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“23·7”华北特大暴雨数值预报检验评估

应用气象学报 2024年第1期35卷 17-32页

作者：张博张芳华李晓兰胡艺国家气象中心北京100081 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081

针对“23·7”华北特大暴雨过程,采用天气学检验及TS(thrcat scorc)评分和MODE(mcthod for objcct-bascd diagnostic cvaluation)方法对中国气象局高分辨率全球同化预报系统(CMA-GFS)、较低分辨率全球集合预报系统(CMA-EPS)、欧洲中期... 详细信息

针对“23·7”华北特大暴雨过程,采用天气学检验及TS(thrcat scorc)评分和MODE(mcthod for objcct-bascd diagnostic cvaluation)方法对中国气象局高分辨率全球同化预报系统(CMA-GFS)、较低分辨率全球集合预报系统(CMA-EPS)、欧洲中期数值预报中心集合预报系统(EC-EPS)和业务预报模式(EC-HR)、美国环境预报中心全球预报系统(NCEP-GFS)等全球模式和中国气象局区域台风数值预报系统(CMA-TYM)、中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)和区域数值预报系统(CMA-BJ)等进行中短期预报效果检验评估。结果表明:EC-EPS提前14 d预报京津冀一带有过程累积降水量超过100 mm强降水的发生概率,CMA-EPS可提前12 d报出,但预报欠稳定且落区偏东偏南。EC-HR对100 mm以上过程累积降水量及2 d以上暴雨日的位置预报提前时效均达8 d左右,CMA-GFS的过程累积降水量预报显著偏小、强降水落区明显偏东,可用预报时效短;NCEP-GFS预报性能介于二者之间。各模式均可提前36 h预报强降水落区和强度的变化趋势,中尺度模式可更加精细地刻画其形态和位置分布,尤以CMA-BJ为佳,但其预报偏强,其余模式不同程度偏弱,其中CMA-GFS显著偏弱。EC-HR提前8 d预报关键影响系统发生发展,但低层倒槽位置偏西偏北,低空急流偏弱,低估了地形对强降水的增幅作用,是太行山东麓降水量预报偏弱的重要原因之一。整体上,EC-EPS、EC-HR的提前时效和稳定性,以及CMA-BJ的落区形态和强度预报等对预报业务有较高参考价值。

关键词：华北特大暴雨数值模式天气学检验 TS评分 MODE检验

多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性评估

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气候与环境研究 2024年第1期29卷 25-35页

作者：庄园煌陈宏余文韬孙密娜徐姝韩婷婷天津市气象台天津300074 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081

基于逐小时地面站点降水观测数据和国家气象信息中心研发的5 km多源融合降水实况分析产品,采用算术平均法对2021年6~9月海河流域面雨量进行估算。通过相关系数、平均误差和均方根误差等多种评估指标,客观定量评估多源融合降水实况分析... 详细信息

基于逐小时地面站点降水观测数据和国家气象信息中心研发的5 km多源融合降水实况分析产品,采用算术平均法对2021年6~9月海河流域面雨量进行估算。通过相关系数、平均误差和均方根误差等多种评估指标,客观定量评估多源融合降水实况分析产品在海河流域的适用性。结果表明:多源融合降水实况分析产品与地面观测资料估算的面雨量结果基本一致,能较好地反映2021年6~9月海河流域面雨量的时空变化特征,但在量值上存在高估且随着降水量增加,估算误差也越大。分区对比,融合实况分析产品和站点的误差与子流域的平均降水量、海拔高度和面积密切相关。对于各量级面雨量出现的频次,融合实况分析产品与站点整体相差不大,准确率可以达到90%及以上。总体而言,5 km多源融合降水实况分析产品的质量较高,可进一步应用于海河流域精细化面雨量监测业务中。

关键词：海河流域多源融合降水实况分析产品面雨量数据评估

冷涡影响下杭州湾一次区域性极端大风的演变和机制分析

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气象 2024年第1期50卷 71-83页

作者：黎玥君马昊勾亚彬戴祥霖余贞寿浙江省气象科学研究所杭州310051 浙江省气象台杭州310051 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081 杭州市气象局杭州310051

利用常规气象探空观测、地面自动气象站逐分钟观测、风廓线雷达以及多普勒天气雷达等多源观测资料,分析了2021年4月30日傍晚到夜间浙江北部和杭州湾沿海地区一次区域性极端大风的天气特征,重点探讨了对流系统移入杭州湾后的中尺度演变... 详细信息

