2022年8月四川盆地持续性极端高温特征及不同模式预报误差分析

本文基于2022年8月四川盆地104站逐时温度、降水数据和1971—2021年历史同期数据,及EC、CMA-GFS、CMA-MESO模式的2 m气温预报等数据,运用统计学相关方法分析了此次极端高温过程的特征及预报误差。结果表明:①2022年8月四川盆地极端高温过程范围大、强度强、持续时间长,有87.5%站最高气温超过该站历史同期极值,且高温最强盛时段较历史同期明显推后。②2022年8月最高气温分布为东高西低,最高气温与历史同期极值差分布则相反,其中最高气温随站点海拔增大而减小,而极值差则随站点海拔先增大再减小。另外,受热岛效应影响,极值差大值站点主要集中在龙泉山脉附近。③高温期间,最高、最低气温平均值高、距平大,且累计降水量和雨日数也明显低于历史同期。④相较而言,EC模式的预报优势主要在盆地低海拔地区。而CMA-MESO模式在盆地周边陡峭地形区域的平均绝对误差则更小。另外,EC模式预报的最高气温峰值出现时间更接近于实况,而CMA-MESO模式预报高温持续日数更接近实况。

四川地区气温转折过程2m温度变化订正研究

基于四川地区1990—2019年的逐日2 m最高、最低温度站点实况数据,对气温转折天气过程进行统计和分析,在此基础上,应用LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)算法及NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)逐日再分析资料,构建气温转折天气过程变温订正模型。结果表明:(1)出现气温转折过程最多的区域是高原与盆地的边坡过渡区,最少的是盆地;(2)各区域的气温转折过程具有明显的季节差异,均表现为春季最多、冬季最少,且春季的气温转折过程明显多于其他3季;(3)在1990—2019年验证集中,LightGBM订正模型表现较好,准确率为78.64%,平均绝对误差为1.35℃。(4)在2020年的独立样本测试中,LightGBM订正模型的准确率为53.60%,平均绝对误差为2.19℃,整体订正效果优于ECMWF模式(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)、中央台城镇预报指导报(SCMOC)及四川省气象台数值预报客观释用城镇预报指导报(SPCO)的预报。

四川盆地边缘山地强降水与海拔的关系

利用四川盆地1666个站点2011-2015年4-10月的逐小时降水资料及高精度格点海拔高度资料,对降水特征与海拔高度的变化关系进行详细分析,研究发现:(1)汛期总降水量、总雨日、小雨日、中雨日随海拔高度升高而增加,但降水量与雨日随海拔的增长方式并不相同,降水量显著增长区主要集中在200~1200 m,当海拔超过1200 m时降水量迅速减少;大雨日及暴雨日在海拔超过1200 m后也迅速减少。(2)盆地西北部、西南部沿山一带的暴雨日主要由强小时雨强贡献,而盆地东北部的暴雨日主要受持续性降水影响。(3)四川盆地复杂地形对降水的日变化有较为显著的影响,小时雨量及短时强降水频次峰值出现时间均随着海拔高度升高而提前,而短时强降水首次出现时间则随海拔高度升高而推迟。

2008-2012年四川强小时雨强的时空分布特征

利用2008-2012年四川157个基本测站和895个区域自动站的逐时降水资料,通过统计诊断方法分析了四川的强小时雨强发生频次、极值的时空分布特征,得到如下主要结论:(1)四川每年出现20 mm·h^(-1)以上的强小时雨强达3537.8次,平均每年的强小时雨强极值均超过了100 mm·h^(-1),并在2012年呈一个跃升的趋势。(2)四川强小时雨强落区主要集中在四川盆地及攀西南部的大部分地区,且强降水高发中心主要位于从盆地向山脉过渡的纵向陡峭地形区。雨强极值超过了30 mm·h^(-1)的落区也集中在盆地及攀西地区。频次及雨强极值的变化与海拔有密切联系,迎风坡的陡峭过渡地形削弱了频次及雨强极值随海拔的增高而减少的速率。(3)频次的月变化比强小时雨强极值的月变化更显著。7月发生强小时雨强的次数最多,其次是8月,5月最少。6-9月雨强极值均超过100 mm·h^(-1)。(4)20 mm·h^(-1)和30 mm·h^(-1)以上的强小时雨强频次日变化均呈夜间活跃的单峰型特征,而50mm·h^(-1)以上的强小时雨强突发性较强,日变化呈多峰型结构,且盆地不同区域的日变化特征及峰值活跃时间也有较大差异。

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951～2008年逐日降水资料和1969～2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。

