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基于华东区域模式云南短时强降水客观预报技术研究

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成都信息工程大学学报 2024年第4期39卷 464-469页

作者：朱莉许彦艳许迎杰邱学兴闵颖云南省气象台云南昆明650034 中国气象局横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心云南昆明650034 安徽省气象台安徽合肥230031

为提高云南短时强降水的预报效率和预报准确率,使用华东区域模式基础物理量数据,计算云南短时强降水发生前1 h 700 hPa相对湿度、700 hPa比湿、K指数和6 km垂直风切变,对短时强降水的历史个例进行物理量阈值训练和单物理量的敏感性实验... 详细信息

为提高云南短时强降水的预报效率和预报准确率,使用华东区域模式基础物理量数据,计算云南短时强降水发生前1 h 700 hPa相对湿度、700 hPa比湿、K指数和6 km垂直风切变,对短时强降水的历史个例进行物理量阈值训练和单物理量的敏感性实验,确定物理量阈值。使用阈值判定法,对华东区域模式实时预报数据进行后处理,得到基于小时雨量和物理量的云南本地化短时强降水客观预报产品。研究结果表明:使用阈值判定法研发的基于华东区域模式云南短时强降水客观预报产品能较好地预报云南短时强降水的落区和走向,但是基于小时雨量的短时强降水客观预报产品漏报明显,基于物理量阈值的客观预报产品能有效降低云南短时强降水的漏报率。

关键词：短时强降水华东区域模式阈值判定法云南客观预报产品

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基于机器学习的模式温度预报订正方法

沙漠与绿洲气象 2024年第3期18卷 96-104页

作者：刘杰刘高平安晶晶邱学兴章颖淮河流域气象中心安徽合肥230031 安徽省气象台安徽合肥230031

基于ECWMF模式数据(地面2 m温度、10 m风、降水等多气象要素预报产品)和安徽省80个国家气象站观测资料,利用决策树、随机森林、LightGBM三种机器学习算法订正ECMWF模式0~72 h温度预报,并将其与传统MOS订正方法和主观预报产品进行对比分... 详细信息

基于ECWMF模式数据(地面2 m温度、10 m风、降水等多气象要素预报产品)和安徽省80个国家气象站观测资料,利用决策树、随机森林、LightGBM三种机器学习算法订正ECMWF模式0~72 h温度预报,并将其与传统MOS订正方法和主观预报产品进行对比分析。结果表明:ECMWF模式高温预报误差明显高于低温预报,在安徽皖南山区和大别山区存在较大的预报误差。随机森林对最高温度预报的表现最优,LightGBM对最低温度预报的表现最优,与ECMWF模式结果相比,预报准确率分别提高了18.16%和5.19%。高山站点融合周围站点信息的机器学习模型能有效降低高、低温的预报误差。机器学习在高温和寒潮天气过程中相比主观订正仍有良好表现,能显著优化或改善数值模式在转折天气中的温度预测精度。

关键词： ECMWF 温度订正机器学习高山站点

两种再分析资料和Nudging方法在WRF模式降水模拟中的适用性

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兰州大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 20-30页

作者：王田宇迪里努尔·牙生王星宇邱学兴李旭雷雨虹孙彩霞谢祥珊王金艳兰州大学大气科学学院甘肃省气候资源开发及防灾减灾重点实验室兰州730000 安徽省气象台合肥230031

采用Grid Nudging(GN)和Spectral Nudging(SN)方法,用再分析资料ERA5和FNL驱动中尺度数值天气预报模式(WRF),探究不同再分析资料和Nudging方法对降水模拟效果的改进效果及机理.对2021年3月15日中国南方地区降水过程设计6组试验进行数值... 详细信息

采用Grid Nudging(GN)和Spectral Nudging(SN)方法,用再分析资料ERA5和FNL驱动中尺度数值天气预报模式(WRF),探究不同再分析资料和Nudging方法对降水模拟效果的改进效果及机理.对2021年3月15日中国南方地区降水过程设计6组试验进行数值模拟,分析不同试验方案对降水及相关物理量的影响.结果表明,WRF模式能较好地模拟出本次降水事件,进行Nudging驱动后显著提升了降水分布、降水中心落区和降水量的模拟效果.与观测数据综合对比,GN的模拟效果优于SN,尤其是使用ERA5资料结合GN模拟效果最佳,能够准确地模拟出发生在安徽省南部的降水中心以及超过33 mm/d的降水强度.模式结果与两个观测站点记录的降水发生时间和降水强度变化较为一致.GN方法使模式有效提高了西南低空急流的强度,校正了风向,对水汽通量和水汽通量散度的刻画更符合实际情况.

