基于数值模式误差分析的气温预报方法

采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)全球确定性预报模式地面气温和国家地面站点观测资料,对模式初值场误差、历史误差以及卡尔曼滤波预测误差与实况误差之间的相关性进行分析,设计了4种回归方案订正日最高、最低气温预报偏差,并与ECMWF、中央气象台和全国城镇的预报产品进行了检验对比。结果表明:采用了模式近1～3 d最高(最低)气温和模式最高(最低)气温历史平均误差、初值场误差以及卡尔曼滤波反演误差作为预报因子的改进方案效果最优,经对其2017年日最高和最低气温的预报检验,预报准确率较ECMWF原始模式预报有较明显提高,也明显优于中央气象台指导预报。在空间分布方面,其对地形较为复杂地区的改进效果更好。同时,与当前业务中质量最好的全国城镇预报相比,最高气温预报平均绝对偏差(Mean Absolute Error,MAE)较全国城镇预报低8.24%～13.97%,预报准确率提高1.24%～3.57%,日最低气温平均绝对偏差较城镇预报低9.43%～17.69%,预报准确率提高1.77%～2.72%。在3 d的预报中,对24 h时效内预报相对于48 h和72 h的改进幅度更大,订正效果更加明显。     

T639预报气温产品误差分析与订正

由于T639数值预报模式对具体区域预报有一定偏差,为了更好的利用该模式做出山东即墨本区域各自动站气温预报,制定订正方法,将订正方法运用到实际业务中,推广到相关单位,提高气温预报准确率,本文利用2013年1月至2015年12月山东省即墨市8个区域自动站的最高(低)气温实况和对应的T639数值预报24小时2m气温预报产品进行了日最高(低)气温的预报准确率、相对误差分析,并结合风向风速预报结论和地形分区,运用综合订正、季节订正、风向订正和风速订正4种误差订正方法,在对比检验的基础上,得出如下结论:在4种订正方法中,预报准确率最高为综合订正方法。     

2014年初春江苏一次高架雷暴成因分析

利用1°×1°NCEP客观分析资料,对2014年3月19日发生在江苏地区的一次高架雷暴天气过程的成因进行了天气学分析。结果表明：此次雷暴过程是江苏初春一次典型的“高架雷暴”天气过程,前期500hPa高空槽引导地面冷空气南下,地面先后受两股冷空气影响,地面附近存在较强逆温,暖湿空气在冷垫之上爬升。850hPa附近浅薄的对流不稳定层和0-3km强烈的垂直风切变共同为此次过程提供弱热力不稳定和强动力不稳定条件。此次过程850hPa附近存在强烈的锋生。雷暴发生的水汽主要源自孟加拉湾,沿江苏南上空存在明显的水汽积聚。雷暴发生期间回波强度最大达55dBZ,移速达75km/h,使得沿江一带自西向东产生雷暴。垂直风廓线上可见此次对流天气有较强的西南暖湿气流。强回波质心发展高度在4.5km左右,强回波发展高度主要在0度层高度之下,-20度层高度高于江苏春季冰雹发生时的预报指标,以及垂直上升运动强度不强和伸展高度不高是此次过程没有产生冰雹的主要原因;0度层高度、-20度层高度以及大气可降水量均低于江苏春季发生短时强降水的最低指标,是此次过程没有产生大范围短时强降水的主要原因。     

