天气现象自动化观测系统设计

为了实现天气现象自动化观测,针对地面观测规范中34种天气现象,设计了基于图像、光学散射和常规地面气象观测多种技术的天气现象自动化观测系统。它由天气现象传感器和数字处理器两部分组成,天气现象传感器完成天气现象的图像和光学特性采集,数字处理器将模拟图像数字化,对数字图像和光学特性数据进行处理和管理,结合自动站的资料进行天气现象自动化识别。图像采集和识别技术在凝结天气现象自动识别试验中取得初步成效。     

天气现象自动化观测现状调研

科技发展使越来越多的新技术和新方法应用于自动气象观测,但目前我国天气现象观测仍然采用人工目测,本文调研分析国内外天气现象自动化观测现状,并根据34种天气现象的特征,分别对5类天气现象的自动化识别方法进行研究,结果表明大部分天气现象的自动识别在技术上是可行的。还探索了一种进行天气现象代码自动识别的方法,通过综合利用各种新型技术,在100个天气现象代码中,未来可预见能实现自动编码的代码有63个。     

应用位势和潜在不稳定综合指数预报对流风暴

不稳定性指数对于度量空气层中产生和加强对流气流的有效能量是有用的,而现用的一些指数中还没有一个可以直接做到这一点.应用相当位温可以从常规观测到的大气性质中得到一个与能量有关的指数.本文的目的是要得到这样一个不稳定能量指数,并阐明它怎样结合其他特殊的和标准的雷暴因子,如低层温度场、最大     

美国国家气象中心预报台主要对流性过程预报方法

国家气象中心(NMC)预报台(FB)的气象工作者负责制做业务定量降水预报。这些人工预报利用了各种预报技术,其预报技术都是建立在观测和数值模式输出资料的主观分析和解释之上。总的来说,NMC 的人工定量降水预报方法在改进定量降水预报(QPF)模式方面是很成功的。     

夏季对流性降水量的完全预报法

本文应用部分实时资料和数值预报产品,以对流参数化方案为基础,依据湿绝热过程中饱和湿静力总能量守恒原理,实现积云形成所需凝结水汽量及积云面积比等大气参数的计算,进而实现对流性降水量的计算。对所计算出的降水量再做经验订正,建立对流性降水量经验预报公式。计算效果很好。     

华北平原对流风暴的个例分析

应用较详细的卫星云图,多普勒雷达和探空资料对一次强对流风暴进行了综合分析研究,得出了具有一定特色的对流单体组合与垂直结构图象。     

基于WRF模式的对流性降水预报检验

文章挑选了2013年5—10月5个民航机场(乌海市、呼和浩特市、二连浩特市、阿尔山市和满洲里市)出现对流性降水的个例,基于WRF模式对不同格距下单站降水次数、降水评分和降水量级进行检验。结果表明:不同格距下模式模拟的降水均以对流性为主,模式能较好的模拟出降水性质;从降水评分检验来看,9km的模拟结果好于27km,分辨率提高后二连浩特市、呼和浩特市和乌海市3个站的TS评分均明显提高;模式对小雨量级降水的预报准确率最高,达95%以上,对其它级别降水预报量级明显偏小。     

天气现象仪自动化观测资料对比分析

介绍2011年12月至2012年6月在北京市观象台、庐山气象局对目前一些天气现象仪所进行的对比观测试验的过程和结果分析。参与此次为期7个月的对比观测试验仪器有3种类型,每种类型配备3套,分别由3家厂商提供。试验采用人工目测辅助摄像作为参考标准,测试了这些天气现象仪对各种不同天气现象观测的准确性。结果表明:各仪器观测降水现象的数据准确性均大于90%,能够满足业务需求。区分降水强度时,各仪器的降水捕获率在70%以上(雨强大于0.01mm/h);微量降水(雨强小于0.01mm/h)和混合型降水,各仪器降水捕获率相对较低。仪器观测视程障碍现象的数据准确性均大于80%,能够满足业务需求。其他现象由于样本数量相对较少,需要更多进一步试验,并改进算法。     

