Box-Cox正态转换在长江子流域极端降水气候事件判定中的应用

利用1961-2017年长江流域700个气象站点逐月降水资料计算长江流域9个子流域面雨量,采用基于Box-Cox正态分布转换后的百分位法对长江流域不同时间长度的极端降水气候事件阈值进行界定。结果表明,在数据序列长度发生变化的情况下,面雨量序列经Box-Cox正态转换后,计算得到的极端降水气候事件阈值的变化相较于常规百分位法明显减小,具有更为稳健的特性,从而使得相应极端降水气候事件个例的挑选更为稳定。根据该方法得到的阈值,对2018年汛期(6-8月)长江各子流域极端降水气候事件进行判定,岷沱江流域发生了极端多雨气候事件,而长江干流重庆-宜昌段、汉江及中游干流区间发生了极端少雨气候事件。     

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。     

多种空间检验方法在不同分辨率模式降水预报评估中的应用

利用单一的客观评估方法并不能有效揭示预报误差来源。利用逐小时5 km格点融合降水产品,本研究使用了多种客观评估方法综合评估了南京大学2016年夏季汛期试验4 km与12 km WRF模式。整体上,两种分辨率都能成功地预报主雨带,4 km WRF在午后对流及复杂地形预报上更优。比较了各类客观评估方法,邻域法显示4 km WRF预报准确性更高,但对于强降水(≥13 mm·(6 h)^-1),两种模式预报的空间误差都较大。尺度分离法显示,对于小尺度系统,4 km WRF能较好再现对流但存在较大位置误差,而12 km WRF则漏报。MODE法(Method for Object-based Diagnostic Evaluation)显示4 km WRF在对象强度预报上更接近观测,但强度和范围偏大,导致华南偏强,而范围偏小造成江淮偏弱,12 km WRF低估主要是漏报。不同评估方法能清晰展示4 km WRF和12 km WRF预报误差的差异,为后续模式改进提供了重要参考。     

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明：整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产...     

基于拉格朗日方法评估青藏高原若尔盖地区水汽输送特征

干旱指数一直以来是评估一个地区地表干湿状态的有效标准.为了认识青藏高原若尔盖地区在极端干旱和湿润条件下的水汽空间分布格局,本文基于地面观测资料计算月尺度的标准化降水蒸散指数,提取2000-2017年青藏高原若尔盖地区的极端干旱和湿润状况,利用拉格朗日后向轨迹模型模拟该地区极端干湿条件下的水汽输送路径,并评估潜在水汽源地...     

祁连山夏季两类地形降水过程的环流特征及成因分析

祁连山地区的降水与大尺度环流系统和复杂地形强迫形成的地形云发展变化有关。本文利用多种观测资料对2018年发生在祁连山地区过程降水（2018年7月19-20日,CASE1）和地形云降水（2018年8月28日,CASE2）两类降水过程进行天气学分析,并利用高分辨中尺度数值模式WRFV3.8.1对两类降水过程的数值模拟结果分析了有关物理参量和发展机制等方面的差异。结果表明：CASE1是在有利的大中尺度条件下形成的降水过程,它的形成是大尺度环流系统和局地地形共同作用的结果,CASE2没有明显的大尺度环流系统,主要是由局地地形诱发的降水过程;CASE1具有水汽供给充足,降水发生前大气中层结明显不稳定、对流有效能量大(1064.84 J·kg^-1)、水平风的垂直切变强（27.6 m·s-1）、理查森数（Ri）小于0和垂直上升运动强烈等特点,这有利于产生大范围持续性的降水过程;而CASE2过程中的层结较CASE1的稳定,MCAPE的最大值为546.15 J·kg^-1,约为CASE1的一半,水平风垂直切变最大值为17.37 m·s-1,远小于CASE1的值,...     

