1961—2021年四川省区域性暴雨过程时空变化特征

利用四川省156个国家气象观测站1961—2021年逐日降水资料,运用暴雨过程综合识别方法及评价指标,探讨四川省区域性暴雨过程时空变化特征。研究表明:1961—2021年四川省共出现875次区域性暴雨过程,过程次数逐年变化整体呈弱增长趋势,综合强度在20世纪90年代到21世纪初持续偏弱,21世纪以后呈现较明显增强趋势。四川区域性暴雨过程主要发生在6月下旬到9月上旬,大多持续1~2 d,区域性暴雨日数大值中心主要分布在盆地西部和东北部,阿坝州中部和东部、甘孜州东南部及攀西地区东北部,6—8月区域性暴雨日数大值中心从盆地东部逐渐向西部变化,9月则在盆地北部;盆地各月平均过程雨量以西部和东北部最强,攀西地区6、9月区域性暴雨日数偏少,但中部和东北部过程雨量强度未明显减弱。

汶川地震灾区泥石流的诱发降雨阈值

系统收集和整理、分析了汶川地震灾区2008—2011年的160次泥石流事件和其对应的降雨过程,发现不同降雨因子对泥石流的发生所起的作用有所差异,超过77%的泥石流都是由暴雨激发,说明直接降雨因子,如当次降雨量和峰值雨强是诱发泥石流的最关键因子。通过各种降雨阈值方法的结果比较,发现不同区域各种降雨参数对泥石流发生的影响程度不同,因此用于泥石流预报的降雨指标不同,应采用的预报模型和临界阈值也不同。对于崇州市,可选用峰值雨强作为预报指标;汶川县可选用当次降雨量作为预报指标,对于其他地区,适宜用多因子模型(I-R和I-D)进行预报;相比较而言,绵竹、都江堰等地区的泥石流受前期降雨的作用影响较为明显,因此最适宜用峰值降雨强度和有效前期降雨关系(I-RT模型)进行预报。个别地区的阈值年度变化显示地震灾区泥石流的降雨阈值呈回升趋势,但远远未恢复至地震之前的水平。研究可为地震灾区的泥石流预警预报研究做出贡献。

四川省暴雨过程综合评估模型的研究及建立

利用1961-2013年四川省156个国家级气象观测站的逐日降水资料,按照暴雨过程的识别标准,统计得到851次暴雨过程。选取了4项适用于四川省天气气候特征的暴雨过程评价指标,依据历史重现期划分出各指标的等级标准,并利用欧氏距离函数建立了暴雨过程等级评估模型。为能全面反映整个暴雨过程的强度,构建了一个物理意义清晰的暴雨过程综合强度评估模型。该模型客观地考虑了4项指标的权重及其自身变率,对暴雨过程的描述更加科学。通过对历史暴雨过程进行评估分析,发现评估结果与历史灾害事件的记载在时间和强度上具有较好的一致性,评估效果理想,可满足四川省暴雨天气过程定量评估业务的需求。

基于概率匹配的西南区域模式定量降水订正试验

利用2014—2015年5—10月地面观测降水资料和同时段的西南区域模式降水预报资料,基于概率匹配方法,采取分区及点对点匹配两种方案对2016年6—8月降水集中时段逐12h累积降水进行订正试验。结果表明:(1)订正后的模式预报相比订正前而言,平均(绝对)误差有所减小,降水落区的范围和平均强度与实况更加接近;(2)量级偏差越大,运用该方法的订正效果越好,夜间降水订正效果优于白天;(3)分区统计方案对模式系统性偏差的订正效果优于点对点方案,合理的区域划分增加统计样本量可以提高订正效果。

西南区域中心模式SWC-WARMS降水偏差分析

本文利用2014—2015年5—10月12(24)h累积降水资料和西南区域模式(South West Center WRFADAS Real-time Modeling System,SWC-WARMS)36(72h)预报时效内降水预报资料,从概率和频次角度分析不同海拔高度地区观测和模式降水在量级及空间分布上的特征差异。结果表明,SWC-WARMS模式各预报时效各量级降水的概率密度均比观测偏大,并向10mm以下雨量集中,且随预报时效延长偏大更显著;模式与观测降水的概率密度曲线差异在盆地小于高原,地形差异小的区域小于地形差异大的区域。SWC-WARMS模式对四川地区降水预报存在雨日较观测明显偏多,量级偏大,降水频次高值区范围偏大、出现虚假高值区等系统性偏差。此外,模式预报在20—08时比08—20时优,24h累积降水预报优于12h降水预报,尤以中雨及以上量级降水落区预报为甚。最后,模式极端强降水预报在20—08、20—20时较实况偏大,08—20时,模式预报在盆地较实况偏小,川西高原和攀西地区偏大。

