专利名称：利用界聚法预报强降水的方法
技术领域：
本发明涉及气象领域，特别是一种利用界聚法预报强降水的方法。
背景技术：
受全球气候变暖的影响，我国灾害性天气呈现多发、重发、突发的趋势，尤其是强降水引发的洪 劳、泥石流、城市内捞等灾害越来越突出，造成的影响也越来越大，例如:1975年8月，河南南部淮河流域受台风影响造成特大暴雨洪灾，导致板桥、石漫滩等水库垮坝，驻马店水库溃坝，强降水不但造成巨大的经济损失，甚至会危及人们的生命安全；我国十分重视气象事业的发展，数值天气预报的成功是20世纪最重要的科学，技术和社会成就之一，然而数值天气预报中降水和对流系统预报是最困难的；据统计，对于大雨的预报，准确率为40% ;暴雨的预报，准确率为20% ;大暴雨、特大暴雨的漏报率几乎为95%，造成这样水平的问题主要是强降水是突发性、小区域、小概率灾害性天气现象，它的落区、落点预报难以判定，预报难度大，如何提高预报准确率，掌握准确、精细预报的强降水技术一直是气象界的难题；·目前，订正数值预报误差的方法之一是依据天气学原理，进行天气系统的形势场分析向天气尺度与中尺度分析相结合的转换；什么是天气尺度分析性的降水范围预报？以暴雨预报为例，天气学分析性的降水落区预报方法如下:(I)低空切变线系统的降水落区为:江淮切变线的降水多位于地面锋线的北部、700百帕切变线以南地区；切变线上降水分布并不均匀，只有在辐合较大，水汽供给较为充分的地区，才有较大的暴雨；低涡雨区主要分布在低涡的中心区和低涡的右前方；(2)低空急流系统的降水落区为:绝大部分暴雨发生在低空急流的左侧200公里以内，其中多数又降落在低空急流的中心的左前方；中尺度低压的降水落区，雨团中心稍落后于低压中心；(3)低层辐合、高层辐散的降水落区为:强降水天气可能在中、低压内发展，等等；以上所述的“北部”、“以南”、“右前方”、“左侧”、“稍落后”等等降水落区地理位置
的分析，这就是天气学分析性的强降水落区范围预报，以上这种传统的预报方法，落区范围大小不具体，不易确定，往往靠技术人员的经验来预测，而且在强度、落点上的判断难度就更大；对于强降水一般指暴雨以上降水，但是依据不同地域也可以包含大雨以上的降水。在气象部门，降水等级用语以12小时降水总量(毫米)或24小时降水总量(毫米)为依据:大雨:12小时内降水量15 29.9mm或24小时内降水量25 49.9mm的降雨过程；暴雨:12小时内降水量30 69.9mm或24小时内降水量50 99.9mm的降雨过程；大暴雨:12小时内降水量70 139.9mm或24小时内降水量100 249.9mm的降雨过程；特大暴雨:12小时内降水量大于140mm或24小时内降水量大于250mm的降雨过程。
发明内容
针对上述情况，为克服天气学分析预报的不确定性，本发明提供一种利用界聚法预报强降水的方法，可有效解决强降水预报的问题。本发明解决的技术方案是:1、界面层的选取；2、界面层上界点分析；3、判定聚合区；4、强降水落区的划分。本发明提出一种利用天气图进行中尺度分析的简捷、客观方法，帮助预报员在无需参考任何数值预报产品和进行任何物理量计算的条件下，做出强降水落区预报，提高对本地区暴雨预报的准确率；依据锋生运动学、动力学原理在特定等压面上开展中尺度分析，定出界点，利用这些界点所包围的聚合区做降水预报，因此它是一种利用界聚法预报强降水落区的具体化方法。
图1A-1E为本发明实施例1的预报和实况图。图2A-2E为本发明实施例2的预报和实况图。图3为本发明实施例1中2010年7月18日08点日本数值预报产品预报19日08时的降水量示意图。图4为本发明实施例2中2009年6月14日08时日本数值预报15日08时的降
水量示意图。
