利用亮温资料建立降水临近预报方法的研究

通过对太湖地区2009年1—4月TP/WVP-3000型微波辐射计的亮温连续观测资料进行分析,建立降水临近预报方法。结果表明,降水开始前4 h,微波辐射计有7个通道的1级亮温资料存在明显的增长趋势。利用降水个例与无降水个例亮温差值最大、降水个例与无降水个例亮温标准偏差差值最大两个标准,选择合适的通道进行降水临近预报。通过计算得到,第1通道的亮温差值最大,而第5、6通道的亮温标准偏差差值最大,因此可分别将第1、第5和第6通道的亮温观测值作为预报因子。根据判别分析方法,分别在降雨前15 min及前30~330 min(时间间隔为30 min)建立12个预报方程,并通过自身验证对每个时间点预报的准确率进行检验,最后选择降雨前90 min的判别方程用于预报,其预报准确率为87%,空报率为24%,漏报率为13%。     

微波辐射计观测同降水相关性的研究

利用南阳站微波辐射计反演产品数据,结合L波段探空、多普勒天气雷达和地面雨量等资料,分析了2017年6月4—5日南阳地区一次降水过程中水汽与液态水变化特征,并对2017年6—8月不同降水条件下该地区的水汽与液态水总含量进行了统计。结果表明:微波辐射计反演的产品数据较准确,可靠性较强,可应用于日常业务工作和科研中。降水开始前,水汽总含量与液态水总含量明显增加,随着降水减弱结束,水汽总含量与液态水总含量减少。利用这一现象,可以将水汽和液态水的变化作为选择人工影响天气作业最佳时机的辅助判别条件。对比同时刻、同位置的雷达和微波辐射计资料发现,水汽总含量和液态水总含量跃增时对应较强雷达回波。水汽总含量达到5 cm、液态水总含量达到1 mm,可以作为判断南阳地区夏季降水开始的参考值。     

微波辐射计资料在降水临近预报中的应用

利用费舍判别分析方法,将综合水汽含量(integrated water vapor,IWV)和液态水路径(liquid water path,LWP)作为预报因子,选取2016年36个降水样本和33个非降水样本,对降雨发生前120 min每10 min建立1个降水预报2级判别方程(共12个),并用2017年的样本进行检验,结果表明:(1)降水发生前2 h内,综合水汽含量(IWV)有明显波动,液态水路径(LWP)有明显增加,这些变化特征可作为判断降水临近的一个参考指标。(2)根据判别分析方法建立预报模型,发现随着距离降水时间越长,预报方程准确率越低,降水前10 min预报准确率最高,达83. 56%,降水前20、30、40 min次之,分别为73. 97%、63. 01%、58. 90%。(3)选取降水前20 min的预报方程,对其预报结果进行检验分析,并结合10、30 min的预报方程进行判断,发现预报降水时间比实况略偏早。实际应用时还可能出现短暂空报情况,因此还应结合预报因子增长趋势,剔除其他因素导致的波动。     

WRF模式中同化地基微波辐射计对降水的影响

地基微波辐射计观测已经用于数值预报中,并对预报效果产生不同的影响。目前,中国约有上百台地基微波辐射计,但是观测数据用到数值预报系统的很有限。本文尝试将两台地基微波辐射计数据同化到WRF数值预报模式,并针对北京一次暴雨过程,进行同化试验,结合地面雨量计测量结果进行比对。试验结果比较表明:同化地基微波辐射计能较明显影响降水初期的降水强度和分布,与雨量计分布更为接近;随着暴雨系统发展,同化两台地基微波辐射计对大面积强降水系统的影响甚微。     

WRF模式中同化地基微波辐射计对降水的影响（英文）

地基微波辐射计观测已经用于数值预报中,并对预报效果产生不同的影响。目前,中国约有上百台地基微波辐射计,但是观测数据用到数值预报系统的很有限。本文尝试将两台地基微波辐射计数据同化到WRF数值预报模式,并针对北京一次暴雨过程,进行同化试验,结合地面雨量计测量结果进行比对。试验结果比较表明:同化地基微波辐射计能较明显影响降水初期的降水强度和分布,与雨量计分布更为接近;随着暴雨系统发展,同化两台地基微波辐射计对大面积强降水系统的影响甚微。     

