模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验.采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响.模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感.湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制.     

复杂地形上的低层风场特征

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状态和局地扰动状态的时空变化。结果表明:该地区风场季节变化主要受大尺度背景风场决定;流场的垂直分布主要由地形和背景风场共同决定。冬季流场主要受地形动力作用,而夏季则受热力作用,具有很强的局地环流;晴稳天气条件下,低层流场受地形扰动影响较强,其影响表现为水平涡旋形态,城市对涡旋产生也具有显著的影响。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

风廓线雷达在降水条件下水平风场的反演研究

风廓线雷达利用湍流信号进行水平风场反演时，雷达回波信号中的功率谱数据包含大气湍流、地物、降水粒子等，其中降水粒子对水平风场造成的干扰尤为严重。若用没有剔除杂波的功率谱反演水平风场，会导致水平风场的真实度较低。本文首先用插值法和中值滤波法抑制杂波干扰，再用分段法确定平均噪声，然后根据两峰之间的最低点对降水时段的双峰功率谱进行湍流谱和降水谱的分离，继而利用分离出来的湍流谱信号反演水平风场，最后选取青海大学风廓线雷达2021年8月27日和2022年4月27日两场降水数据进行分析。结果表明：用分离出的湍流谱信号反演的水平风场较分离前一致性提高，分离湍流谱信号的方法可行，且用智能天气传感器进行验证，验证结果较好。     

压实方式影响路基湿度场演变规律数值试验研究

为研究路基湿度场受压实方式影响所产生的变化与分布问题,分别构建4种具备不同压实方式的路基数值试验模型,通过分析二维入渗方式的降雨试验结果,总结不同压实方式影响下路基湿度场扰动区的分布特征,以及扰动区扩距、路基湿度与梯度变化的主要规律,并阐述其根本机理。研究结果表明:降雨入渗路基产生湿度扰动区可划分为前、后2个区域,后区表现为湿度较大、梯度较小,前区表现则与后区相反;湿度扰动区扩距和湿度都随着路基压实度的增加而呈线性减小,前扰动区的湿度梯度随着路基压实度呈线性递增;雨水入渗路基速度矢量的竖向分量远大于水平向分量,受到路基压实区组合方式影响,非饱和扰动区的下层路基湿度随上层路基压实度增加呈线性显著降低。     

双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

基于双高斯拟合的风廓线雷达在降水条件下的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。本文利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分离开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

Madden-Julian 振荡对中国东南部冬季降水的调制

研究Madden-Julian 振荡(MJO)对于中国东南部地区冬季降水的调制, 分析了可能的遥相关机制。通过对中国气象局发布的站点观测降水资料的合成分析, 发现MJO 对于中国东南部冬季降水有显著的影响: 在MJO的前4个相位, 降水存在正异常(湿); 在MJO的后4个相位, 降水存在负异常(干) 。对水汽收支的诊断结果表明, 经向风异常造成的水汽通量异常, 是造成降水正负异常的主要原因。通过对500 hPa位势高度异常场和风场的分析, 以及对经向风异常 EOF 分析表明, MJO 通过激发PNA 型而影响到经向风场, 异常风场具有和 MJO 相关的变化模态, 即: EOF1落后EOF2 1/4 周期, PC1 领先 PC2 1/4 周期。这种径向风的异常最终导致了中国东南部地区冬季降水的异常。     

GSI同化GPS可降水量对四川盆地不同类型降水模拟影响

选取四川盆地金沙江下游对流性降水个例（记为CR＿2013）和稳定性降水个例（记为SR＿2015）,利用格点统计插值分析系统（GSI）同化全球定位系统（GPS）大气可降水量（PWV）资料,并结合天气研究与预报模式（WRF）对2次不同类型降水过程的初始场和模拟降水进行同化效果对比分析。结果表明,降水发生前,四川盆地已有较多水汽积聚,水汽分布东多西少,2个降水个例的强降水中心分别位于南侧和北侧的GPS水汽梯度带上。同化GPSPWV资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场和风场也有不同程度的改善。控制实验的降水大小和分布总体都与实况较相似,但存在局部模拟偏强的情况。同化GPS-PWV对降水模拟的改进作用明显：CR＿2013模拟的强降水中心范围与实况更接近,而SR＿2015则明显减弱了虚假降水中心的强度和范围。降水调整最显著的区域与实况降水中心一致,都在GPS水汽梯度带上。同化GPS-PWV能持续影响模拟的累积降水,对流性降水调整幅度要高于稳定性降水。     

