ERA5资料在蓟州复杂地形下的检验与应用

以复杂地形的天津蓟州为例,通过对比距离蓟州最近的大兴探空站资料与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料的差异,对基于ERA5资料生成的强对流指数在蓟州的适用性进行检验和评估。结果表明:(1)ERA5资料与大兴探空站探测的位势高度、气温和风速在对流层高度吻合,说明ERA5资料能够描述蓟州高空气象条件,且对低空的表现能力比高空准确,各要素中大气湿度的表现相对较差;(2)基于ERA5生成的对流指数中,与强对流天气密切相关的对流有效位能(convective available potential energy, CAPE)、K指数、沙瓦特指数(Showalter index, SI)和大气可降水量(precipitable water, PW)与大兴探空站对应参数的相关系数分别达到0.66、0.90、0.93和0.99,表明利用ERA5构建的对流指数能够揭示大气不稳定层结条件;(3)ERA5对流指数变化与蓟州降水过程相对应,ERA5能够反映天气的变化和发展,为强对流潜势分析提供参考。

用逐步趋近法确定台州金桂开花日最高气温低温预报指标

桂花作为台州市市花,观赏和采摘需要进行开花始期预报。利用2006-2023年台州金桂开花期和日最高气温数据,用逐步趋近法确定金桂开花前低温日指标,按照低温日指标统计低温过程,对第1批次开花前的多个低温过程进行全排列组合,计算第1批次开花始期与各组合低温过程开始日的相关系数,找出相关最显著的低温过程组合确定为有效低温过程,对比有效低温过程和无效低温过程,确定低温过程有效性指标。分析结果表明:(1)台州金桂开花前低温日指标为日最高气温<24.4℃。(2)有效低温过程分为2类:第1类低温过程中连续低温日数≥2天;第2类低温过程中最长连续低温日数=1天,低温过程后1日最高气温≤27.3℃,且前1日最高气温≤28.8℃。(3)无效低温过程分类指标:低温过程中最长连续低温日数=1天,低温过程后1日最高气温≥27.5℃,或者前1日最高气温≥29.9℃。(4)第1个有效低温过程后6-9 d金桂出现第1批次开花始期,金桂各批次开花始期与有效低温过程开始日为极显著正相关。

全球地面天气报资料质量控制和数据集特征分析

在参考借鉴国内外质量控制的先进方法和技术的基础上，结合全球地面天气报资料的实际情况，阐述了全球地面天气报历史资料质量控制的方法以及质检码综合决策算法的原理。通过对“全球地面天气报质量控制数据集”(1980～2002年)中的270个数据文件进行全面的测试，分析了数据集的主要技术特征。

NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较

美国国家环境预报中心 (NCEP)和国家大气中心 (NCAR)的全球再分析资料 ,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料 ,并用来检验模拟结果的。作者通过对NCEP的 2种再分析资料NCEPI和NCEPII与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值 ,分析和比较了NCEPI、NCEPII再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及 2种再分析资料之间的差异。从结果可以看到 ,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低 ,而月降水总量较观测值则偏高 ;就季节变化而言 ,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好 ,冬季较差。同时可以看到 ,在温度和降水方面NCEPII较NCEPI都有所改进 ,尤其在中国东部地区 ,改进较为明显。

区域海气耦合模式对黄渤海周边近地层温湿预报的性能研究

相对中国其他海域,三面环陆的黄渤海区域海洋与中纬度大气间的相互作用有其独特性,在该区域开展海气耦合模式对气象要素的影响研究十分必要。本文基于大气和海洋的全球预报和再分析资料,利用高分辨率区域海气耦合模式(简称耦合模式)和非耦合模式,开展数值模拟试验。并根据国家地面常规气象观测站和埕北石油A平台实况观测资料,对比分析了2020年6月两种模式对近地层大气温湿要素预报结果,并结合海温、海气热通量变化和风场调整情况,分析了海气双向耦合过程对近地层温湿要素预报影响的原因。结果表明:耦合模式对近地层的湿度要素预报改进较大,以增湿效应为主;海气双向耦合对温湿要素的影响范围可扩展至黄渤海周边省市全域,可提升耦合模式对黄渤海周边区域近地层湿度和白天温度的预报效果;湿度对海气双向耦合的响应速度明显快于温度,说明耦合模式先改进了近地层湿度预报效果;耦合模式海表向上的潜热通量增加是近地层温湿要素预报改进的主要原因。

