專利名稱：利用界聚法預報強降水的方法
技術領域：
本發明涉及氣象領域，特別是一種利用界聚法預報強降水的方法。
背景技術：
受全球氣候變暖的影響，我國災害性天氣呈現多發、重發、突發的趨勢，尤其是強降水引發的洪 勞、泥石流、城市內撈等災害越來越突出，造成的影響也越來越大，例如:1975年8月，河南南部淮河流域受臺風影響造成特大暴雨洪災，導致板橋、石漫灘等水庫垮壩，駐馬店水庫潰壩，強降水不但造成巨大的經濟損失，甚至會危及人們的生命安全；我國十分重視氣象事業的發展，數值天氣預報的成功是20世紀最重要的科學，技術和社會成就之一，然而數值天氣預報中降水和對流系統預報是最困難的；據統計，對于大雨的預報，準確率為40% ;暴雨的預報，準確率為20% ;大暴雨、特大暴雨的漏報率幾乎為95%，造成這樣水平的問題主要是強降水是突發性、小區域、小概率災害性天氣現象，它的落區、落點預報難以判定，預報難度大，如何提高預報準確率，掌握準確、精細預報的強降水技術一直是氣象界的難題；·目前，訂正數值預報誤差的方法之一是依據天氣學原理，進行天氣系統的形勢場分析向天氣尺度與中尺度分析相結合的轉換；什么是天氣尺度分析性的降水范圍預報？以暴雨預報為例，天氣學分析性的降水落區預報方法如下:(I)低空切變線系統的降水落區為:江淮切變線的降水多位于地面鋒線的北部、700百帕切變線以南地區；切變線上降水分布并不均勻，只有在輻合較大，水汽供給較為充分的地區，才有較大的暴雨；低渦雨區主要分布在低渦的中心區和低渦的右前方；(2)低空急流系統的降水落區為:絕大部分暴雨發生在低空急流的左側200公里以內，其中多數又降落在低空急流的中心的左前方；中尺度低壓的降水落區，雨團中心稍落后于低壓中心；(3)低層輻合、高層輻散的降水落區為:強降水天氣可能在中、低壓內發展，等等；以上所述的“北部”、“以南”、“右前方”、“左側”、“稍落后”等等降水落區地理位置
的分析，這就是天氣學分析性的強降水落區范圍預報，以上這種傳統的預報方法，落區范圍大小不具體，不易確定，往往靠技術人員的經驗來預測，而且在強度、落點上的判斷難度就更大；對于強降水一般指暴雨以上降水，但是依據不同地域也可以包含大雨以上的降水。在氣象部門，降水等級用語以12小時降水總量(毫米)或24小時降水總量(毫米)為依據:大雨:12小時內降水量15 29.9mm或24小時內降水量25 49.9mm的降雨過程；暴雨:12小時內降水量30 69.9mm或24小時內降水量50 99.9mm的降雨過程；大暴雨:12小時內降水量70 139.9mm或24小時內降水量100 249.9mm的降雨過程；特大暴雨:12小時內降水量大于140mm或24小時內降水量大于250mm的降雨過程。
發明內容
針對上述情況，為克服天氣學分析預報的不確定性，本發明提供一種利用界聚法預報強降水的方法，可有效解決強降水預報的問題。本發明解決的技術方案是:1、界面層的選取；2、界面層上界點分析；3、判定聚合區；4、強降水落區的劃分。本發明提出一種利用天氣圖進行中尺度分析的簡捷、客觀方法，幫助預報員在無需參考任何數值預報產品和進行任何物理量計算的條件下，做出強降水落區預報，提高對本地區暴雨預報的準確率；依據鋒生運動學、動力學原理在特定等壓面上開展中尺度分析，定出界點，利用這些界點所包圍的聚合區做降水預報，因此它是一種利用界聚法預報強降水落區的具體化方法。
圖1A-1E為本發明實施例1的預報和實況圖。圖2A-2E為本發明實施例2的預報和實況圖。圖3為本發明實施例1中2010年7月18日08點日本數值預報產品預報19日08時的降水量示意圖。圖4為本發明實施例2中2009年6月14日08時日本數值預報15日08時的降
水量示意圖。