基于ECMWF模式的四川夏季强降水订正试验

利用2016—2018年6—8月四川地面观测降水资料(含加密自动站)及同时段ECMWF模式各要素预报场资料,根据基于“配料法”计算所得出的3 h间隔短时强降水概率预报,统计各格点各个转换概率阈值的次数,探索了一种针对模式24 h累计降水预报的强降水订正方法,并运用该方法对2018年6—8月降水集中时段24—72 h时效ECMWF模式降水预报进行逐日试验检验。试验结果表明:(1)从大雨、暴雨降水量级综合检验指标来看,各时效订正后命中率、漏报率、TS评分均有明显改善,且随着预报时效的延长,各指标数值提高的幅度愈大。空报率虽然0—24 h、24—48 h时效预报有所增加,但空报率增加幅度远小于漏报率减小幅度;(2)从个例检验结果来看,订正后的模式预报相比订正前的预报而言,降水量级明显增加,50 mm以上降水落区预报效果有较大程度提升,尤其是0—24 h时效预报,订正后降水落区分布与实况基本一致。

SWCWARMS及ECMWF模式对四川盆地暖区型和斜压锋生型暴雨预报检验分析

利用2014~2016年5~10月四川盆地所有观测站资料及SWCWARMS模式、ECMWF模式同时段20时起报的24h累积降水资料,基于邻域法FSS、ETS评分指数检验了两模式对于高能暖区型暴雨及斜压锋生型暴雨预报的预报性能。主要结论为:(1)两种类型暴雨过程平均误差均是SWCWARMS模式较ECMWF模式大,且误差值为正,表明模式以湿偏差为主;(2)高能暖区型暴雨FSS评分各降水量级各空间尺度均是SWCWARMS模式高于ECMWF模式;斜压锋生型暴雨50mm以下量级降水在36km以下空间尺度ECMWF模式FSS评分高于SWCWARMS模式,54km以上空间尺度SWCWARMS模式评分较高,大暴雨量级降水各尺度下均是SWCWARMS模式评分较高;(3)高能暖区型暴雨ETS评分暴雨、大暴雨量级SWCWARMS模式评分较高,中雨、大雨ECMWF模式预报更优;斜压锋生型暴雨ETS评分,中雨、大雨及暴雨量级降水预报ECMWF优于SWCWARMS,大暴雨量级SWCWARMS模式预报更优。

基于降雨分级的泥石流降雨I-D预报模型

降雨阈值是泥石流预警预报和防灾减灾的重要研究内容。通过野外考察、文献查询等手段,收集了汶川地震灾区典型区域(都(江堰)汶(川)公路沿线)震后34次泥石流事件和对应的降雨过程,通过统计诱发泥石流的降雨历时及平均降雨强度,建立了该地区的降雨I-D(雨强-历时)关系;针对I-D关系在实际预报中的不足,结合中国气象部门的雨量划分标准和诱发泥石流的降雨历时将降雨分为小量级降雨(SI)、中量级降雨(MI)和大量级降雨(LI)3个等级,得出复合型降雨I-D关系。结果表明:①都汶地震灾区诱发泥石流的降雨历时为2~53h,平均降雨强度为0.1~13.8mm/h,I-D关系可表示为I=5.94 D-0.70;②复合型降雨I-D预报模型可进行分级预警,其中约80%泥石流事件超过了橙色等级预警线,I-D关系式为I=10.0 D-0.56(1h≤D<12h),I=4.8 D-0.26(D≥12h);③改进后的复合型降雨I-D阈值线斜率更小,预报精度更高,更适合中国西部山区的泥石流预报工作,且在2014-2016年都汶公路沿线的泥石流预报检验中取得了较好效果。本研究拟为汶川地震灾区泥石流的预警预报提供技术支撑。

