双雷达风场反演拼图在登陆台风“莫兰蒂”(1614)强降水精细预报中的同化应用试验

利用福建龙岩、漳州、泉州新一代多普勒天气雷达和厦门海沧双偏振雷达探测资料,采用动态地球坐标系下双雷达三维风场反演与拼图技术,基于天气研究和预报模式（Weather Research and Forecasting,WRF）及其资料同化系统,对登陆台风“莫兰蒂”（1614）引起的2016年9月14—15日福建强降水过程进行了双雷达风场反演拼图资料检验及其三维变分同化对强降水精细预报影响的数值试验,结果发现:（1）动态地球坐标系下双雷达反演风场能合理反映实际风场分布状况,其误差相对较小。相较厦门翔安风廓线雷达及厦门探空秒级测风数据,反演风风向（风速）平均绝对误差分别为7.8°（2.6 m/s）及3.4°（1.1 m/s）;（2）反演风场水平方向稀疏化对同化及预报结果极为重要,过密的反演风场资料会给同化及预报结果带来负效果。文中采用18、6、2 km 3重嵌套,在3重嵌套区域均进行同化以及仅在2 km区域进行同化两种情况下,均表现为当反演风场资料水平分辨率提高到0.1°时,同化分析及预报的台风环流开始受到负影响;且当反演风场资料水平分辨率越高时,负效果越明显。敏感性试验结果显示,分辨率取0.2°时数值预报效果最好;（3）以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场为初值,基于3个不同起报时刻（2016年9月14日14时、20时及15日02时）（北京时,下同）模拟的福建省境内台风内核雨带和螺旋雨带逐时演变、台风路径与强度、逐时降水TS评分和空间相关差异显著,其中14日14时起报试验效果最好;而14日20时起报试验效果最差,这与该试验初始台风大风轴风速明显偏大有关;（4）在上述3个不同起报时刻试验基础上,分别增加双雷达反演风场资料的三维变分同化后,福建境内地面风场和台风内核雨带、螺旋雨带逐时分布、逐时降水TS评分和空间相关、台风环流结构以及U、V风垂直廓线分布均有明显改善,最大正影响时效可达24 h;但仅对1—6 h时效内台风路径有改善。      

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。      

CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探

对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C)和R(Z_H)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度要好于R(Z_H)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均相对误差(RE)降低了17. 2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水,R(C)法对5 mm·h~(-1)以上的降水估测精度也好于R(Z_H)法,当降水率≥20 mm·h~(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均RE降低了33. 19%,平均AE减少了3. 95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(Z_H)法低估问题,但R(C)法在降水率10 mm·h~(-1)时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。     

降水现象仪观测应用评估

利用2017年9月至2018年8月北京20个站降水现象仪采集数据与人工平行观测数据,对降水现象仪进行了对比评估。结果表明:降水现象仪的缺测率为0.01%,空报率为0.6%,捕获率为93.5%,漏报率为27.9%,错报率为10.0%。从统计结果可知,降水现象仪的缺测率、空报率较低,捕获率较高,体现出设备性能良好的一面,漏报率和错报率偏高,表明设备漏识别和错误识别的情况较多,漏报主要发生在弱降水过程中,错报主要出现在毛毛雨的识别上。设备测量和人工观测降水开始时间一致性较好,终止时间一致性偏差;降水现象仪现存问题:在大雨强时易出现雨滴叠加误识别,在小雨强时识别率会降低,在无降水错误输出降水现象方面缺少质控。     

基于Himawari-8卫星的云参数和降水关系研究

基于日本Himawari-8卫星的云产品,对中国中东部地区2017年夏季(6—8月)每日08—17时的降水资料进行了分析,重点讨论了云光学厚度(COD)、云顶粒子平均尺度(CPS)、云顶温度(CTT)三个云参数与降水的关系。试验表明,降水概率与云参数相关性较高,存在随着COD增加、CPS增加、CTT减小而增加的明显趋势。但是,单个云参数与降水强度相关性则较低;COD、CPS、CTT与小时降雨率的相关系数分别为0.2315、0.1823、-0.2235,均为弱相关。如果综合考虑联合两个或三个云参数形成小时降雨率分布矩阵,则降水过程能得到更为清晰的体现。2017年8月28日的个例表明,相比纯粹基于红外的算法,三参数方法可以明显提高小时降雨率的估计精度。     