GRAPES_3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估

利用传统点对点TS评分、邻域法以及对象检验等多种方法,综合评估了GRAPES_3 km模式的对流风暴预报性能,分析了传统检验方法和新型空间检验方法对高分辨率模式评估的适用性和差异性,并同GRAPES_Meso模式的相关结果进行了对比。结果表明:对强对流典型个例的预报评估发现,综合应用多种评估方法能够更全面地评估对流风暴预报,获取模式在对流风暴初生和发展变化过程中的预报性能。使用点对点评分方法,GRAPES_3 km模式对风暴和强风暴的预报都明显优于GRAPES_Meso模式。对于模式不同起报时间的预报,起报时间越新预报效果越好。邻域TS方法考虑了时空偏差,GRAPES_3 km模式20和35 dBz采用时间邻域1 h,空间点对点时预报技巧最高;50 dBz时空偏差较大,时间邻域尺度为3 h技巧最高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_3 km模式对不同阈值的对流风暴预报均能达到最低技巧尺度,而GRAPES_Meso模式对35 dBz以上的对流风暴基本无预报能力。对象检验可以评估对流风暴特征的预报效果,GRAPES_3 km模式的对流风暴个数预报与实况较为一致,但面积预报明显低估。该模式对β中尺度的对流风暴形态、位置等预报较好,对γ中尺度的对流风暴预报尺度偏大、形状偏圆、轴角偏小,对α中尺度的对流风暴预报尺度偏小、形状偏扁、轴角偏大。GRAPES_Meso模式的对流风暴面积、个数、尺度预报较实况均偏小,位置预报偏差较大,形状预报较实况偏圆、轴角偏小。传统点对点TS评分方法和新型空间检验方法对高分辨率模式对流风暴预报的检验结论一致,依然具有一定的参考价值,但新型空间检验方法能够提供更详细的评估信息。     

热力对流性垂直运动速度的计算及其在我区暴雨预报中的应用

热力对流引起的铅直运动速度的数量级可达十几米/秒,强烈的对流可达到对流层顶。此类上升运动是产生暴雨乃至冰雹的必要条件。     

巴盟对流性降水的风—能场预报模式

巴盟对流性降水的风—能场预报模式袁国波（巴盟气象台）引言本文的基本思路是通过对７００ｈＰａ风场及能量场的综合分析，探讨风场切变、辐合环流、能量舌、能量锋区、低空急流等与巴盟对流性降水的关系，并根据各系统相互配合的情况，总结出几个慨念模型，建立起对流性...     

塔里木热风暴成因及其预报方法的探讨

塔里木热风暴常出现在地面和中、低空流场近于一致的地区.本文对1960-1986年的逐日高空、地面天气图资料进行了统计,并对11次塔里木热风暴个例作了分析.注意到塔里木热风暴除受热低压、高空槽的影响外,还与西太平洋副热带高压的西伸北进有联系.是以特定的大尺度环流系统为背景,在特定的地形、地貌条件下低空偏东急流动量下传引起的.     

基于BGM的对流尺度集合预报试验及其检验

基于增长模繁殖法,考虑对流尺度高度非线性特征和精细化预报要求,对一次强飑线天气过程进行了集合预报试验,引入概率匹配平均法对集合预报结果进行对比分析,并通过偏差和公平技巧评分对降水进行了预报效果检验。试验结果表明,BGM法应用到对流尺度集合预报中能够生成代表大气不确定性的快速增长扰动。集合预报结果相比控制预报更加准确,传统集合平均对较小降水强度的预报更加准确,概率匹配平均法对大量级降水的预报能力明显占优。降水评分检验表明,集合平均对小量级降水的预报技巧最高,概率匹配平均法对极端降水事件的预报技巧有明显优势。对流尺度集合预报能够提高降水预报技巧,并对高影响对流天气事件的预报有指导意义。     

强对流风暴数值模拟及其未来预报的若干问题

运用三维弹性套网格中尺度（b-g）大气模式，对3个强雹暴过程作不同模拟试验，初步探讨了强对流风暴数值模拟及其未来预报的几个基本问题。结果表明:采用单点探空的二维暖云计算能定性预报出某些风暴过程，为强天气警报提供一定的参考信息；对风速风向垂直切变较小的风暴，二维模拟结果与三维模拟较接近；而对具有典型三维结构的超级单体，则用二维模拟或只用单向风分量的三维模拟不能模拟出其基本特征；为对不同风暴的生命、演变和降水发展等进行模式预报，不仅要求采用细致的雹云微物理参数化的三维模式，还要求用能较准确代表风暴发生处的背景     

一次锋前对流性暴雨的分析与预报

应用多普勒雷达强度场以及累积雨量、雨强等雷达二次产品对2003年7月13日15时43分发生在新疆昌吉市附近的局地性暴雨进行了分析.分析指出,暴雨51%的雨量由锋前对流风暴单体形成,有35%的雨量为锋面云系前部的对流云产生.对对流风暴单体的形成条件和移动的短时预报方法进行了探讨.     

