基于迁移学习方法的山东冷云冰晶特征分布研究

为分析冷云中冰晶的分布特征,揭示冰晶增长演变机制,根据冰晶形状和尺度特征分为8类并进行标注,同时标注1类隔断栏进行数据质量控制,将9类标签图像整合并建立图像集,利用迁移学习VGGNet16方法进行识别训练,经训练模型分类准确率达98%。将模型应用到秋季冷云冰晶特征研究中,选取3次积层混合云和3次层状云降水过程,分析冰晶形状在不同温度区间的占比及冰晶谱变化特征,结果表明,温度通过影响冰晶基面与棱面的比值来决定冰晶初始形状分布,相同温度区间积层混合云内球状冰晶和线型冰晶占比高于层状云,低于-12℃后各类冰晶占比相对固定;积层混合云内线型冰晶直径集中在300~800μm,冰晶谱呈多峰分布,聚合体直径大于600μm,冰晶谱首尾两端浓度相当,球状冰晶直径集中在120~300μm,冰晶谱呈单调下降趋势。

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971—2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华南沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析。建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型。分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支。结果表明:在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次。暴雨的范围广、强度大。出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后。在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆。中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北。500hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合。低层850—700hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制。热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东。在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送。在台风登陆后12—48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入。暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨。

山东精细化海区风的MOS预报方法研究

基于中尺度数值模式WRF_RUC的预报产品,采用逐步回归的MOS方法,对山东12个精细海区代表站有关大风进行解释应用。对2013年9月—2014年4月海区风的客观预报产品进行检验,结果表明:MOS预报方法对6级以上日最大风速有较好的预报能力,较WRF_RUC模式直接输出的预报结果有了明显的提高,但对4级以下小风预报效果较差。选取4级风作为阈值,当WRF_RUC模式预报风力大于4级时,用MOS预报结果替换,显著提高了风速分级预报效果,无论是4级以下小风还是6级以上大风,MOS预报评分都要高于WRF_RUC模式预报。将平均风速与阵风的统计关系应用到阵风客观预报中,MOS方法对于改进的日极大风速的预报效果有明显提高,对10级强风也有一定的预报能力。

山东省天气预报逐级指导技术研究

介绍了山东省天气预报逐级指导技术研究的技术方法和预报逐级指导业务系统 ;给出了常规要素。

山东一次连续性降雪过程云微物理参数数值模拟研究

利用PSU/NCARMM5V35非静力数值模式对2005年2月14—16日山东连续性降雪过程进行了数值预报,模拟的降雪开始时间、发展演变及持续时间与观测较一致。在成功模拟的基础上,用模式输出预报资料,特别是采用Reisner混合冰相过程计算的云水、雨水、冰晶、雪晶等比含水量数值,对降雪过程的水汽输送、不同发展阶段微物理参数的演变特征进行了分析。结果表明,来自南海的西南急流和低层的东南风水汽输送,850hPa中尺度切变线的维持和低涡的发生、发展,为暴雪的产生提供了宏观条件;模拟的运动场和微物理场的时空演变表明,垂直运动是水汽凝结、冻结和冰粒子碰并和“蒸-凝增长”的运动学条件。

山东省极端强降水天气概念模型研究

利用山东省1971—1999年逐日降水资料,采用百分位法确定各站极端强降水阈值。据此阈值,在2000—2009年中挑选了39个极端强降水天气过程并进行天气分型,得到高空槽类、副高外围类、切变线类、气旋类、热带气旋类5类极端强降水概念模型。研究表明:切变线类、气旋类和热带气旋类暴雨区范围较大,而高空槽类和副高外围类暴雨区范围较零散;5类极端强降水均伴有低空急流,暴雨区一般位于700 hPa与850 hPa切变线(或槽线)之间、低空急流左侧风向风速辐合处;高空槽类、副高外围类、切变线类一型和气旋类均有冷空气影响,暴雨区位于850 hPa冷温度槽前部;5类极端强降水的产生机制不同,落区与θse的配置也不尽相同。

