基于逐步回归模型的华南区域模式气温预报产品释用技术研究

基于2017-2019年华南高分辨率区域数值模式2 m气温预报产品,设计了3套模型的构建方案,利用25个显著因子建立97个国家基本站的逐步回归订正模型,对模式和3套订正模型的预报与实况进行偏差分析,结果表明:(1)华南区域模式分辨率较高,但无法细致反映湖南复杂地形影响导致的区域气温变化特征,模式预报的气温,山区的偏差大于平原的;在1-72 h预报时效内的准确率为54.08%,预报偏差随预报时效延长显著增加,且具有明显的周期振荡,偏差最大值出现在日最高/低气温发生时段。(2)基于逐步回归模型,依据模式的起报时次、预报时效建立了3套气温订正模型。其中,方案1为不分起报时次和预报时效建模,方案2为分起报时次不分预报时效建模,方案3为分起报时次和预报时效建模。3套针对不同起报时次和预报时效的建模方案皆对湖南2 m气温的时空分布特征有较好刻画,对复杂地形影响区域的气温预报有一定的订正能力,但随着预报时效的延长订正效果下降,订正效果总体为00时起报的优于12时起报的。(3)3套建模方案2 m气温预报同样具有周期振荡特征,但没有明显的季节差异,最大偏差出现在最高气温发生时段,对夜间温度,尤其是对05时前后的温度预报订正效果明显,其中方案1的气温订正效果总体优于方案2和方案3的,1-72 h预报时效内绝对误差减小了0.68℃,准确率提高了17%以上。

湖南特大干旱时空变化特征分析

利用湖南建站以来至2014年97个国家气象观测站的逐日气温、降水、相对湿度等观测资料计算逐日气象干旱综合指数,运用线性倾向估计方法,统计分析湖南特大干旱的时空变化特征。结果表明:全省特旱影响范围总体扩大,年际变化呈显著上升趋势。特旱年际变化倾向率总体呈上升趋势,平均值为0.016次·a-1,其中衡邵地区上升最快,湘东北下降最快。整体下半年比上半年更易发生特旱,10月特旱频次最多。桑植、宁乡、怀化、郴州、邵东5个代表站最长干旱持续日数越多,特旱发生概率越大,特旱均发生在最长干旱持续日数20 d以上的年份,且多年连续特旱明显多于单独某一年特旱。各代表站最长干旱持续日数出现频次夏季最高,春季最少,跨季节的连旱一般跨越两个季节,夏秋连旱出现频次最高,个别年份跨越3个季节。

转移累计概率分布(CDF-t)统计降尺度方法对湖南极端降水的模拟评估

为了提高湖南极端降水的模拟能力,利用转移累计概率分布(CDF-t)统计降尺度方法及基于第5次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中的24个耦合模式数据,结合3个极端降水指数,从空间特征和年际变率两方面评估降尺度前后CMIP5模式对湖南极端降水的模拟能力。结果表明,较低空间分辨率的CM IP5气候模式无法细致反映区域极端降水变化特征,且由于各模式结果差异较大,多模式集合的模拟效果差。CDF-t统计降尺度通过建立大尺度变量的CDF与区域尺度相同变量的CDF之间的函数关系,对CMIP5模拟湖南极端降水变化特征有一定的改善能力。就空间结构而言,该方法对于模式模拟大雨日数(R10)和连续5天最大降水量(R5d)的空间结构能力都有很大改善,且模式之间表现出较高的一致性,尤其是R10改善效果最显著,与观测相比,湖南地区空间平均绝对误差达到2.18天,较降尺度前绝对误差降低了45.46%。就时间变率而言,该方法对于模式模拟R90P和R5d的时间变率能力都有很大改善,降尺度后IVS值分别由降尺度前的2.2和1.5降低至0.3和0.6。

FY-2G卫星两种云订正产品在湖南的对比分析

使用2015年7月—2016年6月FY-2G卫星逐小时总云量和云覆盖率两种产品,采取区域平均和距离平方反比方法将其分别插值到湖南省有云观测的34个气象站点,并对总云量产品进行分站点滑动回归订正,从而分析上述两种产品的总体一致率和不同实况云量条件下的一致率。结果表明:云覆盖率产品和经过订正的总云量产品在湖南省的总体一致率分别为74.4%和74.8%;云覆盖率产品在实况少云和满云的情况下其一致率较高,但在实况多云时一致率仅为22%;经订正的总云量产品在多云和满云时的一致率高于云覆盖率产品,在少云情况下由于订正误差导致其一致率降低,但可通过选择性订正的方式在一定程度上得以避免。在湖南省使用订正后的卫星总云量作为地面云观测的补充或替代更为合适。

副热带高压控制下湖南两次短时暴雨发生及系统维持机制对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料,对2018年副高控制下湖南两次短时暴雨发生及维持机制进行分析。结果表明:(1)在水汽丰沛且有足够的不稳定能量和抬升条件下,强盛副高脊区反气旋环流内也可以触发短时暴雨天气,其大尺度环流形势特征和湖南典型暴雨过程有着较大差异;(2)对流性降水发生前,不稳定能量明显增强,中低层增湿明显,为暴雨提供能量与水汽条件;(3)两次过程分别受副高南侧热带气旋外围云系扰动和弱冷空气侵入影响,925 hPa形成弱扰动或者弱切变,配合地面中尺度辐合线,近地面动力抬升触发对流性降水,白天受太阳辐射影响,能够自由触发热对流。地形抬升也是重要触发机制,发生在迎风坡热对流占比84%;(4)两次短时暴雨的雷达回波为非常明显的低质心高效率的降水回波,环境风及其垂直风切变小,尽管不利于对流风暴有组织的发展,但雷暴单体移动缓慢,有利于同一地区长时间的强降水。

