中国北方云量的四季分布与降水

利用中国35°N以北地区1960-2005年333个站逐日地面观测总云量、低云量、降水量资料,并依据相关文献进行区划,系统研究了中国北方地区46年云和降水的时空分布特征,讨论了总云量、低云量、降水的相互关系.结果表明:中国35°N以北地区总云量、低云量分布形势与地形吻合较好,沿北方高大山脉有明显的云量高值区.总云量、低云量的季节分布特点显著:春夏两季东西部呈反相分布,秋冬季全区总云量、低云量分布稀少,但冬季在新疆天山以北有明显云量大值区.中国北方地区总云量、低云量与降水呈正相关关系,春季相关性最好,秋冬季次之,夏季最弱,但平原地区夏季的总云量、低云量与降水相关性尤为显著,山区则相反.逐区统计分析各区雨日数及各雨量级的总云量、低云量,发现北方各区在相同量级的降雨日,总云量、低云量差异不大.     

中国北方水汽与云和降水的关系

利用中国35°N以北地区1961年1月1日-2001年12月31日58个探空站逐日高空观测资料以及地面观测的逐日总云量、低云量、降水量资料,分析了42a来中国北方各区水汽质量分数的变化特征,水汽质量分数与总云量、低云量以及降水量的年际变化特征,逐区讨论了水汽质量分数与总云量、低云量和降水量的相关关系.结果表明:中国北方地区42a水汽质量分数有微弱的增加;水汽质量分数与云量、降水量呈明显的正相关.水汽质量分数与云量、降水量的相关中,平均水汽质量分数与低云量、降水量的正相关最显著;云量与降水量的相关中,低云量与降水量的相关最显著.这三种相关的季节变化特征均为春季最显著,秋、夏季次之,冬季最弱.沙区的各相关系数均低于非沙区的,说明荒漠化对空中水资源也有一定的影响,尤其是在沙尘暴多发的春季,这一影响就更显著了.     

环渤海地区云量的动力过程相似预报方法

利用环渤海35个台站1954-2002年近50年逐日平均总云量和低云量的观测资料,统计关注区域内少云、中等云量、多云的发生情况;再用同期NCEP再分析资料,计算出预报关注区域内与不同云量形成相关性较好的各种不同要素的平均场,依据动力过程相似原理,利用T213数值预报产品相邻24h预报场,以域块距离为依据,建立云量预报模型,制作日平均总云量和低云量4～9天的预报.经过2003-2007年的预报结果与实况资料的对比检验表明:依据动力过程相似方法建立的云量预报模型对日平均总云量和日平均低云量的预报准确率较高;日平均低云量预报准确率要高于日平均总云量;冬半年预报准确率高于夏半年;天空出现少云的预报准确率高于中等云量和多云的情况.     

基于模式输出统计预报方法的云量精细化预报

通过对T639数值预报产品的释用,结合地面气象观测站资料,以环渤海地区兴城站为例,建立了云量的精细化预报模型.从云形成的基本条件出发,选取4类天气学意义明确的预报因子:水汽类、大气不稳定度类、大气上升运动类和天气系统强度类,以总云量、低云量为预报对象,通过逐步回归法建立兴城站逐月、逐时次的云量预报方程.结果表明,云量主要受水汽、大气上升运动和大气不稳定度影响.回代检验结果表明,总云量平均绝对误差为20%,低云量平均绝对误差为16%,低云量的预报方程预报效果更好;总云量夏半年预报准确率更高,低云量冬半年预报准确率更高,可为云量精细化预报提供参考.     

环渤海地区云量的时空分布特征

利用环渤海地区69个观测站点2001年6月-2016年12月8次/d的云观测资料,欧洲中期数值天气预报中心ERA-Interim的垂直速度和比湿数据,初步分析了该地区云量的时空分布特征及成因.结果表明,环渤海地区总云量年平均和秋冬季呈南多北少、西多东少的分布特征,春季分布相对均匀,夏季从东南向西北递减;低云量年平均和各季节的空间分布大体相同,其中对流云量北部山区多于南部平原地区,非对流云量从东南沿海向西北内陆递减,北部低云以对流云为主,南部以非对流云为主.总云量的空间分布与上升运动和水汽的空间分布呈正相关;对流云量的空间分布与大尺度下沉运动呈正相关,与水汽呈负相关;非对流云量的空间分布在秋冬季只与水汽呈正相关,在春夏季只与大范围上升运动呈正相关.两个代表站围场站和莒县站的总云量、围场站的对流云量以及莒县站的非对流云量年变化均比较显著,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,主要是由垂直上升运动和水汽的年变化引起的.两站总云量全年各季日变化均不明显,对流云量和非对流云量在夏季表现出明显的日变化特征,对流云量在08:00最少,午后对流活动发展,云量增加,至14:00达到峰值;非对流云量夏季峰值出现在05:00,在14:00达到谷值.     

