定量降水预报技术进展

利用安徽省81站逐日降水量资料、NCEP 500 hPa再分析资料、ECMWF(以下简称EC)降水和500 hPa高度预报,基于暴雨中心和天气类型的客观判定,分类统计2012—2018年23个强降水过程降水中心的预报偏差。结果表明在西路强冷空气和东路冷空气天气类型下,当EC预报降水中心位于115°—120°E 584 dagpm线以北时,降水中心预报往往偏北,依据两者的纬度差和降水中心预报偏差建立了基于天气分类的主雨带位置订正方法;同时依据23个强降水过程最大降水区域降水量预报的日平均偏差,建立了暴雨的强度订正方法。将偏差订正方法应用于2020年安徽省梅汛期预报,结果发现无论位置还是强度订正都能使暴雨预报TS评分明显提高。同时进行位置和强度订正后,暴雨TS评分提高更加明显,尤其是对2020年两次最强降水过程订正效果显著。

     

1961~2019年贵阳冬季凝冻时空特征与异常成因

利用1961~2019年贵阳8个地面观测站冬季（12月~次年2月）雨凇观测资料和北半球500hPa高度场、全球气温场及欧亚水平风场资料,通过EOF、M-K、小波及合成分析方法,对贵阳冬季凝冻日数的时空特征及其与北半球500hPa高度场、全球海温场及欧亚水平风场的关系进行了探讨。结果表明：近59年贵阳市冬季及各月平均凝冻日数为10.7d,由西南部向东北部逐渐增多,开阳东北部凝冻日数达到20d以上;凝冻日数变化趋势具有高度一致性,12月与冬季凝冻日数变化为显著正相关,突变多发于20世纪70~80年代末,在1980~1990年及2005~2015年出现4a的显著周期变化;强凝冻年500hPa高度距平合成场欧亚大陆的位势高度呈现“北高南低”分布,强弱年差值距平场欧亚大陆中高纬地区表现为“北正南负”,北半球高纬度地区格陵兰、北美及乌拉尔山-西伯利亚一带为正距平;强凝冻年赤道中东太平洋秋季海温距平为负,引起纬向环流加强,水汽交换增加;高层辐散低层辐合以及偏北强风带南下低空冷锋生成,利于西南水汽输送到云贵高原东北部与北方的冷空气交汇,为凝冻产生创造了条件。     

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

不同雷达观测相同目标的反射率因子差异会影响雷达组网应用效果,对无波束阻挡的X波段雷达而言,这种差异主要由雷达定标偏差和信号衰减引起,其中衰减包含降水导致的衰减以及天线罩水膜导致的衰减。为了订正定标偏差、天线罩水膜衰减以及降水衰减,设计了一个基于相控阵雷达组网的订正方法。首先,将天线罩水膜导致的衰减看作定标偏差的一部分,使用组网衰减订正算法做初次衰减订正;然后,通过构建一个雷达网观测偏差函数,使用梯度下降法求解各雷达之间的定标偏差;最后,将订正了定标偏差的原始反射率因子再次使用组网衰减订正算法进行二次衰减订正。对上述订正方法,用于广东省佛山市7部X波段相控阵天气雷达探测的一次冷空气降水过程进行检验。结果显示,传统的PIA (Path-integrated attenuation)算法订正结果与广州S波段天气雷达观测结果相关系数为0.53,均方根误差为9.0 dB, 而该算法这两项数值分别为0.64和8.4 dB,优于PIA;在台风外围的局地强降水过程中也得到了相同的结论。

     

海河流域东北冷涡背景下的降水预报订正研究

汛期暴雨预报一直是气象预报业务工作中的重点及难点。首先,利用浙江省2 227个气象站2016—2021年每年汛期(4—10月)逐日降水资料,以欧式距离作为相似度度量标准,通过Kmeans聚类算法对浙江汛期降水进行分区;然后,对偏差订正法进行时空上的改进;最后,将改进后的偏差订正法与分区结合形成分区订正方法。以未与分区结合的全区订正作为对比,对浙江多模式客观集成预报(OCF)进行分区订正和检验。结果显示：(1)将浙江省划分为7个降水相似区,其结果呈现明显的区域特征,并与浙江省地形地貌密切相关。(2)经2021年汛期检验,相较于OCF预报,分区订正预报优于全区订正预报,其优势主要体现在能有效降低晴雨预报的降水空报率和大幅提升大雨以上量级降水的命中率,特别是暴雨以上量级预报命中率由0.25提升至0.41。(3)典型过程检验表明,对于系统性降水和对流性降水,分区订正预报均能改善暴雨以上量级降水强度和落区预报。特别是系统性降水,分区订正预报效果更明显,能预报出大暴雨以上强降水。