四川盆地雷暴大风雷达回波特征统计分析

采用2009—2018年地面、高空、闪电定位、多普勒雷达资料统计出四川盆地的34次雷暴大风过程,并根据冷空气参与情况及500 hPa影响系统将其分为五种类型:混合性大风类(Ⅰ类)、深厚低槽(低涡)后部类雷暴大风(Ⅱ-1)、低槽(切变)东移类雷暴大风(Ⅱ-2)、副热带高压西侧切变类雷暴大风(Ⅱ-3)和东风扰动类雷暴大风(Ⅱ-4)。统计分析了五类过程中发生雷暴大风站点对应的雷达回波特征,包括:对流组织类型、雷达回波强度、回波顶高、垂直液态水含量、中层径向辐合、风暴移动速度、回波质心下降、低仰角风速大值区和辐散。结果表明,82%的雷暴大风站点具有风速大值区,不同类型的雷暴大风过程还有其他不同的雷达回波特征,这些特征大多可提前10 min以上。另外,当站点出现中层径向辐合、辐散、回波强度大且伴有强梯度或回波类型为飑线时,也要考虑大风是否出现。

T639、ECMWF细网格模式对2012年5～8月四川盆地降水预报的天气学检验

为了对比T639和ECMWF模式预报产品性能的优劣,提高预报员使用其产品的能力,针对2012年5～8月四川盆地降水天气过程,根据不同的影响天气系统,分别对T639和ECMWF细网格模式96h降水预报进行检验对比。结果表明:(1)EC模式对不同系统降水的预报效果都优于T639,预报指示意义大,且两家模式对高原涡和西南涡降水预报效果均优于模式对其它系统降水预报。(2)T639模式对主雨带强度和降水中心强度预报易偏弱,主雨带范围预报易偏小,漏报可能性大;EC模式对主雨带强度、降水中心强度预报也易偏弱,但主雨带范围预报易偏大。(3)T639和EC模式在预报主雨带落区、降水中心位置和实况不一致时,预报易偏西、偏南,雨带的移速偏慢。

一次复杂地形暖区强降水的特征及触发机制分析

利用常规观测资料、地面自动站降水资料、FY-2E云顶亮温资料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2012年8月16日20时—18日08时副高边缘复杂地形暖区强降水过程的环流背景、环境条件、中尺度特征及其触发机制进行分析。结果表明:暖区强降水发生在四川盆地与青藏高原东坡的过渡带上,呈狭长带状,小时降水中心与MCS云团TBB梯度大值区对应较好。在南海台风西行及副高位置稳定的环流背景下,稳定的副高和近地层热低压阻止了西风带低值系统和地面冷空气影响龙门山地区,使大气高能高湿状态得以维持。同时冷、暖平流在龙门山上空交汇,使得大气层结不稳定性增强。龙门山对台风"启德"东北侧东南气流的强迫抬升最终触发暖区强降水。

汶川地震灾区暖区强降水的特征及环流分型研究

利用2009-2018年加密自动站逐小时降水资料、常规观测资料和ERA Interim再分析资料,统计分析了汶川地震灾区31次暖区强降水个例的降水特征、环境条件和环流背景得出以下结论:暖区强降水落区与龙门山地形有密切的关系,暖区强降水主要发生在海拔高度500-1000 m的盆地与青藏高原过渡带上;暖区强降水有明显的日变化特征,主要出现在凌晨和午后两个时段,尤以凌晨时段最强;强降水是在高能高湿不稳定层结条件下,在沿高原边界层下滑的弱冷空气和山谷风环流的共同触发的对流性强降水;汶川地震灾区暖区强降水主要是在副热带高压型和鞍型场型两种大尺度环流背景下发生的。

基于CMA-REPS小时降水的邻域集合预报应用试验

基于四川2020年汛期CMA区域集合模式的小时降水产品开展了集合预报邻域法订正试验,试验方案分为四种:邻域平均的集合平均预报(ENM)、邻域平均的集合成员最大预报(MNM)、邻域概率的集合平均概率预报(ENP)、邻域概率的集合最大概率预报(MNP)。结果表明,小时降水超过0.1mm·h^(-1)的ENM在部分预报时效内TS评分略优于原集合平均预报;小时雨强分级检验的结果均显示出邻域概率预报优于原概率预报,随小时降水阈值的增大,最优TS评分越趋于更高邻域半径和更低的概率,且10mm·h^(-1)以上MNP预报更具参考性;MNP能显示集合预报的大范围降水中心,可以从另一个角度给预报员预报提供一定的参考。

绵阳站气温均一化检验及初步分析

为了对绵阳站气温序列进行细致的均一化检验，利用1961-2010年绵阳及周边共14个观测站的年平均气温观测资料，选取了与绵阳站水平距离近、海拔高度差异小、相关性高、气温序列完整并服从正态分布、无明显突变点的4个站点，通过差值法建立被检验序列，再采用标准正态检验方法对其进行均一性检验。结果表明：1961-2010年，绵阳站的年平均气温序列共有1962、1975、1992和2002年4个断点。其中1962年和2002年这2个断点均是由于绵阳站的迁站造成，1975年断点的产生可能是因其附近年份的每日定点观测次数由4次增加到5次，1992年断点则主要是由于该年1、2、3、6月的气温偏低所致。

