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Raindrop Size Distributions in the Zhengzhou Extreme Rainfall Event on 20 July 2021:Temporal-Spatial Variability and Implications for Radar QPE

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Journal of Meteorological Research 2024年第3期38卷 489-503页

作者： liman cui Haoran LI Aifang SU Yang ZHANG Xiaona LYU Le XI Yuanmeng ZHANG Henan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique China Meteorological AdministrationZhengzhou450003China State Key Laboratory of Severe Weather Chinese Academy of Meteorological SciencesChina Meteorological AdministrationBeijing100081China Henan Meteorological Observatory Zhengzhou450003China

In this study,a regional Parsivel OTT disdrometer network covering urban Zhengzhou and adjacent areas is employed to investigate the temporal-spatial variability of raindrop size distributions(DSDs)in the Zhengzhou extreme rainfall event on 20 July *** rain rates observed by disdrometers and rain gauges from six operational sites are in good agreement,despite significant site-to-site variations of 24-h accumulated rainfall ranging from 198.3 to 624.1 *** Parsivel OTT observations show prominent temporal-spatial variations of DSDs,and the most drastic change was registered at Zhengzhou Station where the record-breaking hourly rainfall of 201.9 mm over 1500-1600 LST(local standard time)was *** hourly rainfall is characterized by fairly high concentrations of large raindrops,and the mass-weighted raindrop diameter generally increases with the rain rate before reaching the equilibrium state of DSDs with the rain rate of about 50 mm h^(−1).Besides,polarimetric radar observations show the highest differential phase shift(K_(dp))and differential reflectivity(Z_(dr))near surface over Zhengzhou Station from 1500 to 1600 *** light of the remarkable temporal-spatial variability of DSDs,a reflectivity-grouped fitting approach is proposed to optimize the reflectivity-rain rate(Z-R)parameterization for radar quantitative precipitation estimation(QPE),and the rain gauge measurements are used for *** results show an increase of mean bias ratio from 0.57 to 0.79 and a decrease of root-mean-square error from 23.69 to 18.36 for the rainfall intensity above 20.0 mm h^(−1),as compared with the fixed Z-R *** study reveals the drastic temporal-spatial variations of rain microphysics during the Zhengzhou extreme rainfall event and warrants the promise of using reflectivity-grouped fitting Z-R relationships for radar QPE of such events.

关键词： extreme rainfall raindrop size distribution radar quantitative precipitation estimation(QPE)

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2023年3月河南省一次极端暴雪和雷电天气成因分析

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气象与环境学报 2024年第4期40卷 10-18页

作者：崔丽曼谷秀杰席乐张亚春薛紫月中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室河南郑州450003 河南省气象台河南郑州450003

选用自动气象站、双偏振雷达、风廓线雷达和ERA5再分析等资料,分析2023年3月16日河南省一次极端暴雪和雷电天气成因。结果表明:此次极端暴雪过程主要天气系统为低槽、切变线、急流以及东北冷涡。冷涡配合-39℃冷中心稳定维持,其后部冷... 详细信息

选用自动气象站、双偏振雷达、风廓线雷达和ERA5再分析等资料,分析2023年3月16日河南省一次极端暴雪和雷电天气成因。结果表明:此次极端暴雪过程主要天气系统为低槽、切变线、急流以及东北冷涡。冷涡配合-39℃冷中心稳定维持,其后部冷空气持续南下,850 hPa以下形成深厚冷垫,中高层西南暖湿气流沿冷垫爬升,形成河南省典型的降雪天气类型“天南地北型”。此次强降雪区位于整层大气可降水量大于20 mm区域的北部与700 hPa强辐合中心重叠的区域,河南中西部地形的抬升作用利于此极端降雪天气发生。冷平流与其次级环流共同作用,使局地气温骤降,导致降水相态转换较预期提前,以致多站降雪量或积雪深度超历史极值。双偏振雷达零滞后相关系数产品(CC)为相态转换监测提供了重要参考。850 hPa以下大气温度均低于0℃,且2 m气温降至1℃左右,可作为降雪预报指标。辐合切变及锋面次级环流有利于高架雷暴天气出现,20 dBz回波高度超过-20℃层高度可作为产生雷暴的关键指标。

关键词：降雪预报雷暴天气东北冷涡相态转换

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河南一次伴有龙卷的多阶段强对流天气形成机制分析

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暴雨灾害 2024年第3期43卷 299-312页

作者：杨慧张一平崔丽曼张璞史一丛李可中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点实验室郑州450003 河南省气象台郑州450003 河南省鹤壁市气象局鹤壁458000