利用常规气象探空观测、地面自动气象站逐分钟观测、风廓线雷达以及多普勒天气雷达等多源观测资料,分析了2021年4月30日傍晚到夜间浙江北部和杭州湾沿海地区一次区域性极端大风的天气特征,重点探讨了对流系统移入杭州湾后的中尺度演变特征和大风增强的原因。结果表明,此次过程是典型的多尺度相互作用的结果,在高空深厚的东北冷涡影响下,配合中层西北急流和较强的地面暖低压促使飑线后部对流系统发展,形成雷暴大风天气。对流单体在经过杭州湾水系后明显增强,其阵风锋前侧有西南暖湿入流,后部冷池发展强盛,气压涌升,叠加地面环境风场和杭州湾水面的热动力条件,从而触发不稳定能量促使单体发展。系统经过杭州湾后辐散下沉出流明显增强,将中高层的动量更快地下传至地面,对于杭州湾南部风力增强效应显著。杭州湾光滑下垫面、喇叭口等特殊地形也是造成极端大风出现的原因之一。同时,逐分钟变温相比于极大风出现时间提前了约7~10 min,对于局地极端大风监测预警有一定的指示意义。

关键词：多源观测极端雷暴大风阵风锋冷池杭州湾

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华南前汛期珠江流域两类暖区飑线特征分析

河海大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 5-12,21页

作者：张小雯盛杰滑申冰郑永光刘鑫华麦子国家气象中心北京100081 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081 中国电力科学研究院有限公司北京100192

利用2016—2019年4—6月雷达三维拼图资料,根据触发条件的差异,划分华南前汛期暖区飑线为锋面触发暖区发展(Ⅰ型暖区飑线)与暖区触发并发展(Ⅱ型暖区飑线)两类;在此基础上针对飑线造成短时强降水和雷暴大风的分布,对比了飑线发生时的大... 详细信息

利用2016—2019年4—6月雷达三维拼图资料,根据触发条件的差异,划分华南前汛期暖区飑线为锋面触发暖区发展(Ⅰ型暖区飑线)与暖区触发并发展(Ⅱ型暖区飑线)两类;在此基础上针对飑线造成短时强降水和雷暴大风的分布,对比了飑线发生时的大尺度环境条件和中尺度雷达回波特征。结果表明:Ⅰ型暖区飑线大多形成于平原地区,Ⅱ型暖区飑线大多生成于山脉迎风坡和海岸线;两类飑线发生时均伴有明显的短时强降水,易造成暴雨洪涝;Ⅰ型暖区飑线易产生区域性雷暴大风,Ⅱ型暖区飑线产生分散性雷暴大风;Ⅰ型暖区飑线生命史长,对流发展更旺盛,飑线移动速度快;Ⅱ型暖区飑线生命史短,飑线移动速度慢,回波强度弱于Ⅰ型暖区飑线;两类飑线都有较好的水汽条件和0~3 km低层风垂直切变条件,Ⅰ型暖区飑线发生时动力和热力条件更好。

关键词：珠江流域暖区飑线华南前汛期空间分布中尺度特征环境参数

南水北调西线工程水源区和受水区降水变化及丰枯遭遇特征分析

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气候变化研究进展 2024年第5期 571-580页

作者：王荣杜孝忠巢清尘赵珊珊叶殿秀李修仓李莹张梦然中国气象局国家气候中心中国南水北调集团有限公司中国气象局水文气象重点开放实验室

基于规划中的南水北调西线工程区域内274个国家气象站1961—2022年逐日降水资料，分析了西线工程水源区和受水区年和四季降水量的时空分布特征，以及两区降水的丰枯遭遇特征。结果表明：近62年来，南水北调西线工程水源区年降水量总体... 详细信息

