GRAPES_MESO V3.3模式强天气预报性能的初步检验

本文针对2013年6月升级后的GRAPES_MESO V3.3模式预报产品进行了天气学检验。检验结果表明:模式能够较好地反映强对流过程发生发展的水汽、稳定度和垂直风切变等物理条件,8-10月期间,预报准确率随着季节的转换而有所不同,对于达到一定阈值条件的部分物理参数预报效果较好,对业务具有较好的参考价值。模式对于强降水以及华北雷暴大风和冰雹等强天气过程具有一定的预报能力,特别是高时空分辨率的产品能够在一定程度上较好地描述过程的发生发展,但对于极端强降水、受地形影响的强降水等,预报能力有限。     

K(o)hler方程的分析与修正

Kohler方程是云物理学中的一个基础公式,是云滴形成理论的重要组成部分。我们在研究中对Kohler公式推导和假设提出了一些疑问,如未考虑液滴生长过程中浓度、范德霍夫系数等变化对方程所产生的影响,并给出了解决方式,同时利用另一种推导方式讨论Kohler公式的应用,加强了Kohler方程与实际云滴核化过程的结合。     

ATOVS辐射率资料的直接变分同化试验研究

文中采用增量三维变分 ( 3D Var)同化方法 ,对先进的微波探测装置 (AMSU A)探测的辐射亮温资料与常规探空资料在MM5中尺度数值预报模式中的直接同化和预报进行对比试验研究。结果表明 ,同化AMSU A辐射亮温资料对中高层温度分析场的影响最明显 ,对MM5模式的温度和水汽混合比预报有总体上的正效应 ,但对降水预报的改善作用不大     

东亚地区气象参数卫星遥感反演理论和方法研究Ⅰ:ISPRM和SRRM

文中对10a来改进的同步物理反演方法(ISPRM)实践与发展进行了总结。在不违背先验信息和卫星测值之间独立的原则下,所做的改进都是针对这类非适定反演问题的欠定性(under-determinedness)进行的。由适定反演理论知道,正演是反演的基础,又是卫星辐射率测值输入和反演结果输出之间的桥梁。为了获得好的正演,就必须竭尽可能充分利用一切可以使用的先验信息,把非适定反演问题转化成适定的反演问题,从而通过Ridge回归或Bayes反演过程,把先验信息、理论模拟信息和卫星探测信息三者最佳地结合起来,以最大限度减少这类反演问题的欠定性对数值解的影响。     

STUDY ON CLOUD CLASSIFICATIONS BY USING AVHRR,GMS-5 AND TERRA/MODIS SATELLITE DATA

This paper presents the automated pixel-scale neural network classification methods beingdeveloped at National Satellite Meteorological Center(NSMC)of China to classify clouds by usingNOAA/AVHRR and GMS-5 satellite imageries.By using Terra satellite MODIS imageries,anautomated pixel-scale threshold technique has been developed to detect and classify clouds.Thestudy focuses on applications of these cloud classification techniques to the Huaihe River and theChangjiang(Yangtze)River drainage basin.The different types of clouds show more clearly onthis cloud classification image than single band image.The results of the cloud classifications arethe basis of studying cloud amount,cloud top height and cloud top pressure.Cloud mask methodsare widely used in SST,LST,and TPW retrieval schemes.Some case studies about cloud maskand cloud classification in satellite imageries,which are related with the study of Global Energyand Water Cycle Experiment(GEWEX)in the Huaihe River and the Changjiang River drainagebasin are illustrated.     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

2017年5月7日广州极端强降水对流系统结构、触发和维持机制

2017年5月7日,广州市增城区新塘镇等地出现了小时雨量超过180 mm、3 h雨量超过330 mm的极端强降水事件(简称“5·7”极端强降水事件),导致了严重的经济损失。这次过程的高强度降水分为两个主要阶段：花都区降水和增城区降水,每个阶段的强降水均集中在2~3 h内,最大分钟级降水达到了5 mm的强度,增城区新塘镇184.4 mm的极端小时雨量中约120 mm的雨量是在05:30—06:00的半小时内产生的。地闪监测显示,对流发展的第一阶段伴有较少的负地闪,第二阶段仅伴有几个闪电。雷达和卫星资料显示,强降水对流系统具有空间尺度小,发展迅速的特征;但发展成熟阶段的反射率因子大值区和卫星低TBB区在空间上出现明显偏离。强倾斜上升气流可能是造成反射率因子大值区和卫星低TBB区空间偏离的原因。雷达资料垂直剖面显示,对流具有回波顶高较低、云底高度低、强回波质心低等低质心暖云降水的特征。地势分布和辐射降温是花都北部低温中心的主要成因,大尺度弱冷空气和冷中心伴随的地形的共同作用,使得偏南暖湿气流向北移动受阻后,在花都地形的强迫抬升下触发了对流。偏南暖湿气流的持续输送、花都地形的阻挡和冷池的作用是01—03时对流维持的主要原因,弱冷空气的南下对03—04时对流系统的快速南移起到了重要作用,而冷池驱动的对流发展模型可以解释增城地区05—06时对流的较长时间维持。弱的环境引导气流和偏南暖湿气流使得高效的低质心、高效率强降水对流系统较长时间影响同一局地区域,从而导致了花都和增城两地局地极端强降水的出现。     