利用常规观测资料以及区域自动站、卫星、新一代天气雷达和ERA5再分析等高时空分辨率资料,对2022年6月13日河南一次伴有局地龙卷的多阶段强对流过程(以下简称“6.13”过程)的环流形势、中尺度系统演变特征进行了分析,并探讨了该过程不... 详细信息

利用常规观测资料以及区域自动站、卫星、新一代天气雷达和ERA5再分析等高时空分辨率资料,对2022年6月13日河南一次伴有局地龙卷的多阶段强对流过程(以下简称“6.13”过程)的环流形势、中尺度系统演变特征进行了分析,并探讨了该过程不同阶段对流触发维持机制以及濮阳局地龙卷的雷达监测特征。结果表明:(1)这次东北冷涡槽后西北气流形势下大范围强对流天气具有影响范围广、持续时间长、灾害天气种类多的特点。(2)雷达监测到该过程强对流系统分3个阶段相继经过河南,各阶段强回波均持续8~9 h,移速30~50 km·h^(-1),强对流系统以多单体为主,受西北气流引导自西北向东南方向移动且落区有重叠。(3)河南上空始终维持强条件不稳定层结和中等到强的垂直风切变是“6.13”过程多阶段强对流天气长时间维持的重要原因。第一阶段河南本地强对流主要是由风场日变化、局地冷空气活动和地形分布共同作用形成的边界层辐合线或辐合中心触发;第二、三阶段强对流则由前期或同期周边区域强烈发展的地面中尺度雷暴高压伴随的阵风锋(出流边界)触发。(4)濮阳县局地龙卷由发展迅速的超级单体产生,该单体回波生成后12 min出现钩状回波和中尺度气旋性涡旋、18 min出现龙卷涡旋特征(TVS),且钩状回波和中尺度气旋性涡旋较龙卷发生有6 min的提前量。

关键词：强对流雷暴大风龙卷东北冷涡形成机制 CAPE重建

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SWAN系统灾害性天气监测模块的二次开发与应用

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气象与环境科学 2015年第2期38卷 108-114页

作者：崔丽曼河南省气象台郑州450003

应用C#语言编程,针对河南省本地业务需求,对灾害性天气短时临近预报业务系统(简称SWAN系统)灾害性天气监测模块进行了二次开发,实现了实时业务运行。添加了SWAN系统服务器端灾害性天气实时监测模块的监测功能,使系统服务器端定时处理雷... 详细信息

应用C#语言编程,针对河南省本地业务需求,对灾害性天气短时临近预报业务系统(简称SWAN系统)灾害性天气监测模块进行了二次开发,实现了实时业务运行。添加了SWAN系统服务器端灾害性天气实时监测模块的监测功能,使系统服务器端定时处理雷暴和冰雹灾害性天气报文、及时准确地生成雷暴和冰雹灾害性天气监测产品,改进了客户端灾害性天气实时报警功能,使客户端界面能直接清晰地显示灾害性天气图标而非灾害性天气信息提示框,解决了实际业务中强对流天气多发时段内SWAN系统客户端显示界面灾害性天气监测产品与其他预警、预报产品之间辨别困难的不足。通过2014年7月一次河南省大范围强对流天气实例,对比分析了二次开发前后该系统在实际业务中的应用情况可知:对灾害性天气监测模块进行二次开发后的SWAN系统平台有助于预报员更及时、快捷地了解灾害性天气实况,在河南夏季强对流天气多发时段的灾害性天气监测和预警预报工作中具有更良好的应用效果。

关键词： SWAN系统监测模块二次开发预警显示

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河南省雷暴大风气候特征及近年变化趋势分析

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气象研究与应用 2016年第3期37卷 33-37页

作者：崔丽曼河南省农业气象保障与应用技术重点开发实验室郑州450003 河南省气象台郑州450003

采用1970-2015年5-9月大风和雷暴地面观测资料及雷暴重要天气报资料，运用统计方法对河南省雷暴大风的气候特征及其近几年的时空分布进行分析。结果表明：（1）1971年雷暴大风出现天数最多，2006和2014年出现最少。雷暴大风总日数显著... 详细信息

