单多普勒雷达反演风场的质量控制

利用扩展VAP方法,通过极值订正,时间和空间连续性订正等方法,对反演后的风场进行质量控制,并与双多普勒雷达风场反演结果进行了对比。结果表明,经过订正的反演风场中大部分有明显误差的点得到了修正,而且订正后的风场更合理,与双多普勒雷达风场反演结果更一致,提高了反演风场的质量。

单多普勒雷达风场反演的扩展VAP方法(Ⅰ):方法与对比试验

利用构造的均匀和涡旋风场模拟了单多普勒雷达径向风资料,分析了VAP方法对不同类型风场的反演能力,发现VAP方法对均匀风场反演能力很强,而对涡旋风场反演效果较差,这主要与该方法局地均匀风假定有关。据此,针对不满足VAP方法假定条件的局地非均匀风场,提出了扩展VAP方法,并用模拟资料进行了对比试验,结果表明,扩展VAP方法能显著提高局地非均匀风场的反演能力,反演风场在风速大小和方向上都更趋于合理。通过实例反演以及与双多普勒雷达反演结果对比,进一步证实了扩展VAP方法的反演能力。

扩展VAP对单多普勒雷达径向风的反演及质量控制

利用理想的均匀和涡旋风场模拟了多普勒雷达径向风资料,检验了VAP方法的反演能力,发现VAP方法对均匀风场反演能力很强,而对涡旋风场反演效果较差,分析显示局地均匀风的假定是主要原因.针对该假定过于理想化的特点,结合实际风场提出了扩展VAP方法,模拟资料对比试验表明,扩展VAP方法计算简便,能显著提高雷达径向风的反演质量,反演风场在风速大小和方向上都更合理.实例反演也证明了扩展VAP方法的反演性能,与双多普勒雷达反演结果基本一致.最后还结合气候极值、时空连续性条件对反演结果进行了质量订正,使反演的风场质量得到了进一步提高,为资料的下一步数值应用奠定了基础.

中国经济景气指标体系的构造

近十年来,我国经济取得了举世瞩目的成绩,但在经济运行过程中也存在令人忧虑问题,如经济体制改革受阻,宏观调控失常,经济波动异常,通货膨胀加剧,财政赤字增加,外贸逆差增大等。这些现实问题,都要求理论工作者进行认真的研究,而建立经济景气指标体系正是有助于这些问题的解决。建立经济景气指标体系有助于经济体制改革的顺利进行。

反演同化和直接同化多普勒雷达径向风的对比试验

针对2003年7月5日江淮流域一次暴雨过程，以NCEP／NCAR1°×1°再分析资料为背景场，采用WRF（weather research and forecasting）模式及其三维变分同化系统，对雷达径向风和E-VAP（extended velocity azimuth processing）反演的水平风场进行了直接同化和反演同化试验，结果表明：直接同化雷达径向风资料后，增加了初始风场的中小尺度信息，改善了垂直速度条件，且在风场作用下水汽分布得到改善；反演同化资料虽然能增加初始场的中小尺度信息，但效果不如直接同化明显；无论直接同化还是反演同化都能改善降水预报，但直接同化好于反演同化，且间隔5～6min比30min的直接同化模拟效果好。

浙江省2021年"5·10"强飑线过程分析

针对2021年5月10日夜间强跑线过程,利用全球气候模式第5代大气再分析数据集(ERA5)再分析资料、FNL再分析资料和每小时地面自动气象站观测资料,从天气形势、雷达回波演变特征、地形条件、水汽和大气层结等方面进行分析。结果表明:(1)此次跑线过程是在高层急流增强、500hPa中高纬脊前干冷平流输送、低纬小槽东移、低涡加深发展的天气背景下产生的,低涡南部高温高湿区在切变线和地形辐合作用下抬升,配合高层辐散形成较强的垂直运动,中尺度系统生成并组织发展成为跑线。(2)鄱阳湖附近有呈西南一东北向分布的低海拔狭长带,容易形成地面风向辐合。高空槽从高海拔地区东移至该地,低涡发展,低层切变线叠加在地形作用形成的地面风向辐合上,使得抬升作用增强,配合鄱阳湖附近充沛的水汽条件,对跑线的触发和组织化发展具有一定的正向贡献。(3)来自南海的水汽输送增强以及水汽在赣浙交界的辐合抬升作用,为强对流过程的发生发展提供了有利的水汽条件。(4)显著的上干下湿环境场、低层高能量储备、较大的高低空温差以及明显的垂直风切变容易形成较强的不稳定层结,其与雷达回波之间有一定的对应关系,对于跑线的发生发展有一定的追踪和指示意义;这些不稳定层结条件对强跑线的触发、组织化发展以及跑线南侧列车效应生成中尺度对流系统有明显的增幅作用。