2016年春节期间上海市空气质量分析

本文对2016年春节期间(2月7—13日)上海市空气质量及其成因进行了分析,并与2014年和2015年同期空气质量进行对比。结果表明:2016年春节期间上海市空气质量以优良为主,仅正月初一受除夕夜烟花爆竹燃放及不利大气扩散条件的影响,为三级轻度污染;通过对春节期间气象条件、后向轨迹及全国污染分布分析可知,除夕夜上海市大气扩散条件较差,有利于污染物在本地累积,另外上游地区污染物向本地输送也是造成2016年上海市除夕夜空气污染的主要原因之一;通过对比分析上海市烟花禁燃区域内外PM_(2.5)小时浓度的变化及PM_(2.5)浓度差值的绝对值可知,烟花禁燃对污染排放具有一定的控制作用。通过对2014—2016年春节期间上海市PM_(2.5)浓度的分析可知,总体2016年春节期间细颗粒物PM_(2.5)污染明显低于2014年同期,与2015年同期相比2016年春节期间空气质量具有PM_(2.5)峰值浓度低且污染持续时间短等特点,春节期间由于停产和停工使排放源减少,因此对上海市空气质量的改善效果明显。     

CMA-GD模式江西省智能网格预报区域2 m气温预报误差分析

利用2020年6月1日—2022年5月31日CMA GD模式2 m气温预报产品（预报时效为13—36 h）和同期江西省智能网格预报区域内地面站气温观测资料,计算气温预报准确率、平均误差和均方根误差,并统计分析其时空分布特征。结果表明： 1）模式预报准确率在不同月份、起报时次存在差异,暖季总体较高,冷季总体较低;暖季08时起报产品的月准确率总体高于20时,冷季反之;秋、冬季旬准确率分布更离散。模式预报产品其准确率明显低于中央气象台和江西省气象台订正产品,需订正后使用。08时起报产品对寒潮的预报效果优于20时。2）气温预报年误差分布存在日变化,最大值出现在08时,最小值出现在15时;年均方根误差峰值出现在15时和06时,白天大于夜间。3）冬季平均误差多为正值,夏季为负值,春、秋季平均误差大小界于冬、夏季之间;白天时段夏季均方根误差最大,夜间时段冬季最大。4）气温预报年误差地理分布特征明显,平原地区预报值偏低,年均方根误差最小;丘陵和山区22 h时效预报值偏高,31 h时效偏低;高山站预报值偏高,年均方根误差最大。丘陵地区负误差最大,平原地区最小;山区正误差最大。     

2021年台风预报误差分析

为了指导台风初期的预报和保障,采用主观预报法和客观预报法(以下称数值预报法),分别对常用的4种预报结果进行对比分析。主观预报法选取常用的中、美、日、韩4家机构发布的预报数据,对2021年台风首次主观路径预报准确率和强度预报准确率进行分析,结果表明：各家首次路径预报误差较大,可信度低;首次强度预报结果可信度高。数值预报法选取常用的中国GRAPES、美国NCEP、欧洲ECMWF、日本JMA 4个数值模式预报结果,分析模式路径预报准确率和强度预报准确率,结果表明：欧洲ECMWF路径预报相较其他模式准确性具有绝对优势;强度预报准确率美国NCEP较好。进一步对比了2017—2021年4家数值模式台风预报结果,并对各数值模式的性能发展趋势进行分析。     

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。     

2014年6—8月数值模式产品对山东气温预报的检验分析

为检验不同数值模式产品对山东不同站点2m日最高、最低气温24h预报效果,利用2014年6—8月逐3h的WRF-RUC、EnWRF确定性预报、不同集合百分位数、T639、中国气象局下发的T639-MOS解释应用产品以及EC细网格预报进行TS评分、误差等分析。结果表明：EC细网格对内陆最高气温预报准确率最高,EnWRF确定性预报次之,EC细网格和T639-MOS对内陆最低气温预报准确率最高。T639和EC细网格分别对沿海最高和最低气温预报准确率最高。对各模式单站气温预报进行最优模式分析发现,对于最高气温预报最优的模式为EC细网格和EnWRF确定性预报,分别集中在鲁西南和鲁北、鲁中和鲁东南。对于最低气温预报最优的模式为EC细网格和T639-MOS,T639-MOS主要对鲁中山区预报较好,其他地区两个模式预报效果基本相当。     