降水统计预报模型的模拟性能分析北大核心CSCD

降水预报模型的性能与诸多因素有关,除了与研究区域特征和研究数据有关,还受到模型自身算法、统计模拟方法、性能度量指标等的影响。本文基于2015~2019年我国黑龙江省28个站点逐日降水、平均气温和平均相对湿度等地面常规气象资料,运用留出法、自助法等蒙特卡洛统计模拟和机器学习方法,首次系统研究了黑龙江省夏季逐日降水预报模型的性能和模型性能的空间分布特征。结果表明,对研究区域整体来说,BP(Back Propagation)神经网络和支持向量机的总体预报性能没有显著差异,ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线面积值均高于76%,显著优于决策树。自助法估计的模型预报性能始终优于留出法,并且有助于提高评估结果的保真性。对研究区域单个站点来说,除个别站点以外,支持向量机的准确率和ROC曲线面积值均高于80%,并且呈现东南大西北小的空间分布趋势,该趋势与降水频率的分布基本一致。支持向量机在小兴安岭和张广才岭的总体预报效果较好,三江平原次之,松嫩平原较差;而敏感度在山区大,平原区小,中部和南部大,东部次之,西部和北部小;特异度空间分布则恰好与敏感度相反。     

基于数值预报与雷达外推预报融合方法的降水回波短临预报试验研究

采用傅里叶-梅林变换、多尺度光流法及威布尔分布,对湖北省2020年6—7月4次降水过程雷达回波进行多尺度预报试验及其相位和强度校正。在此基础上,利用双曲正切函数对校正后的模式降水回波预报和雷达回波外推临近预报进行融合。最后,基于预报技巧评分和平均绝对误差及命中率等指标对不同时效、尺度及回波阈值的预报结果进行定量分析。结果表明：（1）融合后的0～3 h降水回波预报在范围和位置上均较模式预报和雷达外推预报改进明显,尤其对强回波预报有明显优势,对对流预报有积极作用;0.01°×0.01°尺度的0～1 h预报效果明显好于其他尺度及预报时效。（2）武汉RUC模式预报效果最差,平均绝对误差（mean absolute error,MAE）最大为6.1～8.2 dBZ,而融合预报效果最好,MAE最小为4.7～6.5 dBZ。0.01°×0.01°尺度下融合预报的命中率（probability of detection,POD）随回波阈值和预报时效增加而降低,而其他尺度下20 dBZ回波阈值的平均POD最大、MAE最小,平均POD(MAE)均高于（低于）其他2种预报。总体来看,融合预报明显优于单一预报...     

朔黄铁路水害特征及雨量警戒阈值研究

利用2017—2019年朔黄铁路水害记录及其沿线40个气象观测站的逐5 min降水量资料,分析水害及降水分布特征,统计连续降水量、1 h最大降水量和24 h降水量3个降水因子,应用均值-标准差法和极大值法,制定平原和山区路段铁路水害的无警戒、出巡警戒、限速警戒、封锁警戒雨量阈值。结果表明:朔黄铁路水害主要发生在7—8月,水害发生时降水的持续时间多在48 h以内;引发铁路水害的降水类型主要为局地暴雨、短时强降水、连续性降水,平原路段铁路水害主要由局地暴雨引发,山区路段主要诱因是连续性降水;平原路段出巡警戒准确率达88.5%,空报率为11.5%,限速警戒准确率达100%,山区路段出巡警戒准确率达88.9%,空报率为11.1%,针对平原和山区铁路路段制定的雨量警戒阈值,可为铁路安全行车和高效调度提供参考依据。     

2020年初夏贵州省降水异常特征及其历史相似性分析

该文利用1961—2020年贵州省84个气象台站5月20日—7月10日的降水资料与NCEP/NCAR再分析资料,分析了贵州省初夏降水异常时空分布特征及其与海洋、大气环流的联系,以及对比2020年与历史相似年影响因子的异同。对比历史相似年,当初夏降水偏多时,大气环流纬向分布呈“两槽一脊”分布型,低压槽稳定维持在东亚中高纬附近。西太平洋副热带高压西伸脊点明显偏西,面积偏大,强度偏强。850 hPa水汽输送场上通过西北太平洋异常反气旋产生的异常西南风,向长江及其以南地区输送水汽,低层水汽输送偏强且辐合带位置相对稳定。前期春季热带印度洋偏暖和太平洋西暖东冷的异常海温加强了菲律宾反气旋,使西太副高稳定维持在西太平洋和东南亚地区,导致贵州省初夏降水偏多。