新疆阿勒泰地区汛期降水集中度和集中期的时空变化特征

利用新疆阿勒泰地区7个台站1961-2007年5-9月(第25-54候)逐侯降水资料,分别讨论全区和各站汛期降水集中度和集中期在时间和空间上的分布特征和变化规律。结果表明:降水集中度(PCD)和集中期(PCP)能够定量表征降水量在时空场上的非均一性。阿勒泰全区汛期降水平均集中度为0.205,平均集中期为第38.12侯。平均集中度空间分布不均匀,东部比西部大;平均集中期基本一致,阿勒泰、福海站比其它站略偏晚。利用Morlet小波变换求出阿勒泰全区及各站PCD和PCP的变化周期,周期在空间分布上表现出较大的地域差异。通过降水距平与集中度和集中期的相关合成分析表明,大部分站的集中度和集中期与汛期降水距平呈负相关;多水年的集中度比少水年小,多水年的集中期比少水年早,但空间分布存在相同和不同之处。

黑河流域大气资料尺度转换的对比分析

尺度转换是解决尺度差异问题的有效方法之一。尺度转换统计模式的可靠性和正确性如何,在很大程度上取决于建立统计模式时所用的实际气象资料的处理,尤其在下垫面分布极不均匀地区。本文研究了黑河流域这一复杂下垫面条件下的大气资料的尺度转换问题,对比分析了由NCEP再分析资料直接内插到较小尺度而得到的局地气候变化与由尺度转换统计模式,经过客观分析所得到的局地气候变化。结果表明,直接插值所得的细网格值只能用于对平坦地区的温、湿状况的描述,而对较高山区的区域特征描述不够;进行观测资料的客观分析可以更准确地反映黑河流域复杂下垫面背景下近地层大气要素场的变化。研究表明,客观分析过程是尺度转换过程的重要环节。

基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较

如何把离散的气象台站资料通过合适的空间内插方法转变成规则的网格数据 ,对于气候变化分析和模拟研究具有重要的意义。作者利用中国区域 1 60个常用台站 1 0年降水观测资料为例 ,分别采用克里格 (Kriging)插值、反距离加权、Delaunay三角剖分线性插值、双谐样条 (BiharmonicSpline)插值和Cressman客观分析等几种常见的空间内插方法 ,较为系统地分析和比较了这几种内插方法插值结果之间的异同 ,对其优缺点和适用范围进行了适当讨论 ,并采用不同的网格分辨率和影响半径对Cressman客观分析方法做了进一步分析比较。结果表明 :在台站分布密集的区域不同空间内插方法之间差异较小 ,在台站分布稀疏的区域则差异较大 ;与更加密集的台站观测资料的比较显示 ,自动调节影响半径的Cressman客观分析方法与双谐样条插值方法误差相对较小。

中国区域ERA-40、NCEP-2再分析资料与观测资料的初步比较与分析

再分析资料在气候变化研究中有着广泛的应用,但是再分析资料在不同时空尺度上的可信度能够影响到研究结果。作者就中国区域的月平均地表(2 m)气温和降水两种基本气候变量在空间分布及其变化趋势上对ERA-40和NCEP-2与观测资料之间的差异做了一些比较和分析,对两套再分析资料的可信度进行了初步的检验。结果表明:两套再分析资料基本上都能反映出中国区域的温度场和降水场的时空分布,尽管在中国西部,尤其是青藏高原地区的差异比较较大;再分析资料在东部地区的可信度高于西部,温度场的可信度要高于降水场,ERA-40可信度要高于NCEP-2。

2012年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文对2012年西北太平洋热带气旋定位、路径和强度预报精度进行了评定,结果表明:2012年定位总平均误差23.4 km,与往年相当。国内各综合方法的路径预报平均误差分别为94.3 km(24 h)、168.2 km(48 h)和284.2 km(72 h),中央气象台24 h路径预报准确率相对于2011年有了较大幅度的提高。全球模式的平均距离误差分别为96.8 km(24 h)、177.2 km(48 h)、283.6 km(72 h)、382.3 km(96 h)和583.6 km(120 h),其中部分数值模式预报水平接近主观方法的平均预报水平,但是最优的主观预报具有相对所有数值预报的正技巧,表现出较强的数值预报应用能力。通过对比国际先进数值预报模式的误差表明,国内区域模式的路径预报能力与国外先进模式相比仍有较大差距。4个台风业务中心强度预报的平均绝对误差分别为4.11~4.63 m·s-1(24 h)、6.10~6.90 m·s^(-1)(48 h)和6.84~8.71 m·s^(-1)(72 h)。部分客观强度预报方法表现出一定的系统性偏差。各方法对"海葵"在象山县鹤浦镇的24 h登陆点预报较为成功,而对"苏拉"在台湾花莲的24 h登陆点预报较为失败。

