双偏振雷达在地面自动雨量观测资料质量控制中的应用研究

采用雨量计联合双偏振天气雷达对雨量计数据进行综合质量控制,使用反距离权重法(inverse distance weighting,IDW)从空间一致性上对自动雨量计进行质量控制,并用质量控制后的数据对双偏振雷达定量降水估测值(quantitative precipitation estimation,QPE)进行订正。利用订正后的QPE与雨量计观测值进行统计分析以确定质量控制规则,从空间及观测一致性上对自动雨量计进行综合质量控制。使用一次台风降水过程对质量控制算法的效果进行了验证,结果表明:单纯使用IDW法对雨量计进行空间一致性质量控制存在较多误判,主要是由于降水的局地突发性、结构不均匀性以及雨量计分布的稀疏性造成。结合偏振雷达,能够有效降低单纯使用空间一致性质量控制所引起的误判。经过雨量计校准订正后的QPE有了较大改善,从而提高了偏振雷达对雨量计质量控制的有效性。在台风降雨过程中,平均每小时约有5%的雨量计被认为是错误站点。综合质量控制法在雨量计分布稀疏或者处于降水边缘地带时存在一定的误判。     

地基微波辐射计资料的质量控制及同化应用研究

针对地基微波辐射计反演资料的质量问题,利用北京区域7个站点的RPG-HATPRO型微波辐射计反演的温湿数据,在传统质量控制方法的基础上,通过增加双权重检查和偏差订正方法,设计了新的质量控制方案,而后针对质量控制后的温湿廓线开展了同化应用研究,结果表明:只有个别站点的反演温度误差较大,反演温度误差大的站点在质量控制前最大均方根误差为8 ℃,但在质量控制后均方根误差下降到4 ℃以内,误差下降50％以上,而对于反演温度误差小的站点,质量控制只对高层数据有所改善;进一步分析表明所有站点的反演相对湿度误差都比较大,在质量控制前反演的相对湿度均方根误差最大甚至达到50％,但在质量控制后所有站点反演的相对湿度均方根误差都降到20％以内,误差显著降低,同时经过质量控制后的反演温湿数据误差平均偏差降为0左右,误差满足高斯分布,符合同化的要求。同化试验表明:与控制试验相比,同化质量控制后的地基微波辐射计反演温湿廓线资料能有效改善模式对所有量级的6 h累积降水量预报,无论是降水中心位置预报还是降水量级预报,都使得模式降水预报更加趋近实况,同化试验还表明同化对温湿场有较大影响,使得模式温湿场更加合理,能有效提高模式的预报准确率。     

济南章丘大气边界层风温场特征研究

基于章丘气象站2004—2009年实测资料,研究了当地大气边界层风向、风速、气温的时空分布特征,并利用SPSS 17.0数据统计软件的曲线参数估计法,探讨了符合章丘实际的风速随高度变化的拟合曲线及其数学函数关系。结果显示:研究地区大气边界层盛行风向为SSW,且呈现随高度增加沿顺时针方向偏转的特征;风速变化特征在10—300 m和350—1500 m不同高度层存在显著差异,春、夏、秋季和年平均风速随高度变化的指数曲线拟合结果总体好于幂函数曲线,而冬季则相反;气温变化特征四季基本一致,近地面层存在逆温现象,冬季逆温日数最多;逆温强度冬半年的大于夏半年的。     

资料同化中雷达VAD风质量控制研究

新一代天气雷达VAD（Velocity Azimuth Display）风作为多层次水平风矢量的垂直廓线,具有时间频次高、易与业务数值预报模式分辨率相匹配、影响质量因素复杂等特点。在数值预报中有效同化该资料,可改善低空风场资料不足等状况。本文根据变分同化中对资料质量的特殊要求,集成现有VAD质量控制方案后,设计了逐步拟合质量控制方案。再根据VAD资料不同误差来源,综合集成了现有的VAD质量控制方案,形成逐级综合质量控制方案。通过分析逐级质量控制方案得到VAD资料在同化中的适应性,发现该资料相对背景场存在偏差。进一步分析表明,出现这种偏差的原因在于选择用以反演VAD径向原始数据中存在许多不符合VAD廓线的数据。据此设计了逐步拟合质量控制方案,该方法可逐步筛选出用以反演VAD的径向速度数据,提取出数据中的简谐波特征。通过北京站雷达获取的VAD廓线与分钟级探空实测对比,发现通过逐步拟合质量控制得到的风速更接近实况。相对背景场偏差分析也表明,通过逐步拟合质量控制,观测相对于背景场的偏差得到有效修正。一个月的连续试验结果显示,质量控制后获取的VAD资料可基本满足同化中对资料的无偏要求。     

