GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用

围绕GRAPES_Meso的云初始场形成,以ARPS模式云分析方案为基础,优化诊断后应用我国风云二号静止气象卫星云产品、多普勒天气雷达三维组网拼图产品等观测资料结合模式背景信息,根据云热力-动力学原理及观测试验经验关系等,对云初始场的信息进行分析并通过松弛逼近同化方法实现对云内微物理信息同化应用。GRAPES_Meso中采用优化后的云初始场方案,水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°的1个月（2014年7月15日-8月14日）连续试验和个例分析结果显示:云初始场形成方案能够分析出飑线等天气系统的云系和云内微物理变量特征。从模拟云图看,包含云初始场信息的GRAPES_Meso的云系的形态特征和分布范围短时临近预报结果更为准确。云初始场信息同化应用后,在1 h的时间尺度上,即可预报出与实况更为接近的降水;0~12 h时间范围内对降水均有积极的影响,可满足短时临近预报的需求,降水量级略偏大。批量连续试验（水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°）的各个量级降水ETS（equitable threat score）评分都显著提高。     

闪电定位仪在人影作业中的应用研究

利用闪电定位仪系统所提供的多站综合定位资料和单站定位实况资料,结合9210系统所提供的卫星云图、雷达回波图以及T 213和日本的数值预报等资料,在做出24h降水预报的基础上,用闪电数据、云图等资料可制作未来3h降水预报。根据3h预报对作业点的作业条件进行指示,从而可为人影作业服务。经过试用验证表明,研究结果对人影作业有较好的指示意义。     

东南沿海地区中α尺度雷暴云团卫星云图特征分析

利用GMS-5卫星IR、VIS、WV和分裂窗云图资料及常规天气图对1996～1999年3～9月发生在我国东南沿海地区的对流(雷暴)天气进行分析表明，对流(雷暴)天气主要发生在静止锋等六种不同的天气形势下，它们在卫星云图上的基本数字特征有相同之处，也存在明显的差异。通过对卫星云图中α尺度雷暴云团的灰度和局地标准差等基本数字特征的分析，发现局地标准差极大值或红外一分裂≤0极小值的出现，预示4h左右后雷暴云团将达最强。由此，可以较好的把握雷暴云团的发展阶段以及发展趋势，提高雷暴的预报水平。     

Shapley-模糊神经网络方法在华南台风卫星云图的长时效滚动预测中的应用

为了更好地利用大量的卫星云图观测资料来提高台风暴雨的预报能力,解决并提高对台风强降水云系变化的预报精度,延长对未来云系变化的预报时效,构建基于合作对策Shapley-模糊神经网络的华南区域台风卫星云图非线性智能计算滚动集合预测模型,对增强卫星云图资料在台风暴雨天气预报中的实用性和及时性具有重要意义.依据2013—201...     

Application of a cloud-texture analysis scheme to the cloud cluster structure recognition and rainfall estimation in a mesoscale rainstorm process

It is thought that satellite infrared (IR) images can aid the recognition of the structure of the cloud and aid the rainfall estimation. In this article, the authors explore the application of a classification method relevant to four texture features, viz. energy, entropy, inertial-quadrature and local calm, to the study of the structure of a cloud cluster displaying a typical meso-scale structure on infrared satellite images. The classification using the IR satellite images taken during 4–5 July 2003, a time when a meso-scale torrential rainstorm was occurring over the Yangtze River basin, illustrates that the detailed structure of the cloud cluster can be obviously seen by means of the neural network classification method relevant to textural features, and the relationship between the textural energy and rainfall indicates that the structural variation of a cloud cluster can be viewed as an exhibition of the convection intensity evolvement. These facts suggest that the scheme of following a classification method relevant to textural features applied to cloud structure studies is helpful for weather analysis and forecasting.     