具体实施例方式本发明利用界聚法预报强降水方法的步骤如下:I)、界面层的选取:在用户端电脑中的气象信息综合分析处理系统(又称MICPS系统)中打开经互联网从国家气象中心的数据库服务器中获取的初始场的等压面图(简称等压面)上的高度值、风向、风速、温度及地面图上的风向、风速和3小时变压特定气象因子的数据，首先，选取等压面图中所要预报区域内的温差界点最多的一层等压面图做为界面层(即M面)，并用圆点在界面层上一一画出温差界点；所述的等压面图有200-925百帕等压面图；所述初始场是指最临近预报时段的那个时间段的天气图；(例如:预报2号08-20时的天气，初始场就是I号20时的等压面图和2号05时的地面图，预报2号20-08时段的天气，初始场就是2号08时的等压面图和2号17时的地面图.);所述的温差界点:是指在等压面图上，选取任意两站点温度差值>温差常数E (度)的两个站点，两站点相连呈直线，沿直线中心向一侧或向另一侧偏移O — 1°C的点即为温差界点(例如当温差常数为5时，在界面层上选择任意两个站点温度差值大于或等于温差常数5的两个站点，如北京和郑州，北京的温度值为0°c,郑州的温度值为5°C,北京和郑州的温差差值为5°C,将北京站点和郑州站点连接成直线，在直线中心向上或向下偏移O — 1°C的点即温差界点)；
温差常数E的计算公式为:Σ= #,,Λ'2.…….⑴
Eη公式(I)中N1、N2.......Nn.为历史上已出现过预测量级降水的两站点之间温差
值，η为选取的次数；(预测量级就是大雨、暴雨、大暴雨等量级)；2)、界面层上风差界点和低涡中心点的分析:(a)风差界点选取:将界面层上水平风速辐合>风差常数F (米/秒)的相邻两站之间中心点，选取为风差界点；其风差常数F的计算公式为:Σ =...............⑵` Fη公式(2)中W1、W2.........Wn为历史上已出现过预测量级降水的相邻两站点之间的
风速正差值，η为选取的次数；(b)低涡中心的选取:所述的低涡中心是指气旋性环流的闭合低压中心、气旋性辐合中心和低气压中心的任意一个；(C)将上述分析得到的风差界点和低涡中心点在界面层上用圆点一一标识(分析得到的风差界点和低涡中心点是指，当分析得出的有风差界点和低涡中心点时，就要标识出风差界点和低涡中心点，当只分析得出风差界点时，就只标识出风差界点，即只将分析出来的用圆点画出做为标识)；3)、判定聚合区:这里所说的聚合区是指系统型聚合区或西北气流型聚合区:A、系统型聚合区判定:分析除界面层外的其它等压面图上的风差界点、低涡中心点、槽线、切变线、东风波、辐合线、低空急流、高空急流和500百帕588位势高度线(简称588线)这些天气系统，其中，系统型聚合区判定时，界面层上的温差界点、风差界点、低涡中心点与除界面层外的其它等压面图上的风差界点和低涡中心点均称为界点，将分析得到的天气系统垂直投影到M面上(也就是说，例如，当界面层是850百帕等压面图时，分别要分析200、300、500、700、925百帕等压面图上的天气系统，当925百帕等压面图只分析得出了切变线、东风波时，那么只将分析得出的切变线、东风波垂直投影到M面即可，当700百帕等压面图只分析得出了辐合线、低空急流时，那么只将分析得出的辐合线、低空急流垂直投影到M面即可，依此类推，将200、300、500百帕等压面图上的分析得到的天气系统全部垂直投影到M面即可)，得到所要预报区域的辐合区，在M面上将所要预报区域中辐合区内最外圏的界点用平滑线连接起来就得到系统型聚合区，即为所要预报区域的强降水落区；除界面层外的其它等压面图上的风差界点和低涡中心点的选取同界面层上的风差界点和低涡中心点的方法相同；所述的辐合区是指:槽线、切变线、东风波、辐合线、低空急流、高空急流和500百帕588线等天气系统中任意一种或多种造成系统性的气流从四周向中心流动时“辐合上升”的区域；B.