国家级格点实况分析产品在江苏地区的适用性评估分析

利用国家级格点实况分析资料与地面气象站实况数据,采用误差分析、技巧评分等方法评估了2017年7月至2018年6月逐时的格点实况产品在江苏地区的地面2 m气温、2 m相对湿度、10 m风和降水要素的一致性和准确性,同时采用MODE检验方法对格点降水产品空间分布偏差进行了分析。结果表明:2 m气温格点实况与自动站观测基本一致,平均绝对误差在0.5~0.8℃,均方根误差在0.8℃左右,其中日最高气温误差较小。格点实况和自动站2 m相对湿度之间的平均绝对误差在5%左右,均方根误差在6%~7%,表现出较高的准确性和稳定性。格点实况10 m风向准确率达到70%左右,而风速准确率仅为56%,与气象站点观测相比有明显差异。格点降水产品的全年有无降水准确率为90%~98%,对于晴雨检验存在带来较大影响的可能。格点实况产品对小雨级别降水的准确率最高,随着降水量级增大,格点实况降水场相比站点观测存在较多的降水漏报,因此,对于降水分量级检验还不适合用格点实况场来替代气象站点观测。设计了一种基于空间形态的降水准确率评分方法对降水空间落区进行检验,格点实况降水场的空间形态准确率评分在0.9左右,较准确地反映了实际降水空间分布。因而,格点实况数据在江苏平原地区都有较高的精度,误差在可接受的范围内,基本可以代替自动站观测作为预报和模式检验的真实实况场,但也存在以下几个方面的问题:(1)格点2 m气温、2 m相对湿度产品在江苏的丘陵地带误差较大,降水产品在海岛气象站准确性较低;(2)格点降水产品一定程度地弱化了大雨以上量级降水强度;(3)格点实况风速产品误差较大,与业务服务需求有一定差距。     

基于国家气象观测站逐日降水格点数据的交叉检验误差分析

利用2006-2008年2 403个国家气象观测站地面雨量计的逐日降水量资料,采用与网格点最近的观测站有、无降水确定该网格点有、无降水和Barnes插值方案确定网格点降水大小的混合插值方案,得到全国空间分辨率为0.1°×0.1°（约10km×10km）的逐日降水量格点数据,在此基础上通过交叉检验方法统计格点数据的误差,...     

多套格点降水资料在云南及周边地区的对比

利用1979—2006年云南及周边地区148个测站月降水资料 (简称为STN) 与APHRO (日本APHRODITE高分辨率逐日亚洲陆地降水数据集)、GPCC (全球降水气候中心的月降水合成数据)、CRU (英国East Anglia大学提供的月降水要素数据集)、CMAP (雨量资料与卫星估计及NCEP/NCAR再分析降水场合并分析月数据)、GPCP (全球降水气候中心研制的全球陆地雨量计观测分析月数据) 5套格点降水资料,分析了云南及周边地区气候特征。结果表明:5套格点降水资料空间分布与STN基本一致。EOF第1模态空间场分布也表明:这5套格点降水资料与STN空间分布特征较为一致,但5套格点降水资料在滇南、滇西北、滇川黔交界的3个区域的分布与STN有较大不同,各套资料的EOF第1模态时间序列、与STN的相关系数及均方根误差均随时间不同呈较为一致的波动性;在降水空间分布、相关系数及均方根误差3个方面,APHRO适用性最好,GPCC次之,CMAP与GPCP无明显差别,CRU最差,其中APHRO,GPCC在对降水估计偏低,CRU对降水估计总体略高,CMAP略低,GPCP对降水估计则明显偏高。     

东北地区逐日气象要素的空间插值方法应用研究

针对作物生长动力模型区域应用时对高精度格点逐日气象要素输入值的需要，以东北地区为例，选用克立格法 (Kriging)、以经纬度分布方向为权重的距离权重反比法（IDW）及带高度梯度订正的距离权重反比法（GIDW）3种插值方法进行有限气象站点4~10月逐日气象要素空间插值方法研究，并进行插值的统计量分析和估值的交叉验证。结果表明，对温度而言，GIDW方法估值精度较高，插值结果的平滑程度适中，插值结果分布趋势也较为接近实际站点的分布。对降水而言，IDW估值精度高于Kriging, 而且插值结果的平滑程度较小，更适合于日降水量的空间插值。GIDW、IDW估值精度较高的原因是研究中考虑到日最高温度、最低温度和降水量的经向、纬向梯度、海拔高度梯度存在明显的季节性变化，采用了根据气象要素经纬度方向确定权重，以及根据气象要素高度梯度年内变化进行高度订正的结果。     

中国大陆地区不同降水资料的适用性及其应用潜力

降水资料中的分析和再分析降水数据可以弥补台站观测数据的不足,对于气象学和水文学具有重要的应用价值。利用目前国际上7种具有代表性的分析和再分析格点降水数据与全国621站的降水数据进行了对比分析。结果表明,7种逐月降水资料在不同地区的适用性不同,用格点资料研究西部地区的逐月降水情况会导致较大误差。中国西部部分地区多年平均偏...     