西太平洋副热带高压控制下湖南一次短时强降水成因分析

在天气预报业务中,发生在西太平洋副热带高压控制下的短时强降水容易出现漏报。为加深对西太平洋副热带高压控制下湖南短时强降水的认识,探究其成因和触发机制,本文利用地面自动站、多普勒天气雷达观测资料及FY-2F云顶亮温、NCEP再分析资料等,针对2018年9月6日一次西太平洋副热带高压控制下的湖南短时强降水成因开展研究。结果表明:在强盛的西太平洋副热带高压脊区内,丰沛的水汽、较强的不稳定能量及一定的抬升条件可触发短时强降水天气。正午前,受弱冷空气侵入影响,低层切变配合地面中尺度辐合线引起近地面动力抬升,从而触发对流性降水;午后,受太阳辐射影响,地面气温达到对流触发温度,从而触发热对流。正涡度区及低层辐合区在降水发生后都向上延伸,有利于垂直上升运动的维持,但较典型汛期强降水过程的动力条件明显偏弱。环境风及其垂直风切变小,且雷暴单体移动缓慢,有利于强降水在同一地区长时间维持。

湖南涝年主汛期降水低频振荡特征分析

本文基于1986—2015年湖南逐日降水数据以及同期NCEP/NCAR再分析资料,分析旱涝年主汛期(5—7月)降水低频振荡特征,并利用位相合成方法研究涝年主汛期20~50 d低频环流演变特征。结果发现,湖南地区20~50 d和10~20 d的低频降水方差贡献比都具有南高北低的分布特征,10~20 d的低频振荡在旱涝年中皆较普遍存在,而20~50 d的低频振荡只在涝年普遍存在,20~50 d低频振荡对涝年有一定的指示意义。对涝年主汛期20~50 d低频降水进行位相合成发现,在活跃位相(中断位相),夏季南亚高压和西太平洋副热带高压(简称西太副高)纬向异常接近或者重叠(分离),湖南地区降水偏多(偏少),且两个高压的强度、范围、以及脊线位置和湖南地区主汛期降水关系较密切。南海反气旋(气旋)、河套地区槽(脊)系统以及湖南地区的垂直速度和比湿配合度高,且随位相变化存在明显的周期振荡,其中南海反气旋(气旋)和河套地区槽脊系统配置与湖南低频降水有着高度的时间一致性,湖南地区的低频垂直速度和低频比湿较低频降水有一个位相的超前滞后关系。此外,随着位相的演变,低频南北风高值区皆有明显的北传特征。

湖南省汛期强降水的30~60d低频振荡特征及延伸期预报指数研究

基于1986—2015年湖南逐日降水资料、同期美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)再分析资料,通过分析强低频振荡年的汛期强降水特征和低频环流场演变对强降水的影响,建立了湖南省汛期延伸期强降水过程预报指数。结果表明:(1)汛期33%的强降水过程均发生在具有显著30~60 d低频振荡的年份中,且大多位于低频降水峰值阶段。(2)通过对强低频振荡年进行合成发现,在活跃位相,南亚高压偏强偏东,副热带高压偏西偏强,这种环流配置导致中国南方大部分地区的高层环流为辐散,底层环流为辐合,有利于降水的产生。在中断位相,南亚高压呈东西带状分布且其位置偏西、强度偏弱,副热带高压偏东偏弱,使得向湖南地区输送水汽的西南气流减弱,进入降水中断期。(3)基于低频散度场不同位相的变化特征,选取了与低频降水相关的两个关键区,从而建立延伸期预报指数,该指数对低频降水显著年的强降水回报准确率能够达到73%。(4)前期4月黑潮的海温异常(SSTA)可作为湖南省强低频振荡年的预测指标。

Diagnostic Analysis on Physical Quantities of Spring Hail Weather in Hunan

Based on hail weather cases in Chenzhou of Hunan in 2016,environmental conditions and physical quantity characteristics of hail generation were analyzed and studied from circulation field,low level jet,stability,dynamic and thermal fields,and some conclusions with the guiding significance of prediction were obtained,which had an active effect on guiding prewarning of hail weather in Hunan,forecast business in falling region,disaster prevention and mitigation.

华南区域模式在湖南省的2 m温度预报检验与订正研究

基于2019年8月-2020年7月华南区域模式(CMA-GD)预报和湖南97个国家站2 m温度实况,开展模式温度预报检验和逐步回归订正技术研究。结果表明:华南区域模式2 m温度预报与实况变化趋势基本一致,预报偏差具有明显日变化,白天准确率下降、夜间升高,随着预报时效的延长,偏差增大;夏半年预报偏差大于冬半年;湘西预报效果优于湘东;00时起报的2 m温度预报优于12时起报。基于华南区域模式预报产品,区分起报时次和季节的2 m温度预报逐步回归订正预报效果较好,订正后预报相对于模式预报误差下降、准确率提高,有明显正技巧,对12时起报的模式预报效果改善更大,不同站点订正效果略有差异,对预报误差较大站点,订正效果明显。