用应用需求数据库评估卫星观测能力

卫星应用需求分析是气象卫星规划和研制十分关键的第一步。为了搞好21世纪的全球气象卫星发展规划,WMO和CEOS从1996年开始征集全球对地观测卫星的应用需求和建立卫星需求数据库,创立了国际通行的RRR程序方法,建立了全球对地观测卫星应用需求数据库。文章介绍了WMO/CEOS卫星应用需求数据库的RRR程序方法和数据库的部分内容,着重介绍和评述了建立卫星应用需求数据库以及基于卫星需求数据库进行卫星观测能力定量评估的方法,为中国气象卫星应用需求数据库的建设创造有利条件。     

THE STUDY OF RETRIEVAL THEORY AND METHODS FROM SATELLITE REMOTE SENSING FOR METEOROLOGICAL PARAMETERS OVER EASTERN ASIA-PART Ⅱ:ISPRM AND VSPRM2*

Based on the practice of improved simultaneous physical retrieval model(ISPRM),in the light of the functional analysis approach,the variational simultaneous physical retrieval model(VSPRM) has been developed.Its approximation of 1st degree is VSPRM1,which is identical with the ISPRM.Its approximation of 2nd degree is VSPRM2,more advanced than the VSPRM1.This paper has analyzed the function of VSPRM2,pointing out the potentiality of synergy retrieval of this model.Also,it has dealt with the problem of parameterization of water vapor's kernel functions and retrieval of water vapor remote sensing.Because of the characteristics of this strong ill posed inverse problem,prior information must be used wisely in order to get the accurate calculation of radiance R.In the previous paper,we discussed how to build the best first guess field,the way to determine the P_s and to correct the calculation of radiance.In this paper,we continue discussing in depth about the calculation of transmittance,the determination of surface parameters and the selection for an optimum combination of channels for the low-level sounding.The long-term experiment and comparison work under operational environment have shown that the ISPRM is useful for retrieval of temperature and water vapor parameters over China including the Tibetan Plateau,and it further proves the scientific nature of well-posed inverse theory.     

激光雷达回波模型辅助的坡地森林冠层高度反演

大光斑激光雷达数据已广泛应用于森林冠层高度提取,但通常仅限于地形坡度小于20°的平缓地区。在地形坡度大于20°的陡峭山区,地形引起的波形展宽使得地面回波和植被回波信息混合在一起,给森林冠层高度提取带来巨大挑战。本文利用激光雷达回波模型和地形信息,提出了一种模型辅助的坡地森林冠层高度反演算法。该方法以激光雷达回波信号截止点为参考,定义了波形高度指数H50和H75,使用激光雷达回波模型与已知地形信息模拟裸地的激光雷达回波,将裸地回波信号截止点与森林激光雷达回波信号截止点对齐,利用裸地回波计算常用的波形相对高度指数RH50和RH75,对森林冠层高度进行反演。并与高斯波形分解法和波形参数法的反演结果进行了比较。研究结果表明:(1)利用所提取的波形指数RH50和RH75对胸高断面积加权平均高(Lorey’s height)进行了估算,在坡度小于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的估算结果与实测值线性拟合的相关系数(R2)分别为0.70,0.78和0.98,对应的均方根误差(RMSE)分别为2.90 m,2.48 m和0.60 m,模型辅助法略优于其他两种方法;(2)在坡度大于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的R2分别为0.14,0.28和0.97,相应的RMSE分别为4.93 m,4.53 m和0.81 m,模型辅助法明显优于其他两种方法;(3)在0°—40°时,模型辅助法对Lorey’s height估算结果与实测值的R2为0.97,RMSE为0.80 m。本研究提出的模型辅助法具有更好的地形适应性,在0°—40°的坡度范围内具备对坡地森林冠层高度反演的潜力。