留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

网络预出版

显示方式:
北京地区温度预报对心脑血管疾病的健康影响及经济效益评估
尚晶, 孙兆彬, 苗世光, 季崇萍, 甘璐, 刘璐, 安兴琴, 侯青
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220122
摘要:
不适温度能增加人群心脑血管疾病的死亡这一现象已达成共识,但是天气预报在不利温度-死亡暴露反应关系中的调节作用及经济价值尚未见报道。故本研究以北京地区气象环境和逐日心脑血管疾病死亡数据为依据,对2006年至2016年北京市气象台对公众发布温度预报数据进行准确性检验,利用分布滞后模型构建了准确预报、高估和低估时温度与北京市心脑血管疾病死亡的暴露反应关系,并以主观预估为基准评估了天气预报的健康效应,最后运用调整后的人力资本法估算了天气预报在减少心脑血管疾病健康风险方面的经济价值。结果发现,11年间北京市气象台所发布的白天最高气温的准确率明显提升,以偏差不超过2℃为划分依据的准确率由60%提升至84%;暴露反应关系的研究表明准确预报时不利温度所造成的最大单日相对风险有所降低;基于人们将依据前一日实际温度形成主观预估温度的假设,发现2006年至2016年期间主观预估的准确率基本保持稳定;根据天气预报和主观预估之间的差异,识别出北京市天气预报所减少的心脑血管疾病单日最大超额死亡人数在2006年至2016年期间呈现出上升趋势,每年减少的人数在114~457人之间;经济学评估发现北京市温度预报对心脑血管疾病健康影响的经济收益由2006年的1.21亿元上升至2016年的11.31亿元。
一次飑前降雹超级单体分裂过程的雷达回波及流场特征分析
韩颂雨, 司波, 勾亚彬, 黄克慧, 罗昌荣
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220146
摘要:
2019年4月23日浙江南部发生一次明显的超级单体分裂过程,为研究超级单体风暴分裂特征,利用多部雷达构成的双雷达三维风场反演组网技术,结合雷达基本产品、风廓线雷达及探空资料对此次分裂过程做了分析。该超级单体风暴在较强的垂直风切变环境下(地面—500hPa大于15m/s)发生,形成于飑线主体弓形回波前端,具有明显的三体散射特征且持续时间较长。分裂从初始风暴的北侧中层开始,然后迅速向上下伸展,左移超级单体具有明显中反气旋涡旋结构,呈现由悬垂、强回波柱、强上升气流配合构成的典型超级单体结构,与右移超级单体无论在形态、还是流场结构上都形成近似镜像对称的状态。在两者即将分离时,两风暴均出现了降雹,对应强下沉气流。在新风暴分裂形成的发展阶段其垂直廓线中最大垂直速度和最大负散度值均在加大,而对应时段原风暴这两个物理量数值减少;两个风暴整个分裂过程正负涡度数值均一同逐渐加大,气旋—反气旋涡旋的旋转程度变大趋势一致。低层垂直风切变矢量随高度逆时针旋转,分裂的左移反气旋超级单体加强发展,右移的气旋式超级单体受到一定抑制,与理论研究结果相一致。此次个例雷达反演的风场特征与径向速度图相吻合,反演风场基本可靠,为直观理解超级单体风暴分裂的动力学特征提供了进一步参考。
El Nino对中国东部季风区夏季不同持续性降水的影响
彭艳玉, 郜倩倩, 刘煜
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220185
摘要:
[资料和方法]利用1961~2018年中国2400多站的地面台站常规观测降水数据,[目的]探讨了不同分布型El Ni?o事件对中国东部地区降水持续性结构的影响,进一步分析了不同区域上持续性降水变化的原因。[结果]东部型El Ni?o事件中的北异常雨带主要是由于短持续性降水频率和强度同步增加而形成的,短持续性降水对该区域内降水异常的贡献率超过80%;南异常雨带形成的原因则是长持续性降水频率和累计降水日数比例同步增加。中部型El Ni?o事件中的异常雨带形成最主要的原因是短持续性降水量异常增加,其贡献占比约为60%,其次是长持续性降水占比约为24%;短持续性降水的增加主要表现为频率增加和强度增大,而长持续性降水增加主要发生在雨带南部,是频率和累计日数比例同时增加的结果。[结论]两类El Ni?o事件次年夏季,中国东部地区短持续性降水的变化对总降水量异常变化的贡献最大,在长江流域长持续性降水的增强对总降水量增加也有重要作用;异常雨带形成的最主要原因是短持续性和长持续性降水频率的明显增加。
