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基于广东数值天气预报模式产品的扰动天气图系统

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热带气象学报 2024年第04期 633-649页

作者：文秋实梁卓轩魏丹淇钱维宏中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东海洋大学海洋与气象学院北京大学物理学院大气海洋科学系

数值预报模式产品已成为当前各地气象台短期天气预报中的重要参考信息。我国各级气象台站都建立了多模式产品的一体化显示平台。但是，业务化平台上绘制的仍然是传统天气图。近十年来，为了更方便预报员客观地从中识别各种类极端天气，... 详细信息

数值预报模式产品已成为当前各地气象台短期天气预报中的重要参考信息。我国各级气象台站都建立了多模式产品的一体化显示平台。但是，业务化平台上绘制的仍然是传统天气图。近十年来，为了更方便预报员客观地从中识别各种类极端天气，北京大学发展的基于欧洲中心全球模式产品的扰动天气图制作方法已经应用于对国内外多种类极端天气的大量个例分析，得到了国内外同行的认可。在前期工作的基础上，新近发展了基于广东区域模式(CMA-GD)产品的扰动天气图绘制系统。但是，与欧洲全球模式相比广东区域模式具有完全独立的非静力平衡状态偏差特征，并且不同模式系统之间的系统偏差也不一致，因此提出了一套生成区域模式自有扰动天气分析数据的基本方案，以减小模式系统性误差和气候漂移造成的虚假天气扰动信息，更有效地展现模式中的扰动天气系统特征细节。针对该系统网页端输出结果，实际应用台风个例介绍区域模式扰动天气图分析、使用方法。结果表明：相比于欧洲中心全球模式产品生成的扰动天气图，基于本地化模式数据生成的扰动天气图能够展示更多区域模式独有的物理量非静力特征时空特征。希望能帮助读者认识扰动法并熟悉扰动天气图在日常天气预报业务和天气过程复盘总结中的应用。

关键词：广东模式产品扰动天气图业务系统

2021年夏季青海全球数值模式降水预报检验

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青海科技 2024年第3期31卷 127-134页

作者：张宁瑾谢天蓉梅成红赵璐王倩青海省气象台西宁810008

基于站点观测和全球数值模式(ECMWF、CMA-GFS)24 h降水预报资料,采用TS评分、空报率等方法进行检验和对比分析。结果表明:ECMWF、CMA-GFS模式对小雨的TS评分较高且稳定,中、大、暴雨的TS评分随着降水量级的增加而随之递减。ECMWF、GFS... 详细信息

基于站点观测和全球数值模式(ECMWF、CMA-GFS)24 h降水预报资料,采用TS评分、空报率等方法进行检验和对比分析。结果表明:ECMWF、CMA-GFS模式对小雨的TS评分较高且稳定,中、大、暴雨的TS评分随着降水量级的增加而随之递减。ECMWF、GFS模式对青海省祁连山区、青南地区的小雨命中率较高,东部河谷地区次之,而柴达木盆地的小雨命中率最低。两种模式对东部河谷地区的大雨有一定命中率,但命中率低,约在0.09~0.50之间,其中ECMWF模式的大雨命中率高于CMA-GFS模式。

关键词：数值模式降水预报检验夏季青海

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淮南7·16暴雨过程监测预报技术复盘

农业灾害研究 2024年第07期 120-122页

作者：王雅正李侠丽颜俊朱公群高正华淮南市气象局

通过对安徽省淮南市2021年7月16日强降水实况、大气环流背景、中尺度对流系统发生发展条件及雷达和云图实况进行分析。结果表明：(1)此次强降水过程是由强盛的高低空急流耦合作用下产生的辐合线造成的，辐合线呈东西向分布，辐合线发生... 详细信息

通过对安徽省淮南市2021年7月16日强降水实况、大气环流背景、中尺度对流系统发生发展条件及雷达和云图实况进行分析。结果表明：(1)此次强降水过程是由强盛的高低空急流耦合作用下产生的辐合线造成的，辐合线呈东西向分布，辐合线发生发展主要有3个条件：大气层结不稳定、较好的水汽条件和适当的触发因子。(2)在暴雨发生前，淮南市上空K指数逐渐升高，最高达40℃以上，大气存在很强的不稳定性。(3)850 hPa上，广西—湖南—湖北—安徽一线建立起一条稳定的水汽输送带，为暴雨提供充足的水汽条件。(4)散度场配合低空水汽，在淮南市上空形成高层辐散、低层辐合，产生了深厚的垂直上升运动，为暴雨提供了很好的动力条件。(5)反射率回波特征表现为典型的混合降水回波，在大面积的层状云降水回波中，有块状对流回波发展，回波中心强度可达60 dBz。

