长沙机场阵列天气雷达风场验证

利用2019年4—9月高时空分辨率的长沙机场阵列天气雷达资料开展三维变分（three-dimensional variational data assimilation,3DVAR）风场反演研究。为验证该算法的反演效果,选取外场试验中10次降水过程,在阵列天气雷达的三维精细探测区内,采用阵列天气雷达合成风场和1部L波段边界层风廓线雷达产品作为参考值对阵列反演风场进行验证评估。结果表明：在稳定性降水条件下,阵列反演风场与阵列合成风场、风廓线雷达产品的结果较为一致;在对流性降水条件下,由于不均匀性会造成风廓线测风精度下降,风廓线雷达产品与阵列反演风场和阵列合成风场差异较大。阵列反演风场与阵列合成风场在稳定性、对流性降水条件下水平风速相对偏差分别低于19%,29%,水平风向差分别低于14.92°,26.35°,稳定性降水条件下阵列反演风场更优,误差在可接受范围内。两种算法得到的风场结构符合各类天气系统的基本特征,水平风场空间分布和风速、风向非常接近。     

雷达风廓线反演在云南强降水预报中的应用

利用VAD(Velocity Azimuth Display)方法反演多普勒雷达垂直风廓线,并将反演风场应用于云南强降水过程的诊断预报。通过反演风廓线资料与探空实况、NCEP再分析资料的对比分析,发现VAD方法反演的风廓线与实况资料具有较好的一致性,表明该方法在云南是可行的;通过反演风廓线资料可以较为精细地监测和分析大气垂直方向上水平风场的不连续性,由此得到低空切变、温度平流和低空急流等系统的厚度和强度演变特征。相对于时、空分辨率不足的常规探空资料,雷达反演风廓线具有较高的时间和垂直分辨率,能够更为详细地揭示强降水天气过程中起重要作用的天气系统的主要特征和演变过程。因此,VAD风廓线产品对云南强降水天气过程的预报具有较好的参考价值和应用前景。     

浙江多源资料高空风对比分析

使用浙江探空数据对EC再分析数据评估发现两者风场存在较好的相关性,可用EC再分析数据取代探空数据对风廓线数据进行评估。评估结果显示当无降水时,风廓线雷达数据与EC再分析数据相关系数在0.85～0.9之间;当有降水时,两类数据相关系数在0.7～0.8之间。统计结果还显示,无降水时风廓线雷达数据在中层2～4 km与EC再分析数据相对误差较小,在低层和高层由于相关资料的缺测造成相对误差较大。有降水时风廓线雷达数据与EC再分析数据相对误差随高度变化特征不明显。通过对台风个例的风力演变特征分析发现,雷达资料的时空完整性都比较好,相对探空数据可以观察到系统演变过程中更精细的风力结构。     

利用多普勒天气雷达估算层状云的降水效率

通过多普勒天气雷达VAD(velocity-azimuth display)技术可以反演得到水平线性风场和非线性风场的平均散度。根据连续方程求出不同高度层面的垂直速度,再利用探空曲线计算水汽凝结率。假定云中凝结和凝华的水量全部降落到地面,结合地面雨量计实测资料可以估算其降水效率。用该方法计算华北地区降水性层状云两次降水过程的平均降水效率分别为68％和59％。     

三维变分方法反演风场的效果检验

为研究三维变分方法反演风场的能力、在不同天气系统中的适用性以及在实际业务工作中的应用潜力,利用广州、深圳、海口、湛江、龙岩和厦门六部多普勒天气雷达构成三个双多普勒雷达系统,选取热带风暴、飑线和层状云降水三种不同类型的天气过程。以双多普勒雷达反演的风场为"真值",对风场三维结构进行了对比分析,并根据绝对误差、均方根误差和相关系数进行了定量的效果检验。结果表明,使用双雷达资料进行三维变分方法反演获得的风场结构与各类型天气的基本特征一致,能够较好地反演出飑线系统低层强对流区前缘阵风锋处的风场辐合以及热带风暴的气旋式环流。基于单部雷达资料和双雷达资料得到三维变分风场对比表明,使用单部雷达资料不能很好地表现强天气过程中的风场结构,对热带风暴的涡旋结构和飑线系统内部的辐合线结构的反演效果都较差,只有在风向沿雷达径向时才能得到较准确的风场结构;同时使用两部雷达资料进行风场反演,不仅降低了水平风向的反演误差,而且解决了单雷达反演风场时,雷达径向风分量反演结果较好、切向风分量反演结果较差的问题。误差分析结果表明水平风速和水平风向的反演结果都比较可靠,层状云降水的风场反演效果优于热带风暴和飑线系统的风场反演效果。     