甘南高原低云量的变化趋势分析

利用甘南地区8个气象观测站1974年到2013年的低云观测资料,对其40年低云的时空变化特征进行了分析。结果表明:甘南地区低云分布呈南多北少和东多西少的特征;月际变化表现为1-9月呈上升趋势,10-12月下降趋势;年际变化表现为甘南各地分布均呈上升趋势,原本云量较多的地区云量增加也更明显;低云量的变化与气温、降水、水汽压、人类活动等都有密切关系,相关分析表明低云量的变化与气温、水汽压呈正相关,与降水量呈弱的负相关。     

基于非参数回归模型的局部线性估计云量预报方法研究

为研究云量的分布特点,本文利用历史观测资料,对新义州、定海、隆子3站的总云量和低云量进行了正态性检验,结果显示：总云量和低云量均未达到正态指标,具有一定的随机性.因此,在2004-2007年逐年1月T106L19模式产品和单站地面观测资料的基础上,采用适合被解释对象呈非未知分布的非参数方法——局部线性估计方法,选择合适的窗宽和核函数,创建了上述3站总云量和低云量的短期预报模型,包括不同的长度样本序列.同时,为了比较预报效果,还采用适合被解释对象呈正态分布的参数方法——逐步回归法,建立了相应的预报模型,并利用2003年1月1～31日的逐日T106L19模式产品和3站的云量历史观测资料,对各种预报模型进行了试报和效果的检验,结果表明：在3站的总云量、低云量的月平均准确率和月平均平均绝对误差的检验指标中,非参数局部线性估计的预报精度均高于逐步回归方法 使用短样本序列建立的自适应非参数局部线性估计预报模型与采用长样本序列建立的预报模型相比,效果相当.这意味着,在数值预报产品解释应用的云量预报中,非参数局部线性估计方法可以更合理地考虑其时间分布特征,尤其在缺乏较长时间的历史建模样本时,具有良好的应用前景.     

北京市紫外辐射对人体健康的影响及其统计预报模型

利用2005-2011年中国科学院大气物理研究所铁塔分部的辐射观测资料和北京3所三级甲等医院2008-2011年皮肤病及眼部疾病急诊人数资料,对紫外辐射和相关疾病进行分析.选取与紫外辐射相关系数通过α=0.05显著性检验的气象要素作为预报因子,利用逐步回归方法分月建立紫外辐射强度预报方程.结果表明:紫外辐射与皮肤病的相关系数为0.367,与眼部疾病的相关系数为0.265,均通过α=0.001的显著性检验.不同月份紫外辐射的日变化规律不同,对人体产生伤害的时间段有所差异;紫外辐射强度与总云量、低云量、能见度、风向、风速、气压、相对湿度、气温等有关,其中与总云量、低云量、能见度的相关性最显著;1-11月预报方程历史回代检验的平均评分为82.8,试预报的平均评分为82.7;预报模型的拟合能力和推广能力较好,为实际业务提供了指导意义.     

基于ISCCP卫星资料的南中国海云量特征分析

为较准确地了解掌握可以反映南中国海天气和气候特征的云量分布演变特征,利用1999年1月至2009年12月的ISCCP卫星云量资料,通过物理量特征提取、对比分析等方法,研究了南中国海总云量及高、中、低云量的分布演变特征,以及其与其他海域各季节云量季节性变化特征。结果表明:南中国海低云量四季中均表现为由海区向沿岸递减,总云量和中、高云量夏秋季高于冬春季,低云量则相反。对于不同海域的云量细节特征要依据各季节大气和海洋环流变化来细致区分,这样有助于在掌握规律基础上有效制作海域上空云的预报。     