具體實施例方式本發明利用界聚法預報強降水方法的步驟如下:I)、界面層的選取:在用戶端電腦中的氣象信息綜合分析處理系統(又稱MICPS系統)中打開經互聯網從國家氣象中心的數據庫服務器中獲取的初始場的等壓面圖(簡稱等壓面)上的高度值、風向、風速、溫度及地面圖上的風向、風速和3小時變壓特定氣象因子的數據，首先，選取等壓面圖中所要預報區域內的溫差界點最多的一層等壓面圖做為界面層(即M面)，并用圓點在界面層上一一畫出溫差界點；所述的等壓面圖有200-925百帕等壓面圖；所述初始場是指最臨近預報時段的那個時間段的天氣圖；(例如:預報2號08-20時的天氣，初始場就是I號20時的等壓面圖和2號05時的地面圖，預報2號20-08時段的天氣，初始場就是2號08時的等壓面圖和2號17時的地面圖.);所述的溫差界點:是指在等壓面圖上，選取任意兩站點溫度差值>溫差常數E (度)的兩個站點，兩站點相連呈直線，沿直線中心向一側或向另一側偏移O — 1°C的點即為溫差界點(例如當溫差常數為5時，在界面層上選擇任意兩個站點溫度差值大于或等于溫差常數5的兩個站點，如北京和鄭州，北京的溫度值為0°c,鄭州的溫度值為5°C,北京和鄭州的溫差差值為5°C,將北京站點和鄭州站點連接成直線，在直線中心向上或向下偏移O — 1°C的點即溫差界點)；
溫差常數E的計算公式為:Σ= #,,Λ'2.…….⑴
Eη公式(I)中N1、N2.......Nn.為歷史上已出現過預測量級降水的兩站點之間溫差
值，η為選取的次數；(預測量級就是大雨、暴雨、大暴雨等量級)；2)、界面層上風差界點和低渦中心點的分析:(a)風差界點選取:將界面層上水平風速輻合>風差常數F (米/秒)的相鄰兩站之間中心點，選取為風差界點；其風差常數F的計算公式為:Σ =...............⑵` Fη公式(2)中W1、W2.........Wn為歷史上已出現過預測量級降水的相鄰兩站點之間的
風速正差值，η為選取的次數；(b)低渦中心的選取:所述的低渦中心是指氣旋性環流的閉合低壓中心、氣旋性輻合中心和低氣壓中心的任意一個；(C)將上述分析得到的風差界點和低渦中心點在界面層上用圓點一一標識(分析得到的風差界點和低渦中心點是指，當分析得出的有風差界點和低渦中心點時，就要標識出風差界點和低渦中心點，當只分析得出風差界點時，就只標識出風差界點，即只將分析出來的用圓點畫出做為標識)；3)、判定聚合區:這里所說的聚合區是指系統型聚合區或西北氣流型聚合區:A、系統型聚合區判定:分析除界面層外的其它等壓面圖上的風差界點、低渦中心點、槽線、切變線、東風波、輻合線、低空急流、高空急流和500百帕588位勢高度線(簡稱588線)這些天氣系統，其中，系統型聚合區判定時，界面層上的溫差界點、風差界點、低渦中心點與除界面層外的其它等壓面圖上的風差界點和低渦中心點均稱為界點，將分析得到的天氣系統垂直投影到M面上(也就是說，例如，當界面層是850百帕等壓面圖時，分別要分析200、300、500、700、925百帕等壓面圖上的天氣系統，當925百帕等壓面圖只分析得出了切變線、東風波時，那么只將分析得出的切變線、東風波垂直投影到M面即可，當700百帕等壓面圖只分析得出了輻合線、低空急流時，那么只將分析得出的輻合線、低空急流垂直投影到M面即可，依此類推，將200、300、500百帕等壓面圖上的分析得到的天氣系統全部垂直投影到M面即可)，得到所要預報區域的輻合區，在M面上將所要預報區域中輻合區內最外圏的界點用平滑線連接起來就得到系統型聚合區，即為所要預報區域的強降水落區；除界面層外的其它等壓面圖上的風差界點和低渦中心點的選取同界面層上的風差界點和低渦中心點的方法相同；所述的輻合區是指:槽線、切變線、東風波、輻合線、低空急流、高空急流和500百帕588線等天氣系統中任意一種或多種造成系統性的氣流從四周向中心流動時“輻合上升”的區域；B.