基于不同海拔高度的雷达降水估测试验

在国内外雷达定量估测区域降水量一些方法基础上,将降水类型、地理位置和海拔高度同时纳入考虑范畴,在成都CINRAD/SC雷达站(海拔高度596.5 m)200 km范围内选择实验区,并按海拔高度将所选区域分为3区。然后利用2010年7—8月的雷达体扫资料以及同时段、同时次的雨量计数据,采用最优化算法分别在每个区域内修订传统Z-I关系中的"A,b"系数,以得到不同海拔地区的Z-I关系和每小时雨量估测值。研究表明,与直接采用传统的Z-I关系定量测量降水相比,各个区域内,经改善后的Z-I关系准确率提高了20%左右,算法相对简单,适合业务使用。

四川地区ECWMF模式晴雨预报订正试验研究

利用2016-2019年ECWMF模式降水预报及对应时段的观测资料,设计了最优百分位(OP)、最优TS评分(OTS)、概率匹配(PM)、分区OTS和分区PM-OTS融合共5种方案,对数值模式晴雨预报展开了订正试验。结果表明:(1) OP和PM方案的晴雨订正阈值为静态阈值,OTS方案为动态阈值。5种方案的阈值均适用于A区(盆地、阿坝州和甘孜州北部),其中PM、分区PM-OTS融合方案阈值更适用于数值模式湿偏差明显的B区(甘孜州南部和攀西地区)。(2)各方案对ECWMF模式晴雨预报均有明显的订正能力,24 h时效订正效果最优,B区订正效果优于A区,秋冬季节优于春夏季节。(3)分区后的订正方案晴雨评分优于分区前,其中分区PM-OTS融合方案评分最优。个例和批量试验表明,A区各方案订正效果相当,B区以PM、分区OTS和分区PM-OTS融合3种方案订正后的雨区分布与实况更接近,其中分区PM-OTS融合方案订正效果最优。

四川盆地地闪与对流性降水和雷达回波的关系

利用ADTD型闪电观测资料、SWAN拼图资料及成都CINRAD/SC多普勒天气雷达数据,对2009-2011年12次区域性大暴雨过程中的100个地闪、强降水个例和雷达回波的特征及时间关系进行了统计分析.结果表明：负地闪频数和降水强度随时间的变化较一致,有单峰、多峰的特征;负地闪频数越高,出现强降水的可能性越大;持续性强降水开始之前6～30 min,83％的事件伴随有负地闪频数突增并持续性增长的现象,56％的事件有负地闪频数峰值出现,地闪频数突增对持续性强降水的开始有较好的指示意义;负地闪频数峰值出现之后的6～30min,67％的事件有出现降水量峰值,负地闪频数峰值的出现可预示雨强峰值的迅速到来;此外,在强回波移动方向的前方常伴有弱的负地闪活动,负地闪活动主要集中在35 dBZ以上的强回波区,且移向与强回波的移动方向较一致.

1961-2018年四川盆地夜雨特征分析

本文根据1961~2018年5~9月20~08、20~20时降水数据,和2010~2018年逐小时降水资料,利用EOF等方法分析了四川盆地夜雨率、夜雨强度及夜雨频次的时空变化特征,结论如下:(1)夜雨率EOF展开的第一特征向量(占总方差的17.1%)显示四川盆地为一致的变化特征,夜雨强度EOF第一特征向量(占21.5%)为以105.5°E为界的经向偶极型空间分布。(2)夜雨高频次中心位于雅安、乐山和眉山3市的交界区域,盆地西部沿山,盆地西南部和南部为次高频区,盆地东北部和中部为低频区。降水频次随时间呈明显的单峰特征,02~05时为峰值时段。(3)小雨至大雨逐日、月夜雨率与夜雨强度呈反位相变化,夜雨率先下降后上升,夜雨强度先上升后下降,7、8月为过渡时段。各量级夜雨率、夜雨强度逐年变化曲线呈波状分布,无明显上升或下降趋势。

