2007—2010年北京自动站浓雾特征分析与临近预报初探

为探索北京地区浓雾天气特征和临近预报方法,分析了北京2007-2010年18个道面自动站能见度1000 m以下的天气资料.结果表明:①浓雾具有明显的日变化和年变化.05:00-09:00是高发时段,12:00-18:00是低发时段.全年浓雾主要集中在9-12月,6、7月最少.②空间分布上,呈现“东南多,城区少”的特征,统计80％以上的浓雾都发生在大兴和通州.③浓雾变化具有突发性和象鼻形先期振荡的特征.④浓雾能见度变化与气象要素变化关系密切.偏南风和偏东风最有利于浓雾生成发展,西北风最有利于浓雾的消散.风速减小,气温下降,湿度增大,能见度降低,浓雾生成和发展;风速增大,气温升高,湿度减小,能见度上升,浓雾减弱消散,但湿度的减小滞后于能见度的上升.浓雾维持阶段,要素变化都很小.     

基于实时精密单点定位技术的暴雨短临预报

提出了一种将实时精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术用于暴雨短临预报的新方法.该方法首先基于GPS连续运行参考站网(Continuously Operating Reference Stations, CORS)实时估计的精密卫星钟差完成PPP解算,再以实时获取的对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay, ZTD)及其增量变化为依据进行暴雨短临预报.研究结果表明:一般雷暴天气来临之前的2~6 h,ZTD增量表现为先后突破±5 mm/5 min,且后续记录到的实际降水量大小与ZTD维持在高水平阶段的时间长短有较好的对应关系;就热带气旋而言,在强风作用下,ZTD增量变化表现的异常活跃和复杂,规律性较弱,但对短临预报强降雨仍有一定的指示作用.     

风廓线雷达资料在强降水预报中的应用

利用高分辨率风廓线雷达资料和自动站逐时降水资料,详细分析了云南省大理州2008年6月的两次大气环流背景较为相似,但降雨强度和范围却不同的强降水天气过程。在天气转折前,两次过程测站上空的垂直速度和信噪比的变化较相似,但有量值差异大、水平风垂直切变明显不同等特点。揭示了两次强对流天气在高层大气环流背景较为相似的情况下,因低层空间气流变化的剧烈和复杂程度不同而降水分布和降水特点不同的客观事实,并找出了强降水预报着眼点和定性指标。     

Comparing quantitative precipitation forecast methods for prediction of sewer flows in a small urban area

Abstract

Due to the relatively small spatial scale, as well as rapid response, of urban drainage systems, the use of quantitative rainfall forecasts for providing quantitative flow and depth predictions is a challenging task. Such predictions are important when consideration is given to urban pluvial flooding and receiving water quality, and it is worthwhile to investigate the potential for improved forecasting. In this study, three quantitative precipitation forecast methods of increasing complexity were compared and used to create quantitative forecasts of sewer flows 0–3 h ahead in the centre of a small town in the north of England. The HyRaTrac radar nowcast model was employed, as well as two different versions of the more complex STEPS model. The STEPS model was used as a deterministic nowcasting system, and was also blended with the Numerical Weather Prediction (NWP) model MM5 to investigate the potential of increasing forecast lead-times (LTs) using high-resolution NWP. Predictive LTs between 15 and 90 min gave acceptable results, but were a function of the event type. It was concluded that higher resolution rainfall estimation as well as nowcasts are needed for prediction of both local pluvial flooding and combined sewer overflow spill events.

Editor D. Koutsoyiannis; Guest editor R.J. Moore     

多普勒雷达径向散度与强对流回波变化特征分析

运用多普勒雷达的径向速度资料,采用极坐标散度差分公式计算对流回波单体的径向散度值,利用回波辐合总量及辐合中心值与反射率因子、垂直累积液态含水量及中心值进行对比分析。结果表明：回波的强中心与低层径向辐合中心对应;低层径向辐合有利于回波维持或加强;径向辐合中心值的变化对未来回波强度变化有一定的指示意义,对于强对流回波的指示意义更为明显。经过对两次冰雹天气过程的应用检验,结果证明,低层径向辐合对强对流灾害性天气的临近预报有一定的指导作用。     

U-Net模型在京津冀临近降水预报中的应用和检验评估

利用2018—2019年期间10 min定量降水估计(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)实况观测,构建基于U-Net的分钟级临近降水预报模型,实现了京津冀地区未来0～2 h逐10 min降水量滚动预报。以TS、BIAS、POD、SR、FAR作为评价指标,通过检验2020和2021年6—9月长序列以及分析2020年8月12日和2021年7月1日两次强降水个例,表明U-Net模型预报接近实况,局部伴随着一定程度的空报,相较光流法、持续性预报及CMA-MESO模式预报效果有明显提升。具体表现为：当分钟级降水预报不超过10 mm/(10 min)时,U-Net模型明显优于光流法和持续性预报;当小时预报不超过25 mm·h^-1,U-Net模型优于CMA-MESO模式和光流法。然而,当降水强度超过10 mm/(10 min)或25 mm·h^-1时,U-Net模型存在预报偏弱的情况,可能与强降水样本较少有关。     