环渤海地区云量的精细化预报方法

利用2010-2016年的云观测资料和T639数值预报产品,分析了云量与影响云生成的主要气象因子间的相关性,通过逐步回归方法建立了环渤海地区云量的时间精细化定量预报模型.结果表明,与总云量和低云量相关性显著的气象因子主要是水汽、大气不稳定度和上升运动.其中水汽类因子包括整层相对湿度、整层湿度和大气可降水量;大气不稳定度类因子为K指数和位势不稳定指标;上升运动为850～400 hPa 5层平均垂直速度.通过逐步回归方法建立了环渤海地区总云量和低云量的时间精细化预报模型,总云量和低云量预报方程的复相关系数大部分在0.5以上.回代预报检验结果表明,总云量和低云量绝对误差分别为22%和18%;试预报检验结果表明,总云量预报的绝对误差为23%;个例分析结果表明,新民站和沂源站的预报效果比较理想,大部分时段总云量的预报值及变化趋势与实际观测结果接近,模型预报性能较好,具有一定的实际应用价值.     

FY_2G总云量产品在河南省的订正检验

以河南省为检验区域,采用回归分析法基于地面总云量观测资料对FY_2G卫星观测总云量进行了订正检验.结果表明:(1)河南省采用7 km插值直径,对卫星观测总云量插值到站点,并选取2.3的订正系数,对卫星观测总云量进行订正得到的准确率较高;(2)对FY_2G卫星总云量订正后,总样本的准确率和春夏秋冬四季的准确率均有明显提高;(3)各种天气都订正比晴天不订正总体准确率高;(4)用前期的数据进行回归分析得到一个订正系数进行滑动订正,效果可能会更好,因此关于滑动订正有待后期研究进行.     

高空大型无人机下投探空观测资料分析

基于2020年8月2日在南海开展的中国首次高空大型无人机观测试验获取的下投探空观测资料、邻近站点常规探空资料和ERA5再分析资料,通过分析资料间的误差、平均绝对误差、均方根误差、相关系数、标准差和变化趋势,研究了下投探空资料的质量水平及其与ERA5再分析资料间的差异,并讨论了引起下投探空观测误差的原因,结果表明：各组下投探空之间温度一致性最优,好于湿度,明显好于风向风速;以常规探空为标准进行对比,下投探空温度、湿度、风速误差水平接近WMO CIMO的精度要求,风向受探空仪下落速度和下垫面差异影响导致误差较大;ERA5的温度、中下层湿度与下投探空偏差较小,风向相差较大,风速在1 000～2 000 m高度区间偏差较大,下投探空上层湿度明显偏干;探空仪高速下落对湿度、风向、风速测量准确度影响明显,湿度还受传感器测量性能影响,可能受环境温度突变影响.     

近50年三江源地区云水资源分布及降水效率研究

基于云水资源积分推导公式,选取50年的气象站资料研究三江源地区(the Three River Headwaters Region,TRHR)云量与降水时空演变规律及其统计关系,并对降水效率(Precipitation Efficiency,PE)时空特征深入分析,挖掘人工增雨试验潜力.结果表明:①总、低云量分别以长江源区的治多、清水河为高值中心向西呈"经向型"分布,向东呈"纬向型"分布.低云量与降水量呈增加趋势且通过了α=0. 005显著性检验,总云量呈减少趋势并通过了α=0. 01显著性检验;②各源区总、低云量与降水的突变年份不同步.降水年际波动较云量变化大且低云与降水相关性较好.低云量随总云量增加而增加,当总云量增加1. 7%时,低云量将增加1%,同期降水增加10mm,年降雨频率最高出现在400mm;③TRHR多年PE空间分布与降水、云量一致,整体表现出自东南向西北方向递减空间分布,PE高、低值区分布在34°N以南和34°N以北.④TRHR多年平均PE为40. 3%且增幅变化不大,长江源区西部和黄河源区东北部增雨潜力(Precipitation Enhancement Potential,PEP)最大,最佳开发时间在3～4月和10～11月.     

基于全球天气预报系统对河套周边地区低云量精细化预报

基于2008-2013年全球天气预报系统(GFS)预报场资料,构造了30个云预报因子,分析了其与低云量的相关关系,采用多元逐步回归预报方法建立了黄河河套周边地区低云量0～168 h逐小时精细化区域预报,评估了预报模型的预报效果.结果表明,低云量与水汽类因子整层湿度和整层相对湿度具有较强的正相关性;与大气可降水量、低层温...     