澳大利亚东南部持续性降水的成因

利用热带天气图，日本ＧＭＳ卫星云图，ＥＣＭＷＦ格点风场资料，对澳大利亚东南部持续性降水的两类主要天气过程，热带云涌－冷锋尾流气旋锋生过程和阻塞反气旋北侧回流降水过程进行了分析，从云型演变，环流形热，热带流场等方面揭示了澳大利亚东南部持续性降水天气过程的基本特征、为业务预报提供参考。     

基于最大互相关的对流云预测

传统上利用卫星云图做降水都是根据已知的卫星云图中的通道信息来进行降水量的估算。因此,利用卫星云图仅仅做到了降水量的估算。本文利用图像的最大互相关以及线性外推对未来的卫星云图进行预测,并取得较好的结果,从而能够利用云图进行降水量的预报。     

春、冬季暴雪成因对比分析

通过对１９９５年以来如皋市发生的１２例暴雪物理成因及卫星云图特征分析,表明：春季暴雪均伴强寒潮而产生,暴雪发生在干湿区交界的湿区一侧,春季暴雪水汽图亮温低于冬季暴雪。     

霍夫变换在卫星云图异常数据检测中的应用

由于噪声与干扰的存在,导致卫星云图接收过程中产生丢线、马赛克等异常数据。依靠人工进行检测与统计,不仅工作效率低,准确性也得不到保证。研究基于霍夫变换的卫星云图异常数据的检测方法,并且结合其分布特点,针对卫星云图实时性要求高、传统霍夫变换运算量大的问题对边缘检测算子检测方向进行了优化,试验结果表明可以有效提高30%的运算速度。实现对卫星云图异常数据的准确定位与快速检测,对于日后排查干扰源,进一步提高卫星云图接收质量具有重要意义。     

台风数值预报中受云影响微波卫星资料的同化试验

目前, 数值预报中卫星资料的应用主要只是针对晴空条件, 大量受云和降水影响的卫星资料被丢弃不加以使用。但是, 云雨区观测往往包含有大量与天气系统发生发展密切相关的大气信息, 对这部分资料的同化应用由此成为当前研究的一个重要问题。在快速辐射传输模式中云雨粒子辐射效应的考虑还有待于进一步完善情况下, 云雨区卫星资料的应用通常是采用云检测方案对观测受云影响的严重程度进行判识并决定使用的取舍。以0604号热带气旋Bilis作为研究个例, 该文设计了一组受云影响微波卫星资料不同云检测方案和通道选择的应用试验。对AMSU-A资料, 云检测方案包括散射因子、降水概率和小雨检测3种, AMSU-B卫星资料的云检测方法选用了通道2亮温模拟观测误差和Bennartz散射因子。在对进入分析系统卫星资料与天气系统的配置关系、卫星模拟与实际观测偏差特征的统计以及对初始分析影响研究的基础上, 探讨了它们对台风不同阶段数值预报效果的影响。     

冰雹云卫星早期识别与自动预警

利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:（1）陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度（T_g）较冷,均值为?33°C;全部冰晶化时T_g对应的云粒子有效半径r_e（表征为r_eg）未饱和（<40 μm）,均值36.9 μm,且r_eg 越小冰雹云越强;云顶呈现r_e随高度减小带。（2）各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。（3）在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。（4）经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。     

降水性层云含水量跃变对应的微结构观测研究

利用长春2007年5月16日的一次层状云降水过程的飞机观测资料,并结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了此次降水过程中粒子浓度、粒子谱、雷达垂直累积液态水（vertical integrated liquidwater,VIL）、微波辐射计积分液态水（liquid water content,LWC）以及地面雨强特征。研究表明,层状云微结构在水平方向上的起伏较大,出现两次典型的含水量跃变：第1次液态水跃变主要是因为粒子浓度增加;第2次液态水跃变是因为粒子浓度和粒子谱共同作用的结果;雷达VIL值和地面雨强两者呈正相关。     

利用卫星云图估算焦作市4-9月12h降水

利用2004-2006年FY-2C卫星云图资料,统计了云顶亮温与焦作市降水量的关系;并根据相邻两张云图中云顶低亮温中心移动的距离和时间,确定云的移速。在此基础上,建立了层状云和积状云降水估算方程。经对2005-2006年估算结果统计,层状云有无降水预报准确率为80%;对4次积状云降水的估算结果为1次漏报、1次降水量级误差较大、2次预报正确,准确率达50%。     

