称重与人工观测降水量的差异

为了更好地使用降水观测数据,对引起称重观测和人工观测的差异原因进行分析,选取北京市15个国家级地面观测站2012年11月—2014年1月称重式降水传感器与人工观测降水量业务资料,探讨称重观测与人工观测累积降水量的差异,并细化为对固态降水和液态降水两种降水类型进行相关性研究。结果表明:称重观测与人工观测日降水量相关系数为0.9990, 88.0%的对比次数中, 两者日降水量差值满足业务要求;在出现固态降水时,称重观测较人工观测降水量偏大,在出现液态降水时,称重观测较人工观测降水量偏小;两者在日降水量等级判断差异较小,小量降水时称重观测的能力较优;防风圈可显著提高称重观测固态降水的捕捉率,而称重观测内筒蒸发对夏季降水测量有一定影响。     

公里级CMA_MESO模式FSS评分技术研究

本文研究计算CMA_MESO模式预报降水FSS（Fractions Skill Score）评分时,当其水平分辨率与观测降水不一致时,采取两种匹配方式统一分辨率,分析这两种方式得到的FSS评分结果是否有差异。针对3 km分辨率CMA_MESO模式6 h累积降水,选取5 km分辨率的观测降水,分别采取预报降水匹配观测降水分辨率,以及观测降水匹配预报降水分辨率两种方式,选择4种邻域尺度：5、25、51和105 km;4种降水阈值：0.1、4、13和25 mm,得到两组不同预报时效的FSS评分。通过分析发现：两组FSS评分结果没有显著差异。研究结果表明,当CMA_MESO模式预报降水水平分辨率与观测降水不一致时,可以将预报降水匹配到观测降水格点场,也可以将观测降水匹配到预报降水格点场,两种匹配方式对FSS评分结果没有影响。     

雨滴谱降水现象仪工作原理及常规维护要点

降水天气现象自动化观测是实现地面自动化观测的重要内容之一,2017年青海省国家级气象台站在中国局山洪项目支持下,陆续建设完成了雨滴谱降水现象仪,实现了降水类天气现象的全天候观测,结束了降水类天气现象由人工观测的历史,彻底摆脱了人工观测的主观性,提高降水现象观测资料的完整性和实时性。依据省局业务管理部门的要求,2017年10月1日雨滴谱降水现象仪正式开始并行观测。本文通过对雨滴谱降水现象仪工作原理的分析,并结合治多国家一般气象站降水类天气现象的特征,提出了观测数据和观测仪器设备的常规维护要点,由于该设备刚刚投入并行观测,希望给同行提供帮助。     

观测降水概率不确定性对集合预报概率Brier技巧评分结果的分析

利用淮河地区652个站点日降水量和参加全球交互式大集合预报计划的中国T213集合预报系统24 h累积降水预报,建立了新的集合预报评分中观测资料的处理方法.该方法基于模式检验的观测资料处理中考虑不确定性的思想,构建了观测概率法和观测百分位法的观测资料处理方法.本文方法和通常数值预报检验观测资料处理方法的模式检验对比分析表明:采用了观测概率法和观测百分位法处理降水观测后,五个降水阈值预报Brier评分检验表明,新的观测资料处理方法使预报的Brier评分分值下降,即预报性能得到提高,尤其在中低降水阈值区域较为明显.Brier技巧评分可靠性和分辨性的分析表明,模式五个降水阈值预报都有预报技巧.新的观测资料处理方法普遍提高了五个降水阈值预报的分辨性,但是降低了可靠性.本研究结果对在今后集合预报评分方法中考虑观测资料不确定性的影响,尤其是对集合预报降水的评估起到非常积极的作用.     

基于多源数据融合的降水数据质量控制技术研究

【目的】降水为非连续性观测要素,利用常规的质量控制方法无法很好地检查降水观测数据的正确性,因此需要开展自动气象站降水观测数据质量控制技术研究。【方法】提出一种基于雷达、卫星等多源数据融合的地面自动观测降水数据质量控制方法,研究基于标准Z-R关系的雷达定量降水估测产品加工算法,生成宁夏全区地面自动观测站1 h雷达定量估测降水量,建立基于雷达、卫星估测降水产品的自动气象站降水观测数据质量控制技术流程,开展自动气象站降水观测数据质量控制,并对质量控量结果进行分析评估。【结果】（1）对于国家级站,多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法与MDOS对降水量数据的质控均为“正确”的一致率较高,平均达到94.88%;对于区域站,均为“正确”的一致率明显比国家级站低,平均达到51.57%;（2）多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法质控出“可疑”和“错误”数据明显比MDOS多,对“可疑”和“错误”数据的检出率更高;（3）多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法对错误降水数据的质量控制较MDOS质量控制更符合实际。【结论】多源数据融合的地面自动观测降水数据质控方法可以较好地解决宁夏降水要素自动观测数据的质量问题,为降水数据质量控制提供技术和理论支撑。     

