极端气温集成预报方法对比

用2003-2009年ECMWF和庆阳市极端气温资料建立最高最低气温SVM、Kalman、多元线性回归3种统计方法的预报模型,采用平均、加权、回归3种方法进行预报集成,对庆阳市2010年6-12月各预报方法及5个时次集成预报进行评估.结果表明:单一的SVM、多元回归和集成方法最低气温预报5个时次的准确率均高于最高气温0.8％～24.2％,集成后加权法准确率最高,但最高和最低气温选取权重不同,SVM权重大时最高气温效果好,多元回归权重大时最低气温效果好.随着预报时效的增加,单一的预报方法和集成预报,预报准确率降低.逐月评估表明,单一的SVM准确率较高且预报性能稳定,Kalman准确率较低,回归方法各月差异大,预报不稳定,集成后,3种集成方法的预报比单一的预报方法均有所改善和提高.绝对误差分析表明,加权集成后最高和最低气温误差都较小,优于平均集成法和回归集成法.     

利用ECMWF产品对庆阳极端气温释用效果分析

利用CMSVM的回归方法,用2003～2007年的欧洲数值预报格点资料和庆阳市8个自动站极端气温资料建立最高最低气温预报模型.2008年业务运行效果检验评估表明:5 d最高、最低气温综合平均预报准确率达到64%和71%,对实时业务有较好的指导作用.最高、最低气温准确率随着预报时效的延长效果降低,最低比最高气温的预报准确率高.最低气温预报效果春夏季好于秋冬季,最高气温相反.最高、最低气温绝对误差和平均误差都随预报时效的延长增大,最高比最低气温平均绝对误差大,二者的平均误差接近,均为正值,预报值具有偏高的倾向.对9月明显变化过程的评估表明,最高最低气温预报与实况演变的趋势相似.     

ECMWF模式对2020年冬季广东气温预报的时空检验

利用2020年广东省冬季气温观测资料、业务常用评分方法对ECMWF模式24～48 h预报时效内的最高、最低气温预报进行检验评估.结果表明:(1)ECMWF模式较好预报了气温的时间变化趋势,日最高、最低气温预报平均绝对误差分别为1.95和1.42℃;(2)ECWMF模式最高气温预报普遍偏低,最低气温预报误差普遍在2℃以内...     

北京奥运期间场馆精细预报应用及分析

基于2008年8月1—24日国家体育场、顺义水上中心等5个奥运场馆自动站的5种地面气象要素(气温、相对湿度、风向、风速、和3小时累积降水量)的观测资料,对SVM和HPFF客观预报方法以及预报员在客观方法基础上制作的3天逐3小时预报产品进行检验评估。结果表明:(1)两种客观方法相比较,HPFF方法对于预报连续变化的气象要素(如气温、相对湿度)的精细预报比SVM方法更有优势,预报技巧要高;而对不连续变化的变量(如:风向)的预报技巧低于SVM方法。总体说来,HPFF方法比SVM方法的精细要素预报技巧高一些。(2)预报员对于5种气象要素的预报技巧略高于客观方法。体现了预报员对客观方法的修正能力。(3)0～12小时预报时效内,预报员气温预报平均绝对误差约为1.2℃,气温|F-O|≤1℃的预报准确率在57%上下;相对湿度预报平均绝对误差约为7%,相对湿度|F-O|≤10%的预报准确率约为74%;风向预报准确率约为30%;风速预报平均绝对误差为1m.s-1左右,预报准确率在92%左右。(4)12～63小时预报时效内,预报员气温预报平均绝对误差约为1.7℃,气温|F-O|≤1℃的预报准确率在36%上下;相对湿度预报平均绝对误...     