基于智能网格预报的江西暴雨灾害风险预评估研究

利用1951—2022年江西降水实况、逐日智能网格降水预报产品、暴雨灾情损失,地形DEM、河网密度及GDP、人口等数据,分析了江西暴雨灾害风险的主要影响因素,从暴雨灾害致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体易损性三方面,构建了江西暴雨灾害风险评估模型。利用模型对2010—2020年135次暴雨过程灾害风险进行评估检验,结果显示该模型较为合理;对2019年6月6—11日江西暴雨过程进行灾害风险评估,结果显示该过程中吉安北部至赣州东北部、上饶东部为重度到极重度受灾区;再对2022年6月12—15日江西暴雨过程进行灾害风险逐日预评估;两者结果均与灾情实况分布大体一致,总体效果较好。

海南岛气象灾害预警信号时空分布特征

选取2019年1月1日—2022年12月31日海南岛18个市县发布的气象灾害预警信号作为研究对象,分析海南岛气象灾害预警信号发布的时空分布特征,结果表明:海南岛气象灾害预警信号发布次数有逐年增加趋势,发布最频繁的6类灾害性天气预警信号依次为雷电、雷雨大风、高温、暴雨、台风和大雾。暴雨红色预警信号占所有红色预警信号的80.1%;不同类型气象灾害预警信号发布在月尺度、日变化上都有明显差异;在空间分布上,暴雨预警信号发布主要集中在北部、东部地区,台风预警信号发布主要在东部地区,大风预警信号发布主要集中在东部和西部地区,寒冷预警信号发布主要集中在北部、西部和中部山区,高温预警信号发布主要集中在西北地区,大雾预警信号发布主要集中在北部的定安和澄迈县、中西部的琼中、白沙县。

多种降水实况融合产品在四川一次强降水过程中的评估

利用四川省地面观测小时和分钟降水数据,针对2019年发生在四川地区的首场区域性暴雨过程,采用多种评估指标对国家气象信息中心研发的九种降水融合产品进行对比评估。结果表明:四种24h降水融合产品(CMPAS_24h_RT05、CMPAS_24h_NRT05、CMPAS_24h_RT01、CMPAS_24h_NRT01)、四种1h降水融合产品(CMPAS_RT05、CMPAS_NRT05、CMPAS_RT01、CMPAS_NRT01)和一种10min降水融合产品(CMPAS_10MIN05)均能较好的反映强降水落区的时空变化趋势,但降水极大值都较实况有一定的低估。总体而言,降水融合产品的质量较高,对强降水有很好的监测能力,累计降水量与实况相当,1h降水融合产品与实况的相关系数超过0.924,晴雨准确率在94.4%以上,10min降水融合产品与实况相关系数为0.85,两种产品的TS评分都随降水量级的增大而降低。对比而言,1km产品优于5km产品,近实时产品优于实时产品,1h产品优于10min产品。1h融合产品的降水合计与24h融合产品降水量一致,10min和1h降水存在不一致的问题,但二者差异不大。

实时航空气象信息监视平台的设计与实现

以民航气象数据库、AWOS行标9文件库、气象信息服务文件数据池为基础,采用B/S架构,基于ASP.NET Core,利用FineUI Core、ECharts等框架构建了集成自动观测数据展示、跑道风切变告警、区域机场实时天气告警及未来6 h气象条件预警、预警预报数据显示、卫星云图显示等功能为一体的实时航空气象信息监控平台。平台提供了航空运行中各类重要气象数据的计算和显示,能够简单、及时地为航空用户提供气象信息监视和告警服务,使用户实时了解区域机场当前及未来的天气条件,可为航空运行战术和预战术决策提供专业、可靠的航空气象数据支撑。

