北京降水特征及北京市观象台降水资料代表性

将北京分为城区、郊区、南部山区及北部山区4个区域,利用14个观测站1978—2010年共33年的月降水量资料,分析了不同区域降水年变化和夏季降水特征及其差异。结果表明:各区域年平均降水量存在较大差异,郊区降水量最多(620 mm),城区与南部山区降水量较少,而北部山区降水量最少(476 mm);城区与南部山区的年降水量较接近,二者与郊区和北部山区都有显著差异。4个区域的降水量都表现出减少趋势,郊区最明显(47 mm/10 a),北部山区的减少趋势最小(0.7 mm/10 a)。对4个区域夏季(6—9月)降水量分析发现,城区与南部山区具有较好的一致性,二者与郊区和北部山区具有显著差异。均方根偏差和相关系数的计算结果表明:北京市观象台与城区和南部山区的降水年变化和夏季降水特征差异均不显著,而与郊区和北部山区有显著差异,说明北京市观象台降水资料对城区和南部山区具有最优代表性,而对北部山区和郊区的代表性较差。

气象监测中降水资料的质量控制

自动气象站监测资料中,降水资料的质量控制方法较温度、气压等资料更为复杂。本文分析自动气象站每分钟、逐小时及累计降水资料异常的成因,提出了质量控制的具体方法和判别流程。流程对实时数据进行界限值检查,经空间一致性、时间一致性和要素匹配一致性作精细化正误判别,最后由人机结合综合决策、判别和处理后录入二级数据库。通过统计分析,结合交通气象能见度要素与降水量间的相关性,拟定了降水资料质量控制的判别算法及相关阈值。上述质量控制不仅使预报人员避免错误数据的应用,而且为形成准确、完整的降水历史资料提供了切实可行的方法,也为装备的维护和及时维修提供了依据。

降水资料同化在梅雨锋特大暴雨个例模拟中的应用研究

利用暴雨数值预报模式AREM,以2009年6月29日发生在长江中下游地区的一次梅雨锋特大暴雨过程为例,以NCEP预报场为背景场,首先开展了不同化任何资料(无同化试验)以及分别利用GRAPES-3DVAR同化系统和局地分析预报系统(LAPS)同化地面、探空资料的3组数值试验,然后进一步开展了降水资料一维变分同化方法在GRAPES-3DVAR同化系统及LAPS系统中二次同化的效果研究,结果表明:(1)采用GRAPES-3DVAR系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果不如无同化试验结果;而采用LAPS资料同化系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果优于无同化试验结果,即就本个例而言,GRAPES-3DVAR同化系统对背景场的修正为负效果,LAPS同化系统对背景场的修正为正效果。(2)降水资料1DVAR方法在GRAPES-3DVAR同化系统中的应用,对物理量场有重要影响,使雨带上空变得更暖更湿,天气系统的配置更利于降水发生,中尺度系统的演变更有利于模拟出与实况更加接近的雨带位置、强度、中尺度结构特征,因而极大地改善了降水模拟效果,其模拟的1、6、24h累积降水量位置、强度、中尺度结构特征都有较明显改善。(3)降水资料1DVAR方法在LAPS系统中的应用同样改善了降水预报效果,使雨带落区位置更加接近实况。

TRMMPR雷达与阜阳雷达降水资料的对比研究

选取了 1998年与 1999年HUBEX观测资料 ,将TRMM卫星上的星载降雨雷达PR与阜阳的 713数字化天气雷达资料在以下 3个方面做了比较 :(1)强度场的分布 ;(2 )平均反射率廓线 ;(3)灵敏度。分析、比较结果可知阜阳雷达在探测灵敏度和水平方向的分辨率要高于PR ,但由于波束宽度、衰减和资料转化过程计算误差的原因 ,其远距离处的观测值与真实值有一定偏差。PR波长短 ,对衰减敏感 ,尤其是在垂直方向上经过强衰减后 ,订正值仍偏小。但由于探测方式的不同PR在水平方向上不存在衰减的问题 ,且其资料分布均匀 ,因此提出一种用PR资料来订正地基雷达资料的方法用以提高地基雷达探测的精确度。

