基于多源融合产品的区域站雨量系统性偏差检测方法设计

利用由国家气象信息中心下发的多源融合产品,通过对区域自动站降水系统性偏差的异常数据表现形式和大样本统计分析,设计出总偏差、总相对偏差、雨差率、晴差率、邻站降水倍数、邻站相对偏差差值检测参数.结果表明:检测参数可较好地检测出观测雨量长期存在偏差的台站,并对江西省区域自动站雨量数据进行质控试验;在不对观测仪器进行现场检定的情况下,该方案检测结果可为设备维护人员提供观测仪器运行状况参考,提升设备可用率,进而提升观测数据质量.     

高分辨率气象格点融合产品在河南省的适用性分析

以河南省国家气象站和区域站观测数据为标准，对2020年12月—2021年11月河南高分辨率气象要素逐时距地面2 m温度、24 h累积降水二源及多源格点融合产品，进行误差、均方根误差、相关系数的时间分布和空间分布等检验，同时也对二源和多源融合降水产品在极端暴雨中的适用性进行了评估.结果显示：(1)2 m温度格点融合产品比站点观测温度整体偏暖，平均误差-0.015～0.005℃，整体偏差较小，数据比较准确.(2)二源和多源融合降水产品逐日平均误差-2.5～0.5 mm，大部分时次0.5 mm左右，降水量级较小时误差较小，但特大暴雨量级（250 mm以上）降水时，两种格点融合降水产品对降水有一定的低估，偏差可达50 mm以上.相对而言，多源格点融合降水的准确性优于二源格点融合降水.     

新疆GRAPES区域模式降水产品的性能检验分析

本文运用2010年新疆地区地面气象观测站的实况降水资料和GRAPES区域模式的降水预报产品。按照降水预报产品在新疆实际天气预报业务工作中的应用制定检验方案,对GRAPES区域模式12h降水预报产品进行检验。结果表明GRAPES区域模式的降水落区位置和落区面积预报准确率北疆高于南疆,降水落区位置预报偏南的概率比较高;各时效降水中心强度预报易偏强,随预报时效延长其准确率逐渐降低。     

ECMWF集合预报产品在河南省暴雨预报中的应用

对2014到2015年5—8月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的9类与降水相关的集合预报基本产品和统计量(以下简称集合预报产品)进行暴雨TS评分检验,筛选出:%90分位数、最大值、控制预报、融合产品、概率匹配平均5个评分较高产品.对所选产品做暴雨过程的应用效果分析发现:5个集合预报产品的强降水中心位置预报与实况较接近,大部分产品对大雨以上降水落区预报与实况较接近,但存在强降水中心极值预报较实况偏小的不足;最大值产品对于暴雨落区范围和强降水中心极值的预报通常较实况偏大;5个集合预报产品均表现为0~72 h时效内预报效果最好,72 h之后各产品对暴雨的预报能力明显减弱.基于检验和分析结果,采用百分比权重集成技术建立暴雨预报方法,2016年业务应用结果表明,集成后的暴雨预报产品效果优于单个集合预报产品.     

基于江西省站点资料对智能网格实况分析产品的检验评估

利用江西省2019年3月～2020年2月气象站观测资料,在小时尺度上,对中国气象局下发的智能网格实况的2 m气温、湿度、风速、降水等多个气象要素产品进行检验评估.研究分析各类产品的数据误差及其时空变化规律,验证该产品在研究区的适用性.研究结果表明:2 m气温、相对湿度产品与站点观测较为一致,其相关系数均可达0.9以上,2 m气温均方根误差在1.0 ℃左右,准确率可达80%以上,相对湿度均方根误差小于10%,准确率可达90%以上.风速产品的数据精度较低,相比站点观测风速明显偏弱,70%站点的风向准确率小于50%,风向准确率仅为40%左右.降水产品能准确反映年内逐小时变化趋势,但存在一定程度低估,相关系数基本在0.8以上,平均误差为-0.1～0.1 mm·h^-1,平均绝对误差小于0.2 mm·h^-1.与站点观测相比,降水产品对强降水明显偏弱.地形对实况网格产品准确性有较大影响,产品误差在地形复杂山区中比在平原地区中明显偏大.总体上,2 m气温、相对湿度产品质量较高,基本可满足业务服务需求.风速产品及降水产品在大降水量级下的误差较大,与业务服务需求有一定差距.     