地基微波辐射计资料同化对一次特大暴雨过程影响的数值试验研究

基于暴雨中尺度数值预报模式AREMv2.3和三维变分同化系统GRAPES-3DVAR,以2008年7月22日08时至23日08时发生在我国东部地区的一次特大暴雨过程为例,研究了荆州、咸宁、常德3部地基微波辐射计反演的相对湿度廓线资料同化对降水预报的影响。结果表明:1)同化荆州、咸宁、常德3部微波辐射计反演的相对湿度廓线资料后,模式对降水落区预报改进不明显,但对降水强度预报改进明显,24 h降水最大增幅为45 mm;2)分别同化荆州、咸宁、常德微波辐射计湿度廓线资料,降水强度模拟均有所改进,24 h降水最大增幅分别达到42、10、24 mm;3)单站及两站微波辐射计资料同化均对降水强度预报有所改善,但不及对3部微波辐射计资料同时同化的结果,这表明同化的中尺度水汽场信息越多,初始场的质量越高,降水模拟效果越好;4)对上述暴雨过程而言,荆州微波辐射计湿度廓线资料同化对降水强度预报改进贡献最大,常德站次之,咸宁站作用最不明显。     

微波辐射计观测数据在降水预报中的应用

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2007~2010年夏季地基12通道微波辐射计观测数据,对半干旱区降水前和非降水过程的水汽含量和云液态水含量的变化特征进行分析。结果表明:(1)水汽含量达到2.20 cm可以作为半干旱区降水预报的阈值。水汽含量随时间变化比较平缓,变率约为0.06 cm/h,且降水前24 h内水汽含量均2.20 cm;或者水汽含量开始较小,但降水前水汽含量随时间出现拐点,之后变率开始增加,可达0.19 cm/h以上,进而使水汽含量2.20 cm。这2种情况均可预报可能有降水产生;(2)云液态水含量达到0.20 mm可以作为降水预报的阈值,且降水前云液态水含量随时间变化出现拐点,之后变率开始增加,可以预报1 h后可能有降水。     

杭州地区地基微波辐射计反演水汽特征的比对分析

利用探空数据对杭州地基微波辐射计水汽观测资料进行了2 a(2018年7月—2020年6月)的比对分析,重点分析了微波辐射计在不同天气条件下的水汽密度和水汽总量的探测性能。结果表明:地基微波辐射计在晴天及云天条件下,水汽密度与水汽总量相关性较好;地基微波辐射计水汽密度和水汽总量的观测值整体略小于探空观测值。在晴天条件下,夏季水汽密度较大,其他季节水汽密度相对较小。09—11时是水汽密度和水汽总量相对较大的时段。地基微波辐射计在降水前水汽总量有缓慢增加的趋势,当降水开始时水汽总量快速增加,小时降水量与水汽总量有较强的正相关关系。     

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。     

地基微波辐射资料在短时暴雨潜势预报中的应用

利用湖北咸宁站2008年6月1日—2012年8月1日地基微波辐射计观测数据反演的相对湿度、大气液态水含量、大气水汽总量、大气层结曲线,对比分析了短时暴雨与一般降水过程发生前微波辐射计观测资料反映的特征,研究微波辐射计观测资料在短时暴雨潜势预报中的应用。结果表明:当大气液态水含量从1 mm左右急增至约20 mm、大气水汽总量从60~70 mm急增到90 mm以上之后,如果0~6 km整层相对湿度均接近饱和或达到饱和状态,且在800~950 hPa附近存在逆温层,最大K指数超过35℃,最大TT指数 (Thei-Tornqvist指数) 达到或超过40℃,那么未来3 h或6 h内发生短时暴雨的几率大。     

星载降水雷达机载校飞试验：地基多通道微波辐射计估算雷达路径积分衰减

介绍了在雷达观测降水试验中如何配合利用地基微波辐射计估算雷达路径积分衰减(PIA)的一种方法.所用的GPS高空探空资料和地基多通道微波辐射计的观测资料,均为中国首次星载降水雷达机载校飞试验中获得的数据.由于常规探空资料中没有云水含量的直接信息,因此,通过绝热液态水含量分析方法,从GPS探空数据中计算得到这些云参数值.用MWMOD进行亮温模拟并计算液态水含量.在晴空条件下,用该模式模拟了地基多通道微波辐射计12个通道的下行辐射亮温.通过设置相对湿度阈值,利用MWMOD模式自带的绝热液态水含量分析方法,从探空廓线中分析出液态水廓线,进而模拟出有云情况下的下行辐射亮温.辐射传输模式的模拟亮温和地基多通道微波辐射计观测亮温的对比表明,进行云分析之后的模拟亮温值更接近于实测值.由此,利用由辐射传输模式和地基微波辐射计,从探空廓线中分析出液态水廓线,计算出有云情况下的大气整层透过率,进而得到路径积分衰减,为降水雷达衰减订正提供一种有效手段.     