天津市多模式气温集成预报方法

在遗传算法和粒子群算法的基础上,采用权重分配方法开展基于混合演化算法的多模式气温集成预报方法研究。利用2012年5—10月中国气象局GRAPES模式、北京市气象局BJ-RUC模式、中国气象局T639模式、天津市气象局TJWRF模式24 h预报时效的逐6 h地面2 m高度气温和35个天津区域自动气象站点资料,通过逐日滚动建立集成预报模型,对混合演化算法的多模式气温集成预报方法进行了绝对误差在2℃以内的分级、分类及分站检验分析。结果表明:使用该方法建立的气温集成预报模型具有比较可靠的预报能力,预报误差明显小于任一成员,预报准确率高。按绝对误差不大于2℃的检验标准,2012年35个站逐6 h气温、最低气温、最高气温的集成预报平均准确率分别为76.34%,77.88%,78.00%。     

基于类卡尔曼滤波的哈尔滨智能网格气温预报检验及偏差订正

应用滑动平均（5 d、7 d）、类卡尔曼滤波递减平均两种订正方法对哈尔滨地区国家级指导预报最高（最低）气温产品进行预报能力初步检验及偏差订正。结果表明：两种订正方法对最高气温与最低气温预报产品24-240 h预报时效大部分时段均有正的订正效果,最高（最低）气温预报准确率提高1-2%,平均绝对误差0.1-0.2℃,其中24-96 h预报时效预报能力稍好,120 h之后预报能力较差,订正后预报准确率也不足60%。气温预报偏差还表现为明显的季节变化特征,7-9月最高气温的预报效果优于冬春季,冬半年的订正幅度较夏季稍大。另外,不同天气状况下降水天气对气温预报有一定的影响,如果能进一步改进模式预报中降水带来的偏差,将进一步提高模式订正效果。     

陕西智能网格气象预报系统(秦智)在佛坪的检验

通过对陕西智能网格气象预报系统(秦智)(下简称秦智系统)的温度、晴雨和暴雨预报准确率检验,发现秦智系统在佛坪地区的日最低气温预报准确率高于日最高气温预报准确率,误差≤2℃的平均准确率日最高气温为51.6%、日最低气温为79.8%,平均绝对误差日最高气温2.4℃、日最低气温1.3℃,说明秦智系统对佛坪地区的气温预报有具有较好的指导作用;日最高气温预报准确率最低的月份是5月、6月和9月、日最低气温预报准确率最低的是1月和4月;晴雨预报准确率最高的月份是10月,最低的是4月;秦智系统在佛坪的暴雨预报24 h TS评分为40%,命中率为50%,且预报时效越长TS评分和命中率越低,空报率和漏报率越高。气温预报准确率和晴雨预报准确率最低的三个站均在北部山区海拔1 000 m以上,说明地形因素对数值预报的准确性有一定影响。     

递减平均法与一元线性回归法对ECMWF温度预报订正能力对比

基于ECMWF细网格模式的定时最高(低)气温预报产品,针对2017年陕西99个国家级气象站的日最高(低)气温预报,检验和比较了递减平均法和一元线性回归法两种方法对气温预报误差的订正效果。结果表明,两种方法都显著地提高了日最高(低)气温的预报准确率,随着预报时效的延长,订正能力逐渐减弱。技巧评分与模式对气温的预报能力有显著的负相关关系,秦岭及其以南地区的日最高气温预报和秦岭以北地区的日最低气温预报的准确率偏低,其技巧评分一般超过40%,极大值超过70%。两种方法都有效降低了系统误差,较小误差范围的站次增多,较大误差范围的站次减少,对日最高气温在预报绝对误差≤2℃误差范围的订正能力较为突出,对日最低气温在预报绝对误差≥3℃误差范围的订正更有优势。一元线性回归法对日最高气温预报的订正能力略优于递减平均法,对日最低气温预报的订正能力不及递减平均法,利用这两种方法对气温预报进行混合订正的效果更佳。     

