基于增长模繁殖法的风暴尺度集合预报试验

利用WRFV2.2模式,对1977年5月20日发生在美国俄克拉荷马州的典型超级单体风暴进行风暴尺度集合预报试验。通过对比由Monte-Carlo法和增长模繁殖法构造的集合预报系统的性能,检验了增长模繁殖法应用于风暴尺度集合预报的合理性及其价值。研究表明,在预报误差的意义上,集合技术能够明显改善中尺度强对流天气的单一确定性预报;但纯统计意义的Monte-Carlo法动力意义不足,导致集合离散度偏低;作为改进方法,增长模繁殖法充分考虑了预报中误差增长的信息,改善了离散度增长偏慢的缺陷。研究结果还显示,增长模繁殖法构造的集合预报系统的各预报评分(RSS、ETS等)均高于Monte-Carlo法,体现了增长模繁殖法的显著优势,但不同的繁殖周期对非降水场和降水场的预报能力有所差异,合理的繁殖周期需要在两者之间寻求平衡点。     

夏、秋季北极海冰异常与秋、冬季青藏高原极端低温日数的关系及影响机理

利用1979~2012年青藏高原125个基本、基准站观测日最高及最低气温数据、Hadley中心月平均海冰覆盖率资料、ERA-Interim的风场、高度场等再分析资料,根据相关统计分析、合成分析等方法系统地分析了青藏高原地区秋、冬季冷昼和冷夜日数(低温日数)与关键影响海区海冰的关系及影响机理。结果表明,夏、秋季关键海区海冰偏少时,秋、冬季极地和青藏高原地区500 h Pa位势高度减小,中高纬西伯利亚地区位势高度增强,北极至青藏高原有明显由北向南波动通量,高压反气旋系统在西伯利亚地区形成与壮大,青藏高原以北风场呈现明显偏北风,Rossby波在青藏高原及其以北地区呈现由北向南波动形式,青藏高原以北的西风带地区Rossby波东传减缓,导致经向活动加强,北部冷空气易于通过气流向高原侵袭,秋、冬季青藏高原低温日数将偏多。     

MODIS数据支持下的土壤湿度模型构建——以河南商丘地区为例

土壤湿度是农作物在生长过程中主要供水因子,实际测量土壤湿度较为复杂,卫星遥感成为反演和监测土壤湿度的重要手段。本文利用商丘地区2012和2013年MODIS数据,采用滤波方法减小云、气溶胶影响下的MODIS产品噪声,利用农田浅层土壤湿度指数（CSMI）与实测土壤相对湿度值进行了相关性分析,构建了适用于商丘地区的土壤湿度模型,并利用2013年的土壤实测数据对模型反演出来的土壤湿度进行了验证。结果表明,CSMI指数能够有效反演该地区0~50 cm深的土壤湿度值（通过了0.01的显著性检验）。     

中国近50a气候变化复杂性分析

分析了我国气温和降水量变化的兰帕尔－齐夫复杂度空间分布特征，结果表明，平均而言，我国平均气温和降水量变化的复杂度约为10－11，小于随机序列的复杂度13，年平衡气温变化序列的复杂度最小，秋季平均气温变化序列的复杂度最大，季节和年平均气温序列的复杂度小于月平均气温变化序列的复杂度，月总降水量变化序列的复杂度为西部，北部大于南部和东部，我国东南沿海地区气候要素变化的复杂度最大。     

基于线性规划方法处理C波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位φ_C数据

高质量的差分相位数据能够有效地提高雷达识别粒子、估测降水的能力。本研究针对南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP),提出一套差分相位φ_C数据的质量控制算法。其中将雷达观测到的差分相位φ_C分为5个部分:差分传播相位φ_(DP)、后向散射差分相位δ、非降水回波的波动ε_(NP)、系统误差ε_S以及电磁波信号的随机扰动ε_R。在线性规划方法的基础上,采用模糊逻辑法、小波分析法与迭代滤波法分别将差分相位φ_C数据中的ε_(NP)、ε_R和δ剔除,然后依据滤波后的数据,将各径向中第一个降水回波的值作为该径向的系统误差ε_S。结果表明,该算法能够有效地平滑由非降水回波引起的大振幅波动以及因电磁波信号造成的小振幅扰动,且可以剔除差分相位φ_C数据中存在的δ。此外,处理后的数据满足随径向距离递增的条件。     