西北氣流型聚合區的判定:在初始場的地面圖上按照變壓風的原理，分析得到地面3小時負變壓輻合區和輻合中心(這里3小時負變壓是指地面圖上3小時氣壓要素的變化為負值；“輻合”指的是氣流從四周向中心流動)，其中，西北氣流型聚合區判定時，界面層上的溫差界點、風差界點、低渦中心點和地面圖上的輻合中心均稱為界點，將地面3小時負變壓輻合區和輻合中心垂直投影到M面上，M面上垂直投影得到的所要預報區域內的地面3小時負變壓輻合區內最外圈的界點用平滑線連接即得西北氣流型聚合區，即西北氣流型的強降水落區；所述的系統型是指，等壓面圖中除界面層外的其它等壓面圖上，能分析出低空切變線、低渦、急流、低槽的系統；所述的西北氣流型是指:等壓面圖中除界面層外的其它等壓面圖上，分析不出低空切變線、低渦、急流、低槽系統，而是受西北氣流控制；4)強降水落區的劃分:A、將系統型聚合區內相鄰系統型聚合區邊界線的第一圈界點用平滑線連接成和系統型聚合區相匹配形狀的第一區，第一區內相鄰第一區邊界線的界點用平滑線連接成和第一區形狀相匹配的第二區，第二區內的相鄰第二區邊界線的界點用平滑線連接構成第三區，第三區內的區域即為特大暴雨落區，特大暴雨落區內的各個站點為特大暴雨落點；第三區外和第二區內的區域即為大暴雨落區，大暴雨落區內的各個站點為大暴雨落點；第二區外和第一區內的區域即為暴雨的落區，暴雨的落區內的各個站點即為暴雨的落點；第一區外和系統型聚合區內的區域即為大雨的落區，大雨的落區內的各個站點即為大雨的落點；B、將西北氣流型聚合區內相鄰西北氣流型聚合區邊界線的第一圈界點用平滑線線連接成和西北氣流型聚合區相匹配形狀的一區，一區內的相鄰一區邊界線的界點用平滑線連線成和一區形狀相匹配的二區，二區內的相鄰二區邊界線的界點用平滑線連線成和二區形狀相匹配的三區，第三區內的區域即為特大暴雨落區，特大暴雨落區內的各個站點為特大暴雨落點；第三區外和第二區內的區域即為大暴雨落區，大暴雨落區內的各個站點為大暴雨落點；第二區外和第一區內的區域即為暴雨的落區，暴雨的落區內的各個站點即為暴雨的落點；第一區外和西北氣流型聚合區內的區域即為大雨的落區，大雨的落區內的各個站點即為大雨的落點。以下結合實施例子對本發明的具體實施方式
作詳細說明，實施例1:是本發明利用2010年7月18日08時的初始場資料做河南地區12小時(2010年7月19日08時過程)系統型強降水落區預報的具體實施步驟:第一步:確定界面層:分析初始場(2010年7月18日08時)等壓面圖資料，根據上述步驟I)選取界面層，本例采用任意兩站點溫差常數在4度及4度以上的兩站點間的中心點為界面層上的溫差界點(如圖1A中的實點)，選取得到850百帕等壓面圖為界面層(M層)；第二步:在界面層上分析風差界點和低渦中心點:根據上述步驟2)中的a和b步驟，本例采用相鄰兩站點風差常數在4米/秒及以上的兩站點間的中心點為風差界點(如圖1A中的Dl);經分析，本例界面層上沒有低渦中心點；第三步:判定聚合區:將分析得到的初始場500百帕等壓面上的588線和700百帕的低空急流的位置、低渦中心的位置、風差界點的位置垂直投影在850百帕等壓圖上，(如圖1B中底圖為850百帕圖，D2為700百帕低渦中心和D3為700百帕風差界點，粗線為500百帕588線，粗箭頭為700百帕低空急流的位置)；由于本例預報河南省內的降水，所以將河南省區劃內(包括周邊)所分析出的最外圈的界點用平滑線連接即是聚合區，即系統型聚合區(圖1C中細實線包圍的區域)；也就是本發明的強降水落區；第四步:強降水落區劃分:根據上述4)中A步驟確定本次過程強降水落區(如圖ID和圖1E中細實線所圍的區域);其中，大雨落區為虛線和細實線所圍的區域；暴雨落區為點線和虛線所圍的區域；大暴雨落區為點線和粗實線所圍的區域；特大暴雨落區為粗實線所圍區域，特大暴雨落區內的站點為特大暴雨落點；圖1E為本發明實施例1實況和本發明預報暴雨區對照圖(底圖為2010年07月19日24小時降水量分布)；表I統計了本過程利用本方法預報和常規站點預報(所謂常規預報就是每天氣象站發布的預報)及日本數值預報(就是日本數值預報發布的地面降水量，如圖3所示)的比較，列表所取的站點(河南省內站點)依據常規預報資料的國家基本、基準站，附加大暴雨點資料，從表中明顯看出:本方法與常規站點大雨預報能力相當；本方法暴雨預報能力高于常規預報和日本數值預報能力；本方法對大暴雨的預報準確率達33%，而常規預報和日本數值預報沒有報出大暴雨、特大暴雨的量級；表I 2010.年07月18日20時一 19日08時降水過程評定表