关键词：暴雨监测预报技术中尺度对流系统 K指数水汽通量

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精细化网格预报产品在广元地区的适用性检验

高原山地气象研究 2024年第S1期 11-19页

作者：王璐思蒋璐西张晓涵康丁元四川省广元市气象局四川省资阳市气象局

基于广元地区自动气象站观测资料，采用最邻近法、线性插值、反距离权重3种插值方法，对5 km格点气象要素预报产品（国家格点指导预报SCMOC、省级订正报SPCC和省级指导报SPCO）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）精细化网格预报产品在广... 详细信息

基于广元地区自动气象站观测资料，采用最邻近法、线性插值、反距离权重3种插值方法，对5 km格点气象要素预报产品（国家格点指导预报SCMOC、省级订正报SPCC和省级指导报SPCO）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）精细化网格预报产品在广元地区的适用性进行了检验。结果表明：对于海拔0～1000 m站点，晴雨预报SPCC最优，中到大雨量级预报EC模式最优，暴雨量级预报SPCC最优，大暴雨及以上量级预报SCMOC和EC模式最优；对于海拔1000 m以上站点，晴雨预报SPCC和SCMOC最优，中到大雨量级预报EC模式最优，暴雨及以上量级预报SCMOC和SPCC最优；海拔0～1000 m高度的晴雨预报准确率介于62%～68%之间，海拔超过1000 m高度的命中率低于海拔0～1000 m高度。整体来看，各类产品的日最低气温预报均好于日最高气温，日最高气温预报较实况均偏低，其中SPCO和SPCC预报效果优于EC模式和SCMOC，尤其是EC模式偏低最多，参考性相对较差。

关键词：广元地区地形降水气温检验

SSIM在高分辨率降水数值预报产品空间检验中的应用

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热带气象学报 2024年第04期 537-546页

作者：陈百炼杨富燕陈子通彭芳曾莉萍贵州省山地气象科学研究所中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室贵州省新气象科技有限责任公司

引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验，通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进，提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法，并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了... 详细信息

引入图像结构相似度指数SSIM应用于高分辨率降水数值预报产品的空间检验，通过对SSIM应用场景和算法的适用性改进，提出了适用于0-1化降水格点场空间检验的SSIM应用方法，并针对SSIM指标不能正确反映降水场中雨带位置变化的缺陷进行了改进，提出了修正的SSIM*指标。应用该新方法选取2020年夏季贵州地区的暴雨个例，对中国气象局/广东省区域数值天气预报重点实验室华南区域中尺度模式输出的高分辨率降水预报产品进行了空间检验，并与采用另外两种检验方法即MODE和邻域法的检验结果进行了比较。结果表明改进的SSIM方法在高分辨率降水数值预报场空间检验中有较好的应用效果，三种方法得到的检验结果在有无预报能力的定性评价上差异不大，而新的SSIM*指标与MODE的MMI指标表现较为接近，且在对个例预报能力的评价上更为合理。该方法以0-1化降水格点场作为空间检验对象，能够得到其它方法所不能得到的降水场整体检验特征和分项检验特征，提供从雨区面积、雨带结构及其平均位置多个方面评估预报性能的参考指标，且计算简单无主观参数设定，得到的检验结果具有唯一确定性，克服了当前MODE方法在应用中的缺点，具有较大的推广应用价值，值得进一步深入研究。

关键词：降水数值预报 0-1化格点场空间检验 SSIM应用

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河北平原土壤墒情变化规律及旱情预报研究

水利技术监督 2024年第5期 184-187页

作者：陈玲河北省保定水文勘测研究中心河北保定071000

河北平原是华北地区重要农业基地,为准确分析河北平原土壤墒情变化规律,为区域防旱工作提供指导,文章根据河北平原土壤墒情数据,构建缺水率模型参数率定,通过SVM回归模型对干旱状况进行预测。结果显示,干旱的实际值与预测值之间具有良... 详细信息

河北平原是华北地区重要农业基地,为准确分析河北平原土壤墒情变化规律,为区域防旱工作提供指导,文章根据河北平原土壤墒情数据,构建缺水率模型参数率定,通过SVM回归模型对干旱状况进行预测。结果显示,干旱的实际值与预测值之间具有良好一致性,偏差范围在可接受范围内,二者之间离散度较小。基于SVM模型和环境变量建立的干旱模型可直观预测旱情分布情况,具有一定推广价值。