长沙冬季降水过程的微波辐射计反演参量特征分析

利用微波辐射计、探空气球、天气雷达和地面雨量等资料,对2020年1-3月长沙国家站5次降水过程的微波辐射计和探空温度廓线、水汽密度进行检验的基础上,分析了 5次降水过程中微波辐射计反演的水汽含量、液态水含量与雷达资料、降水量的变化特征.结果表明,微波辐射计反演的大气温度、水汽密度廓线精度较高,其反演的大气水汽资料可以作...     

重庆不同天气条件下地基微波辐射计探测特征

利用2012年1月至2014年8月重庆沙坪坝站的微波辐射计和探空数据,通过数值模拟检验微波辐射计的亮温精度,并统计分析晴空、有云和降水天气条件下微波辐射计反演产品的变化特征。结果表明：(1)有云时微波辐射计氧气通道53.85、54.00 GHz亮温与探空观测温度相关性较好;晴空和有云时MonoRTM模拟亮温与微波辐射计观测亮温相关性较好。(2)不同天气条件下,微波辐射计反演温度与探空观测值的相关性都较高,降水时4.0 km以下微波辐射计反演温度明显偏高,有云和晴空时3.8 km以下的温度平均绝对误差小于2℃。微波辐射计反演的相对湿度与探空观测值的相关性较同高度层温度的相关性差,有云时1.0～2.6 km高度反演的相对湿度平均误差很小,降水时4.5 km以下平均误差也较小且稳定。降水时4.0 km以下微波辐射计反演的水汽密度平均误差明显偏大,有云时多数高度层平均误差较小。(3)4.2 km以下降水时08:00微波辐射计反演温度的平均误差较大,有云时08:00微波辐射计反演温度和水汽密度的平均误差均较小。说明微波辐射计反演的大气廓线具有可用性,且在稳定大气环境中反演效果更好。     

一次消（减）雨试验过程风场特征及作业效果分析

根据济南齐河多普勒雷达体扫资料,采用EVAP方法对山东2009年9月19—20日一次积层混合云降水进行风场反演,反演风场能细致地揭示本次降水过程中尺度风场的演变过程,清楚地给出了风场中尺度结构、辐合线的位置及二者演变特征。各个层次风场变化与常规探空观测的结果基本一致,降水过程前半段存在中尺度辐合线,后期随着冷空气加强南侵并完全控制了中低层,对应的地面降水也由强减弱并逐渐结束。由于反演风场能实时反映出中尺度辐合线的位置,有利于人工影响天气作业的时机及部位的选择。     

多普勒雷达VAD风廓线资料的质量评估

将2004—2007年浙江省温州多普勒雷达VAD风廓线和相邻洪家探空站同期经修正的探空风廓线资料进行对比统计,分析了两者之间的差异和相关性;对不同高度层以及三种不同降水系统中(大面积连续性降水、阵性降水、热带气旋降水)VAD反演方法的精度进行了研究,并分析误差来源。结果表明,VAD方法反演的风廓线与探空廓线之间具有较高的相关性。VAD方法对大面积连续性降水的风向和风速的反演质量最好,其次是热带气旋降水。风向、风速偏差最大的均为阵性降水。      