采用1970-2015年5-9月大风和雷暴地面观测资料及雷暴重要天气报资料，运用统计方法对河南省雷暴大风的气候特征及其近几年的时空分布进行分析。结果表明：（1）1971年雷暴大风出现天数最多，2006和2014年出现最少。雷暴大风总日数显著减少，6～8月减少更为明显。1989年前后发生突变。7月雷暴大风出现最多，其次6月和8月。（2）日变化呈单峰结构，16-18时为出现的集中时段。（3）频发区集中在两个区域，一个位于黄河以北和沿黄河附近地势较为平坦的地区．另一个位于南阳盆地及伏牛山脉东侧。这与造成雷暴大风的天气尺度和中尺度系统及地形有关。不同区域雷暴大风出现的日数和持续时间有所不同。（4）区域性雷暴大风6月出现最多，其次为7月，9月出现最少；呈逐年减少趋势。（5）近10a来，5、6月雷暴大风明显减少，8月呈明显增多趋势。

关键词：雷暴大风气候特征时空分布变化趋势

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豫北“21·7”极端暴雨过程特征及成因分析

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气象 2022年第5期48卷 556-570页

作者：苏爱芳席乐吕晓娜崔丽曼张宁中国气象局(河南)农业气象保障与应用技术重点实验室郑州450003 河南省气象台郑州450003

利用探空、地面自动站、多普勒雷达等观测资料及ERA5再分析产品,对2021年7月17—22日豫北地区的极端暴雨过程进行分析。结果表明,极端暴雨过程具有强降水持续时间长、降水强度极端及地形影响明显等特征。极端暴雨过程发生于稳定的大尺... 详细信息

利用探空、地面自动站、多普勒雷达等观测资料及ERA5再分析产品,对2021年7月17—22日豫北地区的极端暴雨过程进行分析。结果表明,极端暴雨过程具有强降水持续时间长、降水强度极端及地形影响明显等特征。极端暴雨过程发生于稳定的大尺度天气形势下,在日本海高压西伸及台风烟花(2106号)、查帕卡(2107号)西北行背景下,黄淮低涡外围加强北上的东南急流/偏南急流为强降水的发生提供了异常充足的水汽、能量条件,对流层中低层暖湿平流强迫、叠加地形影响的强动力辐合抬升作用及低空弱冷空气扩散南下是形成强降水的重要条件,而大气“强-弱-强-弱”的对流不稳定层结特征转化说明强降水过程中存在着两种互补的物理机制。不同阶段极端短时强降水(小时降水量≥50 mm)对流系统的形态结构和发展演变特征不同,但从雷达回波的垂直分布来看,系统均具有“低质心”特征,质心强度≥55 dBz且≥50 dBz强回波垂直伸展至5~8 km、持续时间1 h以上。强降水对流系统在太行山前30 km左右范围内的后向发展特征明显,一方面与地面西行偏东风/东北风在太行山绕流作用下形成的地形辐合线不断南伸有关,另一方面也与强降水冷池效应促使山前偏北风进一步发展南下有关。

关键词：极端暴雨极端短时强降水对流系统低空急流地形冷池豫北

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河南省一次副高边缘对流性暴雨的多尺度特征

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干旱气象 2020年第3期38卷 423-432页

作者：贺哲王君栗晗鲁坦崔丽曼中国气象局·河南省农业气象保障与应用技术重点实验室河南郑州450003 河南省气象台河南郑州450003 河南省气象学会河南郑州450003 河南省气象科学研究所河南郑州450003

利用多元观测和探测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,诊断2019年8月1日河南省一次分散性对流暴雨过程。结果表明:(1)副热带高压边缘西南暖湿气流与西风槽携带的冷空气在河南上空交汇,高空急流的强大动力作用等,是本次暴雨天气的大尺度环... 详细信息

利用多元观测和探测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,诊断2019年8月1日河南省一次分散性对流暴雨过程。结果表明:(1)副热带高压边缘西南暖湿气流与西风槽携带的冷空气在河南上空交汇,高空急流的强大动力作用等,是本次暴雨天气的大尺度环流背景;(2)过程发生前700、850 hPa系统呈前倾结构,郑州站CAPE值达1717.8 J·kg^-1,850 hPa与500 hPa温差大于27℃、850 hPa比湿大于14 g·kg^-1;(3)700 hPa低涡和切变线、850 hPa切变线及地面弱冷空气是触发对流的中α尺度系统;出流边界、地面辐合线及中β尺度低压是触发对流的中β尺度系统;(4)当出流边界远离雷暴母体并移速较快时不易触发对流,但若与另一出流边界或中尺度辐合线、中尺度低压等相结合时,则易触发新的对流;(5)后向传播的新生单体在引导气流作用下不断向下游移动,易产生列车效应,利于暴雨发生;(6)基于诊断分析结果归纳出此次对流暴雨的天气概念模型。