江淮流域大范围雨带降水的精细化特征研究
卜文惠, 陈昊明, 李普曦
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220107
摘要:
[资料和方法]利用CMPAS多源融合降水数据和ERA5再分析产品,基于面向对象的诊断评估方法(MODE),量化雨带空间特征信息,挑选出较大范围的雨带,再按照雨带走向不同将其分为纬向型和经向型。[目的]将江淮流域雨带按照其空间型态进行分类,分析了江淮流域不同空间型雨带的降水和环流特征。 [结论]对比不同空间型雨带的降水时空特征发现,大范围雨带多呈西南-东北走向,降水量、降水频率的日变化表现为夜间主峰值,午后次峰值的双峰特征,降水强度则为夜间至凌晨的单峰特征。纬向型雨带表现为西南-东北向,在暖季随时间自南向北推进,降水集中在6月中下旬至7月中上旬,对应着江淮梅雨期降水,强降水的发生频率高,雨区面积大,雨带的降水量、降水频率及降水强度的日变化特征同大范围雨带基本一致。经向型雨带降水在8月季风间歇期发生的频次较高,多为影响范围较小的降水过程,降水量、降水频率日变化为午后单峰特征,降水强度也是午后较夜间更大。进一步对比两类不同空间型雨带对应的环流特征发现:两类雨带降水都对应中高层暖、低层冷的温度异常垂直结构,风场的异常环流在高层为反气旋性,在低层为气旋性。但是纬向型暖异常南北两侧温度梯度较大;而经向型东西两侧的梯度较大。纬向型位于高层反气旋的中心,高层辐散提供了上升需要的动力条件,低层西南风异常提供了丰沛的水汽,有利于形成大范围的降水。经向型位于高层反气旋的后部,低层风场主要为东南风和东北风异常,形成经向度较大降水空间分布,辐合上升的局地性较强,强降水中心较为分散。
青藏高原瓦里关站黑碳气溶胶长期演变特征及来源分析
刘晨曦, 蒋梦姣, 吴昊, 杨寅山
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220110
摘要:
[目的]为了解青藏高原黑碳气溶胶的长期演变特征及来源,[资料和方法]使用1994年7月至2017年7月共24年的中国瓦里关全球大气本底站等效黑碳浓度地面观测数据、1994年8月至2004年6月的风向风速地面观测数据,美国国家环境预测中心/国家大气研究中心全球再分析气象数据,分析了青藏高原中国瓦里关全球大气本底站测量的等效黑碳浓度的长期演变特征及输送特征。在此基础上利用拉格朗日混合单粒子轨道模型、浓度权重轨迹分析方法分析了黑碳污染气团的区域输送路径及潜在来源。[结果][结论]分析结果表明,瓦里关站的等效黑碳浓度在24年间先增后减,在2012年达到浓度高值,随后减小。24年月平均浓度最大值出现在4月,最低值出现在11月。等效黑碳浓度的日变化特征在不同季节表现不同,春夏秋均为双峰特征,峰值出现在凌晨和午后,冬季日变化较为平缓。等效黑碳浓度与风向密切相关,年均浓度最高值出现在东-东北风向,次高值出现在东风向。通过浓度权重轨迹方法对黑碳污染气团的潜在来源分析可以看出,污染物主要来自瓦里关站点的西南和东南部地区。
长江中下游典型涝年准双周振荡特征及其影响分析
陈蔚, 刘梅, 杨华栋, 李杨
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220148
摘要:
[资料和方法]针对长江下游典型涝年1999年、2016年和2020年,通过全域功率谱分析和Lanczos滤波的方法,提取准双周振荡(QBWO)分量;并采用再分析资料进行同位相合成,[目的]揭示不同典型涝年共性特征及其各自关键影响因子。[结果]结果表明:(1)1999年、2016年和2020年是长江下游地区最为典型的涝年年份,存在10-20d显著QBWO周期,且6-7月更为明显。(2)中高纬地区高层低频环流沿着波列状扰动,有利于“两脊一槽”大尺度背景的维持和下游扰动增强,引起长江下游地区低频垂直运动变化,进而造成降水异常。低纬地区QBWO是长江下游低频另一来源,低层低频涡旋以10°N为轴对称分布,低频辐散风由南海指向长江下游地区,热带对流活动低频变化可形成通过低频大气环流影响长江下游降水异常。高低纬低频大气环流配合热源强迫存在相向运动,叠加低频水汽强烈辐合,为长江下游地区降水异常偏多提供有利条件。(3)三个长江下游典型涝年降水分布特征及其关键影响因子存在不同。1999年,西北太平洋上低频反气旋环流偏强偏西,辐散风由南海指向长江下游地区,低频水汽来源为孟加拉湾和中国南海地区。2016年,对流层低层南北低频环流系统耦合带呈现东北-西南走向,低纬对流活动旺盛,向北传播的大气热源加热作用更强。2020年,中高纬地区垂直环流更完整,西北太平洋的东南水汽输送成为主要水汽来源。[结论]研究结果对认识长江下游地区夏季降水异常变化有重要意义。
