ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

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

2021年  第37卷  第2期

论著
ENSO循环对福建省近地层臭氧浓度变化的影响
王宏, 郑秋萍, 温珍治, 黄艳艳
2021, 37(2): 145-153. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.014
摘要:
ENSO(El Niño-Southern Oscillation)循环被认为是年际气候变化的最强信号,是由东亚季风异常造成的赤道西太平洋异常纬向风驱动的热带太平洋次表海温距平的循环。利用NOAA提供的ONI(Oceanic Niño Index)指数资料与福建省近地层质量臭氧浓度(ρ(O3))资料,经数理统计、标准化处理,以滞后相关为切入点,开展福建省不同城市O3 Z指数与Niño Z海温距平指数相关性分析,并探讨了ENSO不同相位对福建省ρ (O3)产生强迫的程度及其滞后效应。(1)福建省ρ(O3)的年际变化与ENSO的年际变化存在着一定的关系,城市O3 Z指数与Niño Z海温距平指数呈现明显的负相关关系,且滞后在3个月时二者相关(绝对值)达到最大,加权平均后,相关系数为-0.510 2,通过ɑ=0.001显著性检验。(2) 不同城市O3 Z指数与Niño Z海温距平指数的相关性有一定的差异,内陆城市比沿海城市明显偏小,且滞后性也不同,前者均在滞后1个月后相关系数(绝对值)达到最大值,平均相关系数-0.404 8(ɑ=0.01),后者在滞后3个月时相关系数(绝对值)达到最大值,平均相关系数-0.548 7(ɑ=0.001)。(3) ENSO循环对福建省ρ(O3)变化的影响主要表现为在El Niño影响时ρ(O3)较常年平均值偏低,在La Niña影响时ρ(O3)较常年平均值偏高,且O3年超标天数偏多。研究的主要目的是基于ENSO预测,为开展福建省ρ(O3)长期趋势预测奠定基础。
2016-2020年广东省定量降水预报检验评估
汪瑛, 胡胜, 涂静, 曾沁, 张红艳, 黄晓莹, 龚月婷, 张华龙
2021, 37(2): 154-165. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.015
摘要:
对2016-2020年全球模式ECMWF和区域模式GZ_GRAPES、基于模式的解释应用和广东省气象局发布的定量降水预报(QPF)进行检验和评估。结果表明:ECMWF和GZ_GRAPES模式对一般性降水预报技巧在逐年提升,对大雨或以上的降水预报技巧的提升缓慢。GZ_GRAPES对大雨以上降水的预报技巧和定量降水预报的精细时空分布均优于ECMWF,区域模式更易预报出中小尺度降水信息。分类暴雨评定表明,模式对台风暴雨预报最好、锋面暴雨次之、季风暴雨预报最差。模式的暴雨预报落区偏小、低估明显,预报员通过经验订正明显提升了暴雨预报评分,其中季风暴雨的订正量最大,但存在预报范围偏大、空报较高的问题。基于ECMWF集合预报的解释应用与预报员的定量降水预报能力相当,降水越强,解释应用技术的优势越明显,但对季风暴雨也存在严重低估或漏报。目前降水精细时空分布、季风暴雨、极端性暴雨等依然靠预报员的经验订正为主,随着集合预报模式和区域高分辨率模式能力的提升,将预报经验客观化并与数值预报解释应用技术结合是提升QPF的一个方向。
贵州地区CMORPH卫星降水产品的误差订正
王福增, 何山, 谷晓平, 于飞, 杨玲
2021, 37(2): 166-174. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.016
摘要:
CMORPH卫星反演降水产品具有全天候、全球覆盖的特点,其时空分布相对均匀、独立,但是CMORPH本质上是通过间接手段反演得到,其降水精度无法与地面观测降水精度相比,并且存在一定的系统误差。结合地面自动站降水资料采用概率密度匹配法对贵州地区CMORPH卫星反演降水产品进行系统误差订正,该方法将每个格点的卫星降水累积概率分布曲线和地面降水概率密度分布曲线匹配,获取降水误差订正值;其中误差订正效果受降水累积概率分布拟合曲线的影响,而考虑到降水累积概率分布是非正态分布,因此选用Gamma分布拟合降水累积概率分布曲线。通过对2018年5月三次降水过程的订正结果分析得到如下结论:(1) 逐时的CMORPH卫星反演降水产品存在明显的非独立系统误差,误差范围随降水量级的变化而变化,存在低值高估的特点;(2) 在小时尺度下地面降水的累积概率密度呈指数衰减分布,而CMORPH的降水累积概率密度分布更加复杂,其在中雨、大雨区间内的降水概率较高;(3) 通过概率密度匹配法订正后的CMORPH与订正前相比降水空间结构更加贴近地面降水,强降水中心的量级和范围明显减小,平均绝对误差和均方根误差均减小,其中偏差订正值在0.114~0.468 mm/h,均方根误差订正在0.24~1.49 mm/h之间。经概率密度匹配法订正后的CMORPH卫星反演降水产品精度明显提升,更加接近于实际降水。
桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析
王艳兰, 王娟, 伍静, 唐熠, 王军君, 李向红
