基于智能网格降水产品的降尺度释用技术研究

利用空间分辨率为5km的广西智能网格降雨量预报产品以及桂南区域自动气象站降雨量实况资料,采用最邻近点法、双线性插值、双三次插值和统计降尺度方法,研究和评估空间分辨率在1km的格点降雨量插值预报释用技术.结果表明:(1)对于分辨率较高的智能网格预报产品,最邻近点法、双线性插值和双三次插值的预报效果无明显差异,其中最邻近点...     

广东区域智能网格实况分析产品的检验评估

利用广东省水文站降水观测实况、国家气象观测站和区域自动站资料,对广东区域2020年的网格实况分析产品质量进行检验评估,结果表明:(1)2020年广东省5和1 km温度网格实况数值与站点实况相近,逐时温度、最高气温、最低气温平均绝对误差均小于1℃;(2)降水网格实况的误差随着降水量级增大而增大,个例对比评估显示1 km实...     

基于网格数据的内蒙古决策气象服务技术研究与实现

智能网格气象产品包括智能网格预报和cldasV2.0实况分析产品,将智能网格气象产品应用于决策气象服务,可提高内蒙古决策气象服务精细化水平。利用智能网格产品建立内蒙古地区决策气象服务敏感性分析启动阈值,采用动态数据库sql语句对智能网格格点预报数据和格点实况数据进行检测,当检测达到阈值后,自动启动制作决策气象服务材料。基于WebGis的Openlayers技术实现智能网格格点气象要素数据可视化动态展示和图形下载,根据需求设计自治区、盟市、旗县三级不同层级色斑图和格点图下载及预报图和实况图的自动生成;采用Postgres分布式集群数据库快速统计方法实现cldas2.0实况数据统计、计算和查询。     

沙尘预报客观检验中最优实况资料和圆插值半径选择研究

使用2012～2014年每年3～5月CUACE（China Meteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environment）模式地面沙尘浓度格点预报产品,预报员预报等级产品、实况地面观测沙尘等级和特征站观测PM10（空气动力学当量直径小于等于10 μm的颗粒物,即可吸入颗粒物）资料,并针对CUACE模式格点产品,选取不同半径对格点产品进行圆插值,从而对2012～2014年共25次沙尘过程值,采取3年总样本计算TS（Threat Score）评分,对格点产品适合的圆插值半径和预报产品适合的检验实况资料进行研究,结论如下:（1）如实况采用沙尘等级,模式插值半径与TS评分在浮尘或扬沙等级成近似线性下降关系,而在沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系几乎不大,最优插值半径可选为最小插值半径0.5°（经度/纬度）;如实况采用PM10资料,TS评分在浮尘或扬沙等级根据半径不同变化较为剧烈,沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系不大,可以采用浮尘或扬沙平均线3.5°为平均最优插值半径。如果沙尘过程较弱,插值半径可适当减小,以1°最合适;（2）对CUACE模式预报产品,沙尘等级观测TS评分可用性要优于PM10资料,但两者在沙尘暴以上等级评分差别不大,总体上CUACE模式最优检验实况资料可选为沙尘等级观测资料。对预报员沙尘预报产品,观测沙尘等级TS评分要远高于PM10,预报员沙尘预报产品最优检验实况资料为观测沙尘等级资料。     

智能网格能见度实况融合格点分析产品在一次大雾天气过程中的评估

采用邻近插值和双线性插值方法,将国家气象信息中心研发的能见度实况融合格点分析产品插值到四川省156个国家级考核站,选取2018年11月25日四川盆地一次大雾天气过程,对其在四川盆地的适用性进行评估.结果 表明,该产品误差普遍在5km范围内,随着海拔的增加,逐渐由低估转为高估;分级检验为:30km以上能见度的误差最大,随...     

