基于华东区域模式云南短时强降水客观预报技术研究

为提高云南短时强降水的预报效率和预报准确率,使用华东区域模式基础物理量数据,计算云南短时强降水发生前1 h 700 hPa相对湿度、700 hPa比湿、K指数和6 km垂直风切变,对短时强降水的历史个例进行物理量阈值训练和单物理量的敏感性实验,确定物理量阈值。使用阈值判定法,对华东区域模式实时预报数据进行后处理,得到基于小时雨量和物理量的云南本地化短时强降水客观预报产品。研究结果表明:使用阈值判定法研发的基于华东区域模式云南短时强降水客观预报产品能较好地预报云南短时强降水的落区和走向,但是基于小时雨量的短时强降水客观预报产品漏报明显,基于物理量阈值的客观预报产品能有效降低云南短时强降水的漏报率。

基于LightGBM的豫南浓雾客观预报研究

准确预报浓雾天气(能见度小于等于500 m)对保障人民生命安全和减少经济损失具有重要意义。利用2019—2021年豫南地区31个国家级气象站地面观测资料、环境监测站数据及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5再分析资料分析该地区浓雾的空间分布和物理量特征并选取30个浓雾预报因子,基于LightGBM(Light Gradient Boost⁃ing Machine)机器学习方法训练出豫南地区能见度分级预报(Visibility Classification Forecast,VCF)模型。通过输入ECMWF模式每日08:00(北京,下同)起报的预报场数据和08:00 PM2.5质量浓度监测,得到豫南国家站逐3 h能见度分级预报产品。通过对2022年1—3月豫南17个浓雾日的预报检验显示,VCF模型各项评分总体来看优于ECMWF模式直接输出的能见度预报,基于该模型生成的20:00—20:00豫南浓雾预报产品可为当日夜间到次日上午的浓雾落区潜势预报提供重要参考。

宝鸡市冬半年降水相态精细化客观预报方法研究

为探究复杂地形下冬半年降水相态预报方法,进一步提升降水相态预报时空分辨率和准确率,利用2010—2019年冬半年(11月至次年3月)宝鸡市11个国家气象站观测资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料,统计分析宝鸡市冬半年雨、雨夹雪和雪3种降水相态时空分布特征,筛选确定降水相态判识因子及阈值,构建降水相态精细化客观预报方法,并检验预报效果。结果表明:宝鸡市初冬-冬末时期以降雨为主,雨雪转换时期3种相态日数占比相当,而隆冬时期则以降雪为主。降水相态空间分布与地形密切相关,海拔较低的渭河两岸川塬区降雨较多,而海拔较高的南北部山区降雪较多。地面2 m气温(T_(2))、850 hPa和700 hPa温度(T_(850)、T_(700))、850~1000 hPa和700~850 hPa位势厚度(H_(850-1000)、H_(700-850))可作为宝鸡市冬半年降水相态组合判据,川塬区渭滨站初冬-冬末、雨雪转换、隆冬时期雨的T_(2)(H_(850-1000))阈值分别为2.9℃(1307 gpm)、2.1℃(1308 gpm)、1.8℃(1310 gpm),雪的T_(2)(H_(850-1000))阈值分别为0.7℃(1302 gpm)、0.3℃(1303 gpm)、0.7℃(1308 gpm),而山区太白站的降水相态判据不同于渭滨站,降雨时T_(2)(H_(700-850))一般大于2.6℃(1551 gpm),降雪时T_(2)(H_(700-850))一般小于-0.3℃(1540 gpm),雨夹雪的T_(2)、H_(850-1000)、H_(700-850)阈值一般介于雨和雪之间;此外,雨雪相态转换时还需结合T_(850)、T_(700)综合判断。基于温度和位势厚度组合判据构建的宝鸡市不同地形区冬半年各时期降水相态精细化客观预报方法,能够较好地预报2020年11月至2022年1月冬半年逐小时降水相态,TS(Threat Score)值渭滨站达100%,太白站高于80%,优于单一物理量(温度或位势厚度)。

客观预报中格点因子处理方法探讨

在采用数值预报产品制作温度、降水客观预报时 ,一种常见的方法是对数值预报产品格点因子进行平滑处理 ,以利于过滤噪声。为了确定对格点因子进行平滑处理与非平滑处理的优劣 ,采用 1995～ 1997年 6～ 9月的国家气象中心 T10 6数值预报产品资料 ,分别建立了这两种方法的山东省各测站 1～ 5天日极端温度、降水量 MOS预报方程。并对 1999年 7～ 9月的预报结果进行了对比检验 ,结果表明 ,非平滑处理优于平滑处理的预报效果。