基于规划中的南水北调西线工程区域内274个国家气象站1961—2022年逐日降水资料，分析了西线工程水源区和受水区年和四季降水量的时空分布特征，以及两区降水的丰枯遭遇特征。结果表明：近62年来，南水北调西线工程水源区年降水量总体呈增多趋势，而受水区年降水量没有明显变化趋势；夏、冬季水源区和受水区降水量均增多，春、秋季水源区降水量增多而受水区降水量减少；年和春、夏、秋季水源区枯水频率均低于受水区枯水频率，并且水源区枯水频率呈减少趋势，而丰水频率呈增加趋势；水源区和受水区年和四季降水丰枯异步频率普遍在60%以上，远大于丰枯同步频率，有利调水的5种丰枯遭遇在年和春、夏、秋季发生频率均超过50%。总体而言，南水北调西线工程水源区和受水区的降水具有较强的丰枯补偿性，且1971年以来有利调水发生频次呈增加趋势，理论上存在保证供水的可能性。但水源区出现连续枯水年的频次较多。因此，在南水北调西线工程规划设计和运行调度时需充分考虑水源区和受水区降水的变化。

关键词：降水丰枯遭遇南水北调西线水源区受水区

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基于深度学习的近岸海浪图像反演有效波高算法研究

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第6期54卷 35-44页

作者：黄文华胡伟崔学荣曾强胜商杰王宁李锐国家海洋局北海预报中心山东青岛266061 中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266555

海浪有效波高是近岸海洋观测的重要要素,近岸摄像头拍摄的图像可直观地反映波高大小,但目前基于图像的有效波高反演算法研究多处于室内实验阶段且方法缺乏普适性。本文基于深度学习技术,以山东青岛小麦岛近岸海浪为例,基于海浪图像和浮... 详细信息

海浪有效波高是近岸海洋观测的重要要素,近岸摄像头拍摄的图像可直观地反映波高大小,但目前基于图像的有效波高反演算法研究多处于室内实验阶段且方法缺乏普适性。本文基于深度学习技术,以山东青岛小麦岛近岸海浪为例,基于海浪图像和浮标实测数据,开展近岸海浪图像反演有效波高方法研究,给出一种利用图像反演海浪有效波高的方法,该方法利用卷积网络提取海浪图像的特征,利用全连接网络提取风速等气象特征,将特征融合后作为全连接层的输入,最后输出反演的有效波高。通过对比多种模型的反演结果和浮标观测数据,发现多参数DenseNET121模型有效波高反演能力优于其他神经网络模型,其平均绝对误差为8.97 cm。本文研究为近岸海浪观测提供了一种新的技术思路。

关键词：有效波高卷积网络全连接网络深度学习 DenseNet模型

基于CMA区域集合预报的海河流域面雨量预报评估与应用

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大气科学学报 2024年第4期47卷 653-668页

作者：王静陈宏徐威颜京辉徐姝天津市海洋气象重点实验室天津300074 天津市气象台天津300074 天津市人工影响天气办公室天津300074 中国气象局水文气象重点开放实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

面雨量是流域防汛抗洪调度的重要依据,单模式的确定性预报无法反映面雨量的多种可能性,为了解决面雨量预报存在不确定性的问题,本文基于中国气象局区域集合预报系统(China Meteorological Administration-Regional Ensemble Prediction ... 详细信息

面雨量是流域防汛抗洪调度的重要依据,单模式的确定性预报无法反映面雨量的多种可能性,为了解决面雨量预报存在不确定性的问题,本文基于中国气象局区域集合预报系统(China Meteorological Administration-Regional Ensemble Prediction System, CMA-REPS)降水结果对海河流域集合预报面雨量开展了适用性评估和分析,结合高分辨率格点实况资料对其2020—2022年5—8月面雨量进行检验,并依检验结果开展了集合预报面雨量产品及跨度预报产品研发。检验表明CMA-REPS集合预报对海河流域面雨量预报有改进:1)海河流域集合平均面雨量预报的绝对误差明显优于控制预报,在空间分布上表现为南部河系预报误差较大,中部次之,北部最小。2)模糊评分表明小雨和中雨量级集合平均预报更贴近实况,而暴雨量级则需进一步参考集合成员的极端性。3)TS及Bias评分表明集合平均在小雨量级预报效果较好,中雨及以上量级在预报后期改进更加明显。4)概率预报评分发现CMA-REPS对海河流域中部河系中雨以下面雨量有较好的表现,而南部河系的评分则低于中部河系。开发集合预报面雨量产品并对海河流域两次致洪暴雨过程检验发现:1)集合成员对24 h大暴雨等级面雨量的预报有较高的概率,与实况量级相当,对极端降水有较好的提示。2)24 h内集合平均具有较好的评分,而24~48 h, 75%分位数产品对于强降水过程预报效果更好;本文依据检验结果开发的集合预报混合百分位产品及跨度预报产品对于强降水有较好的参考性。3)依据概率预报随时间的变化曲线对面雨量进行平滑拟合,可以得到更贴近于实况的逐小时面雨量预报产品。