西北气流型聚合区的判定:在初始场的地面图上按照变压风的原理，分析得到地面3小时负变压辐合区和辐合中心(这里3小时负变压是指地面图上3小时气压要素的变化为负值；“辐合”指的是气流从四周向中心流动)，其中，西北气流型聚合区判定时，界面层上的温差界点、风差界点、低涡中心点和地面图上的辐合中心均称为界点，将地面3小时负变压辐合区和辐合中心垂直投影到M面上，M面上垂直投影得到的所要预报区域内的地面3小时负变压辐合区内最外圈的界点用平滑线连接即得西北气流型聚合区，即西北气流型的强降水落区；所述的系统型是指，等压面图中除界面层外的其它等压面图上，能分析出低空切变线、低涡、急流、低槽的系统；所述的西北气流型是指:等压面图中除界面层外的其它等压面图上，分析不出低空切变线、低涡、急流、低槽系统，而是受西北气流控制；4)强降水落区的划分:A、将系统型聚合区内相邻系统型聚合区边界线的第一圈界点用平滑线连接成和系统型聚合区相匹配形状的第一区，第一区内相邻第一区边界线的界点用平滑线连接成和第一区形状相匹配的第二区，第二区内的相邻第二区边界线的界点用平滑线连接构成第三区，第三区内的区域即为特大暴雨落区，特大暴雨落区内的各个站点为特大暴雨落点；第三区外和第二区内的区域即为大暴雨落区，大暴雨落区内的各个站点为大暴雨落点；第二区外和第一区内的区域即为暴雨的落区，暴雨的落区内的各个站点即为暴雨的落点；第一区外和系统型聚合区内的区域即为大雨的落区，大雨的落区内的各个站点即为大雨的落点；B、将西北气流型聚合区内相邻西北气流型聚合区边界线的第一圈界点用平滑线线连接成和西北气流型聚合区相匹配形状的一区，一区内的相邻一区边界线的界点用平滑线连线成和一区形状相匹配的二区，二区内的相邻二区边界线的界点用平滑线连线成和二区形状相匹配的三区，第三区内的区域即为特大暴雨落区，特大暴雨落区内的各个站点为特大暴雨落点；第三区外和第二区内的区域即为大暴雨落区，大暴雨落区内的各个站点为大暴雨落点；第二区外和第一区内的区域即为暴雨的落区，暴雨的落区内的各个站点即为暴雨的落点；第一区外和西北气流型聚合区内的区域即为大雨的落区，大雨的落区内的各个站点即为大雨的落点。以下结合实施例子对本发明的具体实施方式
作详细说明，实施例1:是本发明利用2010年7月18日08时的初始场资料做河南地区12小时(2010年7月19日08时过程)系统型强降水落区预报的具体实施步骤:第一步:确定界面层:分析初始场(2010年7月18日08时)等压面图资料，根据上述步骤I)选取界面层，本例采用任意两站点温差常数在4度及4度以上的两站点间的中心点为界面层上的温差界点(如图1A中的实点)，选取得到850百帕等压面图为界面层(M层)；第二步:在界面层上分析风差界点和低涡中心点:根据上述步骤2)中的a和b步骤，本例采用相邻两站点风差常数在4米/秒及以上的两站点间的中心点为风差界点(如图1A中的Dl);经分析，本例界面层上没有低涡中心点；第三步:判定聚合区:将分析得到的初始场500百帕等压面上的588线和700百帕的低空急流的位置、低涡中心的位置、风差界点的位置垂直投影在850百帕等压图上，(如图1B中底图为850百帕图，D2为700百帕低涡中心和D3为700百帕风差界点，粗线为500百帕588线，粗箭头为700百帕低空急流的位置)；由于本例预报河南省内的降水，所以将河南省区划内(包括周边)所分析出的最外圈的界点用平滑线连接即是聚合区，即系统型聚合区(图1C中细实线包围的区域)；也就是本发明的强降水落区；第四步:强降水落区划分:根据上述4)中A步骤确定本次过程强降水落区(如图ID和图1E中细实线所围的区域);其中，大雨落区为虚线和细实线所围的区域；暴雨落区为点线和虚线所围的区域；大暴雨落区为点线和粗实线所围的区域；特大暴雨落区为粗实线所围区域，特大暴雨落区内的站点为特大暴雨落点；图1E为本发明实施例1实况和本发明预报暴雨区对照图(底图为2010年07月19日24小时降水量分布)；表I统计了本过程利用本方法预报和常规站点预报(所谓常规预报就是每天气象站发布的预报)及日本数值预报(就是日本数值预报发布的地面降水量，如图3所示)的比较，列表所取的站点(河南省内站点)依据常规预报资料的国家基本、基准站，附加大暴雨点资料，从表中明显看出:本方法与常规站点大雨预报能力相当；本方法暴雨预报能力高于常规预报和日本数值预报能力；本方法对大暴雨的预报准确率达33%，而常规预报和日本数值预报没有报出大暴雨、特大暴雨的量级；表I 2010.年07月18日20时一 19日08时降水过程评定表
