集合卡尔曼滤波同化理论及其在一次暴雨过程中的应用

集合Kalman滤波用于数值试验有着雄厚的理论基础。本文介绍了集合Kalman滤波理论及其技术实现,在此基础上搭建了集合Kalman滤波同化系统,并用MM5模式做同化实际探空资料48小时的试验。试验结果表明:集合Kalman滤波同化探空资料可以改善MM5模式的预报效果。     

数字滤波初始化方法在WRF中的应用

本文主要介绍了数字滤波初始化技术的理论框架和基本原理,将该技术应用于新一代中尺度数值模式WRF模式中,评估其对降水预报的影响。通过对2008年4月7日08时—4月8日08时的一次江淮流域降水过程的数值模拟,从模拟结果可以看出,数字滤波初始化技术的引入明显的改善了降水的预报。     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

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.     

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。     

3.5维雷达资料变分同化技术及改进方案在WRF中的应用

本文主要介绍3.5维雷达资料同化技术以及增加雷达垂直风场反演信息对该同化技术的影响,利用WRF模式建立了雷达变分同化系统,对同化效果进行检验。3.5维雷达资料同化技术是变分同化技术的扩展,使用多时次雷达观测资料,采用方程约束增加动力学、热力学信息,逐步反演得到风场、动力场和热力场。该技术使用3组连续多普勒雷达体扫资料,分三步获得分析增量以便在背景场基础上更新模式变量。首先利用连续两个时次的格点化三维径向风场来反演三维风场,然后利用连续两个时次的三维风场来依次反演出水平气压场与热力学变量。同时分析空间采用B-样条基底来降低空间的维数,并增加观测信息在空间上的扩散。但该技术也表现出垂直速度强度不够,浮力抬升作用不强的缺陷。针对本缺陷,本文讨论了通过物理初始化方法由雷达回波反演得到的垂直速度,并将该垂直速度作为观测信息同化进入3.5维变分同化中,考察原雷达资料同化方法以及改进方案对随后降水的改善。结果表明,对降水有明显的改善。     

WRF模式微物理方案对强降水预报的影响

本文利用新一代中尺度非静力模式WRF(V2.1.2版本),采用单向两重嵌套方案,粗细网格距分别为12km、4km,对我国江淮流域2003年7月4日～5日一次典型强降水天气过程进行微物理方案的敏感性试验。从降水落区、降水中心位置和强度方面对总降水预报性能进行了对比,同时结合卫星资料、地面自动站雨量等非常规观测资料,对比分析了模拟的滁州地区降水随时间的变化及1小时降水率的空间分布,研究不同分辨率下模式微物理方案对强降水预报的影响。所得的结论对于我国夏季强降水预报和中尺度模式微物理过程在业务和研究方面有一定的参考价值。     

L波段雷达资料在保山市强降水预报中的应用

为加强基层短时强降水预报能力,结合前人研究,利用20082009年腾冲L波段雷达探测资料和保山市昼(夜)降水数据,统计分析了该市昼(夜)出现强降水时当日(前一日)沙氏指数、抬升指数、不同高度层的温度露点差情况.结果表明,保山市强降水与沙氏指数、温度露点差呈显著负相关,与抬升指数值呈显著正相关.采用相关性和显著性假设检验确定了6项强降水预报因子和它们各自对应预报值域后,将6种预报因子自由组合成8种预报判据.经预报质量检验从8种组合中挑选出了保山市昼(夜)间出现强降水的预报判据.以20102014年保山市强降水实况进行预报能力检验,该方法对夜雨和昼雨强降水的预报准确率分别为56.00%和60.00%,具有一定参考使用价值.     