THE DESIGN AND CORRECTION OF A QUANTITATIVE METHOD OF SNOW ESTIMATE BY RADAR

An optimization method is based to design a snowfall estimate method by radar for operational snow warning, and error estimation is analyzed through a case of heavy snow on March 4, 2007. Three modified schemes are developed for errors caused by temperature changes, snowflake terminal velocity, the distance from the radar and calculation methods. Due to the improvements, the correlation coefficient between the estimated snowfall and the observation is 0.66(exceeding the 99% confidence level), the average relative error is reduced to 48.74%, and the method is able to estimate weak snowfall of 0.3 mm/h and heavy snowfall above 5 mm/h. The correlation coefficient is0.82 between the estimated snowfall from the stations 50 to 100 km from the radar and the observation. The improved effect is weak when the influence of the snowflake terminal velocity is considered in those three improvement programs, which may be related to the uniform echo. The radar estimate of snow, which is classified by the distance between the sample and the radar, has the most obvious effect: it can not only increase the degree of similarity, but also reduce the overestimate and the undervaluation of the error caused by the distance between the sample and the radar.The improved algorithm further improves the accuracy of the estimate. The average relative errors are 31% and 27% for the heavy snowfall of 1.6 to 2.5 mm/h and above 2.6 mm/h, respectively, but the radar overestimates the snowfall under1.5 mm/h and underestimates the snowfall above 2.6 mm/h. Radar echo may not be sensitive to the intensity of snowfall, and the consistency shown by the error can be exploited to revise and improve the estimation accuracy of snow forecast in the operational work.     

多普勒雷达资料同化在台风“桑美”预报中的应用研究

本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。     

台湾岛邻近海域台风浪的模拟研究

基于目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Near-shore)。在充分考虑相关物理过程（风生浪，底摩擦，白帽耗散，深度诱导波破碎，非线性波－波相互作用）基础上，以较高的分辨率对影响台湾岛邻近海域的9015号台风浪过程进行了模拟研究。模式所需风场由藤田台风风场模型同化相应台风资料后提供；用自嵌套方式提供模式波谱边界条件。模拟结果与实际台风浪资料相符较好。台风过程模拟结果表明；台风中心位于台湾岛邻近海域的不同位置，台风浪有效波高的分布特征和传播方向都有着较大的差异。可以为整个台湾岛邻近海域台风浪分布特征的了解与认识提供较好的参考。     

GPM微波成像仪资料同化对台风“麦德姆”路径预报的影响研究

基于中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统,自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement (GPM) Microwave Imager)的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”为例,实现了GMI资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明:晴空条件下GMI资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比,同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风暖心结构的分析,同时使得台风涡旋环流结构增强,并进而提高了对台风路径的预报水平。     

风廓线雷达资料的应用:质量评估

利用FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、探空资料对2019年6—9月位于中国华北地区20个站点共5种型号(CFL-06、GLC-24、TWP8-L、CFL-03、CLC-11-D)的边界层风廓线雷达资料进行了质量评估。结果表明:各型号雷达均具有较强的探测能力,但不同雷达在水平风资料数据获取率以及有效探测高度上差异极大。不区分天气状况时,所有型号雷达均为V风质量优于U风质量。TWP8-L雷达U风测风质量相对最佳,CFL-03雷达紧随其后,GLC-24雷达U风测风质量最差,V风质量则差异不大,U风数据使用前需进行偏差订正以及质量控制。风廓线雷达观测对于降水较为敏感,降水使各型号雷达数据获取率在底层减小,中高层增加,增幅最大达到53％,但探测能力加强并不代表测风质量增加,统计结果表明降水是造成U风平均误差以及均方根误差较高的重要原因,其中,GLC-24、CLC-11-D雷达对降水最为敏感,降水状态相较于非降水状态均方根误差增幅均达到了5.5 m/s以上,降水情况下的U风及V风资料需进行进一步质量控制才可使用。