四川冕宁“6.26”大暴雨模式预报检验

运用气象观测资料和GRAPES、ECMWF、SWCWARMS_9KM(简称SWC)模式预报资料,对冕宁“6.26”大暴雨天气过程模式预报性能进行检验。结果表明:(1)对于24 h累计降水预报,中尺度区域模式优势明显,量级与落区预报效果均为最好,其中GRAPES_3KM模式预报落区分布与实况重合度较高,暴雨及以上量级降水TS评分最高。(2)GRAPES_3KM模式最大小时雨强10 mm以上降水落区与实况大雨及以上量级降水落区匹配度最高,ECMWF模式24 h累计降水多物理量订正产品及短时强降水概率产品次之。(3)SWC及GRAPES_3KM模式24 h累计降水极值点相比实况略偏北,量级偏小。对于小时降水峰值出现时间,SWC模式偏早4 h,GRAPES_3KM模式偏早3 h。(4)GRAPES_GFS模式环流背景预报更接近实况,SWC模式能较好地预报出冕宁上空中尺度辐合系统的存在。

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。

四种降水融合产品在四川持续性强降水过程中的对比评估

利用四川省地面降水观测资料,针对2020年8月发生在四川的一次持续性强降水过程,采用多种评估指标对国家气象信息中心研发的四种降水融合产品(FAST_5KM、FRT_5KM、RT_1KM、NRT_1KM)进行对比评估。结果表明:对于过程累计降水量,四种融合产品均能很好地反映此次降水过程,1km产品对降水落区的刻画更为细致,和实况有较高一致性,NRT_1KM偏差最小,FAST_5KM差别最大。四种产品的降水中心与实况都略有偏差,1km产品降水中心更接近实况。四种产品小时降水量走势与实况一致,但峰值均低于实况小时降水峰值,1km产品小时雨量更接近实况。对于24h累计降水量,四种降水融合产品均能表征出逐日降水落区的移动,且落区、走向和雨带形态均与实况较为一致,1km产品的雨强和落区更接近实况。对于晴雨准确率,四种产品无雨站点较实况均偏少,1km产品最为接近实况,准确率基本维持在95%。降水融合产品的小时最大雨强与实况均有较好的对应关系,1km产品优于5km产品,FRT_5KM优于FAST_5KM,NRT_1KM最优。综合来看,1km产品优于5km产品,1km近实时产品优于实时产品,5km三源产品优于二源产品。

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。

基于Copula函数的川西南地区连旱危险度分析

利用川西南地区1960—2010年逐日降水资料,结合降水距平百分率干旱指标,基于Copula函数,构造川西南地区季节间连旱的危险度评估模型,对各站春夏连旱、夏秋连旱、秋冬连旱及冬春连旱的危险度特征进行分析。结果表明:Clayton Copula函数可用于季度间连旱模型的建立。通过各站的危险度评估模型得出,川西南地区遭遇春夏连旱的危险度最低,其中乐山市低至4.52%;而遭遇冬春连旱的危险度最高,攀枝花市高达28.99%。针对各站点而言,攀枝花市遭遇各种连旱的危险度最高,而乐山市遭遇各种连旱的危险度最低。对同一种连旱而言,各站遭遇不同强度连旱的危险度特征也有所差异。总体而言,当相邻季节均为重旱时,各站的连旱的危险度最小;当两季节均为偏旱强度时,各站的连旱的危险度最高。

绵阳重污染天气机动车限行对空气质量的影响研究

为应对2017年底绵阳出现的一次重污染天气,绵阳政府于2017年12月25日0时至29日12时首次实行了机动车尾号限行措施。利用2017年12月20日至2018年1月2日绵阳4个国控环境质量监测站点的CO、NO2、SO2、O3、PM2.5、PM10的数据分析限行前后的污染物浓度变化特征,并结合气象数据进行污染成因分析。结果表明,大气颗粒物PM2.5和PM10是此次重污染天气的首要污染物,机动车尾号限行措施对PM2.5和PM10有一定的减排效果。机动车尾号限行措施对NO2、SO2、O3具有明显的减排效果,而对CO几乎没有减排效果。限行前和限行期大气颗粒物主要来源于化学转化形成的二次颗粒物,而限行后则转为沙尘、扬尘等一次颗粒物。江油对绵阳大气颗粒物PM2.5、PM10影响很大,气流轨迹出现频率高,大气颗粒物浓度也高,有必要考虑进行区域联防联控。