深圳S波段双偏振和X波段双偏相控阵雷达定量降水估测组网拼图系统介绍
张哲, 戚友存
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220156
摘要:
强对流天气诱发地局地暴雨往往造成城市内涝, 带来的经济损失巨大,严重影响人民生命财产安全。为加强城市内涝预警能力,提高内涝预报精度,改善风险空间描述,急切需要研发高精度、高时空城市降水监测产品。本研究基于深圳市1部S波段双偏振雷达和2部X波段双偏相控阵雷达观测,研发了深圳市S波段双偏振雷达和X波段双偏相控阵雷达定量降水估计(QPE)组网拼图系统。该系统主要包含以下4个模块:(1)非气象雷达观测的识别与去除;(2)复合平面扫描仰角信息计算;(3)S和X 波段雷达单站降水率计算;和(4)S波段和 X波段雷达降水拼图。基于新研发的S波段和X波段雷达定量降水估计拼图系统,产生时间分辨率1分钟、空间分辨率30米的 QPE 产品,并以自动站观测降雨为标准,与深圳市目前业QPE 产品进行对比分析。结果表明,使用新研发的降水拼图系统产生的QPE 产品,在精度和稳定性上要优于深圳市目前业务中产生的QPE产品。
基于均一化数据的1960-2021年中国蒸发皿蒸发量时空变化特征
秦鹏飞, 李珍, 赵天保, 曹建荣
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220114
摘要:
基于序列均一性多元分析(MASH)和CLIMATOL两种均一化方法,对1960-2021年中国573个气象站逐月蒸发皿蒸发量(PE)观测数据进行非均一化检验与订正,通过对比两种方法检测到的非均一性台站数、断点数、订正幅度等,定量评估均一化结果的不确定性。基于等权重的集合均一化逐月PE序列数据集揭示近60年我国年、季节PE时空演变特征。结果表明:MASH和CLIMATOL均能有效检测出逐月PE序列中的非均一性断点,且前者检测到非均一性台站较少、断点数较多但订正幅度较小。集合均一化序列表明:订正后1960-2021年春季、夏季、年PE全国大部分台站呈下降趋势,分别占比81.7%,80.8%和80.3%,而冬季和秋季57.1%和60.4%台站呈上升趋势。冬季在东北、青藏高原东部、华南、西南(云南除外)呈上升趋势;春季除华东沿海、陕西南部、川渝北部及湖北西部等地区外,其他大部分均呈下降趋势;夏季大部分地区呈下降趋势特别华北以南的东部地区;秋季除东北西北部、新疆西北部、及内蒙古中部延伸至青藏高原东部一带呈下降趋势外,其他地区呈上升趋势;年PE在新疆西北部、内蒙古中部、山东、河北南部及河南、云南中部等地区呈下降趋势。1960-2021年全国平均冬季和秋季PE分别呈0.27mm/10a和1.10mm/10a的微弱上升趋势,春季、夏季、年PE则分别呈-8.38mm/10a、-9.83mm/10a、-16.83mm/10a的显著下降趋势。相对于原始序列,冬季和夏季变化趋势趋弱,而春季、秋季和年则趋强。季节、年PE变化趋势范围均趋小,下降或上升速率大于10mm/10a(30mm/10a)的站点数量均有所减少,显示大尺度变化趋势的空间一致性趋好。春季、秋季、冬季及全年PE分别在1977年、2018年和2020年、2020年及1972年存在突变,而夏季不存在突变。
区域化学天气耦合三维变分系统的设计及 气溶胶观测的初步分析试验
庄照荣
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220069
摘要:
GRAPES-CUACE大气化学模式是国内研发的气溶胶过程模拟和评估重要工具,但目前还没有配套的大气化学天气耦合同化分析系统。本文在CMA-MESO三维变分分析的基础上建立了区域化学天气耦合的同化系统,该系统把变量之间不相关的PM2.5和PM2.5-10作为控制变量,采用模型化的背景误差协方差,初步实现气溶胶观测PM2.5和PM10的同化分析。论文通过气溶胶单站理想试验验证耦合同化系统设计的合理性,并针对2016年12月的重污染过程进行GTS传输的常规观测与气溶胶PM2.5和PM10观测资料同化试验。分析结果表明大气化学天气耦合同化系统可对气溶胶观测和天气变量观测同时进行极小化分析,大气化学变量和天气变量分析场互不影响。气溶胶观测资料的同化合理修正大气化学背景场,PM2.5和PM10变量分析场更接近观测。搭建的区域化学天气耦合同化系统能为GRAPES-CUACE大气化学模式提供更准确的化学初始场。