关键词：强降水中尺度数值天气预报模式牛顿松弛逼近方法数值模拟

EnKF同化雷达资料对一次极端局地强降水事件预报影响及其可预报性分析

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中国科学：地球科学 2016年第3期46卷 27-42页

作者：邱学兴 ZHANG FuQing 安徽省气象台合肥230031 Department of Meteorology Pennsylvania State UniversityUniversity ParkPA 16802USA

局地强降水可以引发山洪、泥石流等次生灾害,目前准确预报局地强降水依然是天气预报业务的难点.本文针对一次发生在西北太平洋副热带高压边缘、导致12人死亡的极端局地强降水事件,利用集合卡尔曼滤波(En KF)开展多普勒雷达径向风观测资... 详细信息

局地强降水可以引发山洪、泥石流等次生灾害,目前准确预报局地强降水依然是天气预报业务的难点.本文针对一次发生在西北太平洋副热带高压边缘、导致12人死亡的极端局地强降水事件,利用集合卡尔曼滤波(En KF)开展多普勒雷达径向风观测资料同化试验,并对En KF同化过程不确定性进行分析.结果表明:不同化观测资料,采用单一初值的确定性预报或增加初值扰动、采用多物理过程的集合预报均不能正确预报强降水发生位置,而利用En KF同化雷达径向速度观测资料能有效改进确定性和集合预报效果,特别是强降水位置预报.通过En KF同化雷达资料,建立深厚的中尺度对流系统是改进降水预报效果的直接原因.在具备了对流发生条件的大尺度环境背景场中,上游地区、对流层中下层经向风和水汽场的合理扰动是影响同化过程和降水预报的关键因素.该个例预报过程受实际可预报性影响,具有不确定性,大尺度初始条件的差异或初始扰动场振幅偏小导致的En KF分析场差异都会对模拟结果造成较大影响,而采用En KF循环同化有助于提高该个例的预报准确性.敏感性试验还表明未来通过改进数值模式或改善观测系统,提供更准确观测信息,可以对此类短时强降水事件做出更准确预报.

关键词：集合卡尔曼滤波多普勒雷达资料局地强降水可预报性

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大别山对一次冷涡对流的作用分析

大气科学 2023年第6期47卷 2001-2019页

作者：郑淋淋张申䶮邱学兴陶玮王悦邵立瑛谢菲柳春安徽省气象台合肥230031 安徽省气象科学研究所合肥230031 大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室合肥230031 江苏省生态环境厅第二环境监察专员办公室无锡214121

2017年5月14日江淮地区发生了一次冷涡对流过程,造成短时强降水、冰雹和雷暴大风等强对流天气。此次冷涡对流造成的强对流天气剧烈、预报难度大,同时受地形作用,影响因子复杂,有必要对其开展研究。本文采用集合卡曼滤波技术同化雷达径... 详细信息

2017年5月14日江淮地区发生了一次冷涡对流过程,造成短时强降水、冰雹和雷暴大风等强对流天气。此次冷涡对流造成的强对流天气剧烈、预报难度大,同时受地形作用,影响因子复杂,有必要对其开展研究。本文采用集合卡曼滤波技术同化雷达径向风、雷达反演风、GPS水汽、探空和地面加密观测资料,模拟此次对流系统发生发展过程,并采用敏感性试验研究太阳辐射和大别山的作用。观测和数值试验表明,此次过程是冷涡对流在南压过程中,冷池遇到大别山地形,在大别山触发对流,大别山对流南移加强并与冷涡对流组织成短对流线。试验表明,太阳辐射是影响冷涡对流和大别山对流发生发展的关键因子,地形通过对太阳辐射的加强作用影响大别山对流发生发展。此次过程大别山局地对流分别在三处生成(称为A、B和C),影响其发生的主要因子略有差异。大别山北坡、距离冷涡对流最近的局地对流A发生发展的主要影响因子是冷池和太阳辐射,地形是次要因子,地形通过加强冷池抬升和加强太阳辐射的加热效应影响对流发展。距离冷涡对流较远的对流B和C生成时间接近,主要影响因子是太阳辐射,地形是次要因子。大别山对流和冷涡对流组织成对流线是两个冷池作用的过程,大别山对流冷池和冷涡对流冷池中间形成的辐合区相当于在二者之间建立一个“连接桥”,使西部的大别山对流向东发展,同时二者之间的对流得到加强,将东部的冷涡对流和西部的大别山对流连接起来,形成一条短对流线。

关键词：大别山冷池上坡风对流线

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征及其对暴雨形成的影响分析

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气象科学 2022年第5期42卷 591-601页

作者：刘高平刘俏邱学兴陶玮周晓晔杨祖祥安徽省气象台合肥230031 中国科学技术大学地球与空间科学学院合肥230026

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^(-1),强降水主要... 详细信息

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^(-1),强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。

关键词：特大暴雨边界层急流日变化维持机制

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新疆山区低层云水资源时空分布特征

水科学进展 2010年第5期21卷 653-659页

作者：彭宽军陈勇航王文彩邱学兴林雄白鸿涛东华大学环境科学与工程学院上海201620 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 安徽省气象台安徽合肥230031