     

定量降水预报技术进展

现有的降水预报后处理方法多倾向于对整个区域开展日降水量统一订正,忽视了降水偏差的区域差异,且无法满足精细化预报业务需求。在综合评估中国气象局区域中尺度天气数值预报系统CMA-MESO 3 km (China Meteorological Administration Mesoscale Model at 3 km resolution)在2020年山西汛期降水预报偏差的基础上,基于频率匹配方法,对小时降水预报开展分时段、分区域订正试验,并对订正结果进行了多角度检验分析。结果表明：(1)模式对山西日降水预报空报突出,其中盆地降水预报量级明显偏大。(2)不同区域、不同时段小时降水预报偏差不同,其中弱降水在白天低海拔地区预报偏多,夜间高海拔地区预报偏少。(3)分区域、分时段频率匹配订正后,日累计降水平均误差较订正前降低76.8%,强降水过度预报问题显著改善。(4)通过降低过度预报的降水频率和强度,降水量峰值提前、上午峰值虚报等问题得以解决,可更好再现降水日变化特征。(5)订正后有效改善了模式降水预报的地形分布特征,主要体现在强度预报改进上,但对模式降水预报频率的地形分布偏差调整有限。

     

深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统及其应用

针对我国西南印度洋合同区热液硫化物矿快速、有效以及便捷地质勘探装备的要求,研发了由甲板控制系统、万米光电复合缆、仪器舱拖体和天线拖体组成的深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统.为了便于拖体布放和快速发现异常,选择重叠回线收发装置类型;采用理论数值计算确定了在拖曳高度不大于50 m的前提下,观测1~100 ms窗范围内的二次场响应,可以发现近海底深海热液硫化物矿堆;另外,通过不同拖延深度海上试验,研究了拖曳深度对瞬变电磁的影响规律及仪器性能.大洋第30航次第二航段在西南印度洋脊热液区,应用该系统发现了明显的瞬变电磁异常.印证了系统的有效性.

     

降水量Γ分布模式的普适性研究

利用2015年6月1日—7月31日三个全球数值预报业务中心(CMA、ECMWF和NCEP)的24 h降水集合预报资料和我国东南地区降水观测资料,采用贝叶斯模型平均方法(A方案)和基于A方案的统计降尺度模型二次订正方法(B方案)对上述三个中心和多模式超级集合降水预报进行订正,并对比两种方案的订正效果;然后,选取2015年8月1—31日降水预报进行独立样本检验,分析订正前后的降水预报效果。结果表明:以第50百分位的降水预报为例,经A方案订正后各中心和多模式的集合平均消除了大量的小雨空报,其对小雨、中雨的订正效果很明显,对大雨以上的降水量级订正效果不明显。随着降水阈值增加,A方案的订正效果随之减弱。此方案对雨带走向的订正不明显,会使降水大值区量级降低甚至消失。采用B方案订正后,不仅可降低原始集合预报的空报率,还可对降水量级和落区进行订正,使降水预报的范围和量级与实况更接近,但对大量级降水,如50.0 mm以上的降水量级订正效果仍然不显著。

     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

新疆地区年平均风速数据非均一影响研究

利用惩罚最大F检验(The Penized Maximal F Test,PMFT),对新疆地区105个国家级气象站点建站至2014年逐年平均风速资料进行了均一性检验,并通过订正得出新疆地区年平均风速均一化数据集合;通过对订正后数据与原始数据进行对比评估,讨论数据非均一性对新疆风速的影响,研究结论得出:(1)在95%的显著性水平下,检验出所有待检站点均出现非均一间断点,共计151个;(2)元数据中记录的人为影响因素,超过1/3对年平均风速序列产生了非均一影响,其中仪器换型对年平均风速序列影响最为显著,其次为环境变化;(3)仪器换型和站址迁移对年平均风速的非均一影响与台站风力大小成正比,其它人为因素对年平均风速的影响与台站风力大小成反比;(4)订正后,数据时间序列的均一性得到改善,数据序列明显的趋势拐点趋于缓和,下降趋势普遍增强,数据可用性进一步改善。     

利用FY-3C折射率对大气边界层高度的反演与分析

2013年中国发射了首颗进行全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)掩星观测的气象卫星风云3号C星(Fengyun-3C,FY-3C),且已发布自2014年6月以来的FY-3C掩星大气产品,但目前还未见将其应用于大气边界层的相关研究.首次尝试利用FY-3C折射率...