基于小波分析的西北区智能网格气温客观预报方法的检验评估

基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及滑动训练、最优融合等技术对模式误差序列进行时频处理,实现了对模式系统误差和局地误差的订正,发展了西北区智能网格气温客观预报方法(northwest intelligent grid temperature objective prediction method,NWTM)。以2017年3月—2018年2月数据作为训练样本,对2018年3月—2019年1月西北区239个国家基本站进行检验。结果表明:1)NWTM对CMA和ECMWF两种模式产品的气温预报能力有显著的提升;随着预报时效增长,两种模式订正产品的误差增大。2)NWTM对ECMWF西北区最高气温的订正效果要明显优于CMA,但就最低气温而言,NWTM对CMA的订正效果更为显著。其中,就24 h最高气温而言,ECMWF在宁夏的订正效果最好,CMA在青海的订正效果最好;而对于24 h最低气温的预报,CMA在西北4省的订正效果相差不大,ECMWF在陕西的订正效果最好。3)空间误差检验表明:针对最高气温的预报,ECMWF订正产品的订正能力明显优于CMA,特别是在甘肃河西走廊和中东部、陕西北部和南部、宁夏中南部及青海大部。就最低气温的预报而言,ECMWF和CMA对甘肃河东和陕西南部的订正能力较好;ECMWF订正产品在宁夏中南部及青海南部的订正能力高于CMA,而CMA订正产品在陕西中部的订正能力更优。     

基于智能网格产品的广西行业气象服务集约化系统的设计与实现

依据广西公众气象服务产品、行业气象服务产品精细化、集约化及智能化业务发展需求,基于智能网格产品及CIMISS基础数据平台,实现气象数据的汇聚、分发、共享及存储。依托J2EE、GIS及分布式技术,对现有的电力气象、旅游气象、交通气象等业务系统进行整合,构建基于B/S与C/S混合架构的广西行业气象服务集约化系统,形成基于广域网络、上下一体、统筹集约的气象服务业务系统布局,为公众、行业用户提供更精细、更实时的预报、实况和预警信息产品。     

基于DEM的气温插值方法研究

以甘肃河东为研究区,利用河东及周边的82个气象站点1971~2004年的月平均气温数据,结合数字高程模型(DEM),在分析平均气温与经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向地形要素相关关系基础上,提出了一种基于DEM的多元线性回归空间插值方法(MLR),并与传统的反距离平方法(IDS)、样条函数法(SPLINE)和普通克里金法(OK)进行了精度比较.精度验证结果显示:无论从误差大小还是从插值效果上,考虑了地形要素的MLR方法均优于传统的插值方法.最后,基于MLR插值方法生成84 m×84 m甘肃河东地区月平均气温栅格数据集.平均气温结果表明:河东各月平均气温大致呈现由东南向西北逐渐降低的空间格局,且平均气温的季节内波动差异较大.其中,夏季气温的波动幅度最小,波动幅度自西向东减弱;冬季次之,有自北向南减弱的趋势;春季和秋季较大,有自西南向东北降低的趋势.     

近38年中国气温和降水的1 km网格数据集

对中国38年的气温和降水进行了空间插值分析,选取最优模型去生成1km网格数据集,为中国大陆的植被分布、气候变化和环境生态等研究提供支持。基于国家气象中心839个气象站的逐日气温和降水数据,用经度、纬度和海拔作为ANUSPLIN软件插值的3个变量,对降水进行开平方预处理,采用3次样条的薄盘光滑样条法,得到了1980—2017年中国大陆月平均气温和月累计降水1km网格插值数据集。数据集的广义交叉验证均方根(RTGCV)和均方根误差(RMSE)具有年周期性和明显的季节变化特征;各站点的平均误差(MBE)的频率分布近似正态分布,绝对误差(MAE)的空间分布也符合中国大陆气候的变化特征。数据集在精准度和时间序列上较新,且提供公共下载服务,可为全国陆地生态系统的研究提供信息支持。     