多普勒雷达估算降水和反演风在不同初值方案下对降水预报影响的数值研究

基于有限区域中尺度暴雨预报模式AREM,利用常德、荆州、宜昌3部多普勒雷达及武汉数字化天气雷达联合反演的1 h降水量资料和宜昌、荆州多普勒雷达反演的水平风场资料,采用3种不同的初值方案:Grapes-3DVAR同化方案、Barnes客观分析法及Barnes-3DVAR同化方案,对 2002年7月22日20:00-23日20:00发生在长江流域的一次大暴雨过程进行了多普勒雷达估算降水和反演风场在不同初值方案下对降水预报影响的数值试验,结果表明:(1)采用相同资料源(探空+T213L31分析场),3种初值方案降水模拟效果差别显著.整体而言,融合了Barnes和3DVAR两种方案的Barnes-3DVAR初值方案降水模拟效果最好:雨带模拟完整,位置与实况完全一致;降水中心中尺度结构清晰,位置、强度与实况接近.(2)Barnes-3DVAR同化方案与Grapes-3DVAR同化方案都能同化雷达降水和风场资料,但两者降水预报结果相差很大.Barnes-3DVAR方案下的降水模拟结果明显好于Grapes-3DVAR同化方案.(3)Grapes-3DVAR同化方案下,在控制试验的基础上增加雷达降水资料的同化,24 h降水模拟效果有所改善;增加雷达风场资料的同化,仅部分改善模拟效果,某些地方效果反而变差;同时增加雷达降水和风场资料的同化,降水模拟效果反而明显变差.Barnes-3DVAR同化方案则不然,无论雷达降水资料和风场资料单独同化还是两种资料同时同化,降水模拟效果都有不同程度的改进,特别是对雷达降水和风场资料同时同化的模拟结果是各种试验中效果最好的.(4)融合Barnes客观分析方法和Grapes-3DVAR同化方案的Barnes-3DVAR同化方案,是同化雷达降水和风场资料的一种新的、有效的初值方案.     

四川区域融合降水产品的质量评估

本文利用四川省156个国家地面气象观测自动站2018年逐小时降水资料,从降水产品与观测值的对比、降水产品误差空间特征、降水产品误差月变化、不同降水量级的误差特征等方面,对国家气象信息中心研制的中国区域1h、0.05° × 0.05°分辨率的地面-卫星-雷达三源融合实时降水产品和地面-卫星二源融合快速降水产品在四川区域的适用性进行对比评估。研究结果表明,两套融合降水产品能较好的反映四川区域年内小时降水的时空变化特征,与站点观测降水相比,两套融合降水产品均存在一定程度的低估,且随着降水量级的增大,均方根误差值也相应增大。两套融合降水产品相比,融合了雷达资料的三源融合降水产品各项指标均优于二源融合降水产品,数据质量更高。     

科尔沁边界层风廓线雷达探测性能评估

利用2016—2017年科尔沁边界层风廓线雷达每6 min的风场资料评估雷达探测性能,对风廓线雷达数据获取率、风廓线雷达与气球探空探测风的相关性等进行了分析.结果表明:风廓线雷达平均数据获取率随高度的增加先增大后减小,3000 m以下平均数据获取率都在60％以上.雷达探测数据存在日出后数据缺测率高、午后缺测率低的变化趋...     

面向资料同化风廓线雷达水平风产品质量初步分析

为了实现我国风廓线雷达资料能尽快应用到业务数值预报同化系统,以改善数值预报模式初始场,文章对风廓线雷达水平风产品质量特点进行分析,为质量控制和同化应用提供依据。通过该类资料与数值预报背景场的对比并结合探空和降水等资料,分析了风廓线雷达水平风产品数值预报应用的质量特点并明确了质量控制需要关注的问题。分析的风廓线雷达水平风产品的数据来源是国家气象信息中心国家级气象资料存储检索系统(MDSS),分析资料时间时段为2012年5月1—31日。结果显示：针对资料同化应用,小时平均采样风优于实时采样风;现有风廓线雷达水平风产品包含大量超过有效探测高度的数据,这些数据相对数值预报背景场偏差异常偏大;在各自设定有效探测高度范围内的资料,PA型号雷达水平风产品相对数值预报背景场偏差最小,PB型号次之,LC型号最大;在设定有效探测高度范围内的资料相对数值预报背景场基本无偏,偏差在一倍标准差范围内的数据量达到89%以上,二倍标准差范围内的数据达到97%以上,三倍标准差数据达到98%以上;降水是影响资料质量的重要原因,应用时需针对降水进行细致分析与质控。     