天山乌鲁木齐河源夏季降水观测中的动力损失及其修正

本文论述雨量计观测降水中动力损失的概念及其影响因素。通过不同雨量计观测降水对比实验资料的分析,评价了不同降水形态下各种防风圈的防风作用;揭示雨量计捕捉降水率与降水时段平均风速的关系,建立修正方案,确定真实降水量,修正乌鲁木齐河源夏季降水观测中的动力损失量。     

DSG5型降水天气现象仪观测数据分析与应用

目前DSG5型降水天气现象仪已在国内台站大量列装,观测记录了许多宝贵的资料.本文通过一次降水天气过程,分析了DSG5型降水天气现象仪的数据结构、内容及其在业务中的应用.发现:DSG5型降水天气现象仪记录的降水天气现象与人工观测基本一致,但记录的降水开始时间比实际滞后,结束时间比实际提前,一些微弱降水没有记录;利用观测的...     

唐古拉山区Geonor T—200B雨雪量计日降水观测误差修正

降水观测资料的准确性对气候、气象及水文研究至关重要,因此2005-2011年在青藏高原唐古拉山中段开展了中国标准雨量计(CSPG)和Geonor T-200B自动雨雪量计(下称T-200B)的降水对比观测试验,以CSPG人工观测的日降水修正值作为真实的日降水量,通过数学统计分析,提出T200B的固态、液态及混合态日降水修正公式,并对其进行验证。结果表明,T 200B日降水观测值经过修正后,与CSPG日降水修正值基本相符,试验时段三种降水类型的降水总量的T-200B修正值与CSPG修正之间的平均相对误差为2.3%,平均绝对误差为13.7 mm,该修正方案提高了T 200B降水观测效率,修正精度能够满足实际应用需求。     

普通雨量器湿润损失实验的初步分析

本文论述降水观测中雨量器湿润损失的概念及其影响因素,通过普通雨量器湿润损失实验和实际观测资料分析,确定普通雨量器观测液态和固态降水时的湿润损失量,建立修正方案,修正乌鲁木齐河源夏季降水观测的湿润损失。     

基于雷达—雨量计降水融合方法提高极端降水监测能力

高时空分辨率、高精度的降水产品对于极端降水的监测以及防灾减灾具有重要意义。地面雨量计提供点尺度降水精确观测,但无法精细化捕捉对流性强降水的空间分布。雷达观测可以精细地刻画降水的空间分布特征,但雷达定量估计降水（QPE,quantitative precipitation estimation）产品估测精度易受雷达观测偏差和Z–R（雷达反射率—降水率）关系等因素影响。因此,本文开展高时空分辨率的雷达—雨量计降水融合算法研究,集成雨量计观测和雷达定量估计降水产品各自的优点。该算法主要步骤包括:雨量站观测数据格点化、局地雨量计订正雷达QPE和雷达—雨量计降水融合三个部分。首先利用克里金插值方法,对雨量站观测的降水进行插值,得到格点降水信息;再通过局地雨量计订正方法系统性地订正雷达QPE产品,以提高雷达QPE产品精度;最后,结合降水类型,通过雷达—雨量计降水融合算法,产生高时空分辨率、高精度的雷达—雨量计降水融合产品。通过郑州“21·7”暴雨、台风“烟花”和2021年8月随州暴雨三个典型的极端降水个例,对雷达—雨量计降水融合算法产生的雷达—雨量计降水融合产品进行了系统地评估和分析。结果表明,在不同的极端降水个例和不同的降水时段,雷达—雨量计降水融合产品精度上优于雷达QPE产品,且在降水的空间分布上较雨量站观测格点插值产品更能精细地刻画降水的结构特征。表明算法得到的雷达—雨量计降水融合产品的准确性较高,对极端降水有较好地捕捉和监测能力。     