日降水量空间插值方法研究

采用反距离权重法和普通克里格方法对26°~34°N, 103°~115°E范围内2004年逐日降水量进行空间插值试验分析, 分辨率为1 km×1 km。采用交叉检验方法和准确率方法对两种方法插值的总体效果及不同等级的降水插值效果进行综合对比。结果表明:两种方法插值效果近似, 插值结果与实测值相关系数分别为0.83和0.82。但对日雨量较大的情况, 两种方法插值效果均有所降低, 相关系数为0.66和0.67。两种方法的实测值与插值结果的相关系数在不同季节非常接近, 并且均以春季最大, 其次为冬、秋季, 夏季相关系数最小; 通过采用平均误差、平均绝对误差和均方根3个指标衡量及不同等级雨量的插值准确率统计比较, 普通克里格方法插值效果略好于反距离权重法。     

考虑地形的空间插值算法在复杂下垫面地区气温和降水精细化插值的评估

为探索考虑地形的空间插值算法在复杂下垫面地区的适用性,利用重庆市区域自动气象站2017年逐月观测数据,采用Cokriging、PRISM和IDW三种算法进行了1 km分辨率插值试验,并分析对比了其在月累积降水、月平均气温插值中的误差。结果表明,当样本数量较多时,平均气温的插值以PRISM误差相对较小,Cokriging和IDW效果相当;对累积降水的插值,PRISM和Cokriging效果相当,并略优于IDW。三种算法的误差均随样本数量减少而增大,但PRISM的平均气温误差增长相对最慢,累积降水误差增长相对最快。当样本数量较少时,PRISM对气温插值的误差相对最小,而Cokriging对降水的插值误差相对最小。进一步分析表明:PRISM能显著减少复杂地形区的气温插值误差;累积降水插值主要受降水强度及降水局地性影响,考虑地形的插值算法并无明显优势。     

我国逐日降水量格点化方法

国家气象信息中心(NMIC)和美国大气海洋局气候预测中心合作开发了"中国逐日格点降水量实时分析系统(V1.0)",并已在NMIC投入业务试运行。该系统基于我国2419个国家级地面气象站日降水量观测(08:00—08:00,北京时)数据,采用"基于气候背景场"的最优插值方法,实时生成空间分辨率为0.5°×0.5°的格点化日降水量资料。通过对汛期典型区域和单站降水过程的对比分析表明:该格点化产品的精度较高,能准确捕捉并再现每一次降水过程。误差分析表明:约91%的数据绝对误差小于1.0 mm/d。该产品在定量分析天气实况、检验天气气候模式精度、检验卫星产品精度等方面有应用前景。     

不同空间插值方法对重庆地区降水的适用性分析

利用中国气象局全国综合气象信息共享平台（CIMISS）提供的1981~2018年重庆地区35个国家气象站逐日降水资料,采用最小曲率插值法、径向基函数插值法、克里金插值法、局部多项式插值法、反距离加权插值法以及改进的Shepard插值法,对平均累计降水、降水极值以及夏季极端降水空间插值模拟结果进行交叉检验。结果表明：空间插值方法在渝西和渝中大部分地区以及长江沿线地区适用性较好,在渝东北、渝东南地区北部以及渝西地区南部的山区适用性较差。对于平均累计降水,各插值方法的均方根误差随着降水量的增加而增大,其中最小曲率插值法整体表现最为稳定,最小曲率插值法在渝东南、渝中以及渝西地区最为适用,径向基函数插值法在渝东北地区最为适用。对于降水极值,量级模拟最好的插值方法为径向基函数插值法,位置模拟最好的方法为最小曲率插值法。对于夏季极端降水,最小曲率插值法插值结果与实况最为接近。     