三种数值模式气温预报产品的检验及误差订正方法研究

基于德国天气在线T7online(简称T7)、ECMWF细网格(简称EC)及T639三种数值模式的气温预报产品,结合本溪站气象观测资料,对三种数值模式2014年1月至2015年12月本溪市气温预报的准确率及预报误差进行了检验和分析,根据误差分析结果利用BP神经网络模型建立了本溪市数值模式气温预报误差客观化订正模型。结果表明:对于气温预报的年检验,T7、EC和T639三种数值模式的最低气温预报准确率均高于最高气温的预报准确率;对于气温预报的月检验,三种数值模式对夏季、秋季最低气温的预报效果明显优于冬季和春季,而对于最高气温的预报,T7的气温预报准确率明显优于EC和T639模式;当气温波动较大时,三种数值模式气温的预报准确率均明显下降。三种数值模式对最低气温预报的平均误差均为2.00℃以内,对最高气温的预报准确率存较大差别,T7模式最高气温的预报误差最小,T639模式气温预报的系统偏差最明显,最低气温系统偏差为-1.34℃,最高气温系统偏差为-2.87℃。根据三种数值模式气温预报误差的特征,结合BP神经网络建立本溪市气温误差预报模型对数值模式气温预报结果进行订正,订正后气温平均绝对误差由2.40℃左右降至1.40℃左右,系统偏差和均方根误差均明显缩小,气温预报准确率由50%左右提高至80%以上,数值模式气温预报准确率明显提高,具有较好的应用价值。     

川西高原地区SCMOC温度精细化指导预报质量检验及影响因子分析

利用2014~2015年阿坝州13站共730天08:00和20:00起报的SCMOC温度精细化指导预报资料,对比实况日最高(低)气温,进行预报质量检验。结果表明:日最高(低)气温预报准确率与预报时效成反比,两个时次预报的最低气温准确率高于最高气温,且最低气温预报准确率有明显的季节变化。08:00起报的日最低气温多出现负误差,其余预报最高(低)气温多出现正误差。日最低气温预报绝对误差与海拔高度有关。24h最高(低)气温预报绝对误差>4℃样本分析表明,温度平流、大气稳定度与非绝热过程对温度的影响明显,造成气温偏差的主要原因是降水及冷空气影响范围和强度,冷、暖平流影响偏差,高空槽强度和移动偏差等几方面。     

中国地区集合预报产品自适应递减平均偏差订正法的改进研究

基于中国地区T213集合预报产品2 m温度预报数据,采用卡尔曼滤波类型的自适应递减平均法进行偏差订正处理,原方案在剧烈降温天气订正效果表现不理想。通过对递减平均参数w的重新构建得到改进的订正方案w(i,p)(i为站点信息,p为天气过程信息),在此基础上进一步优化对历史信息的有效提取,得到改进的方案w(i,p)相似法和w(i,p)统计法,并进行效果检验。结果表明:改进为包含空间和天气过程信息的函数w(i,p)后方案的订正效果得到不同程度的提高,其中24 h剧烈降温预报各成员预报均方根误差平均减小了0. 15℃;而进一步改进的w(i,p)统计法在当前几种剧烈降温预报中订正效果最优,其集合平均偏差与w(i,p)方案相比减小2. 54℃。     

淮河流域(河南段)连续性暴雨天气分型及环流背景

利用19812016年68月河南省淮河流域64个国家自动观测站逐日2020时日降水量资料、常规高空探测和地面观测资料等对淮河流域连续性暴雨时间分布特征、影响系统等进行分析和天气分型,结果表明:1)36年淮河流域共发生45次连续性暴雨,2000年的最多,19982008年是高发期,近10年较少,年出现次数无明显减少趋势,存在2~4年和4~6年两个周期;7月连续性暴雨次数最多,6月的最少,旬分布呈正态分布;最长连续时间5天,连续2天的最多。2)影响系统主要有切变线和高低空急流,高空急流在方向转换的过程中,降水有24h左右的减弱期,低空急流有明显的日变化特征,夜间加强,白天减弱。3)连续性暴雨按照500hPa影响系统,分为低槽型、副高边缘型、西北低涡型三类。4)以不同类型的3次典型连续性暴雨为例,从大尺度环流背景、高度距平场、水汽输送、高低空急流等方面探讨了连续性暴雨的维持成因,3次连续性暴雨的发生与异常的500hPa大气环流、高低空急流、切变线和持续偏强的水汽输送等有关。     

