一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法与流程

本发明涉及暴雨预警，具体涉及一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法。

背景技术：

1、西宁位于青藏高原东北部，是暴雨集中和产生灾害较多的区域；而中尺度对流系统（mcs）对暴雨的降水贡献率平均在90%以上。目前对高原mcs的研究，大多聚焦于其移出高原之后与下游天气系统相互作用引发强降水的演变过程，对其在高原上的生成、发展产生暴雨前兆性的捕捉仍存在明显短板；同时，受高原复杂地形观测条件限制，现有预警技术难以精准捕捉mcs暴雨产生的关键动力触发信号，导致这类暴雨的预报准确率和预警提前量始终难以达到防灾需求。因而，亟需结合高时空分辨率卫星观测、雷达站网数据及加密地面监测数据，构建适配高原特殊的暴雨短临预警模型。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，以构建出适配高原特殊的暴雨短临预警模型，实现从“泛化预警”到“精准靶向”的转变，有利于提升暴雨预警的时效性与准确率。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，包括：

4、s1、依据雷达和卫星云图上达到标准的mcs属性特征，确定线性类mcs和非线性类mcs；

5、s2、根据不同环境条件确定造成两种形态的mcs暴雨，即线性类mcs暴雨和非线性类mcs暴雨；

6、s3、根据不同形态mcs属性特征与暴雨产生时间的关系，确定各种形态mcs暴雨的开始、增强及持续时间；

7、s4、根据不同形态mcs属性特征与暴雨出现位置及移动路径的关系，计算各种形态mcs暴雨出现在mcs的位置及移动方向。

8、进一步的，在进行步骤s1之前，需收集天气雷达、气象卫星tbb数据与地面监测站降水量等多源资料，对其进行前置分析，前置分析包括：mcs的识别和属性特征分类、确定mcs暴雨形成的环境条件、建立mcs与暴雨的关系。

9、进一步的，所述mcs的识别和属性特征分类，具体包括：

10、根据气象卫星tbb数据，并基于t-r标准来识别和追踪mcs，并与雷达数据对比分析；

11、综合参照雷达反射率因子r强度≥45dbz、卫星tbb≤−32℃为mcs确定标准；

12、计算得到不同形态mcs的属性和结构特征，mcs的属性特征包括最小tbb值、面积及持续时间，其对应的结构特征为mcs强度、范围及生命史；

13、所述确定mcs暴雨形成的环境条件，其中，环境条件包括影响系统、地面与高空的动力、水汽、能量及风场条件，通过分析不同类型mcs暴雨形成的环境条件，以建立不同类型mcs形成的环境驱动因素，成为mcs暴雨预警基础；

14、所述明确mcs与暴雨的关系，其关系包括：mcs的形态和强度与暴雨雨量的关系、mcs产生降水的时间和持续时间与暴雨开始时间的关系。

15、进一步的，步骤s1中，确定当雷达及卫星上其成熟阶段呈带状分布、影响范围呈狭长形态即长宽比超过3：1的为线性类mcs，当其呈团块状面分布、影响范围更偏向近似椭圆形即长宽比在1:1左右时确定为非线性类mcs。

16、进一步的，步骤s2中，线性类mcs暴雨的环境条件为：高空处于在副高附近及切变线前的强劲西风、以对流不稳定与垂直涡度显著发展及高空风场强烈的垂直切变为主要动力提供者，且地面风场以东南气流输送水汽为主；

17、非线性类mcs暴雨的环境条件为：当高原上空有低槽发展东移，存在较长时间正位涡与深厚湿层，地面为东南和西南气流汇合成的偏南气流。

18、进一步的，步骤s3中，具体包括：

19、当mcs的tbb≤-32℃及cr≥45dbz的连续区域长度突破100km时，往后顺延1-2小时‌，判定为mcs暴雨的起始时间；

20、将mcs强度增强及面积增大时刻往后顺延2-3小时‌，判定为线性类mcs暴雨的增强时间，并以mcs的生命史为暴雨持续时间；

21、将mcs强度增强及面积增大时刻往后顺延1小时‌，判定为非线性类mcs暴雨的增强时间，并以mcs的生命史为暴雨持续时间。

22、进一步的，步骤s4中，其具体为：依据mcs前期30min移动的方向，以线性外推方法得到未来移动路径与方向，同时根据卫星云图上mcs位置来确定暴雨落区：线性类暴雨在mcs的第ⅲ象限，非线性类暴雨则在第ⅱ象限。

23、与现有技术相比，本发明至少能实现以下有益效果：

24、1.由于mcs形态结构不同，在暴雨触发、强度演变规律上存在显著差异，因此，本预警方法先根据形态对高原暴雨的mcs进行分类，然后量化分析不同形态mcs对应的不稳定度、水汽输送及动力抬升条件等环流指标，聚焦不同形态mcs暴雨的环境条件和形成机制差异，为后续建立预警方法的提供基础；

25、2.根据不同形态mcs与暴雨开始、增强及持续时间及出现位置与移动路径的关联特征，分别建立“分形态”的精细化预警方法，实现从“泛化预警”到“精准靶向”的转变，有利于提升暴雨预警的时效性与准确率，为防灾减灾提供关键决策支撑；

26、3.本预警方法依据数值预报、雷达回波、卫星云图监测综合判断，不但能从宏观视角展示mcs全生命周期，判断移动与发展趋势，还能限精准捕捉mcs强度变化、内部结构及强降水核心区，“数值+雷达+卫星”组合既贴合预报员实时跟踪的工作习惯，又能通过多源数据交叉验证，提升mcs暴雨识别精度与预警时效，是业务化预报中具有实操性的技术手段。

1.一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：在进行步骤s1之前，需收集天气雷达、气象卫星tbb数据与地面监测站降水量等多源资料，对其进行前置分析，前置分析包括：mcs的识别和属性特征分类、确定mcs暴雨形成的环境条件、建立mcs与暴雨的关系。

3.根据权利要求2所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：所述mcs的识别和属性特征分类，具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：步骤s1中，确定当雷达及卫星上其成熟阶段呈带状分布、影响范围呈狭长形态即长宽比超过3：1的为线性类mcs，当其呈团块状面分布、影响范围更偏向近似椭圆形即长宽比在1:1左右时确定为非线性类mcs。

5.根据权利要求1所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：步骤s2中，线性类mcs暴雨的环境条件为：高空处于在副高附近及切变线前的强劲西风、以对流不稳定与垂直涡度显著发展及高空风场强烈的垂直切变为主要动力提供者，且地面风场以东南气流输送水汽为主；

6.根据权利要求1所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：步骤s3中，具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种基于环境条件差异的中尺度对流系统暴雨预警方法，其特征在于：步骤s4中，其具体为：依据mcs前期30min移动的方向，以线性外推方法得到未来移动路径与方向，同时根据卫星云图上mcs位置来确定暴雨落区：线性类暴雨在mcs的第ⅲ象限，非线性类暴雨则在第ⅱ象限。