用地理信息系统改进热带气旋的客观定位精度

基于地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)技术，初步建立了一个能集成多种数据资料和多种算法的热带气旋(Tropical Cyclone，简称TC)客观定位系统。其中不同卫星及同一卫星不同波段资料(如Quikscat洋面风场、云顶亮温等)的矢量及栅格信息的叠加和分析功能，有助于从多个侧面揭示TC的结构特征；而多种定位方法(如云图形态分析法、云顶亮温极值法、洋面风场涡度极值法、数学形态学算法等)的客观化及其综合运用的实现，不仅可以减小TC定位过程中的随机(人为)误差，而且能提高TC定位工作的效率。利用该系统对编号为0203，0209，0212，0417和0419的5个TC进行的定位试验结果表明:利用该系统进行TC定位的精度与目前业务定位精度相当，具有良好业务应用前景。     

瀑河市强对流天气综合分析及预报预警

分析了漯河市强对流性天气的产生机制和形势场,并应用V-3θ图的分布特征、能量特征值、卫星云图云顶亮温和闪电数据,做出对流性天气的预报预警。     

CMA-MESO关键技术集成及应用

基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度系统的对流可分辨同化系统和陆面资料同化系统,实现雷达径向风、风廓线雷达、FY-4A成像仪辐射率、卫星云导风、卫星GNSSRO、地面降水观测以及近地面资料等非常规局地稠密资料的同化应用,发展快速循环技术,建立全国3 km间隔3 h的快速循环同化预报系统——CMA-MESO（GRAPES-MESO 3 km）并实现业务化运行。2020年6—9月汛期业务检验结果表明:CMA-MESO预报的近地面要素（降水、2 m温度、10 m风场）检验评分全面超越GRAPES-MESO 10 km结果;CMA-MESO的24 h累积降水TS评分略低于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的结果,但逐3 h累积降水预报TS评分尤其是对于较大降水阈值评分明显优于ECMWF结果;同时,对于能够表征模式对降水时空精细化特征预报能力的降水频次和降水强度等检验,CMA-MESO对我国汛期的预报准确率超过了ECMWF细网格模式结果。     

闪电定位和雷达观测资料在云分析中的应用及数值试验

本文针对2016年6月山西、山东地区一次强对流活动,通过GRAPES（Global/Regional Assimilation andPrediction Enhanced System）云分析系统融合了多普勒雷达反射率三维组网拼图资料和ADTD（Active DirectoryTopology Diagrammer）闪电定位资料,对模式初始场的云水、云冰等云微物理变量进行了调整和分析,并对这次强对流过程设计了3组数值试验。结果表明:（1）云分析系统在加入雷达反射率资料以后,能在模式初始场中较准确的计算模式的初始水物质;（2）闪电定位资料转换成的替代雷达反射率对原有的雷达反射率有一定的补充作用,使模式的初始场与真实状况更接近;（3）从模式降水的角度看,在加入雷达资料以后,GRAPES云分析可以显著提高6小时以内降水的模拟效果,而闪电定位资料的加入,对中雨以上量级的降水模拟有进一步的改进作用。     

我国高原地区产生飞机颠簸的大尺度云系及其分布

卫星云图上有很多特殊的云型都与飞机颠簸相联系,有的甚至会出现严重颠簸,对它们的识别,对保障飞行安全有重要意义。本文根据2006年的风云二号卫星云图资料,统计和分析了我国高原地区产生飞机颠簸的大尺度云系的出现和分布规律。分析表明:在我国高原地区,产生飞机颠簸的大尺度云系主要有高空急流云系、未闭合的细胞状云系、山地波中的波状云系和积云线。这些大尺度的云系主要出现在我国的青藏高原,在这些云出现的地区飞行,都会出现中度到强烈的飞机颠簸。      

利用卫星云图作广西强降水短时预报

构造天气学意义明确的卫星云图状态函数模型,在对云层进行分类的基础上,定量提取卫星云图参数,通过与云图模板的相似运算寻找短时预报指标。试报结果表明,这种方法对提高强降雨落区的短时预报准确率是可行的。     

利用卫星云图作广西强降水短时预报

构造天气学意义明确的卫星云图状态函数模型，在对云层进行分类的基础上，定量提取卫星云图参数，通过与云图模板的相似运算寻找短时预报指标。试报结果表明，这种方法对提高强降雨落区的短时预报准确率是可行的。