基于最大熵增模型对京津冀地表通量的估算与评估
张瑞, 王迎春, 张亦洲, 赵平, 苗世光, 李娜
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220116
摘要:
利用观测数据和最大熵增(Maximum Entropy Production,MEP)模型,估算了京津冀地区小汤山、顺义和武清三个站点的地表感热通量和潜热通量。模型的输入量为地表净辐射、地表温度以及地表比湿,其中地表温度和地表比湿分别通过地表向上、向下长波辐射和相对湿度估算得到。将MEP模型计算结果与涡动相关(Eddy Covariance,EC)观测得到的感热通量和潜热通量进行比较,验证评估MEP模型。此外,将MEP模型计算结果与另一种简化计算方法(M20模型)以及7种再分析资料(包括:NCEP/NCAR、NCEP-DOE、MERRA2、ERA-5、ERA- Interim、JRA55、CRA)得到的日平均地表感热和潜热通量进行比较,对比分析它们在京津冀地区计算地表感热和潜热通量的准确度。结果表明:MEP模型计算出的地表潜热通量和感热通量与涡动相关观测结果较为接近,具有相似的日变化、月变化和季节变化特征。相比M20方法和再分析资料,MEP模型的计算结果与观测符合的更好,具有更小的均方根误差和平均偏差。因此,最大熵增模型在京津冀地区计算地表热通量的准确度和可信度较高,在该地区具有较好的适用性。
基于风云卫星红外高光谱资料遥感逆温层研究
李琛, 漆成莉, 张鹏, 孙丙强, 陈林
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220087
摘要(326) PDF(10)
摘要:
[目的]大气逆温层会阻碍空气垂直运动的发展,传统上只能利用地基无线电探空资料进行监测和分析。星载高光谱红外大气探测可以反演晴空区大气温湿度廓线,为大气逆温层监测提供了一种可能的技术手段。为探索国产卫星监测逆温层的方法和途径,[资料和方法]本文基于风云三号D卫星装载的红外高光谱大气探测仪(FY-3D/HIRAS)观测资料,利用RTTOV快速辐射传输模式,模拟了不同逆温强度、不同逆温层顶高度对HIRAS红外通道观测亮温的影响。 [结果]结果表明,在780-1000cm-1窗区光谱内的精细谱线对应的通道对逆温层最为敏感,与参考通道(926.875cm-1)的亮温差可以用于大气逆温层识别。文章定义了逆温强度敏感性指数和逆温层顶高度敏感性指数,模拟结果表明,强吸收(784.375cm-1, 798.750cm-1)、中吸收(803.125cm-1, 852.500cm-1)、弱吸收(840.000cm-1,871.250cm-1)通道的逆温强度敏感性指数分别为0.49、0.48、0.30,逆温层顶高度敏感性指数分别为0.045、0.036、0.018,基于强吸收通道观测亮温可以反演获得逆温强度和逆温层顶高度信息,且通道亮温与逆温强度的相关性高于逆温层顶高度。[结论]研究结果验证了利用红外高光谱通道亮温数据研究逆温层结构的可行性,为后续逆温特征的反演工作提供了依据和参考。
东北地区雷暴大风气候特征及其与东北冷涡的关系研究
杨磊, 郑永光
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220126
摘要:
[目的]为提高东北地区雷暴大风的分析和预报能力,[资料和方法]本文基于2017-2021年东北地区自动气象站、闪电定位仪、葵花8号卫星综合判识雷暴大风天气,利用ERA5再分析资料计算东北冷涡中心和半径等特征参量,研究东北地区雷暴大风的气候特征及其与东北冷涡(简称“冷涡”)的关系。[结果]结果表明:(1)东北地区雷暴大风集中出现在蒙古高原至大兴安岭以西、东北平原和辽宁沿海。冷涡导致的雷暴大风占总体雷暴大风的50.6%,辽河平原是冷涡雷暴大风最高发区域。雷暴大风午后发生频率最高,冷涡雷暴大风在夜间和上午比例更高。(2)一小时雷暴大风出现的站次数普遍小于10站次,大于10站次的区域性雷暴大风个例中,更多的与冷涡有关。(3)对于冷涡雷暴大风而言,90.9%的雷暴大风出现在冷涡的东南和西南象限,发生于冷涡外围的雷暴大风多于冷涡本体。