2013年初夏河南一次区域性暴雨天气过程的分析

利用常规资料和NCEP再分析资料,对2013年5月25—26日河南省区域性暴雨过程的环流形势、水汽条件和垂直螺旋度进行了分析,结果发现:西南涡沿切变线移出是暴雨形成的诱因,中低层低涡与涡前持续的低空急流为暴雨的产生提供有利的大尺度天气背景条件.700 hPa水汽通量变化对强降水落区有一定的指示作用,暴雨区一般位于水汽通量大值中心附近和前端等值线梯度密集带内;水汽通量辐合增强增厚降水增强.强降水多位于垂直螺旋度正大值中心附近和长轴两侧.     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

一次突发性暴雨过程分析

通过分析１９９６年８月９日陕西暴雨过程的环流背景、影响系统、能量场、稳定度和地面中尺度系统特征及演变,揭示了突发性暴雨过程的物理机制和要素场特征     

滇西高原一次强降水过程的雷达产品分析

利用新一代多普勒雷达产品和地面加密自动站等资料,对2013年8月11—12日发生在滇西高原的一次强降水过程进行分析.结果表明,此次过程是500 hPa青藏高压和副热带高压之间的两高辐合区及700 hPa西南气流影响造成;雷达图上,以层状云降水回波为主的混合降水回波,强度未超过40 dBz;雷达径向速度场存在暖平流加辐合的风场特征;低层长时间持续西南气流以及对流层中上层冷空气的入侵与强降水过程的发生及维持密切相关;利用改善的EVAD方法计算出的散度场和垂直速度场在强降水发生发展的不同时期分布不同,对降水的增强和维持有较好的指示意义.     

山脉地形对云南冷锋切变型强降水的影响

利用多种资料对2014年6月2829日云南省冷锋切变型强降水进行诊断分析,并利用WRF中尺度模式,对此次过程进行地形敏感性数值试验.结果表明去除山脉地形后,全省区域降水量明显减弱,大雨、暴雨的落区急剧缩减;降水量的变化差异主要由降水强度的变化引起.山脉对低层冷空气的引导和阻挡作用最为显著,四川东部到贵州一带的东北气流经乌蒙山加速进入到滇中地区,受哀牢山、无量山和横断山脉的阻挡,与青藏高原东南侧沿横断山脉南下的冷平流汇合,在滇中及以东、以北地区盘踞;夏季来自南海的东南气流及来自孟加拉湾的偏西气流均具有高温高湿性质,在山脉的引导和阻挡作用下,与南下受阻的冷空气交汇,形成锋面降水;山脉的强迫抬升机制迫使其周边出现显著的垂直上升运动,强度约0.4~0.7m/s;在山谷相间的区域,特别是山脉的迎风坡处,水汽通量辐合,其增量可达(0.02~0.07)10-6gs-1cm-2hPa-1,有利于当地大雨、暴雨的发生.     

基于Copula模型的云南省地质灾害风险评估研究

云南省是中国地质灾害最严重的省份之一,地质灾害造成的损失主要包括直接经济损失和人员伤亡.以云南省1991—2020年期间的地质灾害年度统计数据作为研究样本,利用地质灾害造成的直接经济损失和以因灾死亡人数转化的间接经济损失为边缘分布建立Copula函数模型,通过蒙特卡罗模拟计算云南省地质灾害的年度风险度量值,实现通过货币化的方式对云南省地质灾害风险水平进行量化.最后,结合云南省地质灾害风险损失特点,应用计算出的风险度量值,提出了云南省地质灾害风险的分摊模式.     

基于CF-PCCs模型的维西县滑坡致灾因子敏感性分析

为了深入了解滑坡的成灾背景,减少灾害造成的生命财产损失,以云南省维西县为研究区,选取了高程、坡度、坡向、降水量、距河流距离、工程地质岩组、距断层距离、植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和道路密度9项致灾因子,利用确定性系数（Certainty Factor,CF）-皮尔逊积矩相关系数（Pearson Product-moment Correlation Coefficient,PCCs）模型对致灾因子进行敏感性分析,并对分析结果的准确性进行了验证.结果表明：(1)因子敏感性由高到低分别为坡向、河流、高程、降水量、断层、道路、坡度、工程地质岩组和NDVI;(2)敏感性最大的因子类别包括：高程为1 486～2 600 m,坡度为0°～20°,坡向为半阳坡,降水量为782～1 178 mm,距河流距离为0～300 m,工程地质岩组为极软岩,距断层距离为2 400～3 200 m,NDVI为-0.169～0.039,道路密度为80～117 km/km2;(3)CF-PCCs模型精度高,数据分析结果可靠,该方法可为滑坡敏感性分...     