西北太平洋副高东西变动与西南地区降水的关系

西北太平洋副热带高压（简称副高）位置的异常变动对东亚和中国气候有十分重要的影响。为进一步认识副高东西变动对中国西南地区降水的影响,根据东亚—西北太平洋地区高低层大气环流的季节特征,选取700 hPa不同关键区区域平均相对涡度定义了一个新的表征副高位置东西变动的VORT指数。分析发现:该指数不仅能客观定性地表征副高反气旋环流位置的东西变动,而且能反映副高与东亚经向环流变化的关系,副高偏东（西）时,东亚呈负-正-负（正-负-正）经向异常波列。与其他副高指数相比,该指数能较好地反映夏季中国东部雨带位置的季节性移动,并与西南地区降水呈显著相关,对西南地区降水变化有指示意义。其中,6月和7月的相关非常显著,副高偏西时,6月四川西部和南部、云南中北部地区降水偏少,贵州大部降水偏多;7月四川北部和东部、贵州东北部降水偏多,而云南中部和西北部降水偏少,反之亦然。进一步分析还发现,副高与海温的关系与副高活动的位置有关,副高越偏北,与海温的关系就越弱。     

基于最优概率的中期延伸期过程累计降水量分级订正预报

采用ECMWF集合预报降水量资料和中国降水量观测资料,研发了基于最优概率的过程累计降水量分级订正预报(OPPF)技术,并在遵循总体技术思路的基础上设计出三种不同的OPPF计算方案(OPPF1、OPPF2、OPPF3),继而选用2015—2017年汛期(5—9月)中国91次区域性强降水过程进行回报试验和预报效果对比评估,结果表明:(1)在中期延伸期预报时效(96~360小时),对强降水和有无降水的预报效果,三种OPPF均明显优于集合平均(EMPF)和控制预报(CTPF);对中等以上或较强以上强度降水的预报效果,OPPF1和OPPF3明显优于CTPF、与EMPF基本接近。(2)三种OPPF相比,OPPF3的预报效果较OPPF1总体略胜一筹,两者均好于OPPF2。(3)预报效果存在明显的地域差异,南方地区强降水预报的TS评分明显大于北方地区,且OPPF3预报效果明显优于EMPF;在96~240小时预报时效,东北地区东部OPPF3强降水的预报效果也明显好于EMPF。      

气候变化对石羊河流域生态环境的影响分析

利用石羊河流域1959—2018年气象、水文和卫星遥感资料,采用线性倾向率、滑动t检验和相关系数(Pearson)等方法,分析石羊河流域内生态环境因素的变化事实及相互关系,得到气候变化对流域生态环境的影响程度。结果表明：石羊河流域气温呈显著上升趋势,增温速度为下游0.42℃·(10 a)^-1>中游0.36℃·(10 a)^-1>上游0.35℃·(10 a)^-1,近10 a增温最显著,较20世纪60年升高了1.67℃。四季气温均呈显著上升趋势,增温速度为冬季>秋季>春季>夏季。降水呈缓慢增加趋势,增幅为上游8.3 mm·(10 a)^-1>中游7.0 mm·(10 a)^-1>下游4.1 mm·(10 a)^-1,近10 a增加最显著,较20世纪60年代增加了17%。四季降水呈弱增加趋势,增加幅度为夏季>春季>秋季>冬季。河流流量基本持平,植被覆盖面积和归一化植被指数(NDVI)显著增大。近20 a流域气候...     

台风“利奇马”对钻孔体应变的扰动分析——以浙江地区为例

利用台风“利奇马”过境浙江期间,岱山地震台、东阳地震台钻孔体应变数据,采用数据滤波和线性回归等方法,分析了这2个台站钻孔体应变对台风的响应特征。结果表明,东阳地震台受台风引起的低气压的影响,钻孔体应变与气压同步变化;而岱山地震台受低气压和降水的共同影响,钻孔体应变与气压在变化的相关性和同步性上均有差异。气压和降水导致钻孔体应变的变化量可以通过负载力学模型进行估算求解。     

用树木年轮重建伊犁南天山北坡西部的降水量序列

根据采自伊犁地区南天山北坡11个采点的树木年轮样本,建立了每个采点的3种年表。通过单相关普查发现,标准化树轮年表序列与当年1~5月的降水显著相关。分析表明该时段降水与树木年轮生长呈正相关具有明确的树木生理学意义。利用新源上限(XNAUt)、昭苏上限(ZUt、ZUt 2)和特克斯下限(TLt)4个标准化树轮年表序列可较好地重建该区域在该时段的降水量。经交叉检验,所得重建方程是稳定可靠的,重建的降水序列是可信的。通过分析发现:伊犁地区南天山北坡300年以来1~5月的降水大致经历了6个偏湿阶段和6个偏干阶段;有2.0~2.8年、24.8年、28.3年、33年、99年的变化准周期;在1909年发生由多向少的突变;1740年、1870年发生由少向多的突变,其中又以1870年前后的突变最为明显。