利用经验正交函数绘制低频天气图的研究

根据NCEP/NCAR1再分析资料及GFS模式资料,利用经验正交函数分解及Morlet小波变换方法,制作EOF低频天气图。与Butterworth滤波方法提前设定低频周期不同,该方法遵从大气自身的时-频变化特征,能够及时调整显著周期,提取研究时段的主要低频振荡。跟踪分析表明:EOF低频天气图上的低频系统的准周期性和准定常性都较为稳定,能够反映大气环流的主要特性。比较而言,在EOF低频天气图上,中低纬地区的主要低频系统的位置及气流的辐合区更接近实际大气的主要特征。而Butterworth低频图对中高纬低频系统的刻画能力更强。可综合两种低频图的特点加以利用。另外,利用GFS模式的预报场获取未来1~10 d的EOF低频预报图,将其用于延伸期预报,可增长低频天气图方法的预报时效。

低频天气图方法在四川盆地夏季延伸期强降水预报中的应用

利用四川盆地2008~2013年夏季降水量资料以及500h Pa风场资料,基于低频天气图方法,通过分析影响四川盆地强降水过程的500h Pa低频天气系统的活动规律,对强降水时段对应的低频风序列做经验正交分解,分析低频系统的主要空间分布型及其流场配置。统计降水时段对应的低频系统空间位置、分布及持续出现频数,划分出与预测区域降水过程密切关联的8个低频关键区,主要包括中低纬的西太平洋副热带高压及台风的主要活动区（1）、南海附近地区（2）、阿拉伯海和孟加拉湾附近地区（3）,中高纬的蒙古至河套附近地区（5）和青藏高原及其以北的低频系统集中区域（6）这五个活跃关键区。计算各关键区低频系统历史周期发现低纬关键区（1、2、3）以及高原关键区（6）低频系统的周期都较短,而中高纬关键区（4、5、7、8）低频系统的周期相对较长。建立预测区域强降水过程的低频图预测模型。用此方法对2013年四川盆地延伸期强降水过程进行预报试验,发现预测6~7月上中旬的强降水过程效果较好,但对盛夏高温连晴伏旱时段（7月下旬~8月）的预报能力有所下降。

太原地区主要污染物污染的气象特征

选用2002年太原地区6个环境监测站主要污染物逐时浓度监测资料和山西省观象台逐时的气象观测资料,系统的统计分析了太原地区主要污染物浓度的时空分布特征,其中包括SO2和可吸入颗粒物PM10平均浓度的逐月变化、采暖期和非采暖期平均浓度的逐时变化,以及主要污染物浓度与地面常规气象要素的相关性。揭示了各代表站主要污染物污染的年、日变化趋势、采暖期和非采暖期日变化的差异,并分析了春季大风天气时PM10与SO2污染浓度的变化特征。

2012年FNL气温、气压和地面温度资料与河南省实况观测要素的误差对比分析

为了进行河南省区域范围内FNL资料的可信度检验，利用2012年NCEP／NCAR的FNL分析资料和河南省121个地面气象观测站的气温、气压以及地面温度资料，通过Cressman插值方法，分别从00、06、12、18等4个时次、12个月份和全年平均等方面，系统地对比了分析资料值与观测值之间的误差。分析结果表明，2012年河南省FNL资料气温、气压及地面温度的误差值（FNL分析值一实测值）区域分布特征比较接近，即存在着由西部、西北部山区的误差值负值区向东部误差值正值区的渐变趋势。对比表明，河南省大部分地区气温的误差在-3～2K之间；气压的误差多在-10～10hPa之间；而地面温度的平均误差主要在-5—2K之间。FNL资料气温比地面温度的模拟结果更为准确，气温和气压资料都能够较好地代表实况。

宁夏农业气象观测资料规范化探讨

针对宁夏农业气象观测记录、报表中出现疑误较多的项目,例举了若干问题,分析问题原因及正确处理记录方法,提出了农业气象观测资料应用中的不足,以便提高资料的准确率及使用性。探讨了农业气象观测资料、记录的不规范原因及未来工作的改进思路。重点引用了灌区永宁和无灌溉山区固原农业气象实验站的原始观测记录,分析说明了气象灾害的正确观测记录方法。认为农业气象观测资料实时性差、信息化处理相对落后是农业气象观测质量考核不够严格的主要原因。

驼峰设计气象资料的收集和选用方法的研究

本文运用概率论和数理统计的方法，收集和选用气象资料作为驼峰峰高计算的基本参数，不仅节省了大量人力、财力和时间，而且可避免大风对驼峰设计的不利影响，提高了驼峰设计的质量。