垂直积分液态水含量在地面大风预报中的应用

利用天津塘沽的CINRAD-SA型新一代多普勒雷达体扫描垂直积分液态水含量(VIL)产品资料,结合地面大风灾情报告和实况资料,对地面灾害性大风出现前VIL值的演变、发展情况进行了统计分析。结果表明:VIL值达到30kg/m2是地面灾害性大风出现的阈值,VIL值达到或超过40kg/m2则可以看作是大风的一个预警指标;VIL值达到最大后的快速减小意味着将出现地面灾害性大风,VIL值快速减小后的突然跃增则是地面灾害性大风开始的标志。应用评分系统命中率、误警率、临界成功指数检验了上述预警指标,结果表明VIL产品预警地面灾害性大风是可用的,而且随时间调整阈值大小,可以大大提高地面灾害性大风预警的命中率和临界成功指数;地面灾害大风出现前预报员有12～18min的时间用于发布短时、临界大风天气预报和大风预警。     

Application of Radar Reflectivity Factor in Initializing Cloud-Resolving Mesoscale Model. Part Ⅰ: Retrieval of Microphysical Elements and Vertical Velocity

Assuming that cloud reaches static state in the warm microphysical processes, water vapor mixing ratio(qv), cloud water mixing ratio (qc), and vertical velocity (w) can be calculated from rain water mixing ratio (qr)- Through relation of Z-qr, qr can be retrieved by radar reflectivity factor (Z). Retrieval results indicate that the distributions of mixing ratios of vapor, cloud, rain, and vertical velocity are consistent with radar images, and the three-dimensional spatial structure of the convective cloud is presented. Treating q,v saturated at the echo area, the retrieved qr is about 0.1 g kg-1, qc is always less than 0.3 g kg-1, w is usually below 0.5 m s-1, and rain droplet terminal velocity (vr) is around 5.0 m s-1 in the place where radar reflectivity factor is about 25 dBz; in the place where echo is 45 dBz, the retrieved qr and qc are always about 3.0 g kg-1, w is greater than 5.0 m s-1, and vr is around 7.0 m s-1. In the vertical, the maximum updraft velocity is greater than 3.0 m s-1 at the height of around 5.0 kin, the maximum cloud water content is about 3.0 g kg-1 above 5 km and the maximum rain water content is about 3.0 g kg-1 below 6 kin. Due to the assumption that the cloud is in static state, there will be some errors in the retrieved variables within the clouds which axe rapidly growing or dying-out, and in such cases, more sophisticated radar data control technique will help to improve the retrieval results.     

短时强降水的多尺度分析及临近预警

利用安徽省1995—2010年逐小时降水量资料,统计了不同强度的短时强降水的时空分布特征,并分析典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立了短时强降水的三种概念模型,总结出有利于其发生的大尺度影响系统。通过分析物理量得知,短时强降水发生时大气水汽充沛、湿层深厚,厚的暖云层保证了云粒子在降水系统的下沉气流里较少的被蒸发,而中等强度的对流有效位能和高的KI指数值有利于高降水效率的产生。短时强降水的雷达反射率因子有"低质心结构"和"高质心结构"两种结构特征。而径向速度场上的中小尺度风速切变、辐合、气旋式辐合则是强降水回波在某地维持和发展的重要原因。强降水发生前半小时边界层急流显著增强,也是短时强降水临近预警的一个重要指标。     

利用亮温资料建立降水临近预报方法的研究

通过对太湖地区2009年1—4月TP/WVP-3000型微波辐射计的亮温连续观测资料进行分析,建立降水临近预报方法。结果表明,降水开始前4 h,微波辐射计有7个通道的1级亮温资料存在明显的增长趋势。利用降水个例与无降水个例亮温差值最大、降水个例与无降水个例亮温标准偏差差值最大两个标准,选择合适的通道进行降水临近预报。通过计算得到,第1通道的亮温差值最大,而第5、6通道的亮温标准偏差差值最大,因此可分别将第1、第5和第6通道的亮温观测值作为预报因子。根据判别分析方法,分别在降雨前15 min及前30~330 min(时间间隔为30 min)建立12个预报方程,并通过自身验证对每个时间点预报的准确率进行检验,最后选择降雨前90 min的判别方程用于预报,其预报准确率为87%,空报率为24%,漏报率为13%。