特殊情况下非日界时降水量的补充观测

近年来笔者多次发现,当遇到象08时定时观测时有降水,但降水恰好在观测降水量后至08时正点前终止,且当日再无降水这类非日界(20时)的其它时次定时观测时的特殊降水现象,往往漏测观测后至正点前降水终止这段时间的降水量。例如:某站某日天气现象记录为·5:20～7:59,08时定时观测时观测了降水量,观测的时间在7:52左右,但该日以后的两次定时观测(14时和20时)均未再观测降水量。显然,7:52—7:59这段时间的降水量没有进行观测。     

关于地面观测中两个值得商榷的问题

１　《汇编》（省局１９８１年１０月发）１１５条规定：“如遇２０时降水观测后,在蒸发观测前有降水,无蒸发专用雨量器的台站,应进行一次补测,以便计算蒸发量。”我们知道,在降水量取中,同样的降水量若分多次量取,因为储水瓶的吸附和读数误差等原因,使降水比实际偏多或偏少,而以偏少居多,这样人为地增加量降水次数,会造成一定误差。实际上,在降水观测后至蒸发观测前的这段时间里,仅仅几分钟蒸发往往并不大。所以笔者认为,将降水观测与蒸发观测（２０时）同时进行更为妥当。也就是说在降水观测的同时将蒸发器也用备用仪器量…     

中国6个CMIP5模式对全球降水年际-年代际变率模拟的定量评估

本文利用美国全球降水气候中心(GPCC)的降水资料和中国参加国际第五阶段耦合模式比较计划(CMIP5)的6个气候模式[BCC_CSM1.1、BCC_CSM1.1(m)、BNU-ESM、FGOALS-s2、FGOALS-g2和FIO-ESM]的历史模拟试验的降水数据,采用可以表征降水变率相对和绝对量级的方法,定量评估了6个模式对降水年际-年代际变率的模拟能力。研究表明,观测降水的年际变率一般占总方差的65%~80%,年代际变率占总方差的10%~35%。在CMIP5历史试验中,6个模式平均的降水年际分量方差对总方差的贡献(超过70%)较观测偏强,模拟降水年代际分量的方差对总方差的贡献较小(约为10%~20%)。模式总体低估了全球平均总降水、年际降水和年代际降水的变率,但是高估了年际降水对总降水的贡献、低估了年代际降水对总降水的贡献。与观测相比,6个模式对东亚和澳大利亚地区的年代际降水的模拟都比较好,模拟与观测年代际降水方差的比值为1左右。在非洲、南美洲和海洋性大陆,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年代际变率最接近观测;在欧亚和北美,BNU-ESM模式模拟的降水年代际变率与观测最接近。在欧亚大陆上,BCC_CSM1.1模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测;在非洲和美洲,FGOALS-s2模式模拟的降水年际分量与年代际分量的方差比最接近观测。本文的研究结果有助于理解中国当前气候模式对降水年际-年代际变率的模拟能力,以及未来改进模式。     

三源融合降水产品在陕西省的适用性评估

基于陕西省391个自动站逐小时降水量观测数据对国家级格点实况三源融合降水产品的适用性进行检验评估,结果表明:融合降水产品与站点观测之间的误差小、相关性高,但融合降水产品的标准差和极大值明显小于站点观测;相关系数较低的站点以区域站为主,国家气象观测站的效果明显优于区域站;误差时空分布和降水特征关系密切,在降水频次增多和强度增大时,融合降水产品相比站点观测的误差增大。将融合降水产品视为一种“预报”,站点观测资料作为“真值”进行分级检验,结果显示:融合降水产品可以较好反映有无降水,随降水量级增大空报率变化平稳,漏报率增长明显,导致TS评分逐渐下降。对典型个例的误差成因分析显示:融合降水产品可以较好地体现降水起止时间及性质、强弱演变趋势,但对雨强较大的区域性降水、分散性局地强降水表现欠佳。多种指标综合显示:融合降水产品小量级降水准确率高,对大雨以上量级降水强度有一定程度削弱;陕南秦巴山地的融合降水产品与站点观测偏差较大,应用中需特别关注。     