太阳光度计和微波辐射计资料在盛夏午后强对流预报中的应用

上海市气象局在上海世博园区布设型号CE-318太阳光度计和MP-3000A微波辐射计,测量可见光和近红外各个波段的辐射亮度以及垂直方向的温度廓线。选取2010年夏季发生的强对流个例,讨论太阳光度计和微波辐射计非常规观测资料在盛夏午后强对流预报中的应用。统计表明,同样光照条件下,如果09:00太阳光度计各波段测量的辐射亮度值普遍偏低,则午后出现强对流的概率偏高;降水发生前半小时内,微波辐射计反演温度廓线在1 km高度处可探测到异常增温现象。根据统计结果得到经验指标,与传统的对流有效位能(CAPE)和能见度进行对比,太阳光度计和微波辐射计资料在盛夏午后强对流的预报中取得更好的效果。     

地基微波辐射计探测资料质量控制方法

微波辐射计具有24 h不间断工作、时间分辨率高等优点,是常规探空的有益补充。天线罩上的积水、无线电干扰等会导致微波辐射计探测数据出现错误。因此,开展质量控制是合理使用微波辐射计探测资料的基础。该文利用上海宝山站历史探空资料和世博园站MP-3000A型地基微波辐射计温湿度数据,设计了极值、时间一致性、空间一致性检查等适用于微波辐射计探测资料的质量控制方法,针对2012年1月-2013年12月降水、有云（有云无降水）、晴空等不同天气条件下得到的微波辐射计探测资料分别开展质量控制,并对质量控制效果进行定量分析。结果表明:上述方法能有效查找温（湿）度超过极值、温（湿）度突变、温度层际变化大等各类疑误廓线,疑误廓线类型和频数与天气条件有关,其中降水天气的各类疑误廓线频数远远高于无降水天气（有云和晴空）。去除疑误廓线后,与同期探空资料的相关系数增加,均方根误差减小。     

微波辐射计反演大气廓线精度及降水预报应用

利用2018年6月—2021年7月陕西西安泾河站MWP967KV型地基微波辐射计反演数据和L波段探空数据,分析晴天和云天(低云、中云、高云)微波辐射计反演的大气温度、相对湿度、水汽密度的精度,探讨相关产品在降水过程中的应用能力。结果表明:晴天和云天微波辐射计与探空的温度相关系数均为0.99,水汽密度相关系数均为0.97,相对湿度相关系数均低于0.50,均达到0.01显著性水平;晴天和云天的温度差异较小,但云天相对湿度均方根误差超过25%,较晴天的19.54%明显偏大,且3种参数均越接近地面反演精度越高。在不同云类型条件下,3类云的温度差异较小,低云相对湿度均方根误差和偏差最大,分别为26.85%和9.51%。对降水个例分析表明:在临近降水发生前空中相对湿度、液态水含量、大气可降水量和液态水路径均明显增长,这可作为降水可能发生的指示因子。降水前1 h大气可降水量达到4 cm,液态水路径达到0.2 mm,可作为判断降水发生的参考阈值。     

微波辐射计在对流天气预报中的应用

选取2016—2018年每年4—9月份RPG-HATPRO型42通道微波辐射计观测的不稳定指数参数(K、SI、CAPE、LI)及水汽参数(IWV、LWP),研究得出各参数触发雷雨大风、短时强降水的阈值条件为K>37℃、SI<-1℃、IWV>60 kg/m~2、LWP>400 g/m~2,而LI、CAPE无法对3种天气类型进行区分。利用费舍判别分析方法,将不稳定指数参数及水汽参数作为预报因子,建立预报方程并进行检验,结果表明:二级判别方程预测对流天气的准确率为76%,可以作为预报对流天气的辅助工具;多级判别方程不能很好地区分3种天气类型,但将其作为修正后的二级判别方程使用,能提高对流天气的测中概率。     