权利要求
1.一种利用界聚法预报强降水的方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)、界面层的选取:在用户端电脑中的气象信息综合分析处理系统中打开经互联网从国家气象中心的数据库服务器中获取的初始场的等压面图上的高度值、风向、风速、温度及地面图上的风向、风速和3小时变压特定气象因子的数据，首先，选取等压面图中所要预报区域内的温差界点最多的一层等压面图做为界面层，又称M面，并用圆点在界面层上一一画出温差界点；所述的温差界点:是指在等压面图上，选取任意两站点温度差值>温差常数E的两个站点，两站点相连呈直线，沿直线中心向一侧或向另一侧偏移O — 1°C的点即为温差界点； 温差常数E的计算公式为:
2.一种利用界聚法预报强降水的方法，其特征在于，具体步骤如下: I)、界面层的选取:在用户端电脑中的气象信息综合分析处理系统中打开经互联网从国家气象中心的数据库服务器中获取的初始场的等压面图上的高度值、风向、风速、温度及地面图上的风向、风速和3小时变压特定气象因子的数据，首先，选取等压面图中所要预报区域内的温差界点最多的一层等压面图做为界面层，又称M面，并用圆点在界面层上一一画出温差界点；所述的温差界点:是指在等压面图上，选取任意两站点温度差值>温差常数E的两个站点，两站点相连呈直线，沿直线中心向一侧或向另一侧偏移O — 1°C的点即为温差界点； 温差常数E的计算公式为:
3.一种利用界聚法预报强降水的方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)、界面层的选取:在用户端电脑中的气象信息综合分析处理系统中打开经互联网从国家气象中心的数据库服务器中获取的初始场的等压面图上的高度值、风向、风速、温度及地面图上的风向、风速和3小时变压特定气象因子的数据，首先，选取等压面图中所要预报区域内的温差界点最多的一层等压面图做为界面层，又称M面，并用圆点在界面层上一一画出温差界点；所述的温差界点:是指在等压面图上，选取任意两站点温度差值>温差常数E的两个站点，两站点相连呈直线，沿直线中心向一侧或向另一侧偏移O — 1°C的点即为温差界点； 温差常数E的计算公式为:
4.一种利用界聚法预报强降水的方法，其特征在于，具体步骤如下: I)、界面层的选取:在用户端电脑中的气象信息综合分析处理系统中打开经互联网从国家气象中心的数据库服务器中获取的初始场的等压面图上的高度值、风向、风速、温度及地面图上的风向、风速和3小时变压特定气象因子的数据，首先，选取等压面图中所要预报区域内的温差界点最多的一层等压面图做为界面层，又称M面，并用圆点在界面层上一一画出温差界点；所述的温差界点:是指在等压面图上，选取任意两站点温度差值>温差常数E的两个站点，两站点相连呈直线，沿直线中心向一侧或向另一侧偏移O — 1°C的点即为温差界点；温差常数E的计算公式为:
全文摘要
本发明涉及利用界聚法预报强降水的方法，可有效解决强降水预报的问题，本发明解决的技术方案是1、界面层的选取；2、界面层上界点分析；3、判定聚合区；4、强降水落区的划分，本发明提出一种利用天气图进行中尺度分析的简捷、客观方法，帮助预报员在无需参考任何数值预报产品和进行任何物理量计算的条件下，做出强降水落区预报，提高对本地区暴雨预报的准确率；依据锋生运动学、动力学原理在特定等压面上开展中尺度分析，定出界点，利用这些界点所包围的聚合区做降水预报，因此它是一种利用界聚法预报强降水落区的具体化方法。
文档编号G01W1/10GK103163568SQ201310116808
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月4日 优先权日2013年4月4日
发明者李平, 张金彬 申请人:李平