2021, 37(2): 175-185. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.017
摘要:
利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。
基于深度学习的气象要素预测方法
马景奕, 刘维成, 闫文君
2021, 37(2): 186-193. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.018
摘要:
针对气象预测内容繁多且影响因素多样的问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)的气象预测方法。方法能够对繁杂的气象数据进行自动预处理,提取相应的特征信息。通过神经网络的前向训练、长短时记忆反馈学习,经过多隐藏层地自主训练,对能见度、温度、露点、风速、风向以及压力气象信息实现准确预测。通过实验以及与经典机器学习预测方法的比较,验证了本文方法在气象预测中的有效性,进一步提升了气象预测的准确性,各项预测值的均方检验误差平均值为0.35。
基于CRA技术的华南前汛期强降水EC模式预报误差分析
李晓兰, 符娇兰
2021, 37(2): 194-206. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.019
摘要:
利用CRA空间检验技术对ECMWF模式36 h时效预报的2016—2018年华南前汛期(4—6月)69个降水目标进行了检验及误差统计分析,并将预报落区偏差相似个例的环流形势及天气尺度影响系统进行了分析。(1) 87% 的强降水目标存在明显落区预报偏差,最大偏差为2.75 °。偏差以经向偏差为主,其中偏北的目标多于偏南的目标,平均偏北0.6 °;无系统性纬向偏差。(2) 模式预报的降水面积较实况偏大的个例多。(3) 不同降水落区预报偏差类型月份分布、对应的环流特征与天气尺度影响系统具有一定的差异性。4月各偏差类型出现的频次相当,5月以西北型个例为主,6月东北型个例最多。西北型个例天气尺度影响系统以长波槽或东北冷涡、冷式切变线为主,西南型、东北型个例主要受南支波动与中纬度短波槽影响,低层低涡、冷、暖式切变线等出现的频次差不多。通过降水预报落区偏差较大和较小的个例对比分析,表明模式强降水落区预报偏差可能与对流组织化发展程度以及暖区是否存在有利于对流发展条件等有关。
华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估
李婷苑, 吴乃庚, 邓雪娇, 邓涛, 沈劲, 邓思欣, 梁华玲
2021, 37(2): 207-217. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020
摘要:
利用2016-2019年广东省国控站实况监测数据对华南区域大气成分数值模式系统(GRACEs)预报性能进行了综合评估。除空气质量指数AQI外,重点对PM2.5、O3及NO2进行了分析评估。(1) 模式预报性能存在年际差异,对各要素的预报值总体偏低。(2) 模式预报能较好地反映空气质量的空间分布,PM2.5中心在珠三角西北部,而O3-8 h高值区在珠三角核心区和粤东沿海,但模式对O3-8 h高值区存在显著预报低估现象。(3)模式可较好地模拟出PM2.5月变化的单峰型特征和O3-8 h月变化双峰型特征,但模式对AQI的秋冬季主峰值和春季次峰值的预报存在低估,分别与模式对O3-8 h、PM2.5的低估有关。(4) 模式能较好体现O3的午后峰值和NO2双峰值的日变化规律;模式对O3前体物NO2的预报偏差,有可能是导致随后几小时对O3浓度预报偏差的重要原因。(5) 日平均浓度预报效果检验显示模式可较好预测AQI和3种污染物的变化趋势,但对夏秋季高O3-8 h浓度预报显著偏低;模式对轻度污染及以上等级预报能力偏低,亟需提升模式对污染天气的预报能力。
基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析
孙伟, 曹舒娅, 沈建
2021, 37(2): 218-232. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.021
摘要:
针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θse随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率ZDR、差分相移率KDP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在ZH大、ZDR小、CC小的区域出现冰雹,ZDR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。
1961—2017年华北区域大气自净能力变化特征及其影响因素分析
井元元, 李宏宇, 张婧, 许启慧, 刘咪咪
2021, 37(2): 233-244. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.022
摘要:
基于华北区域80个国家地面气象观测站资料,采用大气自净能力指数(ASI)分析了1961—2017年华北区域大气自净能力的气候分布特征及长期变率;用MK和MT法及Morlet小波对ASI进行了突变检验和能量谱分析;结合ASI的REOF空间载荷场分布特征,将华北区域进行分区,并研究了气象要素与华北区域及各分区的可能联系;对于大气自净能力较低的Ⅳ区,选择近年污染相对严重的部分城市(石家庄、保定和唐山),对比了ASI与污染气象条件及不同级别AQI天数占比情况。结果表明:年、季尺度的大气自净能力在京津冀和山西大部、内蒙古东北部等区域呈现出较低的气候值,在内蒙古中部等其他地区呈现出相对较高的气候值,大气自净能力在季节尺度上呈现出从春季到冬季逐渐下降的变化趋势;区域变暖背景下,冬季风环流减弱,天气过程频率和强度减弱,地面风速随之降低,导致ASI降低;研究区域的ASI与混合层高度、地表通风系数、良和轻度级别天数占比均呈现出同相月变化,而与静稳天气指数、重度和严重级别天数占比呈现出反相月变化规律。根据风速和气温对大气自净能力的影响规律,推测未来大气自净能力很可能进一步降低,因此建议地方政府进行适当的大气污染减排和区域产业升级,有利于控制未来的空气污染形势。
GRAPES_GFS在东亚地区中期预报技巧极端下降现象的初步研究
沈哲文, 沈学顺, 苏勇
2021, 37(2): 245-257. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.023
摘要:
利用2016年4月1日—2018年12月31日GRAPES_GFS模式的业务预报数据,将GRAPES_GFS模式在东亚地区144小时预报500 hPa高度场的距平相关系数小于0.4,均方根误差大于60 gpm的事件定义为模式在东亚地区的中期预报技巧极端下降事件,据此标准筛选出29个个例进行了研究。结果表明,GRAPES_GFS在东亚地区中期预报技巧极端下降事件的高发期主要在春秋季,春季和秋季分别占比31.03%、41.38%,预报技巧极端下降事件通常表现在对于东亚大槽、西伯利亚槽脊、副热带高压的预报失败,四个季节合成的模式偏差均与该季节影响东亚地区主要天气系统的预报偏差大有关系。进一步通过典型个例的研究表明,东亚地区中期预报技巧极端下降事件的误差来源在不同季节表现出不同特征。冬夏季的预报偏差来源于高纬极区,多与模式在极区存在较大预报误差关联;春秋季的预报偏差主要来源于上游地区,与模式在东亚上游预报误差向下游的传播有关,未能合理预报台风活动也是预报偏差来源之一。
基于SRTM地形数据天气雷达地形遮挡分析系统开发及应用
周嘉健, 徐黄飞, 邹庆彪, 汤晶晶, 刘艳中
2021, 37(2): 258-267. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.024
摘要:
天气雷达是目前对强对流、台风、暴雨等天气过程进行精细探测的重要手段之一,其观测数据对天气预报业务起着关键的作用。天气雷达的探测能力会受到雷达所建位置四周地形遮挡影响。因此合理的雷达选址能更大程度地发挥出雷达的探测能力。基于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台获取的SRTM地形数据,利用MATLAB工具开发天气雷达地形遮挡分析系统,实现一键智能绘图,获取天气雷达遮蔽角图、各方位遮蔽角柱状图、等射束高度图及等射束高度拼图,提高雷达选址的工作效率。通过仿真试验测试系统功能,通过实例应用实际分析拟建站点地形遮挡情况。同时,系统新加入智能分析结果为雷达建站选址提供相应的分析,并具备人工补偿功能可将人工现场观测数据加入结果中完善雷达建设选址。
不同台风降水强度下风廓线雷达适用性
郭运, 汤胜茗, 王旭, 汤杰, 赵兵科, 张帅
2021, 37(2): 268-276. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.025
摘要:
以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。
我国台风高发期东海和南海海区GIIRS/FY-4A温度反演廓线精度研究
黄艺伟, 陈淑仪, 何敏, 张蕾, 赵兵科, 刘琼, 陈勇航, 邬贤文
2021, 37(2): 277-288. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.026
摘要:
基于欧洲中期天气预报中心再分析资料ERA5,对GIIRS/FY-4A温度反演廓线在我国台风高发期东海和南海海区的反演精度进行研究,结果表明:(1)东海海区,无云时GIIRS质量控制0的数据总体RMSE为1.71 K,150~450 hPa高度范围内RMSE小于1 K,450 hPa至近海面RMSE在2 K以内。质量控制1的数据反演精度低且随高度的增加误差增大;有云时,质量控制0和1的反演数据总体RMSE为4.72 K和5.55 K。(2)南海海区,无云时,质量控制0的数据总体RMSE为1.67 K,150~800 hPa范围内RMSE小于1 K,反演精度较东海海区略高。质量控制1的数据RMSE为5.07 K。有云时,质量控制0和1的数据RMSE为6.68 K和7.56 K。(3)随着台风“利奇马”等级加强直至最大等级(海上发展阶段),GIIRS可信度较高的反演数据量呈现下降趋势,反演台风周边热力结构存在诸多不确定性,需要借助其他资料进行验证。