Delaunay三角剖分法在降水量插值中的应用

Delaunay三角剖分方法在空间分析中具有重要地位,文中简要介绍了Delaunay三角网特性和常用的3类算法,并对随机增长法实现过程进行了详细阐述。根据三角分片线性插值原理,求得插值系数,实现对任意点的三角分片线性插值。利用2008年中国2200个观测站的08时24 h降水量资料,对全中国范围及划分的8个区域内相应的0.28125°×0.28125°降水量格点场,使用交叉检验方法,对比分析了三角分片线性插值和反距离权重法的估值准确率。结果表明：在各区域,三角分片线性插值法的均方根误差偏小;在站点较密集的区域,均方根误差、平均绝对误差比较中,三角分片线性插值都有一定的优势;在平均误差对比中,三角分片线性插值优势明显,在全中国范围交叉检验中,三角分片线性插值法对应的年平均误差是0.005 mm,而反距离权重法为-0.107 mm,对其可能的原因进行了分析,证明了Delaunay三角剖分法的合理性。同时,从图形上展示了降水量的Delaunay三角网的三维结构图和三角分片线性插值后的格点场, 在直观上,Delaunay三角剖分后得到降水分布和实况保持一致,并有较好的视觉效果;通过三角分片线性插值得到的格点场降水量分布图,克服了反距离权重法的固有缺陷,使获得的降水量格点场趋于合理,提高了插值精度。最后,探讨了Delaunay三角网在气象领域的应用前景。     

中国区域平均降水量序列构建方法比较研究

由于地面观测台站空间分布不均匀,运用不同区域平均技术方法研究中国降水特征和变化规律的结果存在显著差异,是区域降水变化研究不确定性的重要来源之一.本文以"中国地面与CMORPH(CPC Morphing Technique)融合逐日降水产品"作为参照值,基于中国地面2425站观测资料,采用5种网格尺寸的经纬度网格面积加权...     

区域站降水量在汉中地质灾害预报中的应用

通过对汉中2000—2008年地质灾害个例和气象站、区域站降水量统计分析,建立以前期雨量和当日雨量为综合判别指标的地质灾害预报模型。用工具软件VB 6.0、Serfur8.0开发了汉中地质灾害预报系统,自动读取区域站降水量并显示,随时监测地质灾害重点隐患区的降水情况;用前期雨量、未来24 h预报雨量和各县的逐日降水影响系数,计算地质灾害发生气象条件等级,制作汉中地质灾害气象等级预报。     

条件数在区域日降水量预报中的应用研究

针对前汛期广西北部暴雨洪涝灾害频发的问题,利用T213模式和日本细网格降水预报等数值预报产品,采用条件数计算选取回归因子的方法建立广西北部区域平均降水量的预报方程。进行了2004、2005年两年5-6月的前汛期业务预报应用试验。采用条件数方法建立的预报方程和传统的逐步回归预报方程的平均预报误差分别为6．3569mm和7．0096mm,同期T213模式的预报误差为7．9456mm。试验表明新方法比传统的逐步回归方程和T213模式具有更高的预报精度,有较好的业务应用前景。计算对比可知,采用条件数计算选择的预报因子间的复共线性较微弱,而逐步回归方法选择的因子间的复共线性很严重,影响了回归方程的预报效果。     

MODE方法在西南区域模式降水预报检验中的应用

为了弥补传统检验方法的缺陷,本文基于对象目标的空间检验方法MODE,对四川2019年6月22日的强降水过程进行检验,分析西南区域模式在短时强降水的预报效果。通过对该方法各参数的确定,可以发现：(1)MODE检验方法在确定卷积半径R和降水阈值时应灵活地进行选取;(2)模式较好地把握了此次降水过程的发展消亡过程,尤其是对盆地东北部的降水预报效果很好,对降水目标物的形状、走向、移动方向以及落区有比较好的相关性;但对于降水发展初期,模式预报效果不理想,存在明显的空报;(3)对于强度预报,降水发展强盛期预报场对高原目标物强度预报在降水大值区存在一定高估,对盆地目标物强度预报基本接近于实况,但在降水减弱时对盆地目标物强度预报也存在明显高估。     

机器学习在人工增雨效果统计检验中的应用

利用福建省古田人工增雨试验基地2014年1月—2023年1月小时自然降水数据,结合线性拟合、多项式回归和样条回归等多种数学统计方法,开展决策树、支持向量机(SVM)和卷积神经网络(CNN)3种机器学习方法在估测目标区自然降水中的应用研究。目标区和对比区自然雨量关系模型对比结果表明:以区域平均面雨量为统计变量时,CNN和四项式回归效果相对较好,其中CNN的确定系数为0.516,均方根误差为1.097 mm;对平均面雨量进行六次方根变换后,各模型的精准度大幅提升,CNN表现最优,确定系数为0.658,其次为SVM;为克服目标区和对比区雨量时间序列效应及空间分布不均等问题,以面雨量空间格点数据作为研究对象,采用CNN 3种优化器(自适应矩估计、均方根传递和梯度随机下降)算法进行对比,发现基于自适应矩估计优化器建立目标区和对比区雨量关系模型最优,其降水估测值与实测值更接近,均方根误差最小,为0.61 mm。因此,利用CNN方法能够进一步优化目标区和对比区雨量关系模型,可为定量评估人工增雨效果提供参考。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。     