气象条件对山东省小麦蚜虫发生发展的影响分析

为了研究气象条件对小麦蚜虫百株蚜量的影响,选用山东省东平县1976—2004年小麦蚜虫高峰期百株蚜量及成灾面积数据资料,将逐旬气象因子进行"膨化处理",确定最理想的相关因子,通过分析其对应的气象条件之间的相关性,说明小麦蚜虫的发生发展主要与降水和日照时数两个因子有关。小麦蚜虫百株蚜量与4月上、中旬平均相对湿度呈负相关关系,与5月中、下旬降水量呈正相关关系;小麦受灾面积与4月上旬日照时数呈正相关关系。

山东半岛一次强飑线过程地闪与雷达回波关系的研究

利用山东省气象局地闪定位资料和青岛多普勒雷达资料,分析了2007年7月31日发生在山东半岛一次强飑线过程的地闪活动演变特征以及地闪活动与雷达回波特征的关系。结果表明,此次过程中地闪异常活跃,最大频数达到1 212fl.(10min)-1,但正地闪仅有15次。在飑线系统快速发展阶段,地闪频数出现了两次"跃增"现象,地闪频数随时间的增加呈"阶梯状"发展特征。地闪主要集中发生在6km高度上雷达回波≥35dBZ的区域,地闪频数与45dBZ以上强回波面积的相关系数达到0.89,但也有少量地闪零星分布在弱回波区域。地闪频数与45dBZ回波顶高的相关性要好于与35dBZ和50dBZ回波顶高的关系,二者之间的相关系数为0.71。为了定量分析对流强度与地闪频数之间的关系,定义了8个对流强度指数,其中0℃层以上所有强回波的反射率因子值之和与0℃层以上所有强回波的反射率因子值与所在高度的乘积之和以及地闪频数的关系非常稳定。对比分析不同强度的对流系统,发现不同雷暴天气过程中的对流强度与地闪频数的关系明显不同,即对流越强,相应的对流强度与地闪频数的相关关系也越好。另外,在飑线系统的发展演变过程中,地闪频数与0℃层以上和7～11km高度的冰相降水含量也存在着非常密切的关系,相关系数均在0.8以上。

多模式集合对山东省气象要素预报效果检验

为了检验不同数值模式及多个模式的集合平均对山东地区10 m日最大风速、2 m日最高温度、2 m日最低温度及降水的预报效果,利用2011年MM 5、WRF-RUC、T639、日本及德国数值模式进行不同模式组合的集合平均,并对各组合进行TS评分检验。结果表明:晴雨预报,T639模式TS评分最高;对大雨以下等级降水的预报,T639模式24 h预报的TS评分最高,MM 5、WRF-RUC、T639、日本和德国模式集合平均48 h和72 h预报的TS评分最高;MM 5、WRF-RUC和T639模式集合平均对大雨和暴雨24 h预报的TS评分略高于单个模式。对3级以下弱风,T639模式预报准确率最高;对4级以上大风,WRFRUC及WRF-RUC三层集合平均的预报准确率最高;与单个模式相比,MM 5、WRF-RUC和T639模式集合平均仅对3级风力预报准确率有所提高。MM 5、WRF-RUC和T639模式集合平均对最低温度预报准确率最高,但集合平均对最高温度预报并未提高。

基于垂直温度梯度对WRF-RUC模式山东2 m温度订正研究

为了减小观测站实际地形高度与对应模式地形高度的差异给2 m预报温度带来的误差,基于垂直温度梯度设计两种订正方案:第1种方案假定整层大气温度垂直梯度为-0.006 5℃·m-1;第2种方案计算了距离观测站实际地形高度最近的两层模式温度间的垂直梯度。利用两种方案对天气与预报快速跟新循环(简称WRF-RUC)模式2016年10—12月山东逐日2 m预报温度进行订正并对比订正前后的预报效果,对高度差异最大的泰山站2 m预报温度的订正效果进行研究。结果表明:(1)山东大部分观测站的实际地形高度与对应模式地形高度差异较小,导致两种方案订正效果不明显;(2)对泰山站2 m预报温度的订正,第1种方案在预报前期有正效果,在预报后期出现负效果;第2种订正方案在整个预报时段呈现正效果;(3)WRF-RUC模式2 m预报温度存在负的系统偏差,导致第1种方案在预报后期对泰山站2 m预报温度的订正存在负效果,第2种方案有效克服了逆温影响,对泰山站2 m预报温度的订正效果更优。