采用云与地球辐射能量系统(CERES)2003～2007年的CERESSSFAquaMODIS云资料,选取新疆阿尔泰山、天山和昆仑山三大山区,通过考察云量和云液态水柱含量分析了低层云水资源的多年空间分布和季节变化特征。结果表明,三大山区多年平均的云量... 详细信息

采用云与地球辐射能量系统(CERES)2003～2007年的CERESSSFAquaMODIS云资料,选取新疆阿尔泰山、天山和昆仑山三大山区,通过考察云量和云液态水柱含量分析了低层云水资源的多年空间分布和季节变化特征。结果表明,三大山区多年平均的云量年平均区域值在24.4%～27.5%之间,云液态水柱含量在51～56.3g/m2之间。三大山区低层云量和云液态水柱含量有明显的季节变化特征。综合云量和云水柱含量来看,春季是三大山区低层云量资源最丰富的季节,冬季是三大山区低层云中的含水量最丰富的季节。

关键词：低层云量水资源云液态水柱含量季节变化

基于Landsat 8 OLI/TIRS的合肥市人为热通量遥感估算研究

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地球科学进展 2022年第7期37卷 756-770页

作者：王耀杰仲雷陈明星袁仁民吴晓庆邱学兴葛楠程美琳栗培真中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026 江苏省气候变化协同创新中心江苏南京210023 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 安徽省气象台安徽合肥230031

人为热通量是城市能量收支的重要组成部分,人为热通量的定量遥感估算和验证对城市区域气候和热岛效应的研究具有重要意义。为此,利用Landsat 8 OLI/TIRS卫星数据和ERA5再分析数据集,基于能量平衡方程法估算得到2013—2020年合肥市的人... 详细信息

人为热通量是城市能量收支的重要组成部分,人为热通量的定量遥感估算和验证对城市区域气候和热岛效应的研究具有重要意义。为此,利用Landsat 8 OLI/TIRS卫星数据和ERA5再分析数据集,基于能量平衡方程法估算得到2013—2020年合肥市的人为热通量,并利用站点资料对地表特征参数和能量平衡方程各分量的估算结果进行了定量评估,在此基础上分析了合肥市人为热通量的时空分布特征。所取得的主要研究结论如下:①确立了适合城市下垫面的地表温度反演算法和下行长波辐射估算方案,地表温度和下行长波辐射均方根误差分别为2.33 K和9.26 W/m^(2)。②估算得到的净辐射通量、感热通量、潜热通量和人为热通量与站点实测数据具有良好的一致性,均方根误差分别为82.00 W/m^(2)、69.51 W/m^(2)、55.19 W/m^(2)和75.47 W/m^(2)。③人为热通量空间分布比较集中,城区人为热通量较高,工业区是城区中最大的人为热排放区域,量值远高于自然下垫面;人为热通量有明显的季节变化,夏季最高,春季次之,秋冬季最小;不同下垫面人为热通量有明显差异,城区最大,农田次之,森林和水体较小,城区在春、夏、秋、冬四季的平均值分别为:280 W/m^(2)、321 W/m^(2)、203 W/m^(2)和131 W/m^(2)。研究结果对于评估大中型城市能源排放、发展状况、布局规划以及城市区域气候的研究具有重要的科学意义和应用价值。

关键词：人为热通量能量平衡分量城市遥感

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安徽省近52年寒潮的气候特征分析

长江流域资源与环境 2013年第S1期22卷 116-121页

作者：朱红芳余金龙邱学兴安徽省气象台安徽合肥230031

利用1960～2012年安徽省77个气象站的逐日温度资料,采用线性趋势、气候倾向率、小波分析等方法对安徽省寒潮活动的气候特征及其变化进行了分析,得出了全省寒潮年际变化、时空分布等基本气候特征以及不同基准期寒潮平均初终日变化,补充... 详细信息

利用1960～2012年安徽省77个气象站的逐日温度资料,采用线性趋势、气候倾向率、小波分析等方法对安徽省寒潮活动的气候特征及其变化进行了分析,得出了全省寒潮年际变化、时空分布等基本气候特征以及不同基准期寒潮平均初终日变化,补充和完善了安徽省寒潮气候特征分布方面的统计分析资料,以期为安徽省的气象防灾减灾和地方农业服务提供一定的指导。统计结果表明:安徽省近52a寒潮发生频次北部多于南部,其中山区北坡明显多于山区南坡;寒潮年发生次数存在3个显著周期:22a左右、10～12a、6a左右;全省各站寒潮的平均初日自北向南逐渐推迟,平均终日也基本是自北向南逐渐推迟。每年寒潮活动期以2～3月和11～12月发生频次最高;寒潮频次年际波动大,总体呈线性减少趋势,寒潮开始期趋于推后,而寒潮结束期提前,气候变暖是安徽省寒潮发生变化的可能原因。

关键词：寒潮时空分布年际变化初终日气候变暖安徽