西南地区气象资料测试、预处理和加工研究报告

西南地区是我国西部山区大型滑坡灾害的主要发生地,因此西南地区的气象资料所映射出的信息对大型滑坡致灾因子的识别和预报预警方法的研究具有非常重要的意义。由于获取的大量原始气象资料的存储格式、观测时次疏密、分辨率等均存在差异,因而造成应用过程中的困难和局限,往往需要对实际观测的多源资料进行测试和预处理。(1)通过四川、重庆、云南和贵州4省市逐日常规气象观测资料的统计加工处理,获得了西南地区各时间尺度的降水趋势、地理分布以及各级别降水量的气候概率值。(2)由于西南地区地形复杂,局地小尺度的气象要素特征在常规气象观测资料中可能会被平滑或显示不明显,因此利用观测网格更为细致的逐小时区域自动站的资料就非常必要,利用收集的西南地区2 469个区域自动站资料分析了局地小尺度的气象要素分布及变化特点。(3)运用收集到的风云二号(FY2)卫星云图资料和反演的降水估计产品,进一步分析了西部地区尤其是西藏西北部资料空白区域的降水分布;卫星资料反演降水产品与实况降水对比相似率在60%以上,精度达到40%左右。(4)通过四川凉山州对流性降水案例的雷达图像资料的加工处理,分析了西南地区雷达回波资料在强降水天气及滑坡和泥石流灾害发生时的环境条件和临近预报预警的可行性。(5)利用发生在四川盆地边缘山地的两次降水过程进行WRF数值模式的敏感性试验和环流特征分析及动力特征等分析。模拟再现了降水的雨带走向、形状特征、雨区位置、暴雨中心位置以及中尺度辐合线、中尺度低涡等中尺度系统活动过程,表明WRF模式的敏感性和应用性。     

自动气象站数据质量控制方法及误差分析

自动气象站的数据质量控制是关系到气象资料应用的基础,也是关键的一步。观测资料的质量对于数值预报同化、气象预报、气象服务以及相关领域的研究具有重要影响。本文以单站质量控制为例,阐述了自动气象站的观测资料的四层质量控制流程,并对误差类型进行了简单的归类。在此基础上,对于三类主要的质量控制检验方法进行了描述,并应用多元线性回归分析建立自动站与人工站的误差分析,指出应用多元回归方法,结合人工站资料,可以有效减少自动站的误差。     

确定性预报和集合预报融合降水预报产品应用

针对确定性模式和集合预报模式降水产品没有得到最优应用的问题,该文开展多模式降水融合预报研究。应用福建省智能网格预报业务关键点的降水观测资料,对4种确定性模式降水预报和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报的降水集合统计量产品进行降水分级统计检验,确定融合方案,并根据融合方案产生多模式和集合预报降水融合产品。结果表明,除了后汛期(7～9月)外,大部分产品的TS评分随降水量级的增大而下降,随着预报时效的延长,各量级降水TS有所下降。融合产品在3～4月的表现较确定性预报有一定的性能提升; 5～6月融合产品表现最差; 7～9月融合产品TS评分基本与最优确定性预报接近。对于个例检验而言,融合产品能够较为准确地刻画强降水的落区,但存在大暴雨落区范围过大等偏差。     

多源降水量数据融合分析及评价

利用2018年5月贵州省黔西南州自动气象观测站的降水量资料、兴义站雷达资料和CMORPH卫星降水反演产品资料,采用最优插值法对3种降水量数据开展融合试验.试验设计4种降水量数据融合方案,分别对融合的降水量数据进行区域精度检验.结果表明,经概率密度匹配法订正后的卫星-地面融合降水量与订正之前相比,相关系数由66.19%提升至79.68%,偏差由-0.544mm/h降至-0.247 mm/h,均方根误差由2.944 mm/h降至1.353 mm/h.当融合降水模型仅输入2种降水量数据源时,具有较高精度的一方对融合降水量的精度影响更大.卫星-雷达-地面数据融合降水量的相关系数为81.32%,偏差和均方根误差分别为-0.219、 1.037 mm/h,精度高于其他降水量数据融合方案,说明融入更多有效降水量数据源能明显提高面降水量的精度.     