热带低频振荡对云南5月旱涝的影响

通过统计合成的方法,挑选出云南5月降水的多(少)年,分别对云南5月降水多(少)年时,热带低频振荡MJO的强度和位相变化对其降水的影响研究发现,当强MJO持续位于第4~6位相时,是造成云南5月降水偏多的有利条件,其它位相的强MJO对云南5月降水的影响不大.但MJO对云南5月降水多(少)年的影响具有明显的年际变化,所以对MJO在第4~6位相时云南5月降水变异的2个典型年份作进一步研究,发现孟加拉湾的西南水汽输送的早迟以及热带MJO引发的中南半岛附近对流北传是否活跃也是影响云南5月降水多寡的重要条件.     

一维动力系统的大范围非线性化近似方法及其在一个商品定价模型中的应用

因为分析含有多个平衡点,或者超越函数的一维动力系统的可积性和稳定性通常是困难的,所以对一维动力系统进行简化是一个很有意义的问题.对含有2~3个平衡点的一维动力系统,根据系统右端函数的7种情况,利用Lagrange和Hermite插值多项式的方法,提出了相应的7类大范围最低次非线性化近似系统,通过积分近似系统得出部分近似解,通过稳定性分析得出平衡点的稳定性保持结果.最后,将一种近似方法应用于一个商品定价模型的具体分析,得到了定价模型的平衡价格的稳定性和动态价格的近似表达式.     

影响云南的孟加拉湾风暴TBB特征分析

统计19952010年东北方向登陆影响云南省的孟加拉湾风暴,根据降水强度及降水落区,将10个个例分为区域性降水、全省性降水来加以研究.对孟加拉湾区域(80～100E)云顶亮温资料(TBB)进行纬向平均,通过分析云顶亮温的纬向平均时间演变图,发现TBB低值中心位置、强度与云南省降水有一定对应关系,对于区域性降水,当-30 ℃TBB低值中心在20~22N附近,滇西及滇西北降水为大雨局部暴雨;对于全省性降水,当-40 ℃TBB低值中心位于14~18N附近,-40 ℃线的南北纬向宽度大于4,另外20~30N区域的纬向TBB平均值低于-10 ℃,云南省降水以大雨局部暴雨为主.另外对于全省性降水,在降水产生前12~24 h的纬向TBB平均时间演变图中,若低值中心北侧的-30 ℃线的纬度为XN,云南省的强降水区域位于(X+5)N以南地区.     

滇西南一次超级单体持续降雹过程分析

利用多普勒天气雷达3830/CC和分辨率为1°×1°的NCEP再分析资料,对一次南支槽影响滇西南超级单体雹暴过程进行分析.结果表明：2 h以上深厚持久中气旋、低层辐合高层辐散和和风速随高度增加等中尺度径向风场结构利于低层暖湿空气辐合进入云体和倾斜旋转上升,形成低层弱回波区(Weak Echo Region,WER)、钩状回波和中高层回波悬垂,北侧冷平流入侵形成“V”型槽口,保障超级单体雹暴持续4 h以上,冰雹粒子强烈散射作用形成旁瓣回波.径向风辐合增强并扩展至8 km高度,回波强度、顶高、50 dBz回波高度、-20℃层回波强度、垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid, VIL)等参量波动增大,尤其中气旋非常利于超级单体发展和冰雹粒子生长,在中气旋到达强盛阶段(旋转速度≥10 m·s^-1)26 min内5个特征参量先后出现最大值.南支槽前中层西南气流的汇合提供水汽条件,中低层强垂直风切变提供抬升动力条件,近地层中尺度辐合线创造对流触发条件,低层温湿度锋区提供对流不稳定,而上冷下暖及低层湿度适中、中层高湿、高层干的垂直结构加剧对...