珠峰地区大气边界层结构的一次观测研究

利用2005年8月31日~9月5日中国科学院珠穆朗玛峰综合观测研究站的LAP3000风廓线仪的观测资料,分析了该地区气温日变化和大气边界层风廓线结构。结果表明,该地区1500 m以下大气边界层主要受高原山地地形及珠峰地区冰川环境的影响,冰川风可能是引起观测期间下午强风天气的主要原因;1500 m以上高空受西风气流影响程度增大,但东南风仍占有一定比例。     

应用ATOVS资料反演大气温湿廓线

本文用牛顿迭代的方法反演NOAA-15极轨气象卫星ATOVS资料,求解大气温度廓线和水汽廓线,本文利用一阶变分原理从辐射传输方程中得到了大气温度、水汽权重函数的解析形式,并改进了传统使用的线性迭代方法,利用牛顿非线性迭代方法求解大气表层温度,大气温度廓线及大气水汽廓线,并根据大气参量的自相关性,将大气温度廓线、大气水汽廓线用经验正交函数（EOF）的线性组合表示,减少了要反演的参数,提高了反演稳定性和迭代速度。     

AMDAR观测资料分析及质量控制

随着中国气象局与民航总局AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)合作项目的开展,气象部门获得的AMDAR观测资料逐渐增加.为获取高质量的AMDAR观测资料和充分合理地使用这些观测资料,必须对AMDAR观测资料时空分布、飞行状态信息、观测资料质量等信息进行充分调研分析,并开发设计出具有实际运用价值和能力的质量控制(QC)技术,使AMDAR观测资料在数值预报业务模式系统中发挥更大作用.AMDAR QC方案在参考国际先进AMDAR QC方案的基础上,根据AMDAR资料的特点和数值天气预报模式对AMDAR资料应用的要求而设计,其目的是解决AMDAR观测资料在数值预报中应用的质量问题.文中方案采用多种质量控制技术,其中包括气候极值检查、要素间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查、背景场一致性检查、空间一致性检查、综合决策算法、自动统计评估反馈技术,并将该方案应用于2007年6-8月的实际观测资料.试验结果表明:该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料,有效地为AMDAR资料在数值模式中的应用提供客观质量依据.     

船舶海平面气压观测资料质量控制

随着数值预报模式不断发展,各类观测资料在数值模式中发挥着越来越重要的作用,船舶观测资料是海上3类观测系统 (卫星、飞机、船舶) 资料之一。为了保障船舶观测资料质量并有效地应用于数值模式,该文依据船舶观测资料的时空分布特征,以及2011年1月和7月T639分析场与观测资料对比分析结果,建立了一套船舶海平面气压资料质量控制方案,包括要素极值范围检查、缺测和冗余资料剔除、背景场一致性检查、测站黑名单建立等,并将该方案应用于2011年2月、6月、8月的观测资料。结果表明:船舶观测资料在时间上不连续且空间分布不均匀,会影响时间一致性检查和空间一致性检查质量控制效果;船舶海平面气压观测资料在所有观测要素中资料量最大,但其缺测和冗余资料量约占50%;黑名单资料的质量控制方案能够有效识别和剔除黑名单资料,且有利于对各测站的检查与维修工作;由于五大湖和大奴湖地区地形高度的影响,在背景场一致性检查过程中需对这些区域的背景场资料进行订正。     

探空资料同化应用研究:（Ⅰ）两种质量控制方法对比

本文以探空温度资料和T639模式资料为基础,对比双权重质量控制方法与传统标准差法质量控制的差异,结果表明:传统法得出的平均值、标准差均偏大。离群点的判断对标准差敏感度高,受平均值的影响小。两种质量控制方法得出的平均值相差较小,标准差相差较大,质量控制后,传统法对平均值和标准差的改变较大,而双权重法使平均值、标准差略有变化,因此双权重标准差法的稳定性好。质量控制结果显示:双权重法能全部剔除由传统法确定的离群点,还能检查出传统法不识别的离群点。两种方法在探空高层离群点判断上存在较大有差异,虽然双权重标准差法使得离群点增加很多,但提高了观测增量的精确度,有效保障了探空资料质量。双权重质量控制结果使探空观测与T639模式的温度增量的相关系数与标准差均有改进,尤其在西藏东部改进较大。      

资料同化中自动站数据质量控制方法应用

分析了自动站资料同化中误差的主要来源,并对其进行分类。根据资料同化需求和不同的误差类型,在较为严格的质量控制策略下,设计与之对应的质量控制方法。针对新型自动气象站的风向风速、气温、相对湿度和气压5个要素,选取京津冀地区一周的数据进行数值试验,并进行定量分析。结果表明:本文的质量控制方法能够有效减小过失误差与代表性误差,保留随机误差的正态分布特性,观测与背景场的均方根误差得到一定程度的降低。使用海平面气压代替本站气压进行空间一致性检查能够取得更为合理的结果。     

用变分方法校准数字化天气雷达测定区域降水量基本原理和精度

本文用变分方法校准雷达估算的降水强度和区域降水量,结果表明:经变分校准后,不但能使雷达探测到的结果与雨量计观测到的结果比较接近,而且还能保留没有雨量计站的地方雷达探测到的降水强度变化,其平均相对误差约为20％.     