北京降水相态判别指标及检验

为提高降水相态预报准确率,以北京南郊观象台为代表站,选取1951年1月至2011年4月逐日20时至20时出现的雨夹雪日数,统计分析其月变化特征;再选取2000-2011年10月-4月08时和20时出现的雨、雨夹雪、雪个例,使用与降水个例对应时次的地面及高空常规观测数据,统计分析各层常用气象要素在各降水相态判别中的作用,并找出主要影响因子及降水相态判别指标;应用多元回归方法,建立降水相态统计预报方程,并对方程及判别指标进行检验。结果表明：雨和雪的温度、露点平均值在低层（地面到850 hPa）有明显差异,但随着高度增加其差异逐渐减小;因雨和雪的温度露点差平均值各层差异均很小,使用温度露点差很难区分降水相态;经过对2011年11月至2012年3月出现的降水相态进行检验可知,总结出的地面温度和露点判别指标以及降水相态统计预报方程均有一定的参考价值,可为今后做降水相态预报服务提供参考依据。     

微波辐射计在强降水天气预报中的应用

选取设在遂溪的微波辐射计资料(2008.06.01—07.03)、遂溪自动站逐小时雨量与北海(59446)探空站资料,分析比较微波辐射计各天气要素,并计算出多个常用的对流参数,探讨各参数与实况降水变化的关系。结果表明:微波辐射计监测出现降水的时间段与实况雨量分布相符;与探空站比较验证显示,微波辐射计探测的温度、湿度的误差垂直分布合理,计算所得的对流参数(以K指数为例)与探空所得的对流参数正相关;选取个例分析,显示多个对流参数的突然增大与减小均与降水的发生与减弱有对应关系,微波辐射计资料的应用对预报降水的发生与增强有指示作用。     

深度神经网络方法在山东降水相态判别中的应用

利用欧洲中心(ECMWF)ERA-Interim再分析资料,通过分析2008—2017年山东冬半年不同降水相态(雨、雪和雨夹雪)下温度和位势厚度特征,统计得到8个降水相态判别因子(T_(2 m)、T_(1000)、T_(975)、T_(950)、T_(925)、T_(850)、H_(850-700)、H_(1000-850)),并给出每个判别因子降水相态阈值指标。然后利用8个判别因子和阈值建立降水相态判别方程和训练DNN模型,通过随机检验发现DNN法对雨、雪和雨夹雪的预报准确率分别提高1.9%、0.2%和21.6%;利用ECMWF细网格预报资料进行个例检验,雨、雪和雨夹雪共106站中判别方程法判别错误29站,DNN法判别错误14站,即DNN法的降水相态判别能力优于判别方程法,且明显提高了对雨夹雪的判别能力。     

T213在降水预报中的统计分析

选取多个预报因子,利用T213资料获取相应的数据资料,通过SAS统计分析软件进行计算,选择相关好的预报因子,进而得到降水预报方程,然后根据全部数据建立的判别函数对数据进行回代、判别比较理论归属和实际归属的偏差。最后在VB语占下制作工作平台。     

HTG-4型微波辐射计资料在贵阳机场夏季2次雷雨天气中的应用分析

【目的】该文旨在研究微波辐射计资料在雷雨天气的分析与预报中所发挥的作用。【方法】利用贵阳站探空数据、微波辐射计资料、常规观测资料、ERA5 0.250.25再分析资料,采用统计、对比和诊断分析的方法,探讨贵阳机场HTG-4型微波辐射计的探测效果,并对2022年夏季贵阳机场2次雷雨天气进行对比分析。【结果】微波辐射计探测资料与探空站数据的整体相关性较高,其对机场上空气温和低空露点的探测比较可靠。机场两次雷雨期间,微波辐射计探测到上空大气转为“上干冷、下暖湿”的温湿分布,IWV、LWP、LPR值出现激增,能量指数有显著波动,雷雨结束后IWV、LWP、LPR值快速回落,能量指数回归稳定状态,微波辐射计资料更为灵敏、直观地展现了雷雨期间温湿条件的变化。【结论】系统性雷雨与局地热对流的触发机制和水汽含量有所不同,微波辐射计对系统性雷雨的起止及演变可做到约20min的预警提前量,但对局地热对流的开始和结束则很难提前预警。