基于3种能见度方案山东地区雾天气预报试验研究

基于中尺度天气研究与预报(Weather Research and Forecast,WRF)快速更新循环(Rapid Update Cycle,RUC)模式系统,选取SW(Stoelinga and Warner)方案、RUC方案与FSL(Forecast Systems Laboratory)方案3种能见度方案,对2015年10月至2016年3月山东地区的25次雾天气个例进行预报试验,包括能见度的定量化预报和雾天气的有、无诊断预报,利用常规气象观测资料对预报结果进行检验评估,并分析不同能见度方案对雾天气预报效果不佳的原因,对RUC方案进行订正。结果表明:SW方案模拟的能见度平均绝对误差为9—12 km,RUC方案和FSL方案模拟的能见度平均绝对误差均为2—4 km。对于山东地区大部分雾天气预报试验,SW方案和FSL方案雾天气预报的确报率高于误报率,均对雾天气具有一定的预报能力;RUC方案雾天气预报的确报率和误报率均为0,对雾天气没有预报能力。综合山东地区能见度与雾天气的预报效果可知,FSL方案更适合作为WRF-RUC模式业务中雾天气的预报产品。模拟能见度对相对湿度的预报误差过于敏感、未考虑空气中的污染物对能见度的影响及计算公式未进行本地化订正是能见度方案对雾天气预报效果不佳的主要原因,订正后的RUC方案模拟的能见度平均绝对误差较原始方案减小,且提高了雾天气的预报效果。

山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍

介绍了影响飞机增雨飞行安全的积冰、颠簸、对流等不利气象条件的指数计算方法,及其对应的积冰、颠簸、对流发生强度等级标准。利用中尺度数值预报系统输出的温度、相对湿度、风场、过冷水含量等模式预报结果,制作了相关指数预报产品,并在飞机增雨天气保障业务中进行了应用。以2005年5月16—17日飞机增雨作业过程为例,简要分析了积冰指数等预报产品在安全飞行气象保障中的应用情况。

山东省气象科研信息管理服务系统简介

介绍了山东省气象科研信息管理服务系统的设计思路、功能。

山东省气候研究成果综述

建国前,我省只有济南、烟台、青岛等少数气象台站。建国后,特别是1958年以来,各地县相继建立了气象台站。真正开始气候研究工作是在50年代未期,对济南等12个地市进行了单站气候分析。到了60年代,才开始出版《山东气候》和气候图集。

山东省气候年型预测与作物布局决策研究

利用灰色预测中的ＧＭ（１，１）模型，对温度、降水分别进行数列预测和灾变预测，然后通过对比分析得到预测年度温度与降水的季节分布。根据预测的年型特点，结合山东省不同气候年型下作物布局的科研成果，提出预测年度的山东省作物优化布局意见和建议，为农业生产服务。

山东省麦套棉初霜冻灾害预测及减灾对策服务系统研究

在田间试验基础上研究得出初霜冻危害麦套棉的气象指标，用灰色预测模式进行了初霜期的预报。同时，根据预报提出一系列有效的农业对策进行服务。

山东气象部门Lotus Notes邮件系统使用现状及使用技巧

结合山东气象部门使用Notes邮件系统现状,主要从Notes客户端使用过程中出现的登录及其它各种常见故障进行分析和说明,对常用到的使用技巧进行详细的归纳和总结,提出解决问题的方法。

基于前馈神经网络的多模式集成降水预报研究

为提高山东定量降水预报准确率,采用深度前馈神经网络(Deep Forword Neural Networks,DFNN)和降水分级最优TS(Threat Score)权重集成方法对多模式集成降水预报进行研究。对2019年4—9月欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF)全球数值预报系统、中国气象局上海数值预报模式系统(China Meteorological Administration Shanghai 9 km,CMA-SH9)和中国气象局中尺度天气数值预报系统(China Meteorological Administration Meso⁃scale,CMA-MESO)逐24 h累积降水量预报进行有监督训练,得到4组DFNN(ES、EM、SM、ESM)深度学习模型,并利用多模式降水分级最优TS权重集成方法建立Mul-OTS(Multi-mode Optimal Threat Score)集成模型。用2020年4—9月各模式逐24 h累积降水量进行降尺度格点预报,对5种集成方案对比检验、个例分析应用。结果表明:不同起报时间、不同预报时效,5组集成方案均降低了平均相对误差,ESM方案最好,Mul-OTS方案最差;4组DFNN方案均提高了晴雨准确率,ESM方案最好,Mul-OTS方案低于模式预报;4组DFNN方案均提高了各降水等级TS、ETS评分,对弱降水的提高幅度大于强降水,Mul-OTS方案对小量级降水等级订正是负技巧,对大量级降水等级的订正效果较好,但仍不如ESM方案;个例分析发现降水强度和落区预报ESM方案均优于其他集成方案。因此业务上采用最优的ESM方案建立了定量降水格点预报系统,为智能网格预报提供重要支撑。

