热带气旋风雨影响范围人机交互识别业务系统

主要介绍新近开发并投入业务使用的热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)风雨影响范围人机交互识别业务系统。该系统收集各省逐时逐分观测风雨资料建立TC影响地面风雨数据库,并充分利用M ICAPS(气象信息综合分析处理系统)综合显示多气象要素功能和交互划定区域功能确定TC影响范围,然后使用计算机图形学中区域内外射线判别法由程序挑选出影响范围内站点,再检索风雨资料数据库相应丰富数据,生成TC影响时大风和降水报表文件,以供TC过程影响分析和台风年鉴编撰。该系统克服了以往主观专家分离法耗时耗力的缺点,又避免了客观分离法的较大误差,大大提高了台风年鉴编撰工作效率和业务自动化水平,还可为台风大风降雨气候研究提供更为准确的资料。     

中国台风降水分离客观方法的改进研究

针对中国台风降水的分离问题，对原客观分离方法进行改进研究。首先提出判别指标，然后对主、客观方法分离台风降水结果进行对比分析，在此基础上确定了将原客观方法中两个重要的参数由固定参数调整为可变参数的方案思路，并最终确定了最佳改进方案。结果显示，客观分离方法的改进效果十分明显。此外，对客观方法进行个例检验，并引入了美国卫星综合降水（CMORPH）资料，结果表明改进后客观方法在双台风降水和台风与中纬度系统相互作用产生的降水识别上均表现出较强的能力。     

基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力-统计集合预报模型

数值天气预报(NWP)过去几十年在热带气旋(TC)预报方面的最大进步是越来越准确的路径预报。对于登陆TC降水的预报,目前以数值模式为代表的技术手段预报能力还十分有限。围绕动力-统计结合之方法研究,初步发展了登陆热带气旋降水(LTP)预报的一种新方法:基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型。该方法主要分为五步:TC路径预报、相似路径TC识别、其他特征相似性的判别、TC降水集合预报和最佳预报方案选择;涉及两个关键技术:TC降水分离的客观天气图分析法(OSAT)和TC路径相似面积指数(TSAI)。LTP DSEF模型对2012-2016年影响华南地区出现最大日降水量≥100 mm的21个TC的定量降水预报(QPF)试验结果显示,该模型对登陆TC过程降水的预报结果优于动力模式。登陆TC过程降水≥50 mm情况下,建模样本和独立样本平均TS评分均高于动力模式(EC、GFS、T639)相应的最好表现。对LTP_DSEF模型三个最佳方案的参数取值分析显示,起报时刻参数设定为最临近影响时刻即TC对陆地产生降水的前一天12:00 UTC、集合参数取最大值时预报效果稳定趋好。     

南疆西部地区及主要台站夏季降水客观预报方法的制作

选取实况资料、经验因子、ECMWF 因子,采用逐步回归方法,建立喀什、和田、阿克苏地区及主要气象台站夏季降水客观预报方程。结果表明,方程拟合率高于主观预报准确率,可为今后的业务工作提供参考。     

中国东部区域极端降水事件特征——两种方法监测对比

基于中国区域地面降水格点日值数据集,对比国家气候中心业务暴雨指数和区域极端强度-持续时间综合(Region-Extreme-Intensity-Duration,REID)指数识别区域极端降水事件方法,给出了中国5个区域极端降水事件(Regional Extreme Precipitation, REP)的频数、强度、影响面积以及持续时间统计规律及变化特征,探讨了两种方法识别结果存在的差异。结果表明:(1)两种方法识别持续时间为1~2 d,影响面积为200 000 km²左右的极端降水事件统计、气候特征相近。(2)REID法能客观识别华南和长江流域地区3 d以上的持续性REP,业务法会将其分割为多次降水过程。此外,REID法无日降水阈值,适用于监测日降水量小于50 mm的极端降水事件。再者,REID法可识别较小尺度REP,而业务法因降水主观比例的限制导致对此的监测存在不足。(3)业务法每日确定降水中心,有利于识别降水中心移动较快的极端降水事件。此外,REID法所识别的极端区域一般小于业务法基于50 mm的极端区域。在极端降水监测中,两种方法相互协作,取长补短,可以有效提高区域水灾预警预防能力。     