基于GFS产品和卡尔曼滤波的嘉兴市温度客观预报

利用NCEP提供的高时空分辨率的GFS(Global Forecast System)数值预报产品和当地地面观测气温资料,经SPSS(Statistical Product and Service Solution)逐步回归分析,建立了嘉兴市24 h和48 h日平均气温、最高气温、最低气温初始预报方程,采用卡尔曼滤波方法进行以上6项目的逐日滚动预报。对最近2年来的预报结果检验表明:平均气温的预报效果最佳,最低气温次之,最高气温的准确率相对最低;随着时效增长,误差增大;不同季节,参考价值高的项目各不相同,秋季的最高温度误差较小,而冬季则最低气温准确率最高。分析结果可以作为日常预报中一种有效的参考。

单季晚稻褐飞虱发生程度综合客观预报模型

以上海地区单季晚稻褐飞虱Nilaparvatalugens(St l)发生程度为研究对象 ,用地面气象因子、5 0 0hPa高空环流因子和北太平洋海温场因子 ,在挑选了相关系数较高且稳定性又好的预报因子后 ,在逐步回归和逐步判别分析方法基础上 ,集成建立了单季晚稻褐飞虱发生程度的长、中、短期客观预报模式。长期、中期和短期预报模式的起报时间分别为当年的 1月、3月和 8月中旬。这 3种预报模式对 1 985～1 998年的历史拟合和 1 999～ 2 0 0 2年的预报误差均在 1级以内。

基于T639集合预报的持续性强降水中期客观预报技术研究

针对持续性强降水预报困难的问题,根据Anderson-Darling检验原理,构建基于中国气象局T639集合预报系统的持续性强降水中期客观预报方法。对比分析2010—2015年5—9月T639集合预报降水与实况降水的累积概率分布函数差异,在此基础上采用扩展时间序列和空间范围的方法构建3种模式气候累积概率方案,通过批量预报试验和检验,选取最优概率方案纳入预报模型,考察持续性强降水个例的最长预报时间。结果表明,随着预报时效的延长,集合预报模式的降水逐渐集中于小和中雨量级,无降水和暴雨以上量级的降水概率低于观测,168h以后模式降水概率趋于稳定。通过扩展时间序列和空间范围能弥补模式气候资料年限不足所带来的偏差,根据区域气候特征细分模式气候的方法重点突出了不同区域的降水特征,明显优于简单集合所有区域数据的模式气候方案。基于集合预报的持续性强降水预报模型对持续性强降水个例的预报能力为8—9d,随着预报时效的延长,降水强度以及雨带位置的预报能力逐渐减弱。

中国夏季降水趋势分布的一个客观预报方法

从空间分布结构、年代际变化趋势、周期变化等方面讨论了中国夏季降水量场的主要特征，以这些特征为基础，提出了一个具有一定物理基础及一定统计信度支持的新颖预报思路，设计了一套全国大范围夏季降水趋势预报方案。对１９９４～１９９７年４年的实际预报效果进行了检验。依据这４年的预报方程讨论了这一预报方法的主要物理依据的特点。

数值预报产品和客观预报方法预报能力检验

利用天气预报业务中使用的JMH、MM5、中央气象台、MOS以及预报员5种预报产品资料,对2003年10月至2004年9月绍兴市降水和气温预报按自然天气季节、量级和主要影响天气系统进行了检验评估。结果表明:对中雨及以下量级的降水预报,JMH和中央气象台降水预报准确率较高,但对大雨及以上量级降水预报,各种方法都不太理想。冷锋、气旋和台风影响下的降水预报准确率明显高于暖锋和副高影响下的降水。MM5气温预报系统性偏低,MOS气温预报则呈现一定的季节性。

客观预报方程中因子的选取及应用效果分析

利用因子选取及方程建立人机交互平台,建立了云南省125个气象站的降水、温度客观要素预报方程。对比试验表明,绝大多数组合因子都优于单因子,组合因子预报方程的质量普遍比单因子预报方程好。预报检验结果显示,干季的降水预报尚未达到可用程度,雨季小雨及中雨、大雨的预报有一定业务指导意义,对于反映中小尺度系统的暴雨天气预报效果较差,在因子的选择上还需要做大量细致的工作。温度预报具有一定的参考价值,但还有待进一步改进。