2012年春节期间广东罕见低温阴雨天气特点及成因

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR分析资料,以及国家气候中心的海温监测资料等,初步分析了2012年春节前后广东极端低温阴雨天气过程的特点和成因。结果表明,此次过程具有极端温度低、低温范围广、阴雨时间长的特征;此次罕见天气过程是在＂北极涛动＂负位相活动和显著＂拉尼娜＂事件背景下发生,与欧亚地区持续大气环流异常密切相关。乌拉尔山阻塞高压建立后,中高纬稳定的＂两脊一槽＂形势下,有利于短波槽东南移影响华南;同时,高原南侧的南支西风槽加深增强了低纬水汽往华南地区输送,冷暖空气在华南长时间交绥,造成了持续的低温阴雨过程。过程期间,粤北近地层极端气温低,但中层暖层无论从强度、厚度及持续时间均未有2008年明显,因此过程主要以＂低温＂和＂阴雨＂为主,并未发生类似2008年初的粤北持续大范围＂低温雨雪冰冻＂天气。     

2013 年黑龙江省夏季洪涝灾害成因分析

利用1961-2013年逐日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析2013年黑龙江省境内三江流域及支流发生大洪水的原因,并对盛夏降水异常成因进行了分析。结果表明：2013年黑龙江省境内三江流域及其支流发生大洪水的原因为前期降水偏多,使土壤湿度大,流域内蓄水较大;同时,夏季降水偏多,降水时段集中,暴雨频次多于常年;多座大中型承担防洪任务的水库超汛限水位运行,为了保护水库堤坝的安全,泄洪量加大。黑龙江省盛夏降水偏多的主要原因为东北冷涡活动频繁且路径偏北;850 hPa水汽输送充足;200 hPa东亚高空西风急流位置异常,东亚夏季风偏强;500 hPa,欧亚纬向环流弱,西太平洋副热带高压阶段性异常偏北,鄂霍次克海地区阻塞高压明显,黑龙江地区上空盛夏为负距平控制。     

广东省春节气候特征

运用SSA与最大熵谱分析春节平均气温以及降水量周期特征,得到平均气温的主要周期成分是准4年及准6年振荡,降水量以2-3年的短周期振荡为主,并且有年代际的波动。     

新型探测资料在2014年春节污染天气中的应用

利用NCEP/NCAR再分析资料、南京市环保局监测数据,分析2014年春节污染天气背景,结合南京探空资料、常规观测资料、风廓线雷达及微波辐射计资料,分析这次春节期间的大气混合层高度、通风系数和逆温层特征。按照春节假期污染情况,可将其分为两个阶段：前期是1月30日—2月2日,南京处于均压场里,空气污染扩散条件差,逆温层容易形成,污染较重。后期是2月3—6日,冷暖气流活跃,混合层厚度升高,通风系数增大,逆温层被破坏,逆温强度锐减,空气质量显著改善。结果显示,混合层高度越低、通风系数越小及逆温层结越厚、越强,污染越严重。针对不同级别污染程度为四要素设立了定量化指标：当混合层高度低于1.0 km、通风系数小于2500 m2/s、逆温层厚度大于500 m、逆温强度大于2.0 ℃/100m,易出现中度以上污染;当混合层高度高于1.8 km、通风系数大于7000 m2/s、逆温层厚度小于200 m、逆温强度小于0.5 ℃/100m,不易出现污染天气,可为预报提供更多参考依据。     

江苏省冬季气温、降水年代际异常及相关分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和江苏省冬季气温、降水资料,运用带通滤波、经验正交分解(EOF)和相关分析等方法,分析了江苏省冬季气候年代际异常及同期气温与降水的相关特征.结果表明:江苏省冬季气候的年代际变化具有很好的空间一致性,表现为全省整体偏暖(偏冷)和偏涝(偏旱)的趋势;冬季气候存在明显的年代际突变,时间在1980s中期前后,平均气温从偏冷时期向偏暖时期转换,降水由偏少期向偏多时期转换.通过冬季同期降水和气温的相关分析发现,降水和气温具有一定的正相关性,而他们的年代际分量的正相关性更为显著,这与冬季大气环流场和海温场的年代际变化有密切的关系.     