关键词：土壤墒情干旱预测河北平原

基于高分辨率数值预报和深度学习的地面气温预报研究

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高原气象 2024年第2期43卷 464-477页

作者：李浙华肖安郑丽君江西省上饶市气象局江西上饶334000 江西省气象台江西南昌330096 江西省气象局天气预报开放实验室江西南昌330096

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年... 详细信息

基于2020-2021年的中国气象局(CMA)陆面数据同化系统(CLDAS)逐小时地面气温(T2m)产品,融合CMA上海快速更新循环数值预报(CMA-SH3)的T2m预报数据,构建深度学习语义分割模型(MT-Cunet),实现逐小时滚动更新的24 h T2m网格预报,并对2022年预报结果进行了检验评估。结果表明,在研究范围内,MT-Cunet在3~9 h时效订正效果最好,平均MAE和平均RMSE分别降低42.4%、40.89%;10~24 h时效的订正效果较好,平均MAE和平均RMSE分别下降26.7%、26.3%。低温(≤0℃)和高温(≥35℃)事件检验评估表明,MT-Cunet在高温预报整体表现为正偏差,而低温整体为负偏差,但误差幅度远低于CMA-SH3;空间尺度上,MT-Cunet能较大幅度减少复杂地形下的T2m预报误差,降低CMA-SH3的MAE离散度,使预报误差分布较为稳定。通过对2022年2月和3月的区域性增温、寒潮过程分别进行检验评估发现,MT-Cunet能较好预报出增(降)温转折时间和增(降)温幅度。在增温和寒潮过程中,MT-Cunet的MAE比CMA-SH3分别降低28.9%和33.8%,表明MT-Cunet模型在转折性天气过程中同样具有较好的预报能力。因此,利用可以快速增加预报样本数量的快速更新循环数值预报,经过语义分割深度学习模型客观方法订正,就能较大幅度降低数值模式预报误差,解决常规数值预报由于数据量太少,深度学习训练效果较差的问题,这对充分利用国产模式资源,更广泛地开展国产模式后处理和应用提出了一个新的思路。

关键词： CMA-SH3 CLDAS 2 m地面温度偏差订正深度学习

集成学习和动态融合算法在福建省短时强降水预报中的应用

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气象 2024年第1期50卷 48-58页

作者：陈锦鹏黄奕丹朱婧林辉程晶晶杨德南厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012 福建省灾害天气重点实验室福州350001 福建省漳州市气象局漳州363005 集美区气象局厦门361021

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型... 详细信息

为了提高短时强降水预报准确性,在2019—2020年4—9月福建省逐时降水实况观测资料与中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)模式预报产品的基础上,应用LightGBM集成学习算法框架,建立以30 mm·h^(-1)为阈值的逐时降水预报模型。通过特征处理、自助聚合及超参数搜索等技术对模型进行优化,结合AUC、AUPR与传统分类指标,设计了包括业务模拟测试在内的多项试验,通过对比各建模方案验证了模型对于较长时效的短时强降水预报的适用性。结果表明:模式预报本身的命中率和空报率均较高,各建模方案具有不同程度的改善作用。自助聚合可以增强模型预测稳定性,轻微不平衡子训练集能降低模型预测空报率而取得更高的综合评分,在验证集中最佳TS评分可达17.5%;对分类信息增益贡献最大的特征变量为K指数,其次为500 hPa露点温度和时间参数特征;试验指标从优到劣依次为:随机交叉验证、小时划分的随机交叉验证、业务模拟测试,可见模型有效性主要来自相同或相邻时刻的样本信息;设计基于逻辑回归的异质模型动态融合方案以改善静态同质模型表现,各项指标均有小幅提升,在命中率接近50%时削减空报样本超过52万个。

关键词： LightGBM 短时强降水预报样本不平衡动态融合

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山东半岛强对流天气学特征及落区预报研究

海洋湖沼通报（中英文） 2024年第4期46卷 11-21页

作者：梅婵娟褚子禾张灿苏轶万夫敬山东省气象防灾减灾重点试验室山东济南250031 山东省威海市气象局山东威海264200 广东海洋大学广东湛江524000 山东省济南市气象局山东济南370100 山东省青岛市气象局山东青岛266000

对2015—2020年山东半岛强对流不同天气分型下的时空分布特征、物理量参数、落区预报进行了分析研究。结果表明:强对流天气主要发生在低槽、高空冷涡、西北气流、副高边缘和横槽5种天气形势下;强对流天气事件主要集中在6—8月,下午至夜... 详细信息

对2015—2020年山东半岛强对流不同天气分型下的时空分布特征、物理量参数、落区预报进行了分析研究。结果表明:强对流天气主要发生在低槽、高空冷涡、西北气流、副高边缘和横槽5种天气形势下;强对流天气事件主要集中在6—8月,下午至夜间最易发生,多为不均匀分布;空间分布主要表现为西部型、东部型、全区型和局部型四种特征,其中局部型事件最多;不同的天气形势配置,物理量参数特征差异较大,副高边缘型CAPE值和K指数均大于其他形势,高空冷涡型的垂直风切变SHR6和总指数TT数值最大,西北气流型的CAPE值、K指数偏小,SI值可为正数;弱冷锋和海风锋导致强对流最易发生在烟台西部,随后东移减弱,东部型多发生在夜间,多为地面辐合线影响所致,倒槽的位置不同也决定着强对流落区的不同;全区型主要发生在高空冷涡或者强的低槽冷锋影响之下;局部型与副高边缘及西北气流型相对应,地面辐合线为主要触发系统,与海陆地形和山区地形有很好的对应关系。

关键词：强对流天气天气分型物理量落区预报