我国总云量时空特征及其影响因素分析

目的分析中国总云量的时空分布特征、变化趋势及影响原因。方法利用全国360个地面站1951~2009年地面月总云量观测资料,采用线性倾向估计和相关分析方法。结果总云量最多区域位于西南和华南地区,最少位于北部干旱少雨地区。约35°N以北总云量从南到北随纬度增加带状分布减少,此纬度以南同纬度东部云量多于西部云量。20世纪90年代以及21世纪前10年总云量减少最明显。总云量减少最明显的区域位于东北、西藏西南部以及山东、安徽北部地区。大部分地区总云量与太阳黑子相对数、降水量、相对湿度、最大积雪深度之间存在显著正相关关系,蒸发量与总云量存在显著负相关关系。结论我国总云量总体上呈减少趋势,气候因素对总云量变化有重要影响。     

青藏高原云的气候特征及其对地气系统的影响

利用ISCCPD2资料分析了青藏高原云宏观参量的时空分布特征,结合NCEP资料分析了不同云类与降水和气温的关系,利用CERES SSF MODIS Edition 3A资料分析了云对地气系统的辐射强迫作用.结果表明,青藏高原地区云量分布整体呈自东向西减少的态势;总云量、低云云量、总光学厚度和总云水路径的分布形势很相似;水高积云、水积云、卷云和冰高积云的云水路径及云光学厚度均较小,冰层云、冰雨层云和深对流云的云水路径及云光学厚度均较大;出现最多的是卷云,最少的是冰层云、冰层积云、冰积云和冰雨层云;青藏高原地区的水积云、水高积云、水高层云、卷云和卷层云的云量与降水一致.近20a,中高云量在青藏高原地区呈上升趋势,低云量则呈明显下降趋势,该结果可能导致青藏高原地区地面气温升高.青藏高原地区云的短波辐射强迫主导着云的净辐射强迫效应,且具有显著的季节变化.     

皖南冬半年云系和降水与东亚环流结构分析

用皖南5个气象站2001-2004年冬半年地面气象观测资料、美国NCEP/NCAR全球日平均分析场资料和历史天气图,对皖南冬半年云系和降水与大尺度大气环流进行了分析.主要结果如下:华北低槽型出现次数较多,平均云量接近最大值,平均降水量最大(5.7mm),平均云量和降水量南部略偏多.沿海低槽型出现次数最多(33.1%),平均云量(2.7、4.3成)和降水量(2.0mm)均最小,平均降水量自北向南逐渐增多.大陆高压(脊)型出现次数偏少,平均云量和降水量接近最小值,平均低云量和降水量南部偏多.南支低槽型出现次数较多,西南部平均云量和降水量偏多.西北低槽型平均云量最多(4.8、7.5成),平均降水量东部偏小.纬向环流型出现次数较少,平均云量居中等;平均降水偏小,南部略多.     

结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

PWD20能见度仪及与目测能见度对比分析

分析总结PWD20能见度仪在使用中所出现的故障及原因,其测量的准确性、可靠性与人工目测估计值对比分析发现:80.6%的目测值大于自动观测值,能见度在0～1.0 km时二者平均差值较小为0.11 km,能见度在5.0～20.0 km时二者平均差值较大,但变化趋势基本一致.人工目测与自动观测能见度的相关系数受轻雾影响时最好为0.92,受雨、雪影响时较好为0.76,受霾、浮尘、扬沙、烟影响时较差为0.49.定时能见度的平均差值14时最大,20时其次,08时最小.     

三明市大气混合层高度变化特征分析

利用三明市1960~2013年逐日02时、08时、14时和20时四个时次的地面气象资料,采用罗氏法计算得出逐日四个时次的混合层高度,分析了混合层高度年变化、月变化、日变化等规律及与有关气象要素的关系。结果表明,54a来,年平均混合层高度呈现先平稳、后缓慢下降、再明显升高的趋势;年平均混合层高度和年降水日数存在一定的负相关关系,相关系数为-0.45。02时、08时、20时年平均混合层高度月变化较小,14时年平均混合层高度月变化较大,该时次能较好地反映夏季整体湍流强,冬季湍流弱的特点;平均混合层高度月变化中,5月500~600m高度占比最大,其他各月600~700m高度占比最大。混合层高度日变化特征为白天高、夜间低,与湍流活动日变化特征吻合较好。相对湿度与混合层高度有明显的负相关关系,相关系数-0.83;风速与混合层高度中度相关,相关系数0.52。