贵州西部极端对流性暴雨预报失败案例剖析

2020年6月1—2日,贵州西部发生了1次局地性的对流性暴雨过程,预报员和各数值模式对此次过程的预报量级显著偏小,对暴雨范围的低估,造成了特大暴雨、大暴雨的漏报。该文利用常规地面、高空资料,加密自动站观测资料,多普勒天气雷达资料,卫星资料及业务中常用的数值预报产品等对此次暴雨漏报案例进行剖析,结果表明：在弱天气尺度强迫背景下,高温高湿的环境中,未能准确判断对流的触发条件,未分析出露点锋、偏西风和偏南风的辐合、冷池和地面辐合线等的存在及其对强降水的影响,加之难以在短时间内对风场的发展演变进行精细分析,导致此次暴雨过程漏报;对于发生在暖湿气团中的对流性降水的预报,需考虑高温高湿环境下露点锋、辐合区、冷池、地面辐合线的相互作用触发对流并使其组织化发展,从而导致局地性、对流性强降水的产生;基于地面加密自动站资料和雷达资料等的短时临近预报可以帮助捕捉中小尺度系统,从而提高对此类暴雨的预报准确率。     

美国海军研究风暴预报方法

美国海军实验研究所(NRL)研究出一个计算模式,有可能为飓风、台风或热带气旋的形成和发生,提供精确的早期警报。 NRL研究人员利用这一新的模式,模拟了一个从最大风速为0.9米/秒的弱热带扰动,发展为风速大于18米/秒的风暴的过程。该模式可用于预报     

Derechos:大范围对流诱发的风暴

Derecho是指一种大范围对流诱发的风暴,它被辨别出来并用流行术语定义。70个derecho个例组成的综合数据库由1980—1983年四年间5—8月暖季资料构成。资料分析表明暖季derecho比较典型地来源于某个中尺度对流系统(MCS)。这个中尺度对流系统沿着以高位势不稳定和相对强的中对流层风为特征的环境中的一个低层准静止热边界移动。在美国大陆,这些风暴经常出现在南达科他东部到上俄亥俄河谷地带,而且比较典型的是在下午和晚上出现。雷达和卫星云图的特殊特征与孕育derecho的中尺度系统有关。根据与derecho事件有关的气象参数和天气形势,已经研究出一个判断树帮助气象业务人员预测derecho的发展。     

基于对流尺度集合模拟的长江中下游暖区对流过程的可预报性研究

弱天气尺度强迫背景下的暖区暴雨发生发展机制复杂且难以准确预报。为深入探讨长江中下游暖区对流过程的实际和内在可预报性,本文通过同化模式模拟的探空、雷达等仿真资料的集合资料同化,构建了基于WRF-EnSRF的对流尺度集合预报系统,针对2013年7月21日一次典型暖区对流过程进行了初值扰动集合试验。试验结果表明,不同成员降水预报的发生时间和落区存在两个有显著差异的分岔时段,其一在对流触发阶段,源于扰动风场与地形的相互作用;其二在发展阶段,源于初值扰动导致对流系统强度出现差异,对流强（弱）,冷池出流强（弱）,导致降水落区偏南（北）。进一步的可预报性定量分析可见,由于初值的扰动,在分岔时段,模式的实际可预报性受到严重限制,表现为集合成员降水场的差异和扰动的偏差能量均快速增大。同时,在减小扰动振幅的“等同孪生子”对比试验中,扰动偏差能量随时间变化的曲线在对流触发阶段表现出的非线性特征表明,内在可预报性在这一分岔时段也显著受限。由以上结果可进一步得出结论：由于初值扰动导致分岔时段模式的实际可预报性受限时,准确的初值可有效改进预报效果。而当系统受到由混沌非线性动力学所导致的内在可预报性限制时,改善初值...