Characteristics of air quality in Tianjin during the Spring Festival period of 2015

To better understand the characteristics of air quality and the relationship between the chemical composition evolution and source variation,an intensive atmospheric campaign was conducted in Tianjin,a megacity of the North China Plain,from 10 February to 6 March 2015.There were 20 days exceeding the threshold value of secondary Chinese Ambient Air Quality Standards for PM2.5(75 μg m-3,daily average over 24 h)during the study period.Five air pollution episodes were selected for investigation.During the pre-holiday pollution episode,NH~+_4,NO~-_3,and SO~(2-)_4 were more abundant,indicating that air pollution was caused by motor vehicle exhaust emissions and coal consumption under unfavorable meteorological conditions.During Chinese Lunar New Year's Eve,widespread use of fireworks resulted in extremely high aerosol concentrations.Firework displays caused increases in K+ and also enrichment of SO~(2-)_4 relative to NO~-_3.The holiday pollution episode was caused by regional transport,characterized by abundant SO~(2-)_4 and NH~+_4.In addition,the aging processes of the particles from fireworks discharge played an important role in the formation of NO-3and SO~(2-)_4.The Lantern Festival episode was characterized by a transition from the enrichment of K+ to secondary inorganic ions(NO~-_3,SO~(2-)_4,and NH~+_4).The results of this study are useful for a detailed understanding of the variation in atmospheric compositions and sources caused by anthropogenic activity,and highlight the importance of controlling intensive fireworks discharge.     

基于DEM的江苏气温空间插值研究

以江苏省及周边39个常规气象站点1957—2001年的月平均气温数据和90 m空间分辨率的DEM数据为基础,采用基于DEM的多元线性回归插值方法,分析多年平均气温与海拔、坡度和坡向等地形因子的相关关系,建立适合该区域的多元回归空间插值模型.同时与反距离权重法(IDW)和克里格(Kriging)插值法等传统方法的计算结果进行对比,并用交叉验证方法比较5种插值方法的精度.结果表明:该研究区各月气温递减率在 0.5~0.9 ℃/(100 m) 左右;基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR)无论从插值效果还是误差精度上,均优于其他传统插值方法.插值结果客观地表达了气温与各地形要素的相关性,反映了气温的空间变异性.     

烟花爆竹燃放和气象条件对北京市空气质量的影响

利用北京城区和近郊区2006—2014年春节期间主要污染物（PM10、PM2.5、PM1.0、SO2、NOX）浓度和气象资料,分析了北京市烟花爆竹对空气质量的影响,并将2014年和近8 a（2006—2013年）平均值进行比较分析。结果表明：春节期间（除夕至十五）烟花爆竹的燃放对空气污染物浓度增加具有较大贡献,自2006年“禁改限”后,近9 a集中燃放期间,PM2.5浓度均出现陡增情况,其中除夕峰值浓度均出现在01：00,初五、正月十五峰值浓度集中在21：00—23：00。除夕夜2012年峰值浓度最高,达1485.6μg·m－3,正月十五2008年峰值浓度最高,达1298.0μg·m－3,初五峰值浓度偏低,2007年最高,为571.5μg·m－3。2014年春节期间的PM2.5、SO2和NOX 平均浓度分别为60.5μg·m－3、43.8μg·m－3和45.6 ppb,比近8 a平均值分别下降了20％、41％和58％,除夕夜峰值浓度403.4μg·m－3,比近8 a平均值（768.5μg·m－3）下降了48％。2014年除夕、初五在集中燃放烟花爆竹期间,受小股冷空气影响,有利于污染物的扩散,而元宵节前后,受不利气象条件影响,峰值浓度高于除夕,且颗粒物浓度下降缓慢,造成持续性的污染,表明气象条件直接影响污染物浓度变化。总体来看,2014年春节期间空气污染物浓度下降的主要原因与烟花爆竹燃放量减少、机动车数量减少、春节期间较强冷空气影响直接相关。     