基于双线偏振参量对北京X波段雷达非降水回波识别方法的研究

为了提高中国X波段双线偏振雷达(简称双偏振雷达)的数据质量,提升应用水平,基于美国多雷达多传感器定量降水估测业务系统质量控制(简称dpQC)方案,在此基础上增加了差分反射率阈值判别并对方案中的计算参数进行本地化调整,设计了针对X波段双偏振雷达的质量控制(简称dpXQC)方案,原理主要包括:将双偏振参量相关系数(CC)区分降水回波与非降水回波的阈值调整为0.9,小于0.9的回波判别为非降水回波;通过计算回波顶高与强回波区位置对冰雹与非均一性波束填充区域进行标识;通过统计探空资料0℃高度上下相关系数的特征,调整了融化层的识别参数;优化算法将双偏振参量差分反射率绝对值大于5 dB判别为非降水回波;加入了条状杂波识别、连续性检验与斑块杂波识别算法。利用dpXQC方案对北京五部X波段多普勒双偏振业务雷达进行试验,检验评估其对非降水回波识别效果,获得以下结果与结论:大部分非降水回波可以通过CC阈值判别被滤除;对于CC阈值判别无法滤除的条幅状、孤立点、块状非降水回波,dpXQC方案利用条幅状杂波识别、连续性检验与差分反射率阈值判别去滤除;dpXQC方案有效保护了冰雹、非均一性波束填充与融化层区域中CC0.9的降水回波不被滤除;检验结果显示,dpXQC方案对非降水回波正确识别率为91.8%,错误识别率为20.6%,均要优于dpQC方案,但dpXQC方案的错误识别率依然很高,主要有两方面原因,一是由于X波段雷达反射率衰减严重,方案会对一些离雷达较远的非均一性填充区域出现遗漏识别,二是融化层识别算法在所有方位角的位置与厚度是固定的,与实际观测不符,这均会导致被遗漏标识区域中CC0.9的降水回波被误判为非降水回波。总体来看,dpXQC方案在滤除非降水回波的同时,最大程度保护了降水回波不被滤除,为雷达资料定量化应用等相关业务提供保障。     

热带气旋降水监测及评估业务系统

采用热带气旋降水的客观分离方法和实时的热带气旋路径、强度以及同期的气象观测资料建立了热带气旋实时监测与评估系统.系统主要包括热带气旋实时资料接收,热带气旋降水客观分离,热带气旋降水资源评估和对社会经济影响估算以及图形显示等功能.通过降水客观分离方法技术的引入和业务系统的自动化实现,大大提高了对热带气旋影响评估的时效和能力.     

陕西省短时临近智能预报服务系统简介

陕西短时临近智能预报服务系统(简称NIFS短临系统)是一套集实况监测、智能报警、预警发布、人机交互和上下联动为一体的多功能预警业务系统。主要面向省、市、县三级气象部门的一线业务人员,通过与陕西省气象智能网格预报一体化平台、SWAN系统、国家突发事件预警信息发布系统等集约衔接,实现对省、市、县突发气象灾害临近预警服务的及时有效支撑。NIFS短临系统首创性研发了陕西0～2 h分钟降水预报、对流天气分类识别、暴雨客观预警等产品,通过报警信息自动推送、预报指导客观定量、上下在线互动留痕等方式,帮助各级气象台加快改进现有短时临近预报业务流程体系,并为决策部门改进和完善陕西现行短临预报业务制度提供一定帮助。本文介绍NIFS短临系统主要功能及部分关键技术,包括天气实况监测、智能报警、强对流天气预报制作、人机交互订正、预报检验评估、智能管理等系统功能与暴雨预警信号智能报警关键技术,为其他省份气象部门研究开发本地短临业务系统提供参考。     

GRAPES中尺度模式的广东定量降水预报检验

采用客观降水检验方法,对GRAPES中尺度模式2011年4月1日～2012年3月31日广东降水预报进行了分级降水检验、时空分布演变评估以及降水预报个例分析。结果表明:随着降水量级和预报时效提高,模式降水预报质量呈现下降趋势;模式能够对降水过程时间演变做出准确的预报,对于实况较小的降水,模式存在预报比实况偏大的问题,而对于实况较大的降水,模式存在预报比实况偏小的问题;模式不能很好预报出与地形有关的广东3个降水中心;通过对一次台风降水预报个例分析表明,模式24 h预报能较好反映雨带分布和暴雨中心。     