独立同分布心极限定理雨量站网规划中的应用

将独立同分布中心极限定理引入雨量站网的规划中,得出面雨量测量精度(测量相对误差或允许误差)与雨量站网密度(平均站间距)呈线性关系,误差增长的斜率与该区域雨量站观测的随机误差均方差呈正比,与区域面雨量和区域面积的平方根呈反比.利用模拟降水场以及安徽省梅雨期间高密度的雨量站点资料,以抽站法为基础进行统计计算,验证上述结论,并对这一线性关系的斜率进行讨论,以期为雨量站网的规划和优化提供一定依据.应用导出的关系式对安徽省2005-2008年梅雨季节降水统计得出,面雨量测量精度与雨量站密度的相关系数在淮北平原为0.49～0.80,在皖南山区为0.70～1.41,如果假定20％的允许误差,安徽淮北平原和皖南山区的最小平均站间距(最高布站精度)分别为25和14 km.     

任意位置天气实况服务设计与应用

针对天气实况数据的应用服务,以国家气象信息中心1 km分辨率多源融合实况分析产品(ART＿1 km)为格点背景场,通过插值获得任意坐标点的气象要素值。采用FastAPI高性能Web框架和OAuth2.0开放授权标准,设计并实现了基于任意位置的天气实况服务(Weather-LBS)。经部署测试,结果表明：该服务响应速度快、安全性高、使用便捷,并按照气象数据统一服务接口(meteorological unified service interface community, MUSIC)标准进行发布,可供第三方应用程序调用,以实现用户对任意位置天气实况信息的即时查询。该服务已应用于第十四届全国运动会气象数据接入、天气微信小程序等系统,取得良好服务效果。     

孟加拉湾风暴过程TRMM日降水数据变分订正及精度检验

 利用逐日TRMM(3B42)和地面降水观测资料,对1998—2010年25个孟加拉湾风暴降水过程共184个降水日进行变分订正试验及精度检验分析,结果表明：① 通过变分订正方法迭代建立的TRMM广义的误差场具有一致收敛性,收敛时无论逼近值大小如何,当取精度≤0.001mm时,迭代次数均不超过800次;② 订正后的TRMM场能较好地反映了地面观测网天气尺度信息,对降水量的离散特征有较好的描述,在无观测的区域,TRMM信息得到了充分体现;③ TRMM值和TRMM订正值经过与未参与订正的100站观测值的平均均方根误差比较可知,所有订正后的样本的误差均小于订正前的误差,184个样本的平均误差由 3.73mm降低到了1.51mm,订正效果对减小TRMM场的误差是显著的

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基于抗差EKF的机载单站无源定位算法

机载单站无源测向定位中,若观测值中存在异常误差,采用EKF算法会导致定位结果有偏。为增强算法抗差性,将抗差EKF算法引入到机载单站无源测向定位中。首先,建立了机载单站无源测向定位模型,依据标准化观测残差构建了抗差等价权矩阵,对异常观测进行降权处理。其次,针对抗差EKF算法效率低的特点,构建了卡方统计量,提出了基于卡方检验的抗差EKF定位算法,即先利用卡方检验判别出含异常误差的观测值,再调用抗差EKF算法进行定位解算。最后,通过在观测值中加入单个异常误差和连续异常误差,测试了算法对不同异常误差的抵抗能力。仿真表明,抗差EKF算法能较好地削弱异常误差对位置估值的影响,并且基于卡方检验的抗差EKF定位算法能提高定位的效率。     

福建区域内实况网格气温产品的适用性验证

该文使用2021年8月5km×5km实况网格产品和70个国家站的气温小时数据,探讨中国气象局陆面数据同化系统中2m气温产品(CLDAS)在福建区域的适用性。结果表明,邻近插值法比双线性插值法更接近实测值,实况网格气温产品在福建适用性较好。实况网格产品的误差还具有日变化,在日出、日落时引起较大误差;高山站更容易存在较大误差。除了复杂下垫面外,观测场周围的障碍物也极易引起误差。其中,三明、南平、龙岩受地形及陆地影响,存在较大的绝对误差。     