冷涡本体雷暴大风的频率随着与冷涡中心距离的增加而升高,峰值出现在冷涡东南方向0.8—1.0个冷涡半径的范围内。冷涡外围雷暴大风出现频率随着距离的增加而减小,峰值出现在冷涡东南方向1—2冷涡半径的范围内。(4)导致雷暴大风的冷涡中心集中位于45—55°N、111—128°E,其中导致区域性雷暴大风的冷涡中心集中在116°E和122°E处,呈经向分布。造成区域性雷暴大风的冷涡中心和最外围环流的位势高度均低于造成局地雷暴大风的冷涡,春秋季节差异更明显;而冷涡半径在盛夏略高于导致局地雷暴大风冷涡,在春季和秋季则反之。[结论]以上研究证明东北冷涡是导致东北地区雷暴大风最主要的天气系统,总结的冷涡不同象限处雷暴大风的空间分布和产生区域性雷暴大风的冷涡特征,可为提高东北冷涡雷暴大风预报预警服务能力提供参考。
基于SWAN系统的降水临近预报算法改进和应用评估
韩丰, 唐文苑, 周楚炫, 盛杰, 张小雯
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220066
摘要:
[目的]为提升现有业务系统的降水临近预报(0-2h)能力,以业务应用为目标,基于中国气象局SWAN(Severe Weather Automatic Nowcasting, 强对流天气短时临近预报系统)系统开展降水临近预报算法改进和应用评估研究。[资料和方法]首先使用分钟雨量数据,采用分雨团的雷达-雨量站降水订正技术,提高降水的实况订正频率,提升定量降水估计格点场的准确率;再通过基于光流法的回波运动矢量反演技术优化改进回波运动矢量;最终将改进后的定量降水估计格点场和外推矢量相结合进行降水临近预报。[结果]通过对2021年7月全国1km分辨率回波和降水临近预报检验评估和个例分析发现:1)改进的基于光流法的回波运动矢量反演技术可以捕捉不同天气尺度下的回波运动规律,反演结果具有较好的一致性和平滑性,可以提高外推的准确率;2)新的降水临近预报子系统和现有SWAN系统相比,在0-1h预报中,TS评分相对提高50%以上,Bias更趋近于1。在1-2h预报中,除了20mm/h的强降水以外,TS评分相对提升约20%,Bias下降1-3。[结论]新的降水临近预报子系统基于SWAN算法标准开发接口实现,运行效率满足业务需求,预报性能得到明显提升,具备业务应用的能力。
相似预报原理之再认识:动力统计相似集合预报理论及其对登陆台风降水预报的应用研究进展
任福民
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220064
摘要:
动力统计结合是提高天气气候预报水平的重要途径之一,关键问题是如何将数值模式与历史资料进行有效结合;相似预报这一传统方法与动力统计的结合是未来提高天气气候预报水平的一个重要方向,尽管其原理目前仍停留在相似假设基础上且缺乏坚实的物理基础。本文从准确模式的初值问题出发,提出准确模式初值扰动概念,进而发展了动力统计相似集合预报(Dynamical Statistical Analog Ensemble Forecast,DSAEF)理论。DSAEF理论不仅回答了为什么可以进行相似预报,同时还指出了如何进行相似预报:即,其原理是利用准确模式来做预报、并采用集合预报的方式实现预报。基于 DSAEF 理论,建立了登陆台风降水动力统计相似集合预报DSAEF_LTP(Landfalling Typhoon Precipitation,LTP)模型,该模型包括四个步骤:台风路径预报、广义初值构建、初值相似性判别和台风降水集合。针对台风过程降水预报问题,广义初值引入了台风路径和强度以及登陆季节三个物理因子;同时,对 “相似区域”和“集合方案”两个参数进行了改进,无论从个例模拟或多样本模拟预报试验均表现出该模型的模拟预报效果在逐步提升;与数值模式相比,该模型在≥250mm和≥100mm台风过程强降水模拟及预报上表现为相当或略具优势。今后,围绕广义初值不断改善,研究引入更多影响登陆台风降水的物理因子,DSAEF_LTP 模型的发展前景广阔。
GRIST模式夏季气候回测试验中东亚降水季节内特征的评估
陈苏阳, 张祎, 周逸辉, 李晓涵, 王一鸣, 陈昊明
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220120
摘要:
基于国内自主研发的全球-区域一体化预测系统(GRIST)模式,分析了其在夏季气候回测试验中的东亚地区夏季降水气候特征,重点关注季节内尺度的变化。通过与格点融合分析数据(CMPA)、卫星观测数据(GPM)及两个全球气候模式(CAM5和SPCAM5)结果进行比较,检验其模拟性能并探究了模式间差异。结果表明,GRIST模式能较好地模拟出西北太平洋及中国东部地区季节内降水变化及其演变过程,但模拟的降水变化强度和雨量与观测相比偏高。进一步探究其内部影响,发现小时尺度视热源、视水汽汇和大尺度垂直速度等在垂直剖面上随时间的变化皆与模式降水的演变对应。模式能准确地再现雨带和副高脊线的位置及其向北推进过程,并能基本抓住大气季节内振荡(ISO)经向北传特征。但ISO传播强度、周期等较观测存在较大差异。这可能与纬向风移动路径较远、持续时间较长有关。
一种基于集合数值预报产品的台风强度订正方法
胡海川, 董林
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220026
摘要:
较台风路径预报而言,数值模式对于台风强度的预报能力仍有较大不足。为进一步降低台风强度预报误差,提升防台减灾能力,本文利用2018—2019年ECMWF集合预报数据,在偏相关分析及共线性检验的基础上,建立了由台风初始强度值、初始场误差项、集合平均变化项以及集合离散度项构成的西北太平洋台风强度预报方程。利用2020年数据进行预报效果的对比检验得出以下结论:由预报方程得到的台风强度的预报误差在各预报时效均小于集合预报中不同统计量的预报产品,其中,24 h预报的均方根误差较ECMWF集合预报最大值、平均值分别减少34.36%和14.58%,较确定性模式预报减小20.38%。72 h预报较集合平均及最大值的均方根误差减小率分别为25.68%和12.91%,较确定性模式预报减小11.13%。在台风个例的对比分析中,预报方程的预报效果同样优于ECMWF集合预报及确定性模式预报,与实况最为接近,且在快速增强的台风预报中有更好的表现。基于集合预报的台风强度预报方程能够定量地从集合预报中提取关键信息生成更为准确的预报结果,可以为西北太平洋台风强度预报提供参考。
基于深度学习的融合降水临近预报方法及其在中国东部地区的应用研究
庄潇然, 郑玉, 王亚强, 康志明, 闵锦忠, 李杨
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220081
摘要(113) PDF(57)
摘要:
[目的]为了实现对中国东部地区极端强降水的临近预报预警,[资料和方法]基于具有物理约束功能的PhyDNet构建了融合雷达反射率因子和分钟级降水观测的融合降水临近预报模型PhyDNet-RP,能够预测江苏及其上游地区未来3h的降水量,通过对比PhyDNet-RP、INCA(交叉相关外推加中尺度模式融合)、PhyDNet-P(仅包含降水输入)和UNet-RP(输入因子与PhyDNet-RP相同,但采用UNet模型)四种临近预报方法验证,并重点讨论了四种方法对强降水增强过程的预测能力。[结果]结果表明:(1)与INCA相比,深度学习方法能更好地体现强降水增强过程中的发展和演变过程,(2)对比PhyDNet-P和PhyDNet-RP发现在深度学习模型输入端增加雷达反射率因子可以更好地体现强降水的形态和移动特征,(3)UNet-RP能够体现降水的形态和移动,但不能刻画降水强度。[结论]总得来说,PhyDNet-RP预报效果最优,说明在模型输入端叠加具有不同功能属性的通道因子对预测效果具有正贡献,这为深度学习的可解释性提供了一定参照。
一种星载降水测量雷达和地基天气雷达的频率修正方法
吴琼, 仰美霖, 陈林, 尹红刚, 商建, 谷松岩
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220093
摘要:
通过结合GPM反演算法中用到的亮带模型以及Mie散射计算,生成了固态、液态以及混合相态三种降水情况下的散射函数查找表;通过与GPM实测数据的对比,验证了查找表的精度,表明散射计算的最大偏差小于0.5dB。基于该查找表,完成了星载Ku波段雷达到S波段雷达的频率修正。对散射函数的分析表明Ku波段到S波段的频率修正取决于相态、亮带以及谱参数D_m。其中,液态降水的频率修正量以负值为主,最大不超过-3dB。混合相态降水的频率修正量随着亮带高度的不同差异非常明显。固态降水的频率修正在不存在亮带时均为正值,存在亮带时,则随着温度的变化而显著变化。本文提出的方法可用于实现星地不同波段雷达之间的频率修正,为星地雷达的匹配和对比提供有效支撑。