三种高分辨率格点降水预报检验方法的对比

客观有效的评估高分辨率模式格点降水的预报能力,不仅是模式发展中的基础问题,而且直接关系到目前中国气象局主推的格点天气预报业务。以ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)模式高分辨率降水格点预报资料、CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与全国3×104个自动观测站的逐时降水量融合资料为基础,选择2015年6~8月55个降水个例,研究传统检验方法、面向对象MODE(Method for Object-based Diagnostic Evaluation)方法、以及邻域法在高分辨率格点降水预报检验中的适用性及优缺点,以期为高分辨率格点降水的预报性能评估提供参考。主要结论如下:(1)尽管点对点的传统方法在高分辨率格点降水检验中存在一定的局限,但传统方法能够在空间上表现高分辨率格点降水预报技巧的地域性差异,在时间上刻画预报的整体性能,对高分辨率格点预报性能评估仍然具有重要的适用价值;(2)邻域法的显著优点在于一方面能够通过变换邻域窗获得不同空间尺度上的传统预报技巧,另一方面独有的FSS(Fractions Skill Score)技巧评分能够表现预报相对于观测降水在格点数量上的比值,结合FSS和不同邻域窗上的传统技巧评分,可以判别在多大空间尺度上能够获得较好的预报技巧;(3)MODE方法在变换卷积半径的基础上提取降水对象,基于降水对象不仅能统计模式的传统技巧评分和预报性能的尺度变化,还可以表现降水对象的质心距离、轴角、面积、强度、综合收益、位移距离等多种属性,这些属性首先为用户提供了模式预报性能的多视角表现,其次从侧面定量描述了模式对天气系统发展快慢、槽脊强弱等预报误差,具有独特的优势,但如何应用对象属性来提高实际的预报能力还存在一些困难。     

动态最优网格降水消空技术

为了提高5 km分辨率的网格降水预报准确率,针对数值模式网格降水预报产品中尚存在许多降水空报的现象,基于网格降水实况,应用动态建模和机器训练择优技术,借助新检验参数归一化后的单调性、新降水TS公式在计算上的便利性,建立了两种动态最优降水消空技术方案,开展网格降水消空研究。研究表明,两步法抑制了消空阈值偏大现象,归一化法使阈值优选更加直接。用这两种方法,晴雨准确率全部上升,其中,ECMWF(European Centre for Medium-range Weather Forecasts)提高最大(2.39%~4.76%);降水TS评分,ECMWF提高最大,白天提高多(2.98%~3.64%),夜间提高少(1.61%~1.78%),但CMA-SH9(中国气象局上海数值预报模式系统)和CMA-BJ(中国气象局北京快速更新循环数值预报系统)则出现下降。归一化法在白天使晴雨准确率提高最多。分析表明,经过消空处理后,雨空百分率下降数值明显大于雨漏百分率增加数值,从而使空报率出现大幅下降,晴雨准确率也升高明显。     

GIS支持下的自动站雨量插值方法比较

介绍常用的地理信息空间分析插值方法,选择"灿都"台风降雨过程,以南宁市及其周边的212个站点分别利用距离反比法、克吕格法和梯度距离平方反比法进行插值,并利用未参与插值的30站点计算每种插值方法结果的平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)、最大相对误差(MMRE),结果表明,梯度距离平方反比法在实验中较好.     

复杂地形区域平均气温空间插值方法研究

采用反距离权重、克立格、径向基函数法、三维二次趋势面和地理加权回归5种方法,对云南125个站1月、4月、7月、10月和年的30年平均气温进行空间插值并比较分析发现:反距离权重、克立格、径向基函数法3种常规插值方法对地形复杂的云南气温空间分布模拟精度不高;三维二次趋势面和地理加权回归模型对云南气温空间分布模拟较好,交叉检验结果显示前者的平均绝对误差(MAE)为0.43~1.02℃,均方根误差(RMSE)为0.67~1.77℃,其推算的云南气温栅格数据能较好地反映出云南各地气温的分布和差异;GWR模型对气温的交叉验证在5种插值方法中误差最小,插值结果 MAE在0.65℃以下,RMSE在0.8℃以下;进而使用"地理加权回归模型插值+反距离权重残差内插"叠加法对抽取的10个检验站平均气温进行插值检验,64%的插值结果绝对误差在0.5℃以内,74%的插值结果相对误差在5%以内,且实测值与插值估算值回归关系决定系数R2在0.9以上。     

降水和温度MOS预报方法探讨

文中分析了庆阳地区春季降水气候特征和环流形势 ,用 1995～ 1998年 3～ 5月T10 6资料建立了该区 8县 (市 )春季降水、温度MOS预报方程 ,进行了回代检验和试报 ,并提出了模式更换后的处理方法