独立同分布中心极限定理在雨量站网规划中的应用

将独立同分布中心极限定理引入雨量站网的规划中, 得出面雨量测量精度(测量相对误差或允许误差)与雨量站网密度(平均站间距)呈线性关系, 误差增长的斜率与该区域雨量站观测的随机误差均方差呈正比, 与区域面雨量和区域面积的平方根呈反比。利用模拟降水场以及安徽省梅雨期间高密度的雨量站点资料, 以抽站法为基础进行统计计算, 验证上述结论, 并对这一线性关系的斜率进行讨论, 以期为雨量站网的规划和优化提供一定依据。应用导出的关系式对安徽省2005-2008年梅雨季节降水统计得出, 面雨量测量精度与雨量站密度的相关系数在淮北平原为0.49~0.80, 在皖南山区为0.70~1.41, 如果假定20%的允许误差, 安徽淮北平原和皖南山区的最小平均站间距(最高布站精度)分别为25和14 km。     

天津一体化平台气象要素预报在宁河秋季的检验评估

基于2017年秋季自动站观测资料,对天津一体化综合气象业务平台在宁河区7个代表站的逐时气温、相对湿度、风向、风速等要素的格点预报质量进行了检验评估,结果表明:一体化平台格点预报与实况有一致的变化趋势,但对各要素的预报性能存在差异;在秋季气温的预报整体偏低,尤其是在日出到午后时段;相对湿度在下午段的预报值与实况最接近,准确率可达到80%～90%;风速的预报总体比实况偏高1～2 m/s。对宁河区东部到南部地区的预报性能相对较好,而对西部到北部地区的预报性能相对较差。总体上一体化平台预报准确率较高,可为预报员进行本区要素预报提供很好的参考。     

基于MDOS的重庆市2015年气象观测数据质量分析

实时与历史结合的气象资料业务系统（MDOS）的运行实施,完善了气象资料质量控制体系,调整了气象资料业务布局和流程.本文利用2015年重庆市35个国家台站、1 914个区域自动站的气象常规观测小时数据,按台站划分、观测要素分类,以可用率、可疑率、错误率、缺测率等为指标,基于MDOS对数据进行评估与统计分析.结果表明,重庆市2015年国家站自动观测资料的可用率平均可达99.56%,平均缺测率为0.44%,平均可疑率、平均错误率均在0.01%以下;区域站自动观测资料可用率平均为67.82%,平均缺测率为32.12%,平均错误率为0.06%,平均可疑率为0.01%以下.据此,本研究总结了影响气象要素可用率的主要因素.     

2006号台风"米克拉"过程数值模式预报检验分析

受2020年第6号台风"米克拉"影响,福建南部出现了12级以上阵风和暴雨局部大暴雨天气.该文利用模式预报与地面气象站实况资料,采用平均绝对误差、准确率、空报率和漏报率等统计量对模式产品进行检验评估.结果表明,副热带高压强度变化影响台风移动路径,副高加强西伸对台风西移有指示意义.3h极大风预报误差最小的是GFS模式,整体...     

利用数码相机对蓝天状况进行自动观测

介绍如何利用数码相机拍摄天空照片并结合自动站的气象实况资料,通过计算公式自动分析判断出现蓝天状况的类别,解决了靠人工观测的观测时次少、资料不连续、主观判断差异大等重大缺陷,实现了蓝天状况的连续自动观测。     

基于残差的非线性自回归模型的拟合优度检验

时间序列模型中,考虑误差分布的拟合优度检验是很重要的．Lee和Na（2002）考虑了在线性自回归模型下,基于残差的Bickel—Rosenblatt检验问题．他们指出了在原假设条件下,检验统计量的极限分布与利用独立同分布观测值的经典Bickel—Rosenblatt检验相同．本文主要讨论无限阶的非线性自回归模型的基于残差的Bickel—Rosenblatt检验统计量的渐近性质．我们证明了在自回归函数未知的情况下,当满足一定条件时,检验统计量的渐近性质与基于真实误差的统计量的性质相同．