基于深度学习和雷达观测的华南短临预报精度评估

利用最新的深度学习算法,即卷积长短期记忆(Convolution Long-Short Term Memory)神经网络,构建基于深度学习的人工智能短临预报系统,以广州地区2019年3-5月雷达观测的数据为输入进行训练,然后进行短期1h内的降水预报。利用常用的统计评分指标(探测率POD、误报率FAR、临界成功指数CSI,相关系数CC)检验模型。结果表明,预报结果与实际观测的相关系数在1h内预报均保持在0.6以上,在1h内预报探测率均保持在80%以上,临界成功指数在降水强度为10mm·h^-1时,基本保持在60%,误报率均小于40%。     

青藏高原那曲地区一次对流云降水的数值模拟

利用NCEP FNL再分析资料为初始场,通过WRF中尺度数值模式(V3.9.1版本)对2015年8月26~27日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行了模拟,分析了不同积云对流参数化方案和云微物理参数化方案组合对本次降水过程中降水量、环流场、雷达反射率以及云微物理特征模拟效果的影响。结果表明:WRF模式能较好地模拟出本次降水的时空变化特征,但不同参数化方案组合各有优势,总体而言,Grell-Devenyi+SUB_YLIN和Grell-Freitas+SUB_YLIN组合模拟性能最优。本次对流云降水以冰相过程为主,雪粒子贡献最大,暖云粒子对降水的影响并不明显。从云微物理过程的时间演变可看出,性能最好的SUB_YLIN方案能合理模拟降水过程中雪粒子与冰晶粒子间的转换过程,雪粒子可在凝结过程中释放潜热促使对流运动发展,也可通过融化过程促进降水发生,对流层高层冰晶粒子凝华产生的潜热释放亦为深对流的发展创造了有利条件。      

海南岛热带气旋极端降水的特征及其成因

围绕海南岛热带气旋(TC)极端降水的特征及其成因,利用国家气象信息中心提供的海南岛台站日降水数据、上海台风所的TC最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析数据,通过气候统计、天气诊断相结合的方法,探讨了1958—2013年海南岛TC极端降水的空间分布和时间变化特征,并进一步诊断分析了极端降水产生的可能成因。结果表明,海南岛TC极端降水在西北部出现最多,东南部出现较少。从长期趋势看,无论从TC极端降水量还是从TC极端降水频数,TC极端降水的极端趋势均在增加。充足的西南水汽通量输送是产生TC极端降水的重要条件;当南亚高压和副热带高压相距较近,即南亚高压偏东偏强,副热带高压偏西偏强时,海南岛容易出现TC极端降水事件;在TC路径和低层风场结构的配合下,海南岛地形对极端降水的落区有关键影响。     

联合降水微物理特征测量仪、激光雨滴谱仪和雨量计的降水对比观测分析

为了对降水微物理特征测量仪(PMCS)的测量性能进行评估,利用PMCS、激光雨滴谱仪(OTT)和雨量计(Gauge)在南京地区进行了降水对比观测实验,通过分析各仪器所测得的降水强度和累计降水量,研究了PMCS和OTT在不同降水强度条件下的尺度谱及其谱参数测量的差异性。结果表明:PMCS所测得的降水强度和累计降水量较OTT小,但更接近于Gauge所测得标准降水强度和累计降水量,3种仪器降水强度结果的相关性均在0.96以上。PMCS测得的谱均值、谱方差、雷达回波强度均小于OTT所测得结果,数密度均大于OTT所测得结果,两者所测得谱参数的变化趋势具有较好的一致性。在相同降水强度范围内,PMCS和OTT所测得的雨滴尺度谱分布趋势具有较好的一致性,在雨滴大尺度段,PMCS测得的雨滴数较OTT偏少,PMCS和OTT对于雨滴的捕获性能随着降水强度增加而增强,并在达到峰值后逐渐减弱。     

1990—2010年中国极端温度和降水事件的月变化特征

利用1960—2010年中国532个台站的日最低、最高气温和日降水资料,选取4个极端温度指数（冷昼、冷夜、暖昼和暖夜）和2个极端降水指数（极端降水量和极端降水频次）,对1990—2010年极端温度和降水事件相对于之前1960—1989年的月尺度变化进行了研究。得到以下主要结论：1） 逐月的冷昼和冷夜发生频率减少,逐月的暖昼和暖夜发生频率增多。冷极端事件发生频率的变化比暖极端事件更明显。2） 4个指数在2月均表现出频率变化异常剧烈的月尺度特征,这主要与中国地区2月增暖最显著有关。4个指数在2月频率变化的空间分布,中国北方地区（东北、华北以及西北）极端温度事件的频率变化比南方地区（西南、华南以及长江流域）更显著。3） 对于极端降水事件,1990—2010年中国极端降水量增加最大的月份为6—7月,极端降水频次增加较多的月份为1—3月。中国各区域极端降水量变化最大的月份集中在夏季6—8月,其中西北、西南和长江中下游地区极端降水量显著增加。对于极端降水频次,东北和西北地区在1月增加最多;华北、西南、长江中下游和华南地区分别在3、5、7和12月增加最多。除华南地区以外,其他5个区域均通过了信度为0.05的显著性检验。     

Modeling Study of the Effect of Anthropogenic Aerosols on Late Spring Drought in South China

In this study,the mechanisms underlying the decadal variability of late spring precipitation in South China are investigated by using the latest Community Earth System Model version 1 （CESM1）.We aim to unravel the effects of different climate forcing agents such as aerosols and greenhouse gases （GHGs） on the decadal variation of precipitation,based on transient experiments from pre-industry （for year 1850） to present-day （for year 2000）.Our results reveal that：（1） CESM1 can reproduce the climatological features of atmospheric circulation and precipitation for the late spring in South China; （2） only simulations including the forcing of anthropogenic aerosols can reproduce the observed decreasing trend of late spring precipitation from 1950-2000 in South China; （3） aerosols affect the decadal change of precipitation mainly by altering the large-scale atmospheric circulation,and to a less extent by increasing the lower-tropospheric stability to inhibit the convective precipitation; and （4） in comparison,other climate forcing agents such as GHGs have much smaller effects on the decadal change of spring precipitation in South China.     