新一代天气雷达定量降水估测集成系统

中国国家气象信息中心研制的多源融合实况分析1 km网格降水(简称为ART_1 km降水)产品可为灾害性天气监测预警、智能网格预报、智慧气象服务等提供更精细的数据支撑。选取广东省2019—2022年5—8月的20例致灾暴雨过程,利用未融合制作ART_1 km降水产品的区域站和水文站等两类独立站的降水资料,评估ART_1 km降水产品在暴雨过程中的准确性。结果表明：ART_1 km降水产品成功反映了广东省暴雨过程的降水落区、强度和变化趋势,且在珠三角、粤东东部和粤北北部表现最佳。降水越强,两类独立站的ART_1 km降水和观测降水的相关性越高,但均方根误差和平均值误差也越大。降水不分级时,全省约60%的独立站的ART_1 km降水和观测降水的相关系数≥0.8,超90%的独立站的均方根误差在[1.0, 5.0) mm范围内,超60%的独立站的平均值误差在±0.1 mm内。降水分级后,当小时降水较弱（< 5 mm）,全省大部分独立站的相关系数 < 0.5、均方根误差在[1.0, 5.0) mm范围内、平均值误差在[0.0, 0.5]mm范围内;当小时降水较强(≥20 mm),全省42%~56%的独立站的相关系数≥0.5,大部分独立站的均方根误差≥10 mm、平均值误差 < 0mm (且当小时降水≥50 mm,平均值误差 < -10 mm)。两类独立站的ART_1 km降水总体表现为低估,更多的站点观测融入制作ART_1 km降水产品,将有助于提升该产品的质量。

     

近十年中国灰霾天气研究综述

基于2013年武汉市环境监测数据和气象要素资料, 分析该市空气质量状况与气象条件的关系。结果表明, 武汉市全年平均空气质量指数(AQI)为135, 良和轻度污染所占比例分别为35%和30%。雾天、霾天、晴天、雨天四种天气条件下, 6种污染物(SO₂、NO₂、CO、O₃、PM_2.5和PM₁₀)浓度值基本上为雾天最高、霾天次之、晴天再次之、雨天最低, 雾天00-08时污染物浓度明显高于其他天气条件; PM_2.5浓度与降水量的相关性较差, 中雨量级时, 降水对污染物的清除作用显著, PM_2.5浓度下降明显, 当日降水量小于1 mm时, PM_2.5浓度略有上升, 平均上升1.3 μg·m^-3左右, 这与微量降水的大气增湿作用有关; PM_2.5浓度变化与相对湿度(R_H)和风速的关系较明显, 其相关系数分别为0.87和-0.72, 当R_H>70%且每增加10%时, PM_2.5浓度增加10 μg·m^-3左右; 静风和风速很大时, 污染物浓度相对较高, 东南风影响下PM_2.5浓度在四季均较高, 而秋、冬季在西北风影响下PM_2.5浓度最高; PM_2.5浓度主要增长阶段以正变温、负变压为主。

     

风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

2012—2015年北京市空气质量指数变化及其与气象要素的关系

根据2012—2015年的空气质量指数（AQI）日报数据与同时段的气象数据,采用统计方法和广义加性模型（GAM）对空气质量指数的时间变化及其与气象要素的关系进行了分析,结果表明：2012—2015年北京市空气质量整体呈现下降趋势,冬春季空气质量较差,夏秋季的较好,冬季容易产生重污染天气,春季污染天气频发。北京空气质量存在一定程度的周末效应,表现为周末空气质量较差,工作日相对较好。整体上空气质量指数与风速、日照时数、降水量、平均气温和最高气温呈负相关,与湿度呈正相关,不同季节和不同级别空气质量下的AQI与气象要素相关性差异较大。通过广义加性模型得到AQI与降水量呈线性关系而与其他气象要素均呈非线性关系,气象要素在不同数值范围内对AQI的影响趋势和程度存在显著差异。     

中国1月份降水异常与司期里海低涡强弱的关系

利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951年-2008年中国160站月平均降水、气温资料,美国提供的NCEP／NCAR再分析月平均资料,运用EOF分解的方法定义了一个里海低涡指数。应用相关系数检验的方法统计分析了1月份指数与160站降水量相关系数分布,发现1月份里海低涡指数与全国大部分地区的降水量成正相关。本文还运用合成分析的方法简单的分析了这种相关关系的原因,发现里海低涡活跃的年份,同期的大气环流、风场和垂直运动都有利于中国的降水。     

中国地面气象要素格点融合业务产品检验

对2018年5 km分辨率中国地面气象要素2m温度、10 m风速和24 h累积降水格点融合产品进行非独立和独立检验.非独立检验结果表明:(1)相比于站点观测,2m温度格点融合产品整体偏暖,各月平均均方根误差在1 ℃左右,35 ℃以上高温和-20 ℃以下低温天气时均方根误差分别在1 ℃和2 ℃以上.(2)10m风速格点融...