用一维变分方法同化GMS-5反演湿度场及其在降水预报中的应用分析

在应用一维变分方法对GMS-5卫星资料反演的相对湿度场进行了同化分析试验的基础上,进一步分析了通过一维变分方法在MM5模式初始湿度场中融入GMS-5反演湿度场后,对降水预报的影响.分析试验结果表明,应用一维变分方法同化GMS-5反演相对湿度场后所得到的分析场,其均方根误差(rm se)在7个标准等压面上都比背景场要明显减小.均方根误差值在250 hPa下降幅度最大,达到7.1,这相当于12-h预报场rm se下降了48%;下降幅度最小的等压面高度是925 hPa,也达到了1.2,相当于12-h预报场rm se下降了15%.背景湿度场高湿区通常呈带状分布,普遍平滑了中尺度信息.运用一维变分方法融入了卫星信息后,分析场不仅明显改善了背景场湿区偏湿、干区偏干的现象,同时也很好地揭示出了三维湿度场的中尺度细微结构.个例分析表明,将一维变分同化后的GMS-5反演湿度场作为MM5模式的初始湿度场,与直接用NCEP资料的预报结果相比,MM5模式预报的降水强度、降水范围和降水强中心位置均有较明显的改善,更接近于实况观测.     

环境场特征与暴雨之间的关系浅析

利用2002年6-7月香港天文台业务区域谱模式(ORSM)的物理量预报资料,通过对暴雨发生时的平均高度场、温度场、湿度场、经向及纬向风速场特征的分析,探讨了我国南方形成持续强降水的大尺度环流形势及物理条件.通过对暴雨带附近的热力场和动力场的研究表明：温度场上,在大气中低层,暴雨带处于高温区南侧相对的冷区,且温度梯度较小,而在暴雨区北侧,温度梯度较大;湿度场上,暴雨区落在高湿度带中,并且在大气低层,暴雨带位于南北相对湿度对比带的南侧;而在风速场上,在大气低层,暴雨带附近为东西风及南北风的复合带.     

特高压直流输电线路合成电场的天气影响因素及预测模型

特高压直流输电线路电离周围空气产生的离子和线路电场叠加形成合成电场,并在环境因素的作用下使得地面的合成场强发生变化。研究了天气因素对地面合成场强的影响,并提出了基于天气因素的电场预测模型。利用高压直流电场测量装置测量地面合成电场值及环境监测系统所测的天气参数,分析了风速、湿度、气压、温度、PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0与场强的相关性。利用基于树形结构Parzen估计器(tree-structured Parzen estimator, TPE)优化的CatBoost建立地面场强在天气因素下的预测模型,并基于所测数据进行模型的训练和预测。结果表明：天气因素对场强的影响权重由高到低为湿度、风速、气压、温度、PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀。通过特征排序选取前5个特征和所有特征预测所得到的均方根误差分别为0.83 kV/m和0.85 kV/m,实现了相对准确的预测。研究结果可为特高压直流输电工程环境评估提供有用的合成电场分析方法。     

近47年城市化发展对沈阳区域局地气候的影响研究

利用1959—2005年沈阳及周边郊区4县(康平、新民、法库、辽中)台站的气候观测资料,研究分析了沈阳城区、郊区气温、降水量、相对湿度、风速的变化趋势和特点。在此基础上,探讨了城市化发展对沈阳区域气候变化产生的影响。研究发现:1)近47年来,沈阳平均气温上升显著,其中冬季、春季增暖幅度最大,夏季最弱。同时,沈阳郊区增暖幅度略大于城区增暖幅度。2)沈阳年降水量、相对湿度、平均风速整体均呈下降趋势,降幅以平均风速最大,降水量最小。沈阳降水量的季节变化比较复杂,冬季降水量轻微增加。分析结果显示,沈阳城市化发展对区域局地气候产生了重要影响,尤其是近年来对郊区气温影响显著。另外,城市化进程对平均气温、风速的影响比其对相对湿度、降水量的影响更为显著、直接。     