2016与2020年江淮流域梅雨期降水准双周振荡特征的对比分析
钟倩媚, 马静, 王璐
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220075
摘要:
利用海温和多种大气环流再分析资料以及中国逐日降水站点观测数据,通过滤波、合成等方法对2016年和2020年江淮流域梅雨期降水的准双周振荡特征进行了对比分析。结果表明,这两年江淮流域准双周振荡降水均异常偏多,但2016年的降水准双周振荡强度及低频异常降水较2020年更为显著。南海和西太平洋对流层低层向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬度对流层中高层随西风急流向东南方向传播的低频气旋是引起2016年江淮流域降水准双周振荡的主要原因。2020年江淮流域降水的准双周振荡受到日本南部向西南方向移动的低频气旋、菲律宾海向西北方向移动的低频反气旋以及中高纬地区随极涡西向旋转而西移的低频气旋的共同影响。南海和热带西太平洋以及热带印度洋的持续海温暖异常通过海气相互作用激发并维持了2016年南海与西太平洋上空异常对流活动以及大气环流系统的准双周振荡。2020年黑潮及其延伸区和西北太平洋海温暖异常通过海气相互作用激发了该区域异常低频气旋反气旋交替生成和移出,调控西北太平洋副热带高压的进退,进而影响江淮流域降水的准双周振荡。在2016和2020年,对流层低层异常反气旋有利于海温的升高,海温正异常进一步激发大气低层异常气旋性环流,而异常气旋性环流会导致洋面变冷出现海温负异常,海温负异常又会促进异常反气旋环流的发展,通过这种准双周尺度上的海气相互作用,对流层低层的大气准双周振荡信号可持续地向江淮地区传播,从而影响江淮流域梅雨期降水的准双周振荡。
北半球中高纬度阻塞对东亚寒潮影响过程中平流层和对流层的相互作用
黄雯菁, 王蕾
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220094
摘要:
利用ERA5逐日再分析资料集,发现近年来冬季(12月至次年2月)大尺度阻塞与寒潮频次的年际相关性有增加趋势,其中乌拉尔山大尺度阻塞与寒潮频次的年际相关性最为显著,鄂霍茨克海大尺度阻塞与寒潮频次的相关性最弱。选取乌拉尔山和贝加尔湖区域大尺度阻塞后10日内有寒潮爆发和没有寒潮爆发的事件进行进一步统计分析,发现乌拉尔山区域发生大尺度阻塞时,阻塞后有(无)寒潮的事件在阻塞发生前10天内,中高纬行星波向平流层上传加强(减弱),导致平流层极涡减弱(显著加强)。波活动响应的主要贡献来自于纬向1波。而90°-110°E、50°-70°N位势高度在阻塞发生后逐渐加强(减弱),最终导致寒潮爆发(未爆发)。贝加尔湖区域发生大尺度阻塞时的情况与乌拉尔山区域基本一致,但值得一提的是1990-2019时间段阻塞后有寒潮事件时行星纬向2波比纬向1波起着更为重要的作用。
基于FY-3 MERSI多光谱通道的霾判识研究*
高玲, 张兴赢, 吴荣华, 张碧辉
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220079
摘要:
受高人为排放和不利天气条件共同作用,我国秋冬季霾事件频发,具有影响范围大、程度重、持续时间长的特点。为对离散的地面站点观测形成有效补充,本研究充分利用卫星大范围监测优势,依据云、冰雪、霾、亮/暗地表散射及发射特性不同波长依赖性,建立了基于多通道信息组合的霾区快速判识方法。通过引入空气分子散射订正,有效消除此前霾判识工作中大角度条件下的误判,极大缩小了阈值的变化范围,为霾区的自动识别奠定了基础。将该判识方法应用于我国风云三号(FY-3)卫星搭载的中分辨率光谱成像仪(MEdium-Resolution Spectral Imager,MERSI)上,实现了霾区的自动判识。通过与2020.10月- 2021.2月秋冬季地面气象站点中天气现象标记为霾以及地面环境监测站点中PM2.5超过75 μg/m3的数据进行对比,检验结果表明:FY-3D的霾判识结果与地面气象站点的一致性为91.1%,与环境监测站点的一致性略低,为85.6%。由于气象观测中的霾识别依靠是大气的消光能力,卫星霾判识也是通过气溶胶的消光特性来实现,因此两者特征也更为一致。
山东一次飑线双偏振结构与地面降水滴谱特征分析
郭飞燕, 刁秀广, 马艳, 王宁
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220070
