综合指标方法在降水分级预报中的应用

利用 1995年 1月～ 1997年 12月国家气象中心的 T10 6分析场资料 ,采用因子组合、相关分析等手段 ,确定与降水关系密切 ,且有、无雨分类较明确的物理量因子 ,将样本内每个因子由小到大排列后分段 ,计算各段上的降水频率 ,根据各物理量对降水贡献的大小 ,确定各因子的权重系数 ,将每个样本中的所有因子所在段上对应的降水频率加权后累加 ,得到一个综合降水频率值 ,通过历史拟合 ,确定降水 TS评分最大的降水频率值为综合预报指标 ,分别建立小雨、中雨、大雨、暴雨的短期降水综合预报指标。利用该方法进行了降水分级预报 ,并对预报效果进行了分析对比。

人工神经网络在梅雨期短期降水分级预报中的应用

将人工神经网络应用于南京夏季梅雨期短期降水分级预报。根据梅雨期天气特点,用统计和动力学方法从HLAFS(高分辨率有限区域预报系统)资料中寻找预报因子;然后分别用两种方法选取输入因子对人工神经网络进行训练,并分别利用抽取的五天做降水分级预报检验。通过对人工神经网络方法预报降水的结果与HLAFS降水预报以及逐步回归预报的结果对比发现:与HLAFS降水预报相比,降水预报准确率由原来的66.7%提高到88.2%,漏报、错报明显减少;与逐步回归预报相比,大到暴雨的预报准确率得到了明显提高。

淮河下游初夏小时内降水分级与雷达信息特征

利用淮河下游盐城市多普勒天气雷达和雷达扫描范围内建湖县降水量资料,对2008年6月的6次小时内三等级降水过程进行环流背景和局地雷达信息特征分析,其中对不同等级降水又给出夜雨及午后雨降水日变化分类。在环流背景基础上,通过综合分析对应各级各类降水的多普勒天气雷达降水回波的滤波强度分布特征,以及相应时空的雷达径向风场沿体扫倾斜面的分布结构,归纳出小时内降水量级的动力信息特征。结果表明:在两类主导性天气尺度环流背景下,局地雷达要素空间分布特征为:同等量级降水,夜间的平均回波强度明显弱于白天;上游补充回波范围指示降水连续性质;上游长而强的回波带维持下一小时短时强降水;沿经建湖的局地雷达倾斜体扫半径剖面,径向风的风向风速辐合中心的高度越低,辐合层次越宽厚,对应的降水级别越大;在同等降雨量级中,沿倾斜的体扫半径的局地风速强切变,通过上下动量传递和水汽混合,维持着更强的降水。

多元判别与降水分级概率预报

以Bayes判别的基本原理为依据 ,利用分级降水客观概率预报方法 ,获得不同量级降水可能发生的概率 ,在淄博初夏分级分段降水预报中试用 ,取得了良好的效果 ,在实际工作中有较强的实用性。

四平地区夏季冷涡降水分级指标探究

本文利用NCEP(2.5°×2.5°)逐日再分析资料和四平市各县站逐日降水资料,通过对东北冷涡气候特征、降水特征、低空环流形势、物理量特征的分析,选取与四平地区东北冷涡降水相关度较高的700h Pa垂直速度、850h Pa散度、925h Pa散度、850h Pa相对湿度、700h Pa比湿、850h Pa比湿、850h Pa假相当位温、K指数等8个物理量,按降水量级统计物理量指标阈值,利用指标叠套法,建立了四平地区夏季东北冷涡降水分级预报方程,将方程预报结果进行消空处理后可得到良好的预报效果。结果表明:东北冷涡夏季年均出现23.4d,占夏季的25.4%,平均每个东北冷涡过程持续时间约为4.1d;四平地区东北冷涡降水中,暴雨以上量级有76%出现在第四象限。预报方程对四平地区东北冷涡降水预报效果较好,其中暴雨TS评分为0.54,大雨TS评分为0.27,中雨TS评分为0.33,小雨TS评分为0.52,各量级降水TS评分均好于预报员主观预报的TS评分,尤其是暴雨和大雨的TS评分较主观预报分别高出0.54和0.12,对四平地区夏季东北冷涡降水短期预报具有较大的参考价值。