豫北两次特大暴雨事件的物理量极端性和中尺度特征

2016年7月9日和19日,河南省北部出现两次罕见特大暴雨过程,给人民生活及各行业造成重大影响和财产损失。利用河南省自动气象站降水量、雷达回波及常规探空、地面观测资料以及欧洲中期天气预报中心1°×1°再分析资料(ERA-Interim),对这两次过程的降水特点、水汽和动力条件的极端性、地形与降水的关系及中尺度对流系统特征进行诊断分析。结果表明:(1)两次特大暴雨过程具有降水日雨量突破历史极值、强对流特征明显、强降水中心位于太行山东麓迎风坡等共性特征,但二者具有不同的影响系统,降水范围有明显差异;(2)两次特大暴雨过程均存在来自热带和副热带的西南和东南两支水汽输送,整层水汽条件较好,其中"7.09"过程的整层可降水量具有明显极端性,而"7.19"过程中,水汽条件接近同期暴雨过程的平均值,极端性不明显;(3)两次过程的动力条件有较大差异,"7.09"过程动力条件弱,强降水中心新乡站的700 hPa垂直速度远小于该站暴雨过程中该值的多年平均值,而"7.19"过程林州站700 hPa垂直速度约是1981年以来28次暴雨过程中该站平均值的3倍,具有明显的极端性;(4)两次过程均伴有地面中尺度辐合线生成、发展和维持,地面中尺度辐合线触发对流单体生成、合并,其增强、维持与大的小时雨强相对应,对流云团具有低质心、高效率降水等特征;(5)太行山地形对两次极端暴雨增幅均有正贡献。     

河南省三次重污染过程的对比分析

利用气象观测资料、EC-Interim再分析资料、L波段雷达的探空资料以及空气污染资料,对比分析了河南省2015年11月27日至12月25日的3次重污染过程。首先从范围、时间、强度、首要污染物等方面对比分析这3次过程的污染特征。其次对比分析这三次过程的气象条件。结果表明:污染期间平直的环流、弱的气压场、高湿、小风、逆温均有利于重污染的产生; I和Ⅱ污染最重日500 h Pa河南处在弱脊区,Ⅲ处在槽后的西北气流中;偏北风有利于污染物由北向南的传输,造成大面积重污染且污染达到最重;三次重污染过程的结束均是由于西路冷空气入侵造成;风速、湿度、24 h变温和24 h变压与PM_(2. 5)有一定的超前滞后关系,其中超前4 h风速、超前1 h湿度、超前10 h变温、超前19 h变压和PM_(2. 5)浓度的相关性最好。边界层内,三次过程均存在不同程度的逆温,I过程大部分时间同时存在接地逆温和悬浮逆温; Ⅱ和Ⅲ整个过程几乎均有接地逆温存在,而大部分时间不存在悬浮逆温;湿度场的垂直方向上,I过程存在明显的上干下湿特征,而Ⅱ和Ⅲ过程不存在。Ⅱ和Ⅲ都是中西部污染最先清除、其次是北部、南阳和东部地区;而I过程北部最先清除。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。     

卫星地面站雷电直击效应防护设计探讨

卫星地面站雷电防护工程通常采用接闪杆作为天线主体的雷电直击效应防护措施,接闪杆的高度不仅影响其保护范围,而且影响其截闪概率。通过计算年预计雷击次数对截闪概率进行量化分析,结果表明,截闪概率近似与接闪杆高度平方成正比,采用过高的接闪杆将增大地面站遭受雷击电磁脉冲损坏的风险。为优化接闪杆设计,定义了保护体积的概念,并利用折线法与滚球法分别计算了三维立体空间内的保护范围。结果表明:接闪杆的保护范围与高度呈现非线性相关,当接闪杆超过一定高度(折线法超过30m,滚球法超过0.8倍滚球半径)后,对保护范围的影响十分有限;当接闪杆高度低于0.4倍滚球半径时,滚球法保护范围较大,反之则折线法保护范围较大。对接闪杆接闪瞬间周边的磁场强度分析结果表明,无屏蔽环境下地面站电子系统与接闪杆的常规距离远小于两者的理论安全距离,实际工程中难以通过增大接闪杆与卫星地面站的间距消除雷击电磁脉冲危害。为降低这一风险,卫星地面站直击雷防护应优先采用天线自带接闪杆的方式,条件不具备时也应尽量避免采用单支高大接闪杆,可选取适当的计算方法,采用多支较低接闪杆共同防护的方案。     