摘要:
基于济南双偏振雷达资料,并辅以降水现象仪雨滴谱资料和常规实况资料, 对2021年8月1日山东一次飑线过程双偏振特征和降水滴谱特征进行了分析,得出以下结论:飑线前侧为宽阔的倾斜上升气流区,低层为强下沉气流区,前侧上升气流区不断有新生单体激发发展,新生单体与主体回波合并发展,飑线后侧单体减弱,在这种较快的循环过程中飑线得以发展、维持、快速前行。前侧新生发展中的单体以少许偏大的液态粒子为主,与主体回波合并发展,具有较高的ZDR柱和KDP柱,液态粒子浓度迅速增大。主体回波后侧,冰相粒子下降到湿球0℃层之下出现明显的融化导致ZDR和KDP均增大,底层KDP增大更加明显,以高浓度的液态粒子为主,导致强降水。强降水最明显的滴谱特征是粒子浓度高,2mm以下粒子占比较高,降水开始增强时1-3mm的粒子对降水贡献较大且有特大粒子干扰,降水最强阶段2-4mm的粒子对降水贡献较大。飑线主体回波低层双偏振参量和雨滴谱存在较好的对应关系, 随着降水增强,ZDR减小而KDP增大,粒子浓度明显增高而6mm以上粒子明显减少。
一次强对流过程中两种不同类型风暴导致的极端对流大风分析
吴海英, 孙继松, 慕瑞琪, 庄潇然, 吕润清, 安礼政
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220050
摘要(100) PDF(58)
摘要:
利用多源观测资料,对2021年4月30日发生在黄淮地区的一次强对流过程中由不同类型风暴系统造成的极端对流大风进行了探讨。研究表明,此次强对流过程发生在东北冷涡背景下的强垂直风切变和层结不稳定环境中,地面气旋及锋面触发了初始对流,在其之后近10h的传播过程中经历了组织化发展、孤立风暴新生发展、合并与重组等不同阶段。期间,由两种不同类型风暴产生了特征相异的对流性大风:第一阶段,以江苏淮安站为代表,苏中极端对流性大风(36.2m/s)是由强烈发展的超级单体风暴引发的下击暴流所致。对流风暴低层呈现出明显的钩状回波结构特征,对应深厚的具有显著气旋性旋转的中气旋,在地面极端大风临近时刻,中气旋存在同时向上和向下拉伸、水平尺度快速收缩过程。贯穿整个风暴的下沉气流位于风暴钩状结构后侧,这支强下沉气流至地面附近迅速向外辐散,伴随风暴内强反射率核快速下降的特征,导致淮安产生时空尺度小且空间分布显著不连续的极端大风。第二阶段,以江苏南通地区为代表,苏东南地区极端大风的发展过程涉及多尺度天气系统的相互作用。线型对流系统前部存在明显的阵风锋,造成较大范围10级以上的地面大风;南通通州湾极端大风(47.9m/s)发生在阵风锋后侧,其形成一方面是由于线型对流风暴造成的强冷池与地面冷锋相叠加,形成更强的气压梯度,另一方面与地面中尺度气旋入海过程中的强烈发展以及风暴后侧倾斜向前的下沉气流导致的高空风动量下传机制有关。
北大西洋和热带印度洋海温的协同作用对松花江流域暖季降水年代际变化的影响
李永生, 陈晨, 李忠贤, 班晋, 赵佳莹
, doi: 10.11676/qxxb2023.20220068
摘要:
本文利用松花江流域100站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料等,运用多种统计方法和数值模拟,分析了1975–2020年松花江流域暖季(5-9月)降水的年代际变化特征及其与北大西洋和热带印度洋海温的关系。研究表明,松花江流域暖季降水具有明显的年代际变化特征,在1990s中后期发生明显的年代际转变,由多雨阶段转为少雨阶段。在年代际尺度上,暖季北大西洋马蹄型(north Atlantic horseshoe,NAH)海温模态和印度洋海盆一致型(Indian Ocean Basin,IOB)海温模态分别与同期松花江流域降水呈现显著的负相关和正相关关系,相关系数分别为-0.77和0.68。1990s中期之前,NAH模态负位相的海温异常,在欧亚中高纬地区激发纬向波列,将异常波能量传递到东北亚地区,在日本海至贝加尔湖地区产生异常气旋式环流;同时,IOB模态正位相的海温异常,通过激发Kelvin波,引起南海到孟加拉湾地区异常反气旋式环流。该异常反气旋式环流在东亚沿海激发PJ波列,使得松花江流域出现异常气旋式环流。两者的共同作用使得北太平洋水汽输送至松花江流域,有利于松花江流域降水偏多;在1990s中期之后,NAH(IOB)模态由负位相(正位相)转为正位相(负位相),在NAH正位相和IOB负位相的协同影响下,松花江流域出现异常反气旋式环流,导致降水偏少。