RHtest方法对我国降水资料的均一性检验试验

应用RHtest方法结合台站元数据信息对我国1725个气象台站1961—2009年月降水资料进行了均一性检验试验和订正,并以波密站、元阳站和巢湖站为例介绍了检验过程。结果表明:该方法能够适用于对我国降水资料均一性检验且具有较高的应用前景。2400台站高密度月降水资料的使用更加有益于参考序列的选取,采用数理统计分析和结合元数据主观判断的方式来对序列进行均一性检验更加合理。检验出存在非均一性断点的台站仅占2.1%,表明我国降水资料序列均一性情况良好,台站较大距离的迁移是造成部分降水序列非均一的重要原因之一。对检验出存在断点的降水序列采用RHtest提供的订正方法进行了订正和趋势分析,发现订正后降水序列的年变化趋势具有明显的改变,均一性也有很大改善。

降水资料同化在GRAPES-MESO模式中应用试验研究

利用国家气象中心中尺度业务数值预报模式GRAPES-MESOv3.0,以2010年6月1～30日为例,开展地面降水率1DVAR(one-dimensional variational assimilation)同化方案在GRAPES-3DVAR(three-dimensional variational assimilation)同化系统中的应用试验研究(ASSI试验),并以未加降水资料同化的试验为对照试验(CNTL试验),以评估全国1h加密雨量资料在模式中同化应用的效果。结果表明:1)在相对湿度背景误差和降水率观测误差范围内,1DVAR同化方案能够对湿度廓线进行有意义的调整,使分析降水向观测降水靠近;ASSI试验对初始温、压、湿、风场的修正主要为正效果;2)对2010年6月17～21日江南、华南连续性降水过程进行了分析,整体而言ASSI试验对逐日及逐时降水强度的预报普遍强于CNTL试验,与实况更加接近;3)ASSI试验对2010年6月1～30日08时起报的0～24h模式预报的小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨各个降水量级TS评分及ETS评分相比CNTL试验均有较明显提高,预报偏差也更接近于1;4)ASSI试验较CNTL试验能更好地模拟雨带的分布、雨带演变特征和降水强度的变化;5)对降水所做的典型个例和统计检验分析从不同角度说明了地面降水资料1DVAR同化方案在GRAPES-3DVAR系统中的应用改善了GRAPES-MESOv3.0的降水模拟效果。

大理河流域降水资料插补方法探讨

根据水文统计学原理,以大理河流域实测降水资料为依据,采用“系列化处理”方法进行了降水资料的插补展延。经综合比较,其实际使用效果较好,可供今后在黄河中游水沙变化的深入研究中对降水资料进行插补展延时参考。

“98·7”特大暴雨降水资料的四维变分同化研究

1998年7月21日00UTC～22日00UTC,湖北省的武汉-黄石地区发生了特大暴雨,其中黄石市24 h降水量达276 mm.文中应用四维变分资料同化方法,研究了初值对这次暴雨过程数值模拟的影响.通过对6 h同化窗口内339个站点逐小时观测降水的变分同化,MM5伴随模式得到了一个与模式相协调并且在热力和动力上都接近于自然强降水发生的初始场,使用该初始场模拟的武汉-黄石地区的24 h降水量超过了220 mm.在同化降水观测资料的同时加入了湿度观测资料后,在一定程度上约束了模式的水汽场,防止了同化窗口内模式初始场越过最佳逼近,从而使降水模拟的TS评分得到进一步提高.

雷达降水资料一维变分同化研究——湿度廓线调整

采用η坐标中尺度有限区域模式进行了数字化天气雷达探测降水资料的一维变分(1DVAR)同化试验,结果表明充分利用高时空分辨率的雷达降水资料所包含的丰富的中尺度信息,调整湿度廓线,从而改善模式初始湿度场,能有效提高模式暴雨预报能力。“98·7”鄂东沿江特大暴雨的数值试验结果表明,应用1DVAR方法同化1h雷达降水资料调整模式湿度廓线后,极大地缩小了分析降水与观测降水间的差距,而且24h预报能模拟出与实际降水发生区域相对应的位于鄂东的大暴雨区,而变分前模式预报效果不佳。进一步的分析表明,应用雷达降水资料对短时预报(0～12h)的改进更为显著,而对12h之后降水预报的改善则不明显。