基于骨架的线状对流系统客观量化识别算法研究

本文将计算机图形学骨架概念应用到气象学领域,发展了回波图像预处理、骨架修剪处理以及长宽比量化处理技术,该方法能自动识别出雷达回波拼图中符合气象学标准的线状对流系统（quasi-linear convective systems,QLCSs）。首先结合2016年黄淮地区一次双QLCSs过程给出了基于骨架的QLCSs客观量化算法的具体技术流程,然后利用该方法对2016年6月安徽地区的QLCSs进行客观筛选,并进一步量化识别QLCSs的移动特征,结合灾害天气实况与主观识别进行对比评估,结果表明:结合气象学标准改造的骨架图像识别算法,较好保留了气象回波形状信息,在准确量化对流系统长短轴的基础上,实现QLCSs的有效识别。而获得的量化移动矢量等特征,一方面可应用于致灾QLCSs的分类研究,为开展长序列统计及致灾机理分析提供个例识别方法和量化特征,另一方面也为QLCSs的短临监测预警业务提供新的思路。     

Estimating Tropical Cyclone Precipitation from Station Observations

In this paper, an objective technique for estimating the tropical cyclone （TC） precipitation from station observations is proposed. Based on a comparison between the Original Objective Method （OOM） and the Expert Subjective Method （ESM）, the Objective Synoptic Analysis Technique （OSAT） for partitioning TC precipitation was developed by analyzing the western North Pacific （WNP） TC historical track and the daily precipitation datasets. Being an objective way of the ESM, OSAT overcomes the main problems in OOM, by changing two fixed parameters in OOM, the thresholds for the distance of the absolute TC precipitation （D0） and the TC size （D1）, into variable parameters.
Case verification for OSAT was also carried out by applying CMORPH （Climate Prediction Center MORPHing technique） daily precipitation measurements, which is NOAA＇s combined satellite precipitation measurement system. This indicates that OSAT is capable of distinguishing simultaneous TC precipitation rain-belts from those associated with different TCs or with middle-latitude weather systems.     

热带气旋的登陆及其与中纬度环流系统相互作用的研究

热带气旋的主要灾害往往在登陆前后造成，登陆问题是当今热带气旋 研究的重点。热带气旋与中纬度环流系统相互作用，不仅影响热带气旋的结构和强度变化， 也对中纬度地区天气产生重大影响。西风槽强度的变化可使热带气旋的降水突然 增幅３０％。环境场的急剧调整常引起热带气旋运动突变，在弱环境场中，热带气旋的异常运 动与非对称结构关系紧密。中纬度系统对热带气旋的非对称结构有重要影响。另一方面，热 带气旋向极移动过程中携带了大量可供中纬度地区降水的水汽，在气旋性切变的环境场中， 热带气旋还向环境场输送能量，并激发和增强中纬度气旋性环流系统的发展，触发严重的灾 害性天气。热带气旋有时也会截断低纬向中纬度的水汽输送及中纬度波动的能量频散，９５％ 左右的南海热带气旋对梅雨有显著影响，其中约８６％的热带气旋会导致梅雨减弱中断甚至结 束。     

影响辽东半岛两个台风Meari和Muifa暴雨环流特征的对比分析

Meari(1105)和Muifa(1109)是两个路径相似并在辽东半岛产生强降水的热带气旋。但Meari强降水持续时间长,而Muifa时间短。利用中国气象局热带气旋年鉴、FY_2D(0.1°×0.1°)云顶亮温资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对两个台风影响辽东半岛的降水过程进行了对比分析。结果表明:(1)Meari影响辽东半岛时强度较弱,但与低空东南急流相连获得丰富水汽供应,衰减缓慢;Muifa影响时强度较强但与低空急流水汽通道快速断开而衰减迅速。(2)两个台风均进入西风槽区而变性,但两者影响辽东半岛时处于不同的变性阶段。Meari为半冷半暖结构,其北侧中尺度对流活动发展旺盛,非对称结构明显;Muifa低层环流已变性为冷中心,云系结构孤立且无发展。(3)两次过程中辽东半岛位于台风不同的对流发展区域是其降水强度差异的原因之一。辽东半岛位于Meari北侧,低层的水平辐合较强,水平风垂直切变较大,深厚的上升运动维持;Muifa影响下辽东半岛位于其西侧,受偏北风下沉气流控制,不稳定度和动力抬升条件减弱。     

