WRF模式中不同土地利用数据对新疆一次高温天气模拟的影响

本研究在WRF(v3.8.1)中分别使用MODIS 21类和USGS 24类土地利用类型数据,模拟了新疆2017年7月9日的极端高温天气,并在对模拟温度进行了高度订正的基础上,对比了两种土地利用数据对2 m温度预报的影响。结果表明:(1)MODIS和USGS在新疆地区的土地利用差异主要在阿尔泰山、天山以及南疆西部的昆仑山北部海拔3000 m以上的高山带,相应地,使用USGS模拟的这些高山带2 m气温明显高于使用MODIS的模拟值,最高偏高12 K左右,是全疆范围内两者偏差的极大值。(2)就新疆区域而言,使用USGS模拟的2 m气温整体优于使用MODIS的模拟值,且USGS模拟的2 m温度整体低于MODIS模拟的2 m温度。两者与实况的偏差多在2 K以内。(3)在伊犁河谷,MODIS土地利用类型主要为"旱地/草地",USGS为"草地"和"农田/林地马赛克"。伊犁河谷代表站点2 m温度模拟多以高温偏低、低温偏高为主。(4)与MODIS相比,USGS中哈密地区"农田/林地马赛克"所占比重明显增大。哈密地区多数代表站点高、低温均以偏低为主。(5)站点温度的高度订正多以调低为主,调低幅度最大值为1.9 K,出现在伊犁河谷的尼勒克站。站点2 m温度的调整幅度整体上明显大于MODIS和USGS模拟2 m温度的差值,由此可见温度高度订正的必要性。     

HYSPLIT模式轨迹计算误差分析

基于NCEP 1°×1°再分析资料GDAS和NCEP2.5°×2.5°再分析资料GBL,利用美国NOAA 空气资源实验室ARL研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式HYSPLIT,对2010年3月12日12时和田站距地100 m高度空气质点的3 d前向轨迹进行了模拟,分析了轨迹计算中的积分误差和分辨率误差.此次轨迹模拟试验中,积分误差对轨迹计算误差的贡献很小.随着积分时间的延长,积分误差略有增大.积分误差并未随着驱动数据分辨率的提高而减小.分辨率误差在积分的各个时刻并不相同,它与地形高度与天气系统有关.在轨迹模式中,轨迹计算基于风速在时间和空间上的线性插值,轨迹模拟的不确定性也与插值有关.使用不同分辨率的驱动数据对轨迹计算结果影响显著,分辨率误差对轨迹计算误差的贡献远大于积分过程中截断近似等带来的积分误差.     

新疆河流年径流量对夏季0C层高度变化的响应

According to climate features and river runoff conditions, Xinjiang could be divided into three research areas: The Altay-Tacheng region, the Tianshan Mountain region and the northern slope of the Kunlun Mountains. Utilizing daily observations from 12 sounding stations and the annual runoff dataset from 34 hydrographical stations in Xinjiang for the period 1960-2002, the variance of the summertime 0℃ level height and the changing trends of river runoff are analyzed both qualitatively and quantitatively, through trend contrast of curves processed by a 5-point smoothing procedure and linear correlation. The variance of the summertime 0℃ level height in Xinjiang correlates well with that of the annual river runoff,especially since the early 1990s, but it differs from region to region, with both the average height of the 0℃ level and runoff quantity significantly increasing over time in the Altay-Tacheng and Tianshan Mountain regions but decreasing on the northern slope of the Kunlun Mountains. The correlation holds for the whole of Xinjiang as well as the three individual regions, with a 0.01 significance level. This indicates that in recent years, climate change in Xinjiang has affected not only the surface layer but also the upper levels of the atmosphere, and this raising and lowering of the summertime 0℃ level has a direct impact on the warming and wetting process in Xinjiang and the amount of river runoff. Warming due to climate change increases the height of the 0℃ level, but also speeds up, ice-snow melting in mountain regions, which in turn increases river runoff, leading to a season of plentiful water instead of the more normal low flow period.     