温度客观预报自动化业务系统

介绍了一个以Ｔ６３数值预报产品为因子，用卡尔曼滤波方法作４８小时最高、最低温度客观预报方法及其自动化业务系统，能补充目前地市台温度预报主要依靠主观预报的不足。

西北区秋季短期气象要素客观预报检验评估

应用数值预报释用技术,建立了西北地区短期气象要素客观预报系统。本文使用系统的客观预报资料,结合实时气象观测资料,对2006年秋季气温和降水量的客观预报进行检验评估。结果表明,系统对连续性变化气象要素最高气温、最低气温的预报效果较好,预报准确率达到70%左右,在天气预报业务中具有较明显的指导作用,而对非连续气象要素降水量预报效果较差,预报准确率约34%。气温预报的好坏与大气的稳定程度关系较为密切,降水量预报准确率的高低与相对湿度关系较为密切。分析认为按月建立的气温预报方程,其预报准确率较按季建立的方程可提高10%以上。

冬半年我国旬平均温度距平客观预报

将５００ｈＰａ候平均高度、８５０ｈＰａ候平均气温和海平面气压３个常规气象场进行车贝雪夫展开，以更好地表征各场的主要特征，并浓缩了资料量。以车贝雪夫展开系数和前期基础温度作为预报因子，建立了冬半年全国４０个站点的旬平均气温距平的客观预报方程。结果表明，这种预报方法在冬半年的温度业务预报中有较好的参考价值，并讨论了各层要素与冬半年温度的相关性。

广西中短期极端温度客观预报方法研究

利用欧洲中心（ECMWF）数值预报产品和常规资料，应用MOS预报方法和多元线性回归技术，研究建立了广西90个站1～7d的最高、最低温度预报方程，试报检验效果较好。预报结果在大多数情况下是可用的或是可参考的，为业务提供了有效的省级客观预报指导产品，对误差特点进行了分析并提出了改进方法。

单站暴雨客观预报的一种适用模型

采用滑动分区车贝雪夫多项式展开模型,研制福建省建阳市单站5～6月暴雨客观预报模型,以提高单站暴雨预报能力。模型取得了较好的结果:客观预报模型因子结构简单而天气学意义明了,具有预报准确率较高、稳定性好。各预报模型的三层形势特征都能体现出有利于暴雨生成的合理垂直配置。在2000～2002年的试用中,准确率平均比主观预报高出50%,且无漏报。在2003年的试用中无空报也无漏报。这表明该技术模型是一种能够有效提高单站暴雨客观预报能力和效果的适用模型。

客观预报中多时刻因子的应用及其效果

分析了在客观预报中单时刻因子与预报量之间存在着时间尺度上的不匹配问题,提出使用多时刻因子的必要性和可能性。对比试验表明,多时刻因子可改善大多数预报方程的质量,有效率达90.0%;多时刻因子使预报误差明显减小,预报方程的残差平方和平均减少23.8%。残差平方和的减少在各种场合有所不同,但呈现出一定的规律性。同时又指出,在多时刻因子中并不是包含的时刻越多越好,以防出现“维数灾”现象。

皖江中东部雾的客观预报自动化业务系统

介绍了一种雾的客现预报方法，并研制了一个与ＳＴＹＳ接口的雾的客观预报自动化业务系统，对雾有一定的预报能力。

宁夏汛期分级降水客观预报方法应用检验

利用2010—2013年5—9月T639模式产品和同时段宁夏25个国家级气象站降水实况资料,应用概率回归和交叉验证方法,建立宁夏汛期5—9月小雨、中雨、大雨3个级别的168 h分级降水概率预报方程,对比检验客观产品T639-MOS、数值模式T639和上级指导产品NMC对2014年5—9月降水预报效果。检验结果表明:相较T639和NMC,T639-MOS空报率明显降低,漏报率略有增加,但预报准确率明显提高,预报技巧较T639和NMC平均提高10%左右;T639-MOS对大范围降水和强降水预报效果较好,且随着预报时效临近,数值模式预报性能调整,预报能力显著提高;客观方法选取的预报因子代表性和物理意义明确,水汽、动力和热力因子是宁夏降水预报的关键因子,其中,小雨预报关键因子是中低层水汽通量,中雨和大雨预报关键因子是湿位涡和经向风,大雨预报还考虑了关键动力因子的高低层配置;宁夏降水样本数相对较少,且主要以小雨为主,中雨以上降水是小概率天气,所以,降水强度越大,漏报率越高,预报准确率明显下降,但不同级别降水都是T639-MOS预报准确率最高。

热带气旋路径客观预报方法的评估

本文对西北太平洋热带气旋路径的客观预报方法进行了评估 。

三峡区间强降水客观预报模式初探

以HLAFS数值预报高度场作为环境背景场，根据车贝雪夫展开系数的物理意义及三峡区间强降水形成的天气系统特征，建立了一套使用HLAFS数值预报场预报三峡区间6～8月强降水的客观概念模式。