山东一次典型持续冰雹过程的闪电活动和雷达特征分析

2020年6月1日下午至夜间,山东部分地区出现降雹天气,利用卫星和雷达以及闪电探测资料详细分析此次降雹过程的闪电和雷达参量特征。结果表明:(1)鲁北和鲁中雹暴闪电活动的主要差异为:鲁中雹暴的对流强度强于鲁北雹暴,其正地闪比例和正地闪平均强度明显高于鲁北雹暴。其相同特征为:在开始阶段正地闪比例和云闪占总闪电的比例较高;在地面降雹开始之前总闪电频数均出现跃增,其峰值提前降雹6~18 min,同时云闪表现更加活跃;地面出现降雹之后,云闪频数快速下降,地闪占总闪电比增加,甚至超过50%。(2)雹暴的闪电活动均发生在云顶温度小于-50℃的云区内,且密集出现在云顶温度小于-60℃的范围内。闪电主要发生在30 dBZ以上回波区域,密集的云闪对应强对流区,表明云内垂直运动剧烈。负地闪与差分相移率KDP>0.5 (°)·km-1和差分反射率ZDR>2.0 dB的区域对应关系非常一致,表明负地闪与强降水区密切相关。雹暴回波穹隆区的ZDR值较高、零滞后相关系数(Cc)值较低,很好地指示了上升气流区。较高的水平反射率因子(ZH)和较低的Cc以及较低的ZDR区域对应冰雹粒子区域。闪电很好地对应于云内霰、湿雪、冰雹、干雪等大的冰相粒子区。(3)0℃以上ZDR≥1.0 dB的体积、ZH≥30 dBZ的体积、ZH≥30 dBZ的冰水含量与总闪电频数的时间演变趋势基本一致,其与总闪电频数的相关系数分别为0.756、0.780和0.710,进一步证实大的冰相粒子在起电过程中发挥着主导作用。

多种模式降水预报的稳定性特征研究

预报的稳定性是指对同一时段在不同时间发布的多时效预报结论的一致性,是模式预报质量的一个重要方面,较大的不稳定性会给使用者造成困扰。为深入了解业务常用模式的稳定性,使用相对标准偏差指标计算不同时效预报的降水量波动大小,并改进了Flip-Flop指数(改进后简称FF_(norm)),计算多时效降水量预报变化趋势的翻转程度,衡量预报变化趋势的稳定性,对2种全球模式(ECMWF、NCEP-GFS)、3种区域模式(CMA-MESO、CMA-SH9、HHUPS-ST),在中国6个气候分区中降水预报的稳定性进行对比分析,分为实况有降水和暴雨及以上降水2种情况进行了讨论。结果表明:实况有降水时,相对区域模式来说,全球模式的多时效降水预报的相对标准偏差较小,即模式降水量预报的波动较小;各模式对西南区的西部、东北区的东部以及华南区的南部预报的波动性相对较小,西北区的西部波动性较大。就多时效降水量预报变化趋势而言,2种情况下均为CMA-MESO、NCEP-GFS和ECMWF的稳定性较好,其FF_(norm)指数小于HHUPS-ST和CMA-SH9模式,其中CMA-MESO对西南区、华南部分地区降水量预报变化趋势的稳定性较为突出;CMA-SH9的指数最大,多时效降水量预报变化趋势稳定性较差;各模式对长江中下游地区的FF norm指数相对较大,多时效预报趋势的稳定性较差。有降水时,CMA-MESO随时效临近的降水量预报变化趋势稳定(单调递增、单调递减或不变)的频次最多,其次是NCEP-GFS,2种降水情况下,该2种模式的降水量预报均为随时效临近单调递增次数大于递减次数,且CMA-MESO单调递增特征尤其显著。以上特征能够为模式调试和预报决策提供参考。