浙江地区2015年冬季首场降雪的气象特征及双偏振雷达回波特征分析

基于3 h间隔的浙江快速更新同化模式资料、常规探空资料和临安双偏振雷达资料反演产品对浙江地区2015年12月5日的首场降雪过程的特征进行了分析,得到了较高的云顶高度、较低的云顶温度、较低的零度层高度、较低的低层平均温度、稳定的底层冷平流以及特殊的地形是浙西北地区在较高的地表温度情况下易形成降雪的原因;同时对临安双偏振雷达产品资料进行了分析,首次提出浙江地区此类降雪的双偏振雷达产品特征,并得到了判别阈值.希望借助两方面的研究来减少此类降雪天气的漏报率和可预报性.

冷涡底部对流引起的杭州湾极端大风形成机制分析

2020年4月12日,受冷涡影响,华东地区出现了大范围的雷暴大风,其中在杭州湾地区出现了12级以上的极端大风。此次强对流过程发生前,高低空为一致的西北气流,水汽含量低、能量条件弱,预报难度大,沿海海面风力预报出现了较大的偏差。基于常规观测资料及多普勒天气雷达、风廓线雷达等非常规观测资料,结合ERA5再分析资料,分析了此次过程雷暴大风特征及对流系统移入杭州湾前后的演变特征,重点探讨了杭州湾东北部出现极端大风的可能原因。研究表明,杭州湾极端大风的形成是多因素共同作用的结果。杭州湾具有一定的能量条件、低层大气的温度直减率接近干绝热递减率,有利于对流系统中形成较强的下沉气流,下沉辐散造成地面大风。中层存在西北风急流,在对流下沉运动的作用下,中层的高动量被带到地面,增强了地面风速。对流系统移入杭州湾的过程中,冷池增强,而杭州湾水面的摩擦力比陆地小,有利于风速增强,这也是杭州湾风力增强的重要原因之一。杭州湾东北部13级以上大风的出现还与海上热力、动力条件的不均匀分布及对流入海后形态的变化有关。

台风“圣帕”中小尺度强对流系统分析

通过台风登陆前的探空、多普勒雷达资料以及数值模拟,对0709号台风"圣帕"登陆前龙卷发生的环境背景、发生、发展和消亡的过程特点进行了分析。从周围环境场分析表明,龙卷发生地处于高的能量不稳定区并且具有非常低的抬升凝结高度和较强的低层垂直风切变,利于龙卷生成。雷达分析显示龙卷发生前存在弱的中气旋和低层气旋式切变,龙卷发生时伴随着这两个弱涡旋的合并增强,这可能是爆发龙卷的重要原因之一。数值模拟能较好地模拟出在龙卷发生时该区域有较强的风切变和水汽通量的辐合,并且螺旋度和风暴相对螺旋度有瞬时的强烈变化。

一次局地暴雪过程低层降温机制分析

2015年12月5日在强西南暖湿气流和弱冷空气配合之下,浙江杭州到安徽黄山一带出现了局地大到暴雪,此次过程预报偏差较大。通过对水汽、动力和温度条件分析表明:强西南暖湿气流和冷暖空气的辐合为大量地面降水的产生提供了水汽和动力条件;深厚的湿层和合适的中层温、湿条件有利于生成大量可供降落的冰雪晶;转雪前杭州站低层异常降温是形成降雪的关键原因。通过对降温机制的分析表明:引起杭州站低层降温的原因主要是水物质相变相关的非绝热加热,冷平流的作用很弱。5日08时之前低层降温主要是降水粒子蒸发吸热引起的;5日白天低层降温主要是由大量冰(雪)晶融化吸收环境潜热导致,冷平流和垂直输送项也有部分贡献。预报中对降温机制分析不足,可能是导致预报偏差的主要原因。该个例中平流等降温机制较弱,冰晶融化吸热作用导致中低层形成0℃的均温层,从而使冰晶顺利到达地面。中低层温度与常用的预报相态的温度阈值相差较大,说明预报中不能机械依赖温度指标,而应全面分析降雪形成的物理机制。当降水量大时,融化吸热可以成为降温的主要机制,预报中应予以充分考虑。

