一种定量降水预报误差检验技术及其应用

面向对象检验技术是定量降水预报误差分析方法之一,通过对某一降水过程进行分离,实现对其落区、量级等预报误差的定量化分析。基于面向对象的检验方法和天气系统识别技术,本文利用实况观测资料、ECMWF全球数值模式产品,以2012年汛期西南地区5个典型强降水天气过程作为检验对象,对其降水及天气尺度影响系统1～10 d模式预报误差进行了定量化分析。分析表明:在中短期时效内,模式均对西南地区雨带位置预报偏北、偏西,中期时效内偏差更显著,雨带主轴上70%以上的点预报较实况偏北在2°以内,偏西约3°以内;预报的大雨及以上量级降水量较实况偏弱;模式1～2 d预报的极值分布与实况较为接近,随着预报时效延长,预报的极值较实况明显偏小;模式预报的小雨及以下量级的降水范围较实况偏大,对大雨以上量级的降水范围较实况明显偏小。对于四川盆地而言,预报的切变线较零场偏西0.5°～3°。低空急流预报偏西0.5°～1.5°;低空急流强度预报偏差具有季节差异。     

改进的经验正交函数分析方法及其效果验证

基于中国站点网气候资料,简要介绍了经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)与改进的经验正交函数(adjusted EOF,AEOF)分析方法的关系,给出了验证其分析效果的方案;并将EOF、AEOF分析方法应用于中国160站60 a(1951—2010年)夏季气温距平场序列的分析。结果表明:AEOF分析方法前6个模态的模方拟合率和累积模方拟合率均高于EOF分析方法的相应量;AEOF分析方法前3个模态的典型场对夏季气温距平场序列的模方场的拟合效果明显优于EOF分析方法。由此论证了EOF分析方法中资料均匀化订正的必要性,验证了实际分析中AEOF分析方法的较优效果。     

基于贝叶斯方案的雷达反射率反演水汽及其同化试验

雷达资料是目前为数不多有能力为高分辨率预报模式提供高分辨率信息资料的资料之一。为充分利用该资料所包含的中小尺度信息,文中基于雷达反射率,利用贝叶斯方法反演出大气相对湿度;将质控后的资料引入3Dvar系统进行同化分析,为高分辨率模式提供初值场。以台风“妮妲”登陆为例,通过一维反演及三维变分系统分析,有效地订正了实况有回波而模式预报无回波区域的大气湿度趋于合理,增加背景场的湿度,减小模拟回波比观测偏强的区域的大气湿度;同化大气湿度后模式在前6小时报出的台风外围回波分布、演变更合理,改进了降水雨带的分布与强度。1个月的批量试验反映1D+3Dvar同化雷达资料后,大气对流层中低层（850~400 hPa）增湿明显,其增湿影响程度可延续12小时以上。其逐时降水预报在前12小时的TS均比控制试验高,而大于5 mm以上降水预报偏差则与控制试验的大略一致或更接近1。      

自动气象站温湿度传感器更换的影响评估

选取湖北省自动观测记录较长的38个站作为被检站,每个被检站选取3个邻近站,统计相对湿度、水汽压序列与邻近站的相关系数、平均值及方差变化情况,分析由人工观测改变为自动气象站观测后,两者存在的差异,并对其中4个国家基准气候站2003—2011年自动观测和同期人工观测进行对比,得到这4个站9年内每次更换温湿度传感器对相对湿度、水汽压记录的影响情况。结果表明:对比自动观测与人工观测两个序列,被检站与对应邻近站的相对湿度、水汽压的相关系数呈减小趋势,两种观测差值的平均值和方差差异显著;温湿度传感器的更换易产生相对湿度和水汽压记录的跳变;温湿度传感器的检定示值误差是加剧自动观测与人工观测序列显著差异的重要因素;改进观测方法,完善自动气象站检定规程,是自动观测与人工观测序列均一性的重要保证。     

数值模拟方法验证光透法监测流体饱和度的有效性:以非均质孔隙介质中的水/气两相流为例

光透法作为一种安全经济的非侵入监测方法广泛应用于室内砂箱多相流实验中,但该方法在局部空间点上结果的可 靠性尚缺乏验证。鉴于当前难以采用实验手段直接进行局部监测点取样验证光透法结果,本文以非均质孔隙介质中的水/气 两相流为例,基于砂箱实验开展了数值模拟研究以进行论证。研究表明：（1） 模拟结果中气体在非均质含水层中的迁移规 律、展布形态和饱和度分布总体上再现了光透法的测量结果。（2） 数值模拟和光透法得到的6个局部点饱和度数据在各时 刻均拟合较好。同时选取12个时刻共5316个监测点的饱和度数据进行分析,其决定系数达0.94,这表明模拟结果从统计 角度较好地验证了光透法在局部点监测上的有效性,两者间的差异主要由人工填砂导致的介质“不均匀”引起。（3） 气体 总量方面,实测排水值、模拟结果与光透法计算结果均拟合较好。因此数值模拟结果系统地验证了光透法监测流体饱和度 的有效性。     

藏北高原夏季典型天气大气边界层特征分析

利用加密探空资料,分析了藏北高原那曲和安多地区夏季典型晴天与阴天边界层风速、位温与比湿时空分布及变化特征.结果发现:在夏季8月,上述地区东西分量风速(切变)晴天均比阴天小,安多地区盛行偏西风,那曲地区盛行偏东风;南北分量风速(切变)晴天比阴天大.边界层晴天和阴天白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征明显,阴天稳定边界层的厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低;比湿夜间比白天大,阴天比晴天大.在安多地区和那曲地区都出现了逆湿现象,强逆湿主要出现在午夜或正午.     