2010年江苏省连续性高温特点及成因分析

利用江苏省常规气象观测资料、1961—2010年全省73个站的历史高温资料以及NCEAP 2.5×2.5再分析资料,分析总结了江苏省高温天气气候特点及2010年高温情况,并在此基础上重点对2010年连续高温天气特点及成因进行了分析。结果表明:江苏省高温日数以7月最多(占高温总日数的44.1%)、8月次之(占29.2%);空间分布上呈西南部地区多,东部沿海少的特点;2010年8月连续高温频发,过程间隔时间短,且区域性连续高温时段主要集中在8月份,较多年平均偏晚,部分市县最高气温创当地有气象资料以来的历史新高;盛夏期间前期赤道辐合带不活跃,不利于副高北抬,是造成该年出梅后区域性连续高温偏晚的一个重要原因;而8月份南亚高压脊线位置偏南,强盛的副高持续控制江苏省,加上台风北上活动影响少,致使该月连续性高温频发。连续高温期间副高能快速恢复增强,促使连续性高温过程频繁且间隔时间短。     

广东高温影响因子和预报方法

采用二维风场差异的显著性检验方法等,研究广东盛夏7-8月高温的同期及前期风场差异特征,探讨广东盛夏高温的风场影响因子和前期的强预测信号.结果表明:南海中北部风场的异常是影响广东盛夏高温日数的重要因子;前期冬季200 hPa我国东北到印度北部、华南到江南、赤道低纬度80～120 °E地区,以及上年12月500 hPa孟加拉湾到南海中北部、我国中部偏西地区的风场异常可能是广东盛夏高温的强预测信号.分析还表明,前期1月和3月的亚洲500 hPa高度场及前期1月的太阳黑子也与盛夏高温日数关系密切.最后,建立了广东盛夏高温的预报工具.     

烟花爆竹燃放对天津市空气质量的影响研究

为了研究烟花爆竹燃放对空气质量的影响,利用动态滤膜校准系统-微量震荡天平法颗粒物分析仪、大气细颗粒化学组分在线离子色谱监测仪、有机碳（OC）/元素碳（EC）在线分析仪、气态污染物分析仪、常规自动气象站并结合云高仪和微波辐射计等设备于2015年2月18日至3月7日对天津市细颗粒物（PM2.5）及其主要化学组分,气态污染物（SO₂、NO₂、CO和O₃）和气象参数进行连续观测。本文选取3个污染事件作为研究重点进行分析,研究发现:烟花爆竹禁放和限放政策导致除夕夜烟花爆竹燃放量减少,PM2.5峰值与2014年相比明显下降;烟花爆竹禁放和限放区的设立导致天津市PM2.5质量浓度在烟花爆竹密集燃放期间存在明显的空间差异;站点之间小时平均值差异最高达到394 μg/m3。受烟花爆竹燃放的影响,距地面80 m以下颗粒物后向散射强度相近,表明80 m以下颗粒物呈均匀分布。污染事件1是由于烟花爆竹密集燃放引起的,PM2.5主要化学组分为K+、SO₄2-和Cl-,同时SO₂和CO质量浓度显著升高;但EC和OC质量浓度并未明显增加。污染事件2的形成是由于不利的气象条件（逆温、逆湿、下沉气流和较高的相对湿度）促进了SO₂和NO_x在烟花爆竹排放的颗粒物表面发生非均相化学反应,导致SO₄2-和NO₃-浓度快速增加。污染事件3由元宵节烟花爆竹燃放引发,而后呈现二次无机组分与臭氧协同增长的复合型污染特征;此外区域传输对污染事件3也有重要贡献。