关键词：对流性暴雨中β尺度低压列车效应概念模型

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郑州“7.20”极端暴雨天气的基本观测分析

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暴雨灾害 2021年第5期40卷 445-454页

作者：苏爱芳吕晓娜崔丽曼李周席乐栗晗中国气象局(河南)农业气象保障与应用技术重点实验室中国气象科学院灾害天气国家重点实验室北京100081 河南省气象台郑州450003

2021年7月18日08时—22日08时(北京时),受黄淮低涡外围东风急流影响,郑州出现了历史罕见的极端暴雨天气,并造成严重山体滑坡、泥石流、城市内涝及人员伤亡。利用探空、地面自动站和雷达拼图产品等基本观测数据对此次天气过程进行初步分... 详细信息

2021年7月18日08时—22日08时(北京时),受黄淮低涡外围东风急流影响,郑州出现了历史罕见的极端暴雨天气,并造成严重山体滑坡、泥石流、城市内涝及人员伤亡。利用探空、地面自动站和雷达拼图产品等基本观测数据对此次天气过程进行初步分析。结果表明,此次极端暴雨天气表现出持续时间长、降水强度极强、累积降水量罕见等极端性特征。此次极端大暴雨的形成原因复杂,但就初步分析结果看,大气环流形势稳定、水汽和能量充足、地形作用明显以及对流系统不断向郑州地区积聚、合并及停滞是基本成因。本文旨在分析此次极端暴雨洪涝灾害性过程的基本观测现象,为深入开展此次严重致灾性罕见极端暴雨的机理及可预报性研究提供参考。

关键词：郑州极端暴雨低涡抬升凝结高度对流系统观测分析

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A method for satellite time series anomaly detection based on fast-DTW and improved-KNN

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Chinese Journal of Aeronautics 2023年第2期36卷 149-159页

作者： Langfu cui Qingzhen ZHANG Yan SHI liman YANG Yixuan WANG Junle WANG Chenggang BAI School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China

In satellite anomaly detection,there are some problems such as unbalanced sample distribution,fewer fault samples,and unobvious anomaly *** problems cause the extisted anomaly detection methods are difficult to train accurate classification model,and the accuracy of anomaly detection is hard to *** the same time,the monitoring data of satellite has high dimension and is difficult to extract effective *** on the DTW over-sampling method,this paper realizes the over-sampling of fault samples in satellite time series,and constructs a distributed and balanced time series data *** Fast-DTW method is applied to calculate the distance between different time series,which can improve the speed of similarity ***(K-Nearest Neighbor)method is applied for classification and the best classification result is obtained by search the optimal hyper-parameters *** results show that the proposed method has high anomaly detection accuracy and consumes short calculation time.

关键词： Anomaly detection Fast-DTW KNN Over-sampling Satellite Time series

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河南一次大范围强风暴天气特征综合分析

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气象与环境科学 2011年第1期34卷 27-35页

作者：张一平宋培玲席世平崔丽曼吕小娜梁俊平吕林宜河南省气象台郑州450003 新乡市气象局河南新乡453003

利用常规和加密实时探测资料,对河南一次大范围强风暴天气过程进行了综合分析,结果表明:这是一次东北冷涡稳定维持,河南受强西北气流影响下的一次大范围强对流天气。高空冷平流,近地面层有暖中心,大的对流有效位能是强风暴天气发生的不... 详细信息

利用常规和加密实时探测资料,对河南一次大范围强风暴天气过程进行了综合分析,结果表明:这是一次东北冷涡稳定维持,河南受强西北气流影响下的一次大范围强对流天气。高空冷平流,近地面层有暖中心,大的对流有效位能是强风暴天气发生的不稳定层结条件;地面辐合线后东路弱冷空气扩散是强天气的触发机制。中等到强的垂直风切变有利于对流风暴的持续发展。适宜的0℃层高度和-20℃层高度为多站降雹甚至一站多次降雹提供了可能。剧烈的对流天气发生在地面中尺度流场上3 h负变压大值中心、辐合线、高能中心附近。雷达产品上,冰雹由梯度大的块状强单体、超级单体、弓状回波造成,基本反射率垂直剖面有强回波高悬;北部大风主要由快速移动的弓状回波、强带状回波造成,南部大风主要是由带状回波前沿的阵风锋造成;西华、周口两地单体回波向东南方向移动,其后侧不断有对流回波生成,先后有12个中γ尺度的编号单体风暴经过,后向传播系统形成"列车效应",使两地出现大暴雨和多次冰雹,降水量最大的乡镇雨量站出现在强回波梯度最大处。这次过程正地闪2354个,负地闪972个,正地闪占总地闪70.8%。

关键词：多种强风暴稳定度中尺度雷达产品闪电

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