用旋转经验正交分解（Rotated Empirical Orthogonal Function, REOF）方法对两个流域夏季降水区域特征进行分析的基础上,建立了一个适用于流域的分区经验正交分解（Empirical Orthogonal Function, EOF）订正方案,并利用IAP AGCM 4.1气候预测系统在两个流域的夏季降水共30年（1981～2010年）的集合回报试验结果进行了订正试验。结果表明分区订正方法明显改进了模式对淮河流域的夏季降水预测水平,淮河流域的流域平均相关系数从0.03提高到了0.22。对长江流域的季度降水预报也有显著的改进效果,平均相关系数从-0.05提高到0.24。分区订正结果明显优于流域整体订正方案,证明了基于REOF分析确定降水具有强局地性特征的订正区域,能够很好地提高EOF订正方法的效果稳定性,这对其他流域降水预测的订正研究具有很好的借鉴意义。     

基于CWRF模式夏季日降水量的订正技术对比

误差订正是提高模式模拟和预报性能的有效方法。基于CWRF(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)25套不同物理参数化方案的日降水量模拟资料, 对比仅进行降水日数订正(OCD)、仅进行降水量订正(OCM)和先订正降水日数再订正降水量(COR)三种订正方法, 先订正再等权重集成和先等权重集成再订正两种订正思路, 重点对1997—2015年华中和华南地区夏季日降水进行订正效果的对比。结果表明:(1)降水日的订正是必要的, 综合而言COR方法对CWRF模式日降水的订正效果更佳, 尤其是小量级降水, 但降水强度的表现不如OCM; (2)先集成后订正的效果更好; (3) CWRF模式不同参数化方案对日降水的模拟能力有显著差别, 经过订正后模拟能力均有所提升, 但对于不同的模拟方案, 其订正效果也不同。表明, 误差订正确实能有效提高模式模拟及预报性能, 但其效果存在不确定性。提高模式的预报性能, 关键还是提高模式对真实大气动力学的表述能力。      

TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水.通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式.结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较.就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10 mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差.     

基于最优概率的中期延伸期过程累计降水量分级订正预报

采用ECMWF集合预报降水量资料和中国降水量观测资料,研发了基于最优概率的过程累计降水量分级订正预报(OPPF)技术,并在遵循总体技术思路的基础上设计出三种不同的OPPF计算方案(OPPF1、OPPF2、OPPF3),继而选用2015—2017年汛期(5—9月)中国91次区域性强降水过程进行回报试验和预报效果对比评估,结果表明:(1)在中期延伸期预报时效(96~360小时),对强降水和有无降水的预报效果,三种OPPF均明显优于集合平均(EMPF)和控制预报(CTPF);对中等以上或较强以上强度降水的预报效果,OPPF1和OPPF3明显优于CTPF、与EMPF基本接近。(2)三种OPPF相比,OPPF3的预报效果较OPPF1总体略胜一筹,两者均好于OPPF2。(3)预报效果存在明显的地域差异,南方地区强降水预报的TS评分明显大于北方地区,且OPPF3预报效果明显优于EMPF;在96~240小时预报时效,东北地区东部OPPF3强降水的预报效果也明显好于EMPF。      

FSFE02和FSFE03的降水漏报订正及其应用

用1994年1月至1996年12月FSPE02和FSFE03两图在南通市区的降水预报按中国气象局《重要气象预报质量评定办法》中的TS公式评分,两国年均正确率为58．5％,年均漏报率为26．5％。为在气象业务预报中投入使用,本文对两图三年中共87个（≥0．1mm）漏报个例,依天气形势分为3类10型,分别研制短期降水订正预报指标。经1997年至1998年连续应用,降水（≥0．1mm）预报正确率从两圈的64．0％提高到订正后的78．8％,效果显著。     

概率密度匹配方法在我国近海海面10m风速预报中的应用

海面风速对航运及海上生产作业影响重大,但数值模式对于海面的风速预报仍存在较大误差.为降低数值模式海面10 m风速预报的系统性误差,提高海上大风预报准确率,基于2017-2019年中国气象局地面气象观测资料对ECMWF确定性模式的10 m风场预报结果进行检验评估,并采用概率密度匹配方法对模式误差进行订正.分析结果表明,概...     

基于邻域最优概率的GRAPES快速更新循环同化预报系统逐时降水订正方法

针对高分辨率数值天气预报的时空不确定性, 利用邻域最优概率方法对华南区域GRAPES快速更新循环同化预报系统的24 h预报进行逐时降水订正和检验评估。结果表明: (1)邻域法能改善模式降水预报的空间不确定性, 最优邻域半径随降水等级增加而减小, 强降水的最优邻域半径约为60 km; (2)通过引入时间滞后因子, 可进一步改善模式不同时间起报的不确定性, 结合Brier评分确定了时间滞后窗为4 h; (3)提出基于邻域最优概率阈值的降雨进行分级订正方法, 有效提升了降水客观预报能力, 晴雨预报较模式全部为正技巧, TS评分达到0.89以上, 总体提升幅度约5.3%;强降水预报同样均为正技巧, TS评分呈先降后升趋势, 在12 h时效前后预报效果最优, 进一步提升了GRAPES快速更新循环同化预报系统的业务预报水平。      

西北太平洋海温变化对贵州夏季降水的影响

利用1952-2001年贵州15个测站夏季降水和前期太平洋海温场资料,及3因子最佳子集回归求最大复相关系数的方法,把前期不同时间步长、不同时段的海温场作为预报因子与夏季降水求相关。结果发现：用前期海温场作为预报因子对贵州夏季降水进行预报,其预报因子的最佳时间尺度为单月滑动,并且存在着较好的“隔多季度相关”现象。预报因子具有实际预报意义的最佳时段为上1年的8～11月。影响贵州夏季降水的最佳预报因子主要集中分布在海温场具有重要天气气候意义的关键区域。2002、2003、2004年的回报试验结果与实况进行对比分析发现,根据上述理论和预报思路得到的预测试验,具有一定效果,并且对指导贵州夏季降水预测具有一定的参考价值。     

广西6、7月份若干日内最大日降水量的概率分布

对广西16站用6、7月逐日降水量资料估计了日降水量的条件概率密度函数,并递推得1～20天内最大日降水量的概率分布.主要结果是:分布能较准确地逼近前一日有雨和无雨两种条件下日降水量的样本频率分布;大多数站在10日内最大日降水量在20～30毫米的概率最大,约0.2,20日内最大日降水量在30～50毫米的概率最大;北海和钦州10、20日内最大日降水量达100毫米以上的概率明显大于其它站.     

长江中下游降水异常特征及其与全国降水和气温异常的关系

利用１９５１－１９９８年中国１６０站逐月降水和气温资料,分析了长江中下游降水异常的基本特征,并着重分析了它与全国其他地区降水和气温异常的关系。结果表明：长江中下游降水异常有明显的季节,年际和年代际变化特征、６－７月降水异常程度大,频数多,以７月为最;在近４８年中,该地区的降水异常表现为３个明显不同的气候时段,可选出１０个涝年和８个旱年。