多模式集成分级降水概率及落区预报试验

利用欧洲中心模式(EC-thin),日本模式(JAP),德国模式(GER),T639模式(T639)以及天津WRF模式(TJ-WRF)的格点降水预报资料和历史实况资料,分别基于Rank方法、平均法、相关法设计了三种集成降水概率预报方案,并对2014年4-10月进行集成降水概率预报试验及RPS、BS评分、ROC曲线检验,探讨了集成降水概率预报产品在实际降水预报业务中的应用方案。研究表明:对于各个量级的降水概率预报,Rank方法的预报准确性好于平均法和相关法。基于Rank方法的集成降水概率预报具有可预报性,通过晴雨概率阈值的试验分析,发现当集成降水概率预报达到40%时,降水预报准确率最高,晴雨预报准确率可达到85.1%,通过对各量级概率阈值的试验分析,发现基于集成概率预报阈值得到的分级降水预报产品的ETS评分明显高于单一模式成员;通过个例检验,多模式集成降水概率预报大于40%的区域对降水落区具有较好的指示意义,降水落区预报击中的准确率达到62.3%,典型个例分析显示,对天津小概率极端性的全区性暴雨落区和概率较大的一般性降水落区均有较好的预报效果。

1961—2005年阿勒泰地区5—9月分级降水的气候特征

利用阿勒泰地区7个站1961—2005年5—9月逐日降水资料,研究阿勒泰分级降水雨日、雨量的时空分布特征及变化趋势。指出:阿勒泰5—9月小雨雨日最多,雨量最大。雨日和雨量的空间分布特点是:西部山区有效雨日和雨量最多,平原雨日多,雨量少,东部山区雨日少,雨量多。阿勒泰地区有效雨日和雨量西部、中部、南部呈不明显增加趋势,东部山区为明显增加趋势,主要由中量以上雨日和雨量的增加引起。

广西6-8月分级降水的气候特征

利用广西87个站1977-2006年6-8月逐日降水资料，研究广西分级降水雨日、降雨量的时空分布特征及变化趋势。指出，广西6-8月小雨雨日最多，暴雨雨量最大。雨日和雨量的空间分布特点是：河谷地区少，山地地区多。广西30年来6-8月有效降水总雨日是不明显的增加趋势，总降雨量是明显的增加趋势，平均每年增加5.6mm。微雨雨日数是明显的减少趋势；大雨雨日和雨量是明显的增加趋势；暴雨雨日和降雨量都是显著的增加趋势，增加趋势最明显的是桂中南的平原地区。有效降水总降雨量的增加趋势主要是由于大雨、暴雨雨日的增加趋势引起的。

基于CMA-MESO的分级短时强降水概率预报方法研究

随着预报服务需求不断增长和预报内容日趋精细化,仅针对20 mm·h^(-1)以上的短时强降水预报已不能完全满足业务需要,开展不同雨强等级的短时强降水预报方法研究显得十分必要。利用2016—2019年6—8月中国南方9省1市的国家及区域气象站共51355站次短时强降水样本,将雨强R分为4个等级:20≤R<30 mm·h^(-1)、30≤R<50 mm·h^(-1)、50≤R<80 mm·h^(-1)及R≥80 mm·h^(-1)(分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)。将各级样本与同时段CMA-MESO(China Meteorological Administration mesoscale model)数值预报模式初始场进行时空匹配,提取22个相关物理量建立数据集并进行百分位值统计;利用XG⁃Boost(extreme gradient boosting)机器学习方法对物理量进行重要性排序以确定权重系数;应用连续概率预报方法,选用升、降半岭函数作为隶属函数,建立不同等级短时强降水概率预报模型。运用该模型在2020年汛期进行实时业务预报,并对湖北省2020年6—8月15次大暴雨过程0~36 h预报时效的逐小时不同等级短时强降水概率预报产品进行检验,结果表明:Ⅰ级概率预报产品60%阈值的TS评分(0.145)最好,对应命中率为55.7%;Ⅱ级概率预报产品65%阈值的TS评分(0.083)最好,对应命中率为39.1%;Ⅲ级概率预报产品70%阈值的TS评分(0.03)最好,对应命中率为21.7%;Ⅳ级概率预报产品80%阈值的TS评分(0.005)最好,对应命中率为5.8%。对不同等级雨强个例对比检验表明,各级概率预报产品对CMA-MESO模式在同时次不同等级短时强降水预报上均有较好的订正作用。对3次强降水过程逐小时预报检验表明,I级概率预报产品命中率为40%~80%,空报率为50%~90%,预报时效达36 h,普遍优于同时次CMA-MESO降水量预报。本研究对不同等级短时强降水分型建模并在实际预报中有较好的参考性,能够对CMA-MESO的降水预报起到订正作用。