数据挖掘技术用于降水相态判别的尝试

尝试将数据挖掘算法应用于降水相态判别,将2010-2014年冬季降雪过程中103个样本,抽象成雪(yes),雨(no)的二元分类问题。选取被认为可能对相态变化较为重要的500 h Pa和1000 h Pa厚度差、零度层高度,暖层厚度,云顶温度,925 h Pa温度等11个因子。借助数据挖掘的C5.0决策树算法和随机森林算法,构建模型。采用十折交叉验证评估模型性能,表明两种方法预测结果均较准确,其中随机森林算法表现更优,且对不同数据预测效果都较为稳定。决策树算法所用的因子信息较少,得到的准确率相对较低。随机森林算法可以使每个变量得到充分训练,判断准确率明显提高。

浙江省冬季降水相态判别指标研究

对浙江省2011—2014年4年冬季8次雨雪转化过程中共157个样本的探空资料和地面降水观测资料进行分析。选取了500 h Pa和850 h Pa高度差、700 h Pa和850 h Pa高度差、850 h Pa和1000 h Pa高度差、零度层高度、850 h Pa温度、925 h Pa温度、1000 h Pa温度、地面2 m温度、1000 h Pa露点共9个指标参与统计。得到最适合浙江省冬季降水相态判别的指标是2 m温度、1000 h Pa温度、零度层高度和850 h Pa和1000 h Pa高度差。通过计算各指标的空报率、漏报率和TS评分,得到了最佳阈值,预报雨和雪最佳阈值的TS评分都可达到0.8以上。对雨夹雪的判断,这些表征低层温度的判别指标判别效果都不理想,结合中层暖层指标,可以使判别准确率明显提高。本文研究结果可以为冬季降水相态预报业务提供支持。

风廓线下落速度在浙江冬季降水相态识别中的应用

利用浙江7部风廓线雷达探测资料,进行了不同相态降水粒子下落末速的数据分析,统计得到不同降水相态的下落速度阈值,液态降水粒子的下降速度为1.8~6.0 m·s^(-1),固体降水在0.1~1.8 m·s^(-1)。同时对浙江省2011—2014年4年冬季8次雨雪转化过程中的探空资料和地面降水观测资料进行分析,得到最适合浙江省冬季降水相态识别判据是2 m温度、1000 hPa温度、0℃层高度和850和1000 hPa高度差。通过计算各指标的空报率、漏报率和TS评分,得到了最佳阈值,预报雨和雪最佳阈值的TS评分都可达到0.8以上。对雨夹雪的判断,需结合中层暖层指标,可以使判别准确率明显提高。

中国江南-华南地区一次强飑线天气过程位涡诊断分析

应用FY-4A卫星红外和水汽云图资料,结合NCEP分析场资料以及地面自动气象站变压、变温、大风及降水资料,计算等熵面位涡,分析2018年3月4日中国江南—华南地区强飑线过程的发生发展机制及持续性大风产生的主要原因。结果表明:对流单体触发于低层辐合系统,由于雷暴下沉气流与其前方的低层暖湿西南气流形成地面辐合线,并且移入地区的水汽、静力不稳定及垂直风切变条件对强对流风暴的发展均十分有利,使得导致极端对流大风的强对流风暴持续发展。极端大风主要分布在飑线中弓形结构的顶端,落区与亮温梯度和变压梯度相对应,导致变压风增大;飑线的移动与引导气流方向一致,系统走向和低层西南急流接近于垂直,系统移速加快,动量下传效应增强,均是导致极端地面大风的成因。位涡分布表明高位涡的侵入和呈弓形分布的低位涡区的形成具有一定关联,干侵入区与等熵面上高位涡区有着较好的对应,飑线后部的暗区正是干侵入的前沿,高层高位涡的下传是飑线系统持续发展的成因。

2013年7-8月浙江省异常高温特点及成因分析

利用浙江省常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析格点资料和NOAA提供的OLR资料,分析总结了浙江省高温天气气候特点及2013年盛夏异常高温情况,在此基础上重点对2013年盛夏7-8月浙江省出现的异常高温天气成因进行了分析。结果表明:浙江省高温日数以7月最多、8月次之;空间分布上呈西多东少、内陆多沿海少的特点。2013年盛夏浙江省出现了近60余年最严重的高温热浪天气,高温日数异常偏多,部分市县极端最高气温屡破历史记录。盛夏期间高层南亚高压的持续稳定加强东伸,导致副热带高压的加强西伸,异常偏强偏西的副热带高压持续稳定控制浙江省,是浙江省异常高温产生的主要原因。浙江省中低层下沉气流偏强且盛行暖脊影响,上空OLR值异常偏高,整层水汽含量异常偏少,有利于浙江省异常高温的产生。极涡偏向西半球,影响浙江省的冷空气偏弱,台风北上活动影响轻,对于浙江省高温缓解作用有限,促使浙江省异常高温过程频繁且间隔时间短。