近50年中国降水格点日值数据集精度及评估

利用高质量的2472个气象台站逐日降水资料和薄盘样条法,对1961 2010年中国大陆降水资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点日值数据集。对该数据集的评估结果表明:夏季误差明显大于其他季节,冬、春、夏、秋季分别有96.7%,91.8%,63.2%和94.0%的台站绝对误差在±1 mm·d-1之间;冬、春、夏、秋季分别有53%,68%,72%和70%的台站相对误差在±10%之间。基于台风"碧利斯"等3个强降水事件的分析和插值试验表明,格点化降水可以较好地描述一定范围内的面雨量。对比CP和APHRO两套格点资料表明,APHRO格点资料在刻画长江以南的年降水量气候态空间特征方面与观测值较一致;CP格点资料对青藏高原、天山山脉和塔里木盆地等大地形附近的降水空间特征描述较准确。另外,CP和APHRO格点资料都可以再现江淮梅雨日变化特征。当出现大雨和中雨日时,两套网格化降水资料同等程度地弱化了降水强度,而出现小雨日时,CP格点资料更接近实测降水。     

基于格点场的江西省气象和水文降水资料对比分析

应用反距离权重插值法,将2019年4—6月江西省气象部门自动气象站和水利部门自动雨量站逐小时降水观测数据,分别转换为分辨率为0.05°×0.05°格点降水资料,以对比分析两种观测系统降水资料的相关性、误差及其时空变化规律。结果表明：1） 气象、水文降水量格点场具有显著相关关系,其中中度及以上相关的格点数占总数的99.54%;两者的平均相关系数为0.93,平均均方根误差为0.56 mm/h,绝对误差为0.13 mm/h,误差为-0.01 mm/h;气象与水文降水总量平均差异在-4%左右。2） 出现零星或短时降水时,气象、水文小时降水量格点场相关性差异较大;而出现系统性降水过程时,两者表现为高度相关。逐时格点平均降水量,在系统性降水的初期和结束期气象类高于水文类,而持续期水文类高于气象类,两者差异在-6%—6%以内。3） 气象、水文降水资料在时间和空间分布上具有较好的一致性,对两者的融合应用可以明显提高站点密度,站网分布更合理,能更准确地反映过程降水的时空变化。     

利用JPEG-LS 高效无损压缩气象卫星云图数据

气象卫星数字遥感云图数据量庞大 ,信道传输和存储均要付出很高的代价 ,对其进行数据压缩不仅十分必要 ,而且可产生实际的经济效益。卫星云图作为资料保存 ,必然要求压缩是无损的 ,许多气象业务也不希望在压缩过程中有任何信息丢失 ,在这种情况下只能采用完全可逆的信息保持型编码。然而 ,从信息论中的率失真理论可知 ,信息保持型编码的压缩能力是有限的。如果压缩与还原过程是在通用计算机上用软件实现的 ,对处理速度也会有一定要求 ,进一步限制了算法的复杂度。因此 ,卫星云图数据的高效无损压缩 ,在理论上和技术上都有一定难度。卫星云图…     

近50a中国降水格点数据集的建立及质量评估

基于2012年6月更新的高质量2 400个台站降水资料,采用薄盘样条法,制定了采用3个自变量(经度、纬度、海拔高度)、降水量开平方预处理、3次样条的插值方案,并引入数字高程资料,以减弱中国独特地形条件下高程对降水空间插值精度的影响,并对1961—2010年中国区域地面降水站点资料进行了空间内插,得到了中国地面降水0.5°×0.5°格点数据集。经数据集的质量评估结果表明:分析值与站点观测值均方根误差平均为0.49 mm,相关系数平均达0.93(通过0.01的显著性检验),夏季插值误差高于冬季,东南地区误差普遍高于其他地区。冬、春、夏、秋季绝大多数台站绝对误差在±10 mm/月以内。冬、春、夏、秋季分别有60%、82%、54%、77%的台站相对误差在±10%之间。插值后的格点化降水资料能够比较细致、准确地描述中国大陆年平均降水场的东南多、西北少的主要空间特征,但也平滑掉了范围很小的降水极值中心。台站分布越密集的地方,插值效果越好,并且最近距离小于40 km的台站插值精度较高,大于40 km插值精度衰减较快。     