湖北省梅雨期分级降水预报试验

以武汉中心气象台日常业务降水预报项目为研究对象，选择梅雨期１２—３６小时预报时段，以灰色系统理论的生成函数为基础，运用灰色预测模型将ＬＡＦＳ模式等降水量预报集成，制作了武汉单站降水量分级（弱降水，中等强度降水和强降水）预报。运用回归分析方法，将ＬＡＦＳ资料的降水量预告场订正到湖北省５个自然区，制作湖北省区域降水分级预报。经过１９９３年、１９９４年准业务试验，获得了较好的效果。

悬挂式止水帷幕深基坑分级降水开挖变形特性

在地下水丰富且发育有深厚的透水层的地区,考虑到施工难度以及经济性因素,深基坑的隔水设计往往采用悬挂式止水帷幕。基于佛山地铁某深基坑变形实测资料,采用ABAQUS建立三维流固耦合模型,考虑分级降水开挖的实际工况,研究开挖过程中悬挂式止水帷幕基坑的变形规律。结果表明:地连墙变形在开挖的各个阶段均呈“中间变形量大,两侧变形量小”的鼓胀形。最大侧向位移点在开挖的各个阶段均位于开挖面附近,随开挖深度的增加呈下移趋势。地连墙墙顶位置容易朝着坑外发生变形。坑外地表沉降曲线呈“凹槽”形,随着开挖深度的增加,最大地表沉降点逐渐远离基坑。在基坑开挖过程中,软土层开挖扰动引起的地表沉降呈减小趋势,由坑内降水引起的地表沉降呈增加趋势,由降水引起的沉降可达总沉降量的一半以上。回灌前后坑外地表沉降分布规律基本一致,均呈“凹槽”形,采取回灌措施可在一定程度上控制悬挂式止水帷幕地表沉降变形。

宁夏汛期分级降水客观预报方法应用检验

利用2010—2013年5—9月T639模式产品和同时段宁夏25个国家级气象站降水实况资料,应用概率回归和交叉验证方法,建立宁夏汛期5—9月小雨、中雨、大雨3个级别的168 h分级降水概率预报方程,对比检验客观产品T639-MOS、数值模式T639和上级指导产品NMC对2014年5—9月降水预报效果。检验结果表明:相较T639和NMC,T639-MOS空报率明显降低,漏报率略有增加,但预报准确率明显提高,预报技巧较T639和NMC平均提高10%左右;T639-MOS对大范围降水和强降水预报效果较好,且随着预报时效临近,数值模式预报性能调整,预报能力显著提高;客观方法选取的预报因子代表性和物理意义明确,水汽、动力和热力因子是宁夏降水预报的关键因子,其中,小雨预报关键因子是中低层水汽通量,中雨和大雨预报关键因子是湿位涡和经向风,大雨预报还考虑了关键动力因子的高低层配置;宁夏降水样本数相对较少,且主要以小雨为主,中雨以上降水是小概率天气,所以,降水强度越大,漏报率越高,预报准确率明显下降,但不同级别降水都是T639-MOS预报准确率最高。

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。

1958-2018年湖南鹤城分级降水特征

降水量是气象服务的重要关切点,本文通过集合检验模态分解、M-K检验、线性趋势分析,对61年来鹤城区降水就行了分级,结果表明:小雨日和中雨日呈减少趋势,大雨日、暴雨日呈增加趋势,具有2-3a、6-8a的年际变化和14-20a、30-41a的年代际变化;中雨量呈减少趋势,小雨量、中雨量和暴雨量呈增加趋势。小雨日、中雨日、大雨日和暴雨日分别在1982年、1965年、1971年、2014年存在突变;小雨量、中雨量、大雨量和暴雨量分别在1985年、2004年、2011年、1988年存在突变。小雨日占降水日数的绝大多数(76%~82%)。全年36旬均可发生小雨、中雨和大雨,暴雨和大暴雨集中发生在春季中后期至秋季初期。

1951—2018年南京地区分级降水特征分析

为了研究掌握不同等级降水的演变规律,合理利用降水资源,更好地服务于社会生产实践,利用南京站1951—2018年逐日降水资料,分析了南京地区不同级别的雨量、雨日的变化特征。结果表明:各级降水的雨量多年平均占比相对均衡,雨日占比变幅较大,随降雨等级增大雨日占比减小;各级降水雨量在年内各月占比不同,且年内各月主导降水因素各不相同;小雨雨日在各月占比均较高,为年内各月雨日变化的主导因素;除小雨表现为显著性减小(99%显著性水平)的变化趋势,其他量级降水均表现为增加的变化趋势,且暴雨增加趋势通过90%显著性检验;暴雨的雨量、雨日年代际变化存在明显的阶梯式增长;小雨、暴雨雨量分别在1952年、2005年附近发生突变,中雨、大雨在1951—2018年无突变发生。