A Case Study of the November 2012 Mixed Rain-Snow Storm over North China

A mixed rain-snow storm associated with a strong burst of cold air and development of an extratropical cyclone occurred over North China from 3 to 5 November 2012.This early snowfall event was characterized by a dramatic drop in temperature,strong winds,high precipitation intensity,broad spatial extent,and coexistence of multi-phase precipitating hydrometeors.This study investigates the multi-scale interactions between the large-scale circulation background and the synoptic-scale weather systems associated with the storm.The results are as follows.（1） The Arctic Oscillation （AO） had been in its negative phase long before the event,leading to southward advection of cold air into North China in advance of the storm.（2）The large-scale atmospheric circulation experienced a decreased number of long waves upstream of North China prior to the storm,resulting in reduced wave velocity and an almost stagnant low pressure system （extratropical cyclone） over North China.（3） An Ω-shaped blocking high over East Asia and the western Pacific obstructed the eastward movement of an upstream trough,allowing the corresponding surface cyclone to stabilize and persist over Beijing and its neighboring areas.This blocking high was a major factor in making this event a historically most severe precipitation event in autumn in Beijing for the past 60 years.（4） Baroclinic instability at lower levels gave rise to rapid development of the cyclone under the classical ＂second type＂ development mechanism for extratropical cyclones.（5） Moisture originated from the Yellow Sea entered the slowly-moving cyclone in a steady stream,creating fairly favorable water vapor supply for the heavy rainfall-snowfall,especially during the later stage of the cyclone development.（6） Moisture transport and frontal lifting triggered low-level instability and updrafts.Intensification of the front enhanced the vertical wind shear,causing conditional symmetric instability （CSI） to expand upward within the unstable lower troposphere,and to eventually gear into the CSI region of the upper troposphere,which facilitated the upward development of low-level updrafts.     

城市化对北京一次极端降水过程影响的数值分析

通过敏感性试验探讨了城市化对北京2011年6月23日局地极端降水事件的影响.结果表明耦合了城市冠层模式的WRF系统能较好地模拟出强降水的局地性和突发性特征,考虑了精细下垫面分类的敏感性试验模拟降水更接近实况;下垫面城市化对地表能量平衡影响明显,对大气的热量影响除加强地表对边界层大气向上感热输送外,还会减少局地地表蒸发及大气水分供应,增加边界层高度,并对移经本地的天气系统强度及水汽输送产生较明显的影响.     

台风螺旋雨带云结构和降水形成机制研究

应用数值模式结果,选择台风登陆后两个不同时次螺旋雨带中两个强降水中心,对台风螺旋雨带的云结构和降水形成机制进行诊断分析.结果发现螺旋雨带云结构和降水形成机制有如下特点:在9～13 km高空范围内冰晶的非均质核化非常活跃,冰晶转化率高于台风眼壁暴雨数倍,但是冰晶通过贝吉龙过程生长为雪、雪通过凝华增长生长为霰的过程相对台风眼壁很弱,螺旋雨带雨水形成微物理机制以霰粒子融化成雨水(pgmlt)为主,冰相粒子转化率大值区位于垂直上升气流大值区,8 km高度霰收集雪(dgacs)干增长是最主要的冰相粒子生长过程,与北方层状云比较,螺旋雨带暴雨冷云中的凝华过程和撞冻过程非常活跃.螺旋雨带云水凝结过程呈双峰型,位于7～8 km高度冷云区的云水凝结峰值较大,暖云区0.5～1.5 km高度云水凝结峰值次之.     

2012年3月17日北京降水相态转变的机制讨论

由于受到资料分辨率的限制,对于降水相态转变过程以及机理的认识一直不够深入.在北京地区2012年3月17日夜间的降水过程中,降水相态经历了降雨、雨夹雪和降雪3个阶段.本文利用常规探测资料以及时间和垂直方向上分辨率较高的微波辐射仪温度廓线及基于雷达探测和中尺度模式的反演资料,首先分析了上述3个降水阶段温度的垂直分布,而后讨论了导致温度差异的机制.结果表明,降雪阶段冰雪层(包含冰雪和过冷水混合层)的厚度较降雨阶段增厚并且其下边界距离地面更近.3个降水相态温度分布差异较大的层次在对流层下层特别是抬升凝结高度附近.0℃层相对于云底的高度与降水相态密切相关.在降雨阶段,0℃层在云内,雨夹雪阶段在云底附近,降雪阶段下降到云底以下.冷空气活动是造成3个降水相态温度乖直分布不同的原因,但是在不同阶段影响的方式各异.在降雨转成雨夹雪阶段,“回流”东风将冷空气输送到北京,导致边界层内降温;雨夹雪转降雪的阶段,对流层低层温度进一步降低主要缘于高空槽后冷空气的侵入.因此,在北京地区导致降水相态转变的机制是多样且复杂的.