基于数值预报和随机森林算法的强对流天气分类预报技术

随机森林算法是当前得到较为广泛应用的机器学习方法之一,有着很高的预测精度,训练结果稳定,泛化能力强,解决多分类问题有明显优势。本文将随机森林算法应用于强对流的潜势预测和分类,分短时强降水、雷暴大风、冰雹和无强对流四种类别,基于2005—2016年NCEP 1°×1°再分析资料计算的对流指数和物理量,开展强对流天气的分类训练、0～12 h预报和检验,经2015—2016年独立测试样本检验表明,针对强对流发生站点的点对点检验,整体误判率为21. 9%,85次强对流过程基本无漏报,模型尤其适用于较大范围强对流天气。随机森林算法筛选的因子物理意义较为明确,和主观预报经验基本相符,模型准确率高,可用于日常业务。

台风“利奇马”造成浙江极端降水的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料(0.25°×0.25°)、FY-2G卫星的黑体亮度温度(TBB)、双偏振雷达、加密自动站资料,对2019年台风“利奇马”引发浙江极端暴雨过程的成因进行分析,结果表明:(1)“利奇马”引发的浙江特大暴雨过程是一次深厚台风本体降水,具有范围广、总量大、局地雨强极端的特点,山脉地形对降水的增幅作用显著。(2)台风登陆前后850 hPa水汽通量、850 hPa辐合和200 hPa辐散都超过气候平均值3~4个标准差,异常强的动力抬升和水汽输送为此次极端降水提供了有利的背景条件,物理量的异常度可作为判断极端降水的重要因子。(3)活跃的西南季风和副高南部的偏东急流为“利奇马”提供了充足的水汽和能量。925 hPa水汽通量辐合大值区域与暴雨落区的形态和位置对应较好,且辐合强度的变化对降水量具有一定的指示意义。(4)登陆前后台风中心密闭云区范围大、结构紧实,其中有多个中尺度对流系统强烈发展且移动缓慢,是浙江东部沿海地区产生极端降水的主要原因。基于双偏振雷达的降水估测产品在短临预报中参考价值高。(5)中层的弱干冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,在地面中尺度辐合线和地形的强迫抬升下不断触发中尺度对流系统并产生“列车效应”,是此次过程中西北部山区特大暴雨产生的重要原因。

浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析

根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T850-500大于27℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,Bli、BCAPE等指示意义显著,而K指数和Si指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。

浙江省静止卫星白天大雾识别方法研究与检验

根据大雾在可见光、长波红外波段的反射及辐射特征差异,基于高时空分辨率的FY2E静止卫星开展白天大雾识别方法研究。统计分析白天大雾的卫星特征并提取多通道动态阈值,并与自动站观测数据相结合,利用阈值叠加可以实现大雾的自动识别。研究发现,白天大雾的反射率一般介于20%~50%,红外亮温一般集中在270~285 K的范围,通过双通道阈值的结合,基本可以滤除海洋、地表和厚云,达到粗判识大雾的目的。另外,由于地表温度和长波红外亮温的正相关,分季节设定阈值可以适当提高识别准确率,并且同一时刻的大雾反射率和亮温存在像元的均一性特征,因此,实时动态提取双通道阈值,缩小阈值区间,有利于降低虚报率;大雾的细判识需要结合相对湿度的观测数据,滤除低湿区,可以使TS评分增加20%以上。通过对16天大雾样本的检验表明,探测率达到92%,漏报率为8%,但虚报率较高,达到32%,TS评分达到62。可见,卫星双通道和自动站数据的结合应用,在大雾的自动识别中可以达到较高的准确率,但是低云覆盖下的大雾识别存在高虚报的情况,精细分离低云、轻雾和大雾仍然存在困难。

台风“达维”对“苏拉”的影响分析

1209号台风"苏拉"生成后,长时间移动缓慢,路径北偏西,但移动过程复杂。位于其东北方向的1210号台风"达维"的活动给"苏拉"的业务预报带来了较大不确定性。当"达维"快速移动后,与其间距小于1000 km达1.5 d,期间双台风互旋不明显。但"达维"的近距离存在,不仅改变了"苏拉"的环境基本引导气流,还改变了"苏拉"的水汽输送、强度变化和结构特征,使"苏拉"的后期路径转向西北,移速加快一倍;登陆福建前后出现非对称结构和降水异常分布;其降雨特点与无双台风影响的相似路径台风"海棠"和"碧利斯"有巨大差异。本文应用卫星云图、新一代天气雷达资料、NCEP1°×1°再分析资料和常规气象资料,着重分析"达维"对"苏拉"的路径和降水影响。