基于实际应用的大小基坑组合分级降水技术的案例分析

基坑降水在建筑项目中较为常用,对建筑工程质量与安全性有着直接影响,并在泥石流、滑坡、地震等自然灾害发生时,能够有效防止坍塌、滑坡等安全事故,本文在分析基坑降水技术常见方法的同时,提出一种大小基坑组合分级降水技术,并在相关实际应用案例中加以证明。

近54a哈密地区5—9月分级降水气候特征分析

利用哈密地区6个国家气象站1961-2014年5—9月逐日20—20时降水资料，研究哈密地区分级降水雨日、雨量的时空分布特征和变化趋势。结果表明：哈密地区小雨雨日最多，占总雨日的90．03％。5—9月雨量将近一半是由小雨提供的，一半是由中雨以上的降水提供的。各级雨日（量）的空间分布特点是：最多的是天山北部的巴里坤县，较少的是天山南部及东北部淖毛湖一带，其中淖毛湖表现最明显，不仅雨日和雨量最少，而且近54a没有出现暴雨。哈密地区有效雨日呈现不明显的减少趋势，而有效降水量则呈现较明显增加趋势。

基于评分最优化的模式降水预报订正算法对比

使用2013年1月1日—2016年1月7日全国气象站观测资料,应用准对称混合滑动训练期,不改变雨带预报位置和形态,基于模式降水预报订正结果的TS评分最优化及ETS评分最优化,分别设计最优TS评分订正法(OTS)和最优ETS评分订正法(OETS)确定预报日各级降水订正系数,对2014—2015年降水数值预报进行分级订正,并与频率匹配法(FM)对比。结果表明:在24 h累积降水的多个预报时效订正中,无论是对欧洲中期天气预报中心、日本气象厅、美国国家环境预报中心和中国气象局的全球模式降水预报,还是对4个模式的简单多模式平均,OTS和OETS较FM在TS评分和ETS评分等传统降水检验指标上均更优秀,其中OTS在所有时效均能提高模式降水预报质量,为三者最优。在概率空间的稳定公平误差评分方面,OTS在各时效、各单模式及多模式平均等方面优势明显。在预报员对应参考时效上,OTS在24~168 h的24 h累积降水预报中的TS评分也优于主观预报。

1961—2011年江苏夏季分级雨日的气候特征

利用江苏省1961—2011年夏季67站逐日气象观测资料,按照不同量级的日降水量,运用趋势分析、突变分析、小波分析等方法对近51 a江苏省夏季雨日进行研究。研究发现:各级雨日分布均呈明显的由西北—东南向的变化特征;各级雨日均存在明显的年际、年代际变化和突变特征;各级雨日存在准6 a的年际振荡周期和准12 a的年代际振荡周期,但是存在的主要时段有所差异。各级雨日的趋势变化中,除微量雨日为下降趋势外,其它各级雨日以上升趋势为主。分析各级雨日对有效雨日的趋势贡献:江苏北部地区有效雨日的减少主要来自于大雨、大暴雨日的减少;中部地区的有效雨日增多来自于小雨、大雨和暴雨雨日的增多;南部地区有效雨日增多来自于小雨、大雨和大暴雨日的贡献。

最优TS评分方法在逐时降水订正中的初步应用及评估

使用2020年3—9月逐时更新的CMA广东短临3 km数值模式(CMA-GD(R3)模式)1~12 h逐小时降水量资料,利用最优TS评分订正方法(OTS)对逐小时降水量进行分级订正,并分别从整体和分类型降水过程预报订正效果进行了检验和对比评估。结果表明:从整体预报订正性能来看,通过OTS方法对CMA-GD(R3)模式订正后,对于≥1 mm/h及以上量级的降水,OTS均有较好的订正能力,并且随着雨强的增加,其TS评分的改善比率越大;同时,OTS可有效减少各个预报时效的漏报率和空报率,其中漏报率减小更加明显,表现出明显的湿偏差(空报偏多)。从三类暴雨过程逐时降水预报订正效果来看,通过OTS订正之后,对于≥1 mm/h的降水,OTS对三类暴雨类型均有正的订正能力。其中在0.1 mm、1 mm、10 mm、20 mm、35 mm、50 mm 6个量级上,季风型的逐时降水预报表现最好,6个量级的TS评分值分别为0.403、0.232、0.053、0.023、0.009和0.004;在5 mm量级上锋面型的逐时降水预报表现最优,其TS值为0.102。从改善效果来看,经过OTS订正后,在1 mm量级上台风型改善率最大,在5 mm和10 mm量级上锋面型改善率最大,在20 mm、35 mm和50 mm量级上季风型改善率最大。