青海东北部春季系统性降水高层云系微物理结构分析

利用1977－1979年5－6月青海东北部系统性降水高层的云滴谱飞机观测资料，统计分析了该云系云滴群体特征量及微物理结构特点。云特征量的滴浓度，含水量，平均直径，最大直径随高度的分布表明，降水高层云系垂直微结构配置或云水凝物相态可划分为4个不同发展分层，在海拔约5.0km高度上存在一活跃增长层可能是高层发生降水的一个重要特征层，同时分析了云液态含水量随云温的分布特征及与降水的关系。     

基于卫星资料进行热带气旋强度客观估算

利用日本MTSAT (multi-functional transport satellite) 红外亮温资料,提取热带气旋云团中云顶较高、对流较旺盛的深对流信息,根据提取的对流核数量、对流核距热带气旋中心距离、对流核亮温极值等信息表征热带气旋强弱,初步建立了热带气旋强度估测模型;并根据该估算模型的误差分布对强度 (用最大风速表示) 大于40 m·s-1和小于18 m·s-1的样本结果进行了线性修正,修正后的结果与中国气象局《热带气旋年鉴》热带气旋最佳路径资料比较得到非独立样本和独立样本的强度平均绝对误差分别为5.5 m·s-1和5.9 m·s-1, 均方根误差分别为6.9 m·s-1和7.7 m·s-1;对于热带低压、强台风及以上的估计平均绝对误差分别降至4.9,4.7 m·s-1,准确度较好。试验表明:利用热带气旋云团中的对流核数量、分布、冷暖与其强度建立的统计关系模型是可行的,该算法的估算精度与Dvorak方法、AMSU (advanced microwave sounding unit) 定强算法相当。     

赤峰地区“7·23”暴雨天气形成条件及对应云系特征

文章选取了赤峰市地区发生在2009年7月23日午后暴雨天气过程(简称"7·23"暴雨天气)的卫星云图资料,并结合天气图和自动雨量站降水资料进行对比分析。结果发现:引发"·23"暴雨天气不仅与东北冷涡环流、暴雨落区附近低层暖湿切变风场有关,而且在卫星云图显示的对流云体上有相应云系特征。暴雨发生即与当时大的环流云场相关联,也与降水强度、落区的云场中的一些特殊云形云系存在一定内在关系。分析研究这些天气条件和云图特征信息对做好大暴雨预报服务有着重要意义。     

A CONVECTIVE RAINFALL ESTIMATE TECHNIQUE DEVELOPED BY NSMC OF CHINA*

In order to reveal the relation between strong convective cloud characteristics and rainfall rate,over 20000 hourly raingauge data from 333 weather stations and the corresponding 4000 convective cloud infrared images of GMS-4 during the period of 1992-1994 in Henan,Hubei and Sichuan Provinces were studied.The results show that cloud top temperature,temperature gradient,the growth of cloud,overshooting top and the normalized distance between a cloud covering pixels and the cluster center have certain relations to cloud precipitation.These relations can vary with different geographical regions.Based on the study above,a convective rainfall estimation technique was developed by the scientists in National Satellite Meteorological Center of China.Its average error is 30% for daily precipitation with a correlation coefficient of 0.69.     

祁连山区夏季降水过程天气分析

以500hPa盛行气流为主,参考FY-2D卫星云图云型特征,将2007年7～8月祁连山区的31次降水过程作天气分型。取30°～45°N范围500hPa110°E的格点平均位势高度与90°E平均位势高度之差值为分类标准。分成3个主型,西南气流型、西北气流型和平直西风气流型。西南气流型又分移动型和阻塞型两个副型。西北气流型分西北气流冷平流型和河套冷涡两个副型。用试验区中尺度自动站网的降水资料,探讨降水量与海拔高度和坡向的关系,分析产生降水过程各天气类型的环流特征及其降水强度,发现在不同的大尺度流型下,地形的动力和热力作用会造成迥然不同的地形强迫中尺度系统。     

一次飞机增雨作业的云参数变化响应分析

本文利用FY－2C静止卫星资料,以2013年5月8日四川盆地一次飞机增雨作业为例,反演了云顶温度、云顶高度、云粒子有效半径、液水路径、云光学厚度等云物理量参数,结合自动气象站资料和探空资料等,对此次飞机增雨效果进行了物理检验。结果表明:作业前,云顶温度－13℃,云粒子有效半径10μm,云体较厚,含有丰富的过冷水,具有较好增雨潜力;作业后,作业区云层增厚,云顶温度降低,云粒子有效半径增加至25μm,云顶冰晶化,冰水转化过程加快,产生了较多的降水,降水量增幅明显;作业后,对比区降水不充分,各云物理参数无明显变化。      

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。