耦合不同陆面方案的WRF模式对“8.8”舟曲暴雨过程的模拟

利用NCEP每6 h一次的1°×1°格点资料和中尺度模式WRF(V3.2),选用不同的陆面参数化方案,对2010年8月7—8日发生在甘肃舟曲的一次西北地区特大暴雨天气过程进行数值模拟试验。结果表明,此次暴雨过程数值模拟的准确率对陆面参数化方案的选择比较敏感。在WRF模式中,耦合陆面方案比不耦合陆面方案对暴雨的模拟效果更好,耦合陆面方案所模拟的降水分布、地表通量以及地面气象要素都与实况更加接近。耦合不同的陆面方案模拟的降水以及感热通量、潜热通量都存在较大的差别,但是采用不同的陆面方案模拟的地表温度和水汽差别并不大。总体而言,采用PX陆面方案对降水的模拟效果比采用其他方案都合理,与实况最接近。     

气象网格数据的快速渲染研究与应用

随着更高精度的气象网格数据在气象业务中的广泛应用,使用高精度网格数据为社会公众提供精细化气象服务的需求越来越旺盛。针对气象网格数据文件大,网页前端动态渲染效率低等问题,提出基于瓦片金字塔模型的网格数据快速传输和渲染技术的研究及应用。采用服务器端的金字塔模型的瓦片动态切割、压缩传输以及浏览器终端的插值和渲染等技术,实现基于B/S框架下HTML5的气象网格数据快速展示的流程。同时,利用中国区域1 km分辨率多源融合实况分析产品,基于微信小程序终端进行检验发布,试验结果表明,百兆级气象网格数据可视化更新时间达毫秒量级,可以广泛应用于各类空间网格数据高效可视化的页面渲染。     

基于Shepard和OI方法对雨量计逐时资料的分析

引入地形影响效应的日降水量气候分析场,分别运用Shepard和最优插值(OI)两种插值方法对广东和广西2007年5月20日—8月30日汛期小时雨量计降水量进行插值,得到0.125°×0.125°分辨率的规范化网格资料。结果表明:无论是直接插值还是用降水比率(地形影响效应的日降水量气候分析场)插值,两种方法均能很好地体现广东和广西雨量计站点观测降水的季内变化和日变化特征。虽然用直接插值方法比用降水比率插值方法得到的降水空间分布更为平滑,但估值精度没有用降水比率插值方法高。通过交叉检验进一步表明,总体上OI方法优于Shepard方法,而考虑地形影响效应的降水比率OI方法为最优,能有效提高相关性,并减少均方根误差和系统误差。     

不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中6种行星边界层参数化方案对新疆进行2006年10月1日至2008年1月1日的模拟积分试验,重点考察模式在10 km水平分辨率下不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的敏感性。结果表明:1）采用6种行星边界层参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量的空间分布及月降水的季节循环。2）对于新疆整体来说,采用Grenier-Bretherton-McCaa（GBM）方案模拟雨季降水更接近观测,偏差在±30%以内。对于天山地区来说,采用Bougeault-Lacarrere（BouLac）方案模拟年降水更接近观测,偏差为－19.13%;采用GBM方案模拟中雨和大雨的TS评分最高分别为0.37和0.33,并且能够较好地模拟7月5次较大降水日中不同下垫面类型的昼夜降水,偏差在5 mm以内。3）BouLac方案能够较好地模拟天山地区年降水的时空分布特征,GBM方案更适合模拟新疆整体雨季期间降水。因此利用WRF模式开展新疆降水模拟研究时应考虑不同行星边界层参数化方案的适用范围。     

GPM卫星降水数据在沿海地区的适用性分析——以三亚市为例

选取2016年1—12月GPM(Global Precipitation Measurement)卫星的IMERG月尺度降水数据为研究对象,以同时期的气象站点实测降水数据为参考,利用相关系数、标准偏差、相对误差等多种统计分析指标对其在沿海地区估测能力进行评价。结果表明:IMERG月尺度降水量与站点实测降水数据相关性较好,IMERG估测的降水与气象站点实测降水量的时空变化规律也较为一致,但是量化到具体数值而言,其对山区、海岛站的估测能力不及地势平坦的区域;同时,选取降水个例对IMERG日尺度和半小时尺度降水数据的分析表明,日尺度IMERG估测的不同等级降水量也存在偏差,半小时尺度IMERG降水数据对海岛站的降水估测偏高。总体而言,IMERG降水数据对降水的时间变化规律和空间分布格局估测较为合理,但是对山区、海岛地区,其降水估测值还存在偏差,在今后应用中需结合地形特征加以合理利用。     