淮河流域蒸发皿蒸发量变化分析

在气候变化背景下,许多地区蒸发皿蒸发量出现持续减少现象。淮河流域是中国南北方气候分界线,研究蒸发问题对认识淮河流域水分循环和水资源状况有重要作用。利用淮河流域实测蒸发皿蒸发量、气温、降水等7种气象要素、英国CRU月平均云量资料和NCEP/NCAR的再分析资料,分析了淮河流域近50年来蒸发皿蒸发量的变化及其原因。结果表明,淮河流域蒸发皿蒸发量存在显著的下降趋势。在一年的四季中,春夏季节蒸发量最大,下降趋势最强;淮河流域北部和西部蒸发量最大,下降趋势最强。究其原因,蒸发皿蒸发量下降与下垫面风速和日照时数减少、相对湿度和降水量增多有关;大气对流层相对湿度和比湿的增加致使地面相对湿度增大,天空云量和降水量增多,从而减弱了太阳辐射的强度,缩短了日照时间,结果使蒸发皿蒸发量下降。     

五氟化溴法测定硅酸盐及氧化物矿物氧同位素组成的影响因素研究

应用五氟化溴法(BrF5)测定硅酸盐及氧化物矿物的氧同位素组成,试剂纯化、样品预处理、环境湿度、反应器洁净程度以及实验质量控制是影响该法准确度的主要因素。为确定BrF5法最佳实验条件,提高分析精度,本文以国家标准物质为参考,对硅酸盐及氧化物矿物在不同焙烧温度下的氧同位素组成进行分析,并对实验环境湿度和反应器洁净程度对分析数据质量的影响进行了系统研究。实验确定了焙烧温度设置为650～750℃,可去除硅酸盐全岩样品中的炭质成分,避免了温度因素引起的同位素分馏;将实验环境相对湿度降低至50%RH,并在0. 5min内完成样品装填,可解决由于水汽造成δ18O值明显偏低的突出问题;对于新使用的反应器,或反应器在使用中有黄色物质脱落、内壁受到污染,及时进行氟化处理和清洗,可避免因氧气产率降低所引起的氧同位素分馏;反应器交替进行样品和标准物质CO2试样的制备,可对样品同位素数据的可靠性进行监测。对国家标准GBW04409的氧同位素组成进行测试,δ18O测试结果与推荐值一致,分析精度优于0. 1‰。以上途径有效控制了氧同位素分馏,提高了BrF5氧同位素分析方法的适用性。     

塔克拉玛干地区气候变化对全球变暖的响应

从地面水汽压(大气含水量)、平均风速、湿润指数、相对湿度和气压的角度分析在全球变暖的情况下,塔克拉玛干地区气候的年和季节变化特征,结果表明:①年和四季平均风速呈阶梯式下降趋势,具有显著减小的线性趋势,并于1973年发生了由大到小的突变。②夏、秋、冬季和年地面水汽压(大气含水量)自20世纪80年代以来呈较大幅度波动式上升,具有显著的线性增加趋势。夏、秋季地面水汽压于1969年和1973年发生了由少到多的突变。秋、冬季大气含水量的显著增加并没有导致降水量的增加,降水量的变化不能充分反映大气含水量的变化。③夏季湿润指数有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,而降水量夏季和年有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,说明综合反映气候干湿变化的湿润指数变化与单用降水量表示的气候干湿变化不完全一致。④夏、秋季和年相对湿度呈波动式上升趋势,夏季和年相对湿度分别于1970年和1974年发生了由低到高的突变。⑤年和四季的平均气压40a来无变化。     

两次高压电线积冰过程气象成因分析

对2008年2月25—26日和2009年1月5—9日湖北省500 kV高压输电线路张恩1回线307号杆塔采集到的两次积冰过程进行分析,结果表明:两次积冰过程具有相似的环流形势即500 hPa中高纬为两槽一脊。低纬度地区有短波槽活动,700 hPa低空急流明显,地面处于冷锋前。低空急流、地面冷锋均有利于冰冻雨雪天气发生,且积冰过程中均有良好的温湿条件,并都伴有降水发生,这些条件都为积冰形成提供了良好的动力及热力条件。而2008年积冰过程大气温度垂直结构存在暖层,是造成两次过程形成机制不同的原因之一。