一种新的线性回归模型及其应用示例

回归分析是统计分析中常用的方法之一。传统的回归模型不具备全域分析能力,而变量场之间的关系多采用SVD（Singular Value Decomposition）进行分析,与传统的回归分析有所脱节。更为广义的线性回归模型是传统线性回归模型的延拓,在标量情况下,该模型可转化为传统线性回归模型。该模型的基本特征包含乘法不可互易性、等价于传统线性回归（因子项为标量时）、可分析性、延拓性、降维特征及容错性等。该模型解决了传统的线性回归模型不具备全域分析能力及模型表达能力受限于模型维数的现实问题。本文采用了NCEP（National Centers for Environmental Prediction）降水、高度场、风场月平均资料及国家气候中心西太平洋副热带高压指数资料,利用该模型和传统回归方案进行对比分析,分析结果表明,该模型具有一定的实用参考价值。     

青藏高原东部地区的大气电特征

对青藏高原东部地区大气电热特征的分析发现：晴天大气电场的日变化呈单峰单谷型,峰值出现在０４：００￣０５：００左右,谷值出现在１７：００￣１８：００左右;雷暴电荷结构主要为偶极性,雷暴持续时间短,大约有７３．３％的雷暴持续时间小于０．５ｈ,闪电较少。不同降水过程的雷暴,地面电场特征不同。负地闪比正地闪多,正负地闪的比例约为１：８。７７．８％的负地闪为单次回击,正地闪均为单次回击。正地闪比负地闪的强度     

推算NOAA AVHRR 1、2通道衰减率的一种方法

给出了一种确定NOAA AVHRR可见光（通道1）和近红外（通道2）辐射仪传感器衰减率的方法。首先在中国西部沙漠地区选择38个沙漠目标区（尺度为20 km×20 km）,用同一卫星相隔多年的两个不同时期的晴天过境观测资料,建立各自的观测反射率与卫星天顶角的函数关系。通过两个不同时期的函数关系的比较,用逐步回归法确定出传感器的衰减率。用1985年10月与1988年9月NOAA-9 AVHRR资料推算其通道1与通道2的衰减率分别为5.8%/年和4.6%/年。该方法也适用于不同NOAA卫星间的定标归一化。     

用T106数值产品制作甘肃省极端温度逐日滚动预报

运用T10 6模式的数值产品历史资料 ,用逐步回归方法 ,制作了甘肃省 19个站春、夏、秋、冬四季的最高、最低温度的 2 4h、4 8h、72h、96h和 12 0h时效的预报方程 ,并于 2 0 0 0年 4月投入业务试运行 ,预报结果较好。     

陕西飞机人工增雨效果统计检验方法研究

应用针对陕西省飞机人工增雨作业特点设计的区域回归统计方案,对2002、2003、2006年春、秋季飞机增雨分别进行效果分析,结果表明:春季11架次08?20时平均增雨量1.6 mm,作业后3 h平均增雨量0.3 mm;秋季13架次08?20时平均增雨量3.6 mm,作业后3 h平均增雨量1.3 mm;通过成对试验符号秩和检验,显著性水平均优于5%,表明作业效果显著;分析结果说明了统计方案的可行性。基于该区域回归统计方案开发的飞机增雨效果评估系统,实现对增雨效果的及时、客观、定量评估。     

长江流域夏季降水及其与海温的滞后相关

基于月平均台站降水资料分析了中国东部降水的气候特征。由于其降水分布在空间和时间上的复杂性,为便于研究其与海温的关联,特别是海温对降水的影响,根据台站间降水变化在季节变化和年际变化以及与海温相关的一致性,将中国东部区域分成四个子区域。以长江流域的降水为代表,分析了海温对降水的超前相关。给出了主要影响海区和它们的超前时间。综合各影响海区海温和超前时间建立的回归方分析表明：回归降水和观测降水的相关系数大于０．８５。回归的平方根误差是其标准差的６０％和平均雨量的１５％。另外还分析了海温与降水相关与环流变化的一致性。     

无气象观测地区的电线覆冰厚度推算

利用湖北省1962-2008气象数据与电线积冰数据,建立了各种气象要素与电线覆冰厚度的回归模型,该回归模型充分考虑了形成电线覆冰需具备相应的气候条件.通过动力降尺度计算了灾情发生地的气象数据,结合已建立的回归模型,推算出电线覆冰厚度.与实测电线覆冰厚度相比,推算准确率在62.8%～75.9%.表明依据建立的回归方程并结...