长江三峡库区酸雨分布特征分析

利用长江三峡库区近期酸雨监测资料和气象资料，计算分析了库区酸雨强度及各等级酸雨频率的时空分布特征，通过与有关气象要素的对比分析，揭示影响库区酸雨强度的若干气象因子及其影响程度。     

基于MICAPS4的智能网格预报平台设计与实现

随着我国智能网格预报业务的开展,海量高分辨率客观数据需要便捷的分析显示及产品制作平台高效处理。该文基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）设计并实现智能网格预报平台,采用MVVM（模型-视图-视图模型,model-view-viewmodel）设计模式,实现业务逻辑与视图的分离,通过对各子功能模块的划分,降低模块之间的耦合度,具有良好的可扩展性。平台实现了高分辨率网格预报数据的显示分析和产品输出,开发了基于等值线、网格、关键点等智能化预报制作工具,集成了降水时间拆分、温度极值订正等客观预报方法,开发了降水、温度、相对湿度等要素一致性处理方法,可有效帮助预报员提高工作效率,同时能够确保产品之间的一致性。平台继承MICAPS4的微内核组件服务、高性能渲染引擎和开放式插件扩展管理等优良特性,实现面向智能网格预报的业务编排、智能编辑和算法集成。目前,该平台已经实现业务应用,为全国智能网格预报业务提供重要支撑。     

Assessment of interpolated ERA-40 reanalysis temperature and precipitation against observations of the Balkan Peninsula

Due to their ready availability and temporal and spatial consistency, reanalysis data are widely used within the climate community. Nevertheless, higher spatial resolutions are often required and statistical interpolation techniques are applied to increase the data resolution. This work aims to derive a set of high spatial resolution data through three-dimensional interpolation of daily temperature and precipitation. Thin plate spline interpolation has been chosen and used to interpolate ERA-40 temperature and precipitation from a coarse grid (110 km) into a finer one of 1-km spatial resolution. The study evaluates the method by comparing the simulated variables with available in situ meteorological measurements. The chosen stations are distributed over the study region and, most importantly, contain information from a range of altitudes. The results indicate that accounting for the topography in the interpolation process improves the comparisons, with the biggest improvements being evident in the most mountainous areas. The method is found to be better in estimating temperature than precipitation fields. Moreover, the method performs better for maximum temperature in high altitudes and for minimum temperature in low altitudes.     

Characterising and visualizing spatio-temporal patterns in hourly precipitation records

We develop new techniques to summarise and visualise spatial patterns of coincidence in weather events such as more or less heavy precipitation at a network of meteorological stations. The cosine similarity measure, which has a simple probabilistic interpretation for vectors of binary data, is generalised to characterise spatial dependencies of events that may reach different stations with a variable time lag. More specifically, we reduce such patterns into three parameters (dominant time lag, maximum cross-similarity, and window-maximum similarity) that can easily be computed for each pair of stations in a network. Furthermore, we visualise such three-parameter summaries by using colour-coded maps of dependencies to a given reference station and distance-decay plots for the entire network. Applications to hourly precipitation data from a network of 93 stations in Sweden illustrate how this method can be used to explore spatial patterns in the temporal synchrony of precipitation events.     

近百年中国降水的测站资料和格点化资料对比

将Hulme的全球陆地格点化降水资料在中国陆地区域内同测站值进行了对比分析。结果表明,格点化资料能较好地描述降水场的大尺度特征,40多个格点值序列代表了全国近200个测站记录,并具有较高的时空覆盖率。当仅对中国区域内的降水进行分析时,为使资料的代表性更好,需对位于国界附近和沿海地区格点的序列值进行必要的修正。     

高分辨率降水资料在西南山地的适用性分析

文章以站点资料为观测场，以多源实况融合及GPM-IMERG降水产品为评估场，计算西南山地范围内降水数据的时间、空间技巧评分，并比较了几套资料在描述降水量及强降水频率方面的适用性。结果表明，在2019年汛期的大部分时段内，实况融合降水产品的空间评分较为稳定。三套资料在盆地西北侧及南部边缘地区时间评分均优于其他地区，但在盆地多云区GPM-IMERG产品的时间技巧评分低于实况快速融合降水数据。从强降水频率的描述上看，实况快速融合降水的空间分布与站点实测资料最为相似，但其反映的强降水频率与实测值相比偏小，GPM-IMERG产品则偏大。从降水量值的描述上看，实况快速融合降水与实况值相比偏小，而GPM-IMERG产品与实况值相比则偏大。