关键词：集合预报海河流域面雨量 CMA-REPS

热带气旋“弗雷迪”特征及强降水成因初步分析

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沙漠与绿洲气象 2024年

作者：杨舒楠孟庆涛王皘姚燕田林国家气象中心中国气象局水文气象重点开放实验室国家气象信息中心国家卫星气象中心

利用全球站点、格点监测，FY-2H卫星等多源观测资料及ERA5再分析资料，对热带气旋“弗雷迪”的生命史和降水特征及莫桑比克南部强降水成因进行分析。结果表明：“弗雷迪”生命史长达36天，为全球寿命最长、南半球跨经度最广的热带气旋... 详细信息

利用全球站点、格点监测，FY-2H卫星等多源观测资料及ERA5再分析资料，对热带气旋“弗雷迪”的生命史和降水特征及莫桑比克南部强降水成因进行分析。结果表明：“弗雷迪”生命史长达36天，为全球寿命最长、南半球跨经度最广的热带气旋。其先后三次登陆，给非洲东南部带来持续强降水和严重洪灾，尤其莫桑比克南部，降水持续时间长、落区集中、累积量大。“弗雷迪”登陆莫桑比克后处于鞍型场中，引导气流减弱，叠加高空辐散和低层暖湿气流持续输送，大尺度环流为其缓慢移动和维持提供了有利的背景条件。对流层低层辐合和涡度带的发展、强而持续的水汽输送造成莫桑比克强降水的持续。冷空气入侵使莫桑比克南部形成假相当位温梯度大值带；同时中层冷空气增强了大气不稳定性，有利于对流发展。莫桑比克南部受多个中尺度对流系统的连续影响，在提高降水效率的同时也延长了降水持续时间。

关键词： “弗雷迪” 莫桑比克强降水冷空气 MCS

违背不相关性假设对Triple Collocation方法精度的影响

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地球信息科学学报 2024年第3期26卷 591-603页

作者：谈松林王洁季静静刘美丽湛忠宇刘淼王丽荣胡晓东南京信息工程大学南京210044 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室南京210044 江苏省水文水资源勘测局南京分局南京210008 江苏省水文水资源勘测局南京210029 河北省气象灾害防御和环境气象中心石家庄050022 江苏省水利科学研究院南京210017

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并... 详细信息

Triple Collocation(TC)方法是一种可以在未知真值情况下评估3个独立观测样本各自不确定性的方法,该方法使用的前提是误差形式假设与2组不相关性假设,但在实际使用中,这3条假设难以完全满足。其中2组不相关性假设经常面临较大的违背,并且无法得知这种假设违背对结果误差的影响。本文通过虚拟样本实验生成了多组不同程度违背不相关性假设的样本,以定量评估不同程度假设违背对结果误差的影响。结果表明,一般情况下,某一条不相关性假设的违背程度增加时,方法的结果误差会相应地呈线性或平方倍数增加;但当不相关性假设的违背处于某个特定关系时,TC方法结果的误差会突然大幅度增加,这种现象在以往的研究中并没有得到重视,后文将该现象简称为异常点。为了探求异常点出现的原因,本文从理论上推导出了违反不相关性假设与结果误差之间的关系,这种关系呈现为分式结构,而异常点的出现正是这种分式结构所致。异常点的存在影响了方法的稳定性。从差值形式的TC方法的角度来看,抑制异常点的关键在于如何更好地设计缩放系数。本文给出了2种抑制异常点的方法:(1)忽略加性偏差系数,使得缩放系数不受两组不相关性假设的影响;(2)限制缩放系数的上下限。根据实际数据分析,第2种改进方法优于第1种。第2种方法不仅保留了TC方法的准确性,而且有效地避免了异常点的出现。值得注意的是,在实际数据中,部分异常点会以负值形式出现并因计算结果不能为负而被剔除。在使用TC方法进行计算时,重复次数较少的情况下,可以不考虑异常点的影响。

关键词： Triple collocation 假设违背异常点遥感数据同化数据评估数据不确定性分析无实测数据