權利要求
1.一種利用界聚法預報強降水的方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)、界面層的選取:在用戶端電腦中的氣象信息綜合分析處理系統中打開經互聯網從國家氣象中心的數據庫服務器中獲取的初始場的等壓面圖上的高度值、風向、風速、溫度及地面圖上的風向、風速和3小時變壓特定氣象因子的數據，首先，選取等壓面圖中所要預報區域內的溫差界點最多的一層等壓面圖做為界面層，又稱M面，并用圓點在界面層上一一畫出溫差界點；所述的溫差界點:是指在等壓面圖上，選取任意兩站點溫度差值>溫差常數E的兩個站點，兩站點相連呈直線，沿直線中心向一側或向另一側偏移O — 1°C的點即為溫差界點； 溫差常數E的計算公式為:
2.一種利用界聚法預報強降水的方法，其特征在于，具體步驟如下: I)、界面層的選取:在用戶端電腦中的氣象信息綜合分析處理系統中打開經互聯網從國家氣象中心的數據庫服務器中獲取的初始場的等壓面圖上的高度值、風向、風速、溫度及地面圖上的風向、風速和3小時變壓特定氣象因子的數據，首先，選取等壓面圖中所要預報區域內的溫差界點最多的一層等壓面圖做為界面層，又稱M面，并用圓點在界面層上一一畫出溫差界點；所述的溫差界點:是指在等壓面圖上，選取任意兩站點溫度差值>溫差常數E的兩個站點，兩站點相連呈直線，沿直線中心向一側或向另一側偏移O — 1°C的點即為溫差界點； 溫差常數E的計算公式為:
3.一種利用界聚法預報強降水的方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)、界面層的選取:在用戶端電腦中的氣象信息綜合分析處理系統中打開經互聯網從國家氣象中心的數據庫服務器中獲取的初始場的等壓面圖上的高度值、風向、風速、溫度及地面圖上的風向、風速和3小時變壓特定氣象因子的數據，首先，選取等壓面圖中所要預報區域內的溫差界點最多的一層等壓面圖做為界面層，又稱M面，并用圓點在界面層上一一畫出溫差界點；所述的溫差界點:是指在等壓面圖上，選取任意兩站點溫度差值>溫差常數E的兩個站點，兩站點相連呈直線，沿直線中心向一側或向另一側偏移O — 1°C的點即為溫差界點； 溫差常數E的計算公式為:
4.一種利用界聚法預報強降水的方法，其特征在于，具體步驟如下: I)、界面層的選取:在用戶端電腦中的氣象信息綜合分析處理系統中打開經互聯網從國家氣象中心的數據庫服務器中獲取的初始場的等壓面圖上的高度值、風向、風速、溫度及地面圖上的風向、風速和3小時變壓特定氣象因子的數據，首先，選取等壓面圖中所要預報區域內的溫差界點最多的一層等壓面圖做為界面層，又稱M面，并用圓點在界面層上一一畫出溫差界點；所述的溫差界點:是指在等壓面圖上，選取任意兩站點溫度差值>溫差常數E的兩個站點，兩站點相連呈直線，沿直線中心向一側或向另一側偏移O — 1°C的點即為溫差界點；溫差常數E的計算公式為:
全文摘要
本發明涉及利用界聚法預報強降水的方法，可有效解決強降水預報的問題，本發明解決的技術方案是1、界面層的選取；2、界面層上界點分析；3、判定聚合區；4、強降水落區的劃分，本發明提出一種利用天氣圖進行中尺度分析的簡捷、客觀方法，幫助預報員在無需參考任何數值預報產品和進行任何物理量計算的條件下，做出強降水落區預報，提高對本地區暴雨預報的準確率；依據鋒生運動學、動力學原理在特定等壓面上開展中尺度分析，定出界點，利用這些界點所包圍的聚合區做降水預報，因此它是一種利用界聚法預報強降水落區的具體化方法。
文檔編號G01W1/10GK103163568SQ201310116808
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月4日 優先權日2013年4月4日
發明者李平, 張金彬 申請人:李平
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