夏季南亚高压移上高原时间特征的初步分析

本文利用合成分析等方法分析了南亚高压上高原早晚东亚地区大气环流特征,并讨论了其对我国东部地区降水的影响。结果表明,南亚高压上高原时间变化不仅存在8 a的长周期变化,还存在2 a的短周期变化。在南亚高压上高原偏早(晚)年,南亚高压强度较平均态强(弱),东伸指数较平均值大(小)。并且偏晚年,850hPa上西太平洋副高较平均态偏西,长江流域地区存在辐合,降水增加;偏早年则反之。

四川地区EC细网格模式2m温度偏差订正研究

本文选取2017年1~12月ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)细网格模式168h预报时效的2m温度场和对应时段四川地区157个国家站的观测资料,对比分析了模式温度预报的系统性偏差特征,采用15日周期的滑动双权重平均法对2m温度预报产品进行偏差订正,并与四川省气象台现有的主、客观预报产品进行对比,结果表明:(1)EC模式对低温的预报准确率远高于高温预报准确率;订正后高、低温预报准确率均有显著提高,其中低温平均提高了20.5%,高温提高了31.2%,平均绝对误差分别减小约1.1℃和2.9℃。(2)EC模式高温预报的逐月差异明显比低温预报逐月差异大,订正后差异明显减小,且各月的高、低温预报准确率均有显著提升,订正后各月高、低温的平均绝对误差均在2℃之内。(3)EC模式对于低温和高温的预报在全省均大致呈现负的系统性误差,且高温预报的系统性误差明显比低温预报的系统性误差大,订正后2m温度预报的系统性误差均明显降低,全省大部分地区维持在±1℃之间。(4)与四川省气象台现有的主、客观预报产品对比显示,对于高低温预报均是EC订正后准确率最高、平均绝对误差最小,订正效果较为理想。

四川地区多模式2m温度预报性能分析及集成方法研究

本文通过分析2017年9~12月四川地区ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting)细网格模式、GRAPES_GFS(Global and Regional Assimilation and Prediction System)全球模式和西南区域模式(South West Center-WRF ADAS Real-time Modeling System, SWCWARMS)2m温度168h预报时效内的系统性偏差特征,采用滑动双权重平均法分别对三种模式温度预报产品进行偏差订正,并集成得到各时效2m温度的订正场,结果表明:(1)三种模式的预报存在明显的日变化,整体上EC模式的预报最优。(2)三种模式对于低温和高温的预报,在全省均大致呈现负的系统性误差,特别在高原及过渡区表现的尤为明显。(3)订正后三种模式的预报准确率显著提高,均方根误差减小1.4~2.5℃,大部分地区平均误差维持在±0.5℃之间,在系统性偏差较大的地区,订正效果更好。(4)两种集成方案预报结果接近,且均优于三种模式的订正预报。

四川最高最低气温日变化特征分析

基于1990~2019年四川地区156个气象观测站2 m最高、最低气温逐日数据,分析了最高、最低气温的日变化特征。结果表明:(1)2 m最高气温逐日变化幅度大于最低气温逐日变化幅度,最高气温逐日变温的极大值区位于凉山州东北部,最低气温逐日变温的极大值区位于甘孜、阿坝两州北部;(2)春季最高气温逐日变温幅度明显大于夏、秋、冬季,冬、春季最低气温逐日变温幅度大于夏、秋季;(3)最高气温和最低气温的逐日变温频次分布均呈现单峰型特征,前者峰值位于0~2℃,后者峰值位于-2~2℃。(4)最高气温逐日变化超过6℃的年均频次明显高于最低气温,两者高频区的空间分布与变温幅度大值区较为一致。

“雅安天漏”降水变化气候特征的分析

论文基于1951—2008年逐日降水资料和1969—2000年逐小时降水资料,应用统计诊断分析方法,研究了青藏高原东侧雅安降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明:与整个四川省的降水变化一致,近58 a"雅安天漏"的年降水总量和年雨日是减少的,并且后者比前者减少得更加显著;降水量在20世纪90年代的显著减少是雨日和雨强变化共同影响的结果;除冬季外,春、夏、秋三季的降水量和雨日均呈减小趋势,其中秋季减少最明显;汛期降水量减少占年降水量减少量的92.7%,汛期雨日的减少比降水量显著,占年雨日减少的62.9%;21世纪初期后,"雅安天漏"强降水月份减少,雨日集中时段缩短;"雅安天漏"夜雨特征突出,夜间降水量和频次远远大于白天,呈单峰单谷结构,降水谷值到峰值增加速率是峰值到谷值衰减速率的2倍,易夜间形成强降水,具有明显持续性。进一步分析发现,雅安不仅夜雨量和发生频次减小,而且降水表现为峰值出现时间提前、向前半夜移动的变化特征。