新疆新一代区域数值预报业务系统客观检验分析

运用MET检验工具,对新一代乌鲁木齐区域数值预报业务系统(RMAPS-CA)和目前业务运行系统(DOGRAFS)各季节业务模式预报性能进行对比检验分析.结果表明,相较于DOGRAFS系统,RMAPS-CA系统具有更高的空间分辨率和预报检验评分,预报能力明显提高.具体表现为:(1)对于高空要素预报,RMAPS-CA系统温...     

乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统V2.0 预报性能客观检验

数值预报系统检验结果对预报产品的释用和系统的改进有着重要的作用。基于MET（Model Evaluation Tools）检验工具对乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统V2.0 (Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System—Central Asia V2.0,简称RMAPS-CA V2.0）在2021年各季节中的预报性能进行客观检验评估,主要检验了2m温度、10m风速、高空位势高度等要素,并与RMAPS-CA V1.0同期预报性能进行对比分析。（1）2m温度预报偏差在冬季和春季整体为负偏差,在夏季和秋季整体为正偏差;各个季节的平均预报偏差均在2℃以内,预报性能秋季最优,冬季最差。各个季节10m风速预报整体为正偏差且差异不大,平均误差在0.5-1.0 m/s之间,预报性能秋季最优,春季最差。（2）高空位势高度预报偏差在冬季整体为负偏差,在其余季节整体为正偏差,预报性能冬季最优,春季最差。高空风场预报偏差在冬季和春季400hPa以下为正偏差,400hPa以上为负偏差;夏季和秋季整体为负偏差,预报性能春季最优、夏季最差。高空温度场预报偏差在冬季整体为负偏差,其余季节整体为正偏差,预报性能春季最优、夏季最差。（3）降水晴雨预报效果较好,但除夏季外以空报为主;随降水阈值增大、TS评分减小,多以漏报为主,降水评分在冬季最高、夏季最低。从降水个例检验看,24h累计降水为大量和中量的国家站点预报性能有所提升,逐6h累计降水TS评分略有提升。（4）RMAPS-CA V2.0系统各要素预报偏差的变化特征与RMAPS-CA V1.0相似,预报能力整体上要优于RMAPS-CA V1.0。     

MP-3000A微波辐射计探测原理及误差分析

MP-3000A微波辐射计是一种新型35通道微波辐射计。相对于探空和GPS水汽探测,它可以连续得到从地面到10km高度上高分辨率的温度、相对湿度和水汽廓线以及较低分辨率的液态水廓线。廓线从0m～10km共58个数据层,利用探测区域的历史探空资料和神经网络算法正向模拟微波辐射量,从而得出温湿廓线。本文介绍了MP-3000A微波辐射计的主要功能、工作原理和误差来源。     

2016年夏季DOGRAFS系统站点24h降水量级预报检验

随着精细化降水预报的要求和发展,模式对站点定量降水预报已成为天气预报业务的主要参考依据之一。本文对乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS v1.0在2016年夏季全疆105个站点的24h累积降水量的预报性能进行统计检验。结果表明：(1)除山区外,全疆晴天预报准确率达到85%以上,其中南疆盆地、吐鄯托盆地晴天预报准确率达到95%以上。(2)对于小雨出现较多的站点,预报准确率达到55%以上、部分站点达到70%,同时上述区域存在15%左右的报强率;对于降水较少的南疆盆地和吐鄯托盆地整体以漏报为主,漏报率在80%以上。(3)北疆大部分地区和南疆西部山区的中雨预报准确率整体在30%左右;中雨日数较多的中天山及其两侧预报准确率约60%,该区域也存在20%左右的报强率;其他地区预报降水较实况以偏弱为主。(4)大雨及以上量级降水,模式预报整体表现为偏弱,对于大降水出现较多的地区预报平均准确率为25-30%。     