河南省人工影响天气一体化智能业务系统设计思路

河南省人工影响天气(以下简称人影)一体化智能业务系统是在河南人影综合分析和指挥系统(CPAS_HN)的基础上,利用云平台、大数据等技术开发的具有河南特色的人影一体化智能业务系统。根据人影五段实时业务要求,该系统完善了数据采集存储模块、作业条件潜力预报模块、作业条件预警模块和飞机作业跟踪指挥模块,增加了作业过程和作业计划模块和人工防雹系统应用集成及作业效果分析评估功能;升级了地面作业信息管理和作业站点信息管理两个模块;实现了省级人影产品共享发布功能;并通过3G/4G等多种通讯方式,实现了省、市、县人影指挥中心与作业点外场人员之间的信息快速传递。该系统包括8个分系统:人影综合处理分析和指挥系统(CPAS_HN)、产品共享发布系统、综合业务信息管理系统、手机APP系统、地面作业空域申报系统、高炮/火箭安全射界图设计系统、数据产品和业务系统监控系统、作业效果分析评估系统,并与河南省人工防雹系统和人影作业装备弹药物联网管理系统无缝连接,大幅度提升了全省人影作业装备弹药作业指挥的效率与作业实施的及时性和安全性。     

贵阳市空气质量预报方法与效果检验

2012年环境保护部发布的《环境空气质量标准》实施后,贵阳市空气质量状况发生了变化。利用贵阳市空气质量指数和常规气象要素等资料,分析空气质量特征及其与气象要素的关系,通过多元线性逐步回归和BP神经网络方法,分季节建立空气质量指数预报模型,并同CUACE模式进行对比检验。结果表明:近3年贵阳市空气质量状况良好,优良天数增多,污染天数减少且污染天气多出现在冬季,首要污染物为PM_2.5、PM₁₀和O_3;各季相关因子不同,但主要与相对湿度和风速有关;两种模型预报效果均表现为夏季评价最高,等级TS评分超过85%,指数准确率近99%,冬季预报效果相对最差,TS评分接近或达到70%,指数准确率超过或接近80%,而春、秋季效果指标差距不大;对2015—2016年AQI的预报效果回归模型的优于CUACE模式的,TS评分和预报准确率分别相差16.2%和20.0%。     

北部湾海域灾害性海浪特征及影响天气系统分析

利用北部湾海域浮标站20152018年的海浪观测资料,对北部湾海域的灾害性海浪特征及影响天气系统进行了分析,结果表明:北部湾海域灾害性海浪平均每年出现2.5次,最多年出现4次(2016年);10月出现的灾害性海浪最多,8月的次之;灾害性海浪的最大有效波高3.0~5.0m,波向以N和NW方位最多,分别占30%;灾害性海浪过程持续时间最长为1190min,最短为20min;台风和冷空气是引发灾害性海浪的主要天气系统,台风引发的占60%,冷空气引发的占40%。其中以台风引发的灾害性海浪过程最多、海浪最高、持续时间最长。引发灾害性海浪的台风移动路径绝大部分经过北部湾;东路和中路冷空气更有利于北部湾灾害性海浪形成,灾害性海浪形成时常有一个冷高压位于四川盆地到江汉平原一带,中心气压在1030hPa以上,北海与海口的最大海平面气压差在4.3hPa以上。     

一次人工水平能见度数据的异常值分析

利用数据流逆推的方式,从最终服务数据、入库、解码、快速质控、原始报文等各环节,对镇安国家级自动气象站2016年9月8日02时的人工观测水平能见度要素突变为0的现象进行分析,并对多个国家站的同类现象进行汇总对比。结果表明:人工水平能见度的观测值确实存在为0的现象,这与数据采集及观测规范设定相关,会对后续的解码入库及数据服务环节造成影响。