多套格点降水资料在云南及周边地区的对比

利用1979—2006年云南及周边地区148个测站月降水资料(简称为STN)与APHRO(日本APHRODITE高分辨率逐日亚洲陆地降水数据集)、GPCC(全球降水气候中心的月降水合成数据)、CRU(英国East Anglia大学提供的月降水要素数据集)、CMAP(雨量资料与卫星估计及NCEP/NCAR再分析降水场合并分析月数据)、GPCP(全球降水气候中心研制的全球陆地雨量计观测分析月数据)5套格点降水资料,分析了云南及周边地区气候特征。结果表明:5套格点降水资料空间分布与STN基本一致。EOF第1模态空间场分布也表明:这5套格点降水资料与STN空间分布特征较为一致,但5套格点降水资料在滇南、滇西北、滇川黔交界的3个区域的分布与STN有较大不同,各套资料的EOF第1模态时间序列、与STN的相关系数及均方根误差均随时间不同呈较为一致的波动性;在降水空间分布、相关系数及均方根误差3个方面,APHRO适用性最好,GPCC次之,CMAP与GPCP无明显差别,CRU最差,其中APHRO,GPCC在对降水估计偏低,CRU对降水估计总体略高,CMAP略低,GPCP对降水估计则明显偏高。

基于格点场的江西省气象和水文降水资料对比分析

应用反距离权重插值法,将2019年4—6月江西省气象部门自动气象站和水利部门自动雨量站逐小时降水观测数据,分别转换为分辨率为0.05°×0.05°格点降水资料,以对比分析两种观测系统降水资料的相关性、误差及其时空变化规律。结果表明:1)气象、水文降水量格点场具有显著相关关系,其中中度及以上相关的格点数占总数的99.54%;两者的平均相关系数为0.93,平均均方根误差为0.56 mm/h,绝对误差为0.13 mm/h,误差为-0.01 mm/h;气象与水文降水总量平均差异在-4%左右。2)出现零星或短时降水时,气象、水文小时降水量格点场相关性差异较大;而出现系统性降水过程时,两者表现为高度相关。逐时格点平均降水量,在系统性降水的初期和结束期气象类高于水文类,而持续期水文类高于气象类,两者差异在-6%—6%以内。3)气象、水文降水资料在时间和空间分布上具有较好的一致性,对两者的融合应用可以明显提高站点密度,站网分布更合理,能更准确地反映过程降水的时空变化。

一种分析降水资料的图像化客观插值方法

采用气象上一种较为先进的客观插值方法，针对降水资料的特点，加入上限固定可变信息圆半径控制及测站方位的影响，对雨量资料进行插值，形成雨量图像，计算区域面雨量，作为洪水预报的输入数据。结合淮河流域情况，介绍上述方法原理及应用于业务的技术思路。

降水资料系列代表性分析

本文通过对降水资料长短系列统计参数的对比分析和周期性分析,来研究确定短系列资料对长系列资料是否具有代表性。

遥测降水资料整编软件的设计应用

遥测技术的应用是水文现代化和数字水文的发展趋势,2013年,辽宁省朝阳水文局已建设了311处降水量遥测站,遥测降水资料在防汛抗旱工作调度决策中起到了非常重要的作用,观测到的数据非常珍贵,很有必要进行整编、刊印形成成果文件刊印存档,将来被社会各行业建设利用。文章针对遥测雨量的数据格式,开发并利用相应整汇编软件,对其进行加工处理,形成了标准的降水量整编数据格式并计算生成整编成果文件,符合《水文资料整编规范》SL247-2012及《水文年鉴汇编刊印规范》SL460-2009的要求。