夏季区域极涡异常对塔里木河流域降水的影响

采用1961-2015年夏季大西洋-欧洲极涡面积指数和塔里木河流域43个站降水资料,研究该区域极涡面积异常对该流域降水的影响。结果表明:两者年际变化呈显著的反位相关系;在极涡面积异常偏小（大）年,西风急流在西亚和中亚减弱（增强）,在东亚则相反;500 hPa欧洲中部和贝加尔湖地区的高压脊偏强（偏弱）,东亚低压槽偏弱（偏强）,中亚经向环流增强（减弱）;700 hPa塔里木河流域天气扰动活跃（不活跃）,东风和西南风（西北风）的水汽输送增强,西部和北部等主要降水区水汽辐合（辐散）,该流域降水偏多（偏少）。在极涡面积异常偏小年的夏季,塔里木河流域水平风场和垂直运动从高纬度到低纬度的经向变化分布与大西洋-欧洲区相似,大西洋-欧洲极涡区与塔里木河流域之间存在西北-东南的环流异常分布,大西洋-欧洲极涡面积异常可能通过该环流异常分布影响塔里木河流域及周边风场、水汽输送和垂直运动,进而影响到该流域降水。     

FY-3C MWHS-Ⅱ辐射亮温在RMAPS-CA中的同化

中亚地区常规气象观测稀疏,同化极轨卫星FY-3C上的微波湿度探测器-Ⅱ(MWHS-Ⅱ)辐射率资料可有效减小该地区数值预报初始场的不确定性。本研究首次在中亚快速更新多尺度资料分析和预报系统RMAPS-CA中同化了FY-3C/MWHS-Ⅱ辐射率,评估了其同化效果。研究发现：（1）单个时次冷启动的同化时间窗口内,仅约有56%的辐射率资料通过了质量控制并被RMAPS-CA同化。（2）偏差订正整体减小了各水汽通道的背景场辐射亮温偏差,最大减幅出现在通道14,达0.5 K。通道14偏差订正前的观测辐射亮温和背景场辐射亮温间存在较大偏差,是其同化应用中需要特别注意的。（3）FY-3C/MWHS-Ⅱ辐射率同化整体提高了RMAPS-CA系统对高空温度、位势高度、高空风速等的中短期预报准确率。同时,使得2米温度和10米风速的预报准确率预报均方根误差分别平均减小了0.2 K和2 m/s。其同化有效降低了小雨预报的漏报率和空报率,小雨预报的TS评分提升了16%。降低了中雨和大雨预报的漏报率,三个量级降水预报的BIAS评分分别提升了18%、38%和36%。     

夏半年新疆K指数特征及其在短时强降水预报中的应用

利用1989－2018年4－9月高空探测和常规地面观测资料,计算新疆12个探空站的K指数气候平均值,采用线性趋势法、Mann－Kendall趋势检验法、R/S分析法等,分析新疆夏半年K指数时空分布特征,归纳其在新疆短时强降水中的预警阈值。结果表明：（1）新疆K指数总体上呈西高东低分布,西部大气比同纬度其它地区更不稳定;（2）08时和20时的K指数趋势特征基本相同,年平均值波动幅度较大,月平均值4月最小,7月最大;（3）近30a克拉玛依、乌鲁木齐、库车、库尔勒站大气不稳定性呈增大趋势,其余站均趋于稳定;（4）短时强降水前K指数均大于20℃,但月变化差异明显,随着月份的递进K指数呈先增大后逐渐减小的趋势;（5）以25%百分位作为短时强降水预报的预警阈值参考,4月的K指数阈值最小,为23.3 ℃,5、6、9月较为接近,在27 ℃左右,7－8月最大,在29 ℃左右,北疆各站点发生短时强降水的K指数阈值区间为：25.8～30.4 ℃,南疆为28.5～32.0 ℃,东疆哈密为29.5 ℃。