统计降尺度方法在天津小时降水和气温精细化预报中的应用

基于ECWMF模式预报数据对2018年3—11月降水和2 m温度进行统计降尺度,利用先频率匹配法、再阈值法对插值后的降水订正,利用Kalman滤波型的递减平均统计降尺度法对插值后的温度订正,最终获得逐小时降水量和温度的预报。结果表明：(1)对于晴雨预报准确率,绝大多数预报时效频率匹配法和阈值法均对其有明显提高,前者最大改进幅度可达20%以上。对于相对误差,阈值法对空报现象有较显著改进。对于1 h降雨量大于等于20 mm的短时强降水,频率匹配法订正后的TS评分有明显提高。对2018年“安比”台风事件,除具有以上改进效果外,频率匹配法提高了降水主体形态和量级的预报水平,阈值法对空报站订正正确。(2)对于温度的ECWMF模式预报检验,几乎在任何预报时效内都是3月的绝对误差最大。通过Kalman滤波型的递减平均统计降尺度法后,各月的绝对误差都有不同程度减小。总体上,订正后的绝对误差曲线仍具有订正前的周期性波动,波峰、波谷位置也与订正前基本一致,且绝对误差越大,订正幅度越大。个例分析也表明订正后保留了温度预报空间分布的准确性,且绝对误差有明显下降。     

多参量动态对比方法在贵州飞机增雨效果检验中的应用研究

该文根据探空资料、宏观记录、FY2卫星反演资料、雷达资料等,利用多参量动态对比方法,经作业合理性分析、作业催化剂扩散分析、作业影响区的计算、作业对比区的选择4个步骤对2018年5月3日飞机人工增雨个例进行效果检验分析,得出：影响区雷达回波K值、地面小时雨量K值在作业后3h变化趋势均为先增后减,作业后有一定的效果,表明该效果检验方法适用于贵州飞机增雨效果检验。     

东北冷涡不稳定能量分布特征及其与降水落区的关系

应用地面自动站1 h雨量资料和NCEP再分析资料,以一次典型的东北冷涡过程(2005年7月8~14日)为例,根据冷涡环流特征,将冷涡过程划分为发展期、成熟期、减弱期3个阶段。发现冷涡发展阶段降水主要由其南部西风锋区湿斜压不稳定产生,属于大范围混合型降水;而其他阶段降水主要由对流不稳定产生,以局地对流性降水为主。冷涡的不同发展阶段均可对应不稳定能量区,但其分布有较大差异,对流层低层的暖湿输送及辐合是不稳定能量积累的关键。发展阶段不稳定能量区分布于离冷涡中心较远的东南部;成熟期位于接近冷涡中心东南部;减弱期位于冷涡减弱形成的低压槽中。不同发展阶段不稳定能量与对流降水有不同的对应关系,冷涡发展期对流有效位能与较大的水汽通量是影响降水落区的主要因素;成熟期对流降水基本发生在对流有效位能区和925 hPa湿区的重叠区域;减弱期对流降水不但与对流有效位能、低层相对湿度有关,而且还取决于对流层低层辐合线。     

中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系

利用中国738个台站的降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了我国降水和200 hPa东亚副热带西风急流轴的年代际变化特征, 揭示了东亚副热带西风急流位置的南北移动与我国长江流域和华北降水异常之间的联系。结果表明, 我国东部地区夏季（7、 8月）降水异常主要表现为长江中下游地区多（少）雨, 华北及华南地区少（多）雨, 20世纪70年代末80年代初是这种异常分布型发生转折的时间。与此同时, 东亚高空副热带急流轴位置从70年代末开始逐渐偏南, 急流轴位置的变动将引起对流层低层水汽辐合区和高层散度分布以及垂直环流相应的变化, 进而引起降水区域的变化。相关分析发现, 当急流位置偏南时, 25°~35°N西风增强, 42°~50°N西风减弱, 华北夏季降水减少, 长江中下游地区夏季降水增多; 反之, 当急流位置偏北时, 华北夏季降水增多, 长江中下游地区夏季降水减少。与70年代末开始的我国东部地区急流轴位置逐渐南移相对应, 华北地区夏季降水呈现逐渐减少、 长江中下游地区夏季降水呈现逐渐增多的变化趋势。分析低层水汽通量和高层的散度分布以及垂直环流的差异发现, 1980年以来华北地区对流层中低层水汽通量辐合减弱, 水汽供应减少, 垂直上升运动减弱, 造成了华北夏季降水减少, 而长江中下游地区水汽通量辐合增加, 水汽供应增多, 垂直上升运动增强, 导致该地区降水增加。     