近47年城市化发展对沈阳区域局地气候的影响研究

利用1959-2005年沈阳及周边郊区4县（康平、新民、法库、辽中）台站的气候观测资料,研究分析了沈阳城区、郊区气温、降水量、相对湿度、风速的变化趋势和特点。在此基础上,探讨了城市化发展对沈阳区域气候变化产生的影响。研究发现：1) 近47年来,沈阳平均气温上升显著,其中冬季、春季增暖幅度最大,夏季最弱。同时,沈阳郊区增暖幅度略大于城区增暖幅度。2) 沈阳年降水量、相对湿度、平均风速整体均呈下降趋势,降幅以平均风速最大,降水量最小。沈阳降水量的季节变化比较复杂,冬季降水量轻微增加。分析结果显示,沈阳城市化发展对区域局地气候产生了重要影响,尤其是近年来对郊区气温影响显著。另外,城市化进程对平均气温、风速的影响比其对相对湿度、降水量的影响更为显著、直接。     

基于高度再指定的FY-2C双通道云导风同化及预报试验

为了探求FY-2C双通道云导风在实际预报中的可用性,先对双通道云导风进行合并,并利用T511模式12 h预报场对云导风进行高度再指定,使得云导风资料的空间密度和质量明显提高。进而利用WRF模式及其变分同化系统WRFDA对高度再指定前、后的云导风在同化及预报中的影响进行了研究,结果表明：同化原始云导风使初估风场的统计误差增大,而同化高度再指定后的云导风对初估风场有明显的改善作用;同化原始云导风会导致压、温、湿的初估场误差增加,但同化高度再定位后的云导风效果明显好于同化原始云导风;同化高度再定位后的云导风对48 h内的风场预报有改善作用,随着预报时效的延伸,风场的改善带动了其他要素场从负影响到正影响的转变。     

空气幕对厂房低湿环境控制效果的影响

为了探讨空气幕对提高低湿厂房内的热湿环境控制效果的影响,通过ICEM建立几何模型并划分计算域网格;利用CFD数值模拟得到厂房内的风速场、温度场、湿度场;分析空气幕的安装位置和送风速度对厂房温湿控制的影响.对比无空气幕的情形发现,两侧安装空气幕时厂房内平均温度降低了2.9℃,平均含湿量降低51.4％.对进出料口处的热湿交...     

广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

基于BP神经网络的公路风吹雪雪深预测模型

公路风吹雪雪深预测作为国际雪冰学领域的研究热点和难点问题一直未能很好解决.以白茫雪山防雪走廊段安装的自动气象站和当地气象局提供的气象资料为基础,提取了对公路风吹雪雪深有影响的4种因素(降雪量、大气温度、风速和湿度)的指标值,建立了基于BP(back propagation)神经网络的公路风吹雪雪深预测模型.对研究区5次降雪过程中所记录的199组数据进行训练学习,用20组数据来验证建立的模型,验证结果表明20h累计雪深预测值的误差在10%以内,85%的雪深预测值误差在20%以内,因此所建立的模型具有很强的泛化能力和较高的精度.并对降雪量、大气温度、风速和湿度这4个因素进行了敏感性分析,表明雪深与降雪量成正比,与其他3个因素成反比,其中降雪量对雪深的影响最大,风速次之,湿度最小.     

广西北部湾海雾天气形成预测研究

本研究利用北部湾地区6个气象站的大雾记录及降水量、气温、相对湿度、风速、气压、露点等逐小时气象资料,采用相关分析和主成分分析法确定大雾形成的关键影响因子并分析其特征规律,利用逻辑回归分析法建立北部湾地区海雾预测模型,结果表明,相对湿度和风速是北部湾海域大雾天气的关键的影响因子。在相对湿度越大,风速越小时大雾天气出现的可能性越大,且大雾天气在相对湿度为95%~100%、风速为0~3 m/s时出现的频率最高。利用相对湿度和风速所建立的大雾预测模型对无雾天气预测准确率为75.2%,大雾天气预测准确率为77.9%,总预测准确率为76.6%,总体预测效果较理想。     

初始场对暴雨数值预报影响的敏感性试验

为了研究初始场不确定性对暴雨预报的影响,利用尺度分离的方法,在AREM模式分析场上构造了初值扰动,并通过在模式初始物理量上叠加或扣除这些扰动,设计了不同的敏感性试验.试验结果表明,暴雨预报结果对模式的初始相对湿度、温度和风场是敏感的,而对初始位势高度的敏感性较弱.由于各物理量是相互联系和制约的,单独改变某个物理量对暴雨...