近年中国夏季降水变化特征分析

利用台站观测资料和卫星观测换算资料,分析了近年（2002-2004年）中国夏季日内降水量变化统计学特征,其结果是较为一致的。对于东部大部分地区,日内最强降水易出现在下午到傍晚,对于西部大部分地区易出现在夜晚到清晨。夏季降水以对流降水为主,降水大的地区对应潜热通量也大。由于受观测资料的限制,计算结果有待更多的观测资料来验证。     

锡林浩特地区酸雨变化特征及平行观测数据评估

利用2006—2021年锡林浩特国家气候观象台酸雨监测资料共709个降水采集样品,统计分析降水样品中pH值和电导率(K值)变化特征;同时利用2021年2月—2022年1月酸雨自动和人工平行观测数据对酸雨自动观测系统从降水采样偏差及降水采样完整性、降水数据的准确性、一致性进行分析评估。结果表明：近16年锡林浩特市pH值年变化呈弱下降趋势,下降率为0.159/(10 a),酸雨共出现1次,发生频率仅为0.14%,大气降水主要以碱性降水为主,中性降水次之,酸性降水很少;K值年变化呈显著的下降趋势,速率为8.898/(10 a),年平均K值变化范围为50.9～108.0μS·cm^-1,近些年K值在逐渐减小;自动观测和人工观测降水采样记录完整性较高,人工和自动平行观测pH值相对偏差较小,电导率相对偏差较大,酸雨自动观测系统降水分析数据的pH值准确性较高,电导率相对准确性稍低;pH值有较高一致性,电导率一致性较低。     

2019年影响中国台风的降水预报误差及其来源研究

针对2019年影响中国的8个台风,利用面向降水对象的CRA(contiguous rain area)方法研究了欧洲中期天气预报中心确定性预报的降水误差来源,及其在不同预报时段和降水量级下的变化趋势,分析了台风路径预报误差与降水对象的CRA位置误差之间的相关性,对比计算了台风路径修正与CRA shifting方法对于改进降水预报的作用,并评估了台风降水概率分布、径向分布和非对称分布的预报误差。结果表明:总体而言,台风降水预报的主要误差来自于位置误差和形态误差;除特大量级降水以外,台风降水对象的CRA位置误差与路径误差显著相关,通过修正台风路径能改进降水预报,但其效果要逊于CRA shifting方法;预报的台风降水概率密度分布形态与观测总体上较为一致,但台风核心区内的预报降水强度均大于观测;台风登陆或靠近我国沿海前后,预报降水较观测更靠近台风中心,且略滞后于观测,预报降水的非对称性明显弱于观测。     

天气雷达与地面自动站降水观测一致性校验分析

将地面观测的降水划分为10～25、25～50、50～100mm/h3个量级区间,利用2010年5-10月天气雷达组网小时降水量产品和综合气象观测系统运行监控平台(ASOM)中国家级台站自动气象站小时降水量资料,采用3倍标准差法,按上述3个等级逐月分别确立了两类设备降水观测差值的阈值参数,进而建立了天气雷达与地面自动气象站降水观测结果的一致性实时校验技术.采用该技术进一步对2011年5-10月国家级台站自动气象站观测的降水结果进行了检验,结果表明:自动站降水数据正确率可达85％以上,可以有效进行自动站观测降水实时检验.     

三套再分析资料的中国夏季降水日变化特征

利用台站观测降水,评估分析了三套再分析(NCEP,ERA40和JRA25)降水资料对中国夏季降水日变化的再现能力.结果表明,三套再分析资料呈现的中国夏季降水日变化特征较观测存在明显偏差.对比台站观测的白天(08-20,北京时)和夜间(20-08时)降水比例.再分析降水在大部分区域都表现为白天较夜间偏多,NCEP和ERA...     

北疆冬季降水的中小尺度结构与人工增水作业潜力和自然条件探讨

本文分析了1984年冬季北疆4次降水过程（11月21日、11月28日、12月1日、12月9日）的雷达观测资料、加密探空和包括1983年几次过程的飞机穿云观测、地面雪强和雪晶微物理观测以及常规观测资料等。结果表明，该区气旋锋面降水过程由频繁有秩的中小尺度降水带构成。依据观测可将它们分为两类:地形降水带和系统降水带。本文还初步研究了降水结构和降水带的生成机制，并进一步探讨了降水带的可播性。从各种降水带微结构特点和地面降水特征得知，该区冬季人工增雪催化对象主要是无高空强引晶作用的锋下层积云和浅对流、波动、爬坡等动力作用产生的降水带。