华东地区不同等级降水日数的时空分布特征

根据华东地区1961～2010年逐日降水量台站观测资料,利用趋势分析、Mann-Kendall检验和经验正交函数（EOF）分析等方法揭示不同强度降水日数的时空演变特征。结果表明,华东地区的小雨日数为总雨日数的72.42%,占总雨日数的最大比重。同时发现小雨日数和总雨日数（暴雨和大暴雨日数）表现为显著的减少（增加）趋势,说明总雨日数的减少主要是由于小雨日数的减少所致。EOF 分析结果显示总雨日和小雨日的主要 EOF 模态在空间上表现出全场一致的减少趋势以及南北反相位的特征。福建中部既是总雨日数和小雨日数最大的区域,也是两者减少趋势最明显的地区。暴雨日数和大暴雨日数高值中心出现的区域基本重合,大致在浙江-江西-安徽三省交界处。     

Influence of the Asian-Pacific Oscillation on Spring Precipitation over Central Eastern China

The linkage between the Asian-Pacific oscillation(APO)and the precipitation over central eastern China in spring is preliminarily addressed by use of the observed data.Results show that they correlate very well,with the positive(negative)phase of APO tending to increase(decrease)the precipitation over central eastern China.Such a relationship can be explained by the atmospheric circulation changes over Asia and the North Pacific in association with the anomalous APO.A positive phase of APO,characterized by a positive anomaly over Asia and a negative anomaly over the North Pacific in the upper-tropospheric temperature,corresponds to decreased low-level geopotential height(H)and increased high-level H over Asia,and these effects are concurrent with increased low-level H and decreased high-level H over the North Pacific.Meanwhile,an anticyclonic circulation anomaly in the upper troposphere and a cyclonic circulation anomaly in the lower troposphere are introduced in East Asia,and the low-level southerly wind is strengthened over central eastern China.These changes provide advantageous conditions for enhanced precipitation over central eastern China.The situation is reversed in the negative phase of APO,leading to reduced precipitation in this region.     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

Weakening of Winter North Atlantic Oscillation Signal in Spring Precipitation over Southern China

In this study,the relationship between the North Atlantic Oscillation(NAO)in winter(December–February)and the precipitation over southern China(SCP)in the following spring(March–May)was investigated.Results showed an interdecadal change,from strong to weak connection,in their connection.Before the early1980s,they were highly correlated,with a strong(weak)winter NAO followed by an increased(decreased)spring SCP.However,after the early 1980s,their relationship was weakened significantly.This unstable relationship may be linked to the climatological change of East Asian jet.Before the early 1980s,the wave train along the Asian jet propagated the NAO signal eastward to East Asia and affected local upper-tropospheric atmospheric circulation.A strong NAO in winter led to an anomalous anticyclonic circulation at the south side of 30 N in East Asia in spring,resulting in an increase of SCP.In contrast,after the early1980s,the wave train pattern along the Asian jet extended eastward due to strengthening of the climatological East Asian jet.Correspondingly,the NAO-related East Asian atmospheric circulations in the upper troposphere shifted eastward,thereby weakening the linkage between the spring SCP and the winter NAO.     

中国北方地区降水变化的分区研究

利用1958-2009年中国北方243个测站逐月降水资料,采用聚类分析和旋转经验正交展开方法,从年变化和年际变化的尺度,对中国北方降水进行了分区研究。按照降水年变化的相似性,将北方分成了7个区。除了个别测站年降水有两个峰值期,北方大部分地区的降水年变化特征都比较相似,降水主要集中在夏季。按照降水年际变化的相似性,对北方地区进行了四级分区,一级分区分成2个区,二级分区分为4个区,三级分区分为9个区,四级分区分为12个区。近52年来,北方中东部区年降水量呈下降趋势,而西部区呈上升趋势。降水年际变化的分区格局在20世纪80年代发生转折,在60、70年代,北方降水主要呈三区格局,东部与西部降水的年际变化比较相似,与中部差异大;进入80年代之后,呈两区格局,东西差异显著。     

云南5月雨量与热带海温异常及亚洲季风变化的关系

利用相关分析和合成分析方法, 研究了云南5月雨量与热带海温、热带对流活动及亚洲季风等大尺度气候环流背景变化的关系。指出云南5月雨量与北印度洋季风气流区赤道东太平洋地区的对流活动有明显的相关, 揭示了云南5月多雨年和少雨年赤道东太平洋和印度洋地区的海温距平、200 hPa纬向风和850 hPa矢量风场的不同分布特征。这种前后期海温、对流活动和高低层风场的变化具有很好的持续性, 对预测云南5月雨量的变化有一定的指示指义。还计算了南亚地区4~6月的季风指数, 分析了云南5月雨量与初夏南亚季风指数变化的关系。结果表明, 南亚季风指数高, 云南5月雨量偏多; 南亚季风指数低, 云南5月雨量偏少。同时, 研究还表明南亚季风指数在季风爆发前期和季风爆发时段的变化有很好的一致性。     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。