降水资料分析计算方法初探

在观测降水量时，使用自记雨量计可观测到各次降水的完整过程。但是，由于仪器老化和超期使用，经常涉及到虹吸故障。探讨了对于出现虹吸故障时资料的分析计算方法。

高分辨率遥感降水资料在青海湖流域及周边区域的适用性评价

基于气象站观测数据,利用探测率(POD)、报错率(FAR)、临界成功系数(CSI)和相关系数(R)、平均绝对误差(MAE)对TRMM 3B42V7、CMORPH、PERSIANN、PERSIANN-CDR遥感降水资料在青海湖流域及周边区域探测降水事件的准确度和记录降水量的精度进行了评价。结果表明,CMORPH数据探测的降水事件最为准确,PERSIANN-CDR和TRMM 3B42次之,PERSIANN探测降水事件的准确度最差。从遥感数据记录降水量精度来看,年尺度上表现为TRMM>CMORPH>PERSIANN-CDR>PERSIANN,月尺度上表现为TRMM>PERSIANN-CDR>CMORPH>PERSIANN,日尺度上表现为TRMM>CMORPH>PERSIANN-CDR>PERSIANN。海拔是影响遥感降水资料精度的重要因素,PERSIANN和PERSIANN-CDR两种数据误差受海拔影响更为明显。通过综合评估4种遥感资料的适用性,认为TRMM是较适合于青海湖流域及周边区域的降水资料。

再分析降水资料的适用性评估与偏差校正——以长江中下游地区为例

为弥补长江中下游地区台站观测资料的部分缺失,探究再分析数据集的适用性,从时间和空间上评估ERA5和CFSR再分析降水数据集精度,建立了包含相关系数、相对偏差、均方根误差和Kling Gupta系数多指标定量综合评价体系,提出了结合校正系数法与自回归模型的组合校正法(C-AR);并将C-AR校正法与单一的校正系数法、AR模型以及校正系数法与最邻近抽样法组合的校正法(C-KNN)进行对比,探究C-AR组合校正法的校正效果。研究结果表明:①ERA5和CFSR与实测降水数据在年、季尺度上降水趋势变化和年内分配规律上较为一致,且与实测数据的相关性均较好;②ERA5和CFSR在实测降水量多的区域均存在正偏差,而在实测降水量少的区域存在负偏差;③C-AR组合校正模型不仅可在量级上校正数据集,还可提升数据集与实测数据的相关性,可多方面综合改善数据集精度,提高数据集适用性,校正效果要优于校正系数法、AR模型和C-KNN组合校正法。

3套遥感降水资料在秦岭大巴山区精度评估分析

采用地面雨量站点观测降水作为基准数据,通过回归分析法评估了2001~2010年CMPA、TRMM3b43V7、CMORPH1.0(gauge-satellite)3套遥感降水资料在秦岭大巴山区的精度;结合数字高程模型,分析了地形因子与遥感降水资料的精度关系.研究表明,CMPA、TRMM3b43V7、CMORPH1.0(gauge-satellite)遥感降水资料的降水空间分布与地面站点观测结果相似.其中CMPA资料在月、年尺度上与地面实测相关性最高,与地面观测值最为接近,CMORPH1.0(gauge-satellite)各项误差指标变化较明显,相关性最低,TRMM3b43V7居中.在复杂地形下,CMPA模拟精度最好,CMORPH1.0(gauge-satellite)因受地形影响,降水估算能力有限,精度最差.

格点降水资料在中国东部夏季降水变率研究中的适用性

本文使用1951～2010年PREC、CRU、APHRO和GPCC 4种格点降水资料,通过比较其与中国756站点观测降水资料在中国东部（105°E以东）夏季降水变率中的差异,检验和评估了它们的可靠性和适用性。结果表明：中国东部夏季降水变率的前3个主要模态分别是以江淮流域、长江流域和华北与东北南部为核心的经向多中心分布,有明显的年际和年代际变率特征,且干旱特征较洪涝更明显;长江流域夏季降水异常的主周期为3～7 a和20～50 a,而江淮流域和华北地区夏季降水异常的主周期则为准2 a和准10 a。另外,长江与江淮流域和华南地区分别在1970s末和1990s初发生了显著的年代际转变;4种格点降水资料都能很好地再现中国东部夏季降水的时空变率特征,但由于GPCC格点降水资料是基于更多的基站观测和更精细复杂的质量控制方案得到的,因此它具有更高的可靠性。