集合预报产品在台风麦莎预报中的应用

为了提高集合预报效果,利用T106L19全球谱模式和增长模繁殖法对台风麦莎制作了13个成员的集合预报,并对其结果进行集合预报产品解释应用研究。首先在离散距离分簇法中,引入方差分析的方法确定分簇基础,然后对集合预报的形势场进行了分簇,相对于以往采用96小时样本为分簇基础进行分簇的方法,分簇效果提高明显,分簇结果能给出台风移动的几种可能路径及其概率;其次对要素随时间的演变利用系统聚类法进行了分类,根据分簇平均图可以确定几个可能的台风登陆地点,制作了这些特殊点要素分类烟羽图,通过分析要素随时间的演变特征,提高对台风登陆地点和时间的预报精度;最后制作了盒须图,通过盒须图中数据组主体以外的数据点,确认出值得注意的一些特殊集合成员的预报结果,减少了小概率事件的漏报率。研究结果表明,将方差分析引入离散距离分簇法,要素烟羽聚类法以及盒须图的应用有利于提高和改善集合预报效果,集合预报产品解释应用效果得到改进。

一次海南大暴雨过程的能量及螺旋度分布特征

利用常规观测资料、FY-2C卫星资料以及NCEP再分析资料,对2008年10月12-14日发生在海南的一次大暴雨过程进行分析。结果表明:本次大暴雨过程是由热带低压带来的暖湿气流与大陆冷高压带来的干冷空气共同作用产生的,副热带高压的进退起着至关重要的作用。假相当位温及地面总能量的分布很好地反映了此次大暴雨过程中的强对流不稳定及冷暖空气交汇的形势。中低层螺旋度的水平分布及演变情况与热带低压的移动及强度变化有很好的对应关系,暴雨区上空螺旋度对应上负下正的垂直分布形势。

海南岛一次特大暴雨的数值研究

利用卫星资料、NCEP资料以及AREM模式输出资料,对发生在2008年10月中旬海南岛一次大暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明:AREM模式较好地模拟了本次大暴雨过程,当初始资料选取NCEP资料时模拟效果最佳;sθe等值线密集区以及位涡梯度最大区与暴雨中心相对应;暴雨中心700 hPa以下低层对应条件对称不稳定,其上至600 hPa为对流不稳定;条件对称不稳定对其上空的对流不稳定有触发作用;对热源〈Q1〉和水汽汇〈Q2〉分析得出,大值区与降水分布基本一致,凝结潜热的释放对大暴雨过程有反馈作用;位温垂直平流项对Q1起决定性作用,位温局地变化项及水平平流项对Q1的贡献不大。在Q2诸分量中,比湿水平平流项和垂直平流项共同作用于Q2,比湿局地变化项影响较小。

2009年11月石家庄暴雪天气过程诊断分析

利用常规观测资料和NCEP资料,对2009年11月9—12日石家庄特大暴雪进行分析。结果表明:暴雪过程与高空西槽、河套地区南部南支槽以及中低空切变有着密切联系。高低空急流的较好配合利于暴雪区内上升运动的加强,上升区始终位于高空偏西急流右侧的辐散区内及低空西南急流出口区左前部的辐合区内,且700 hPa北支西北急流对暴雪的增强有着至关重要的作用;上升运动与正涡度区相对应,垂直上升最强区与正涡度中心相吻合;上升运动与湿度场的交汇对暴雪的发生及加强显著,石家庄上空自地面至200 hPa维持一相对湿度为90%的高湿柱,西南气流带来的南方暖湿气流及东北回流带来的渤海湾高湿大气是产生大暴雪的能量及水汽源地。

增长模在热带地区发展的分析研究

利用T63L9全球谱模式对制作集合预报的增长模繁殖法(BGM)在热带地区的适用性进行研究,分析了在热带地区扰动增长的机理。设计与物理过程、积云对流参数化方案及湿物理过程有关的3个敏感性试验及1个控制试验。为了讨论不同物理过程对BGM生成扰动的影响,定义扰动动能变化率对试验结果进行分析。结果表明:在热带地区积云对流强盛区内风场扰动能够快速增长。扰动增长机制在热带地区与中高纬地区有本质区别,热带地区扰动的发展主要受物理过程的作用,其中模式积云对流及湿物理过程对扰动中快速增长的部分起着至关重要的作用。中高纬地区扰动发展与背景场的斜压不稳定有关。

模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验。采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响。模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感。湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制。

基于静止卫星红外云图的MCS自动识别与追踪

由于缺乏成熟的中尺度对流系统(MCS)自动追踪工具,使基于静止卫星红外云图的MCS研究的深度和广度受到制约。手工目测法识别追踪MCS,工作量大且容易造成误差,无法用于长时间序列卫星云图的MCS普查。该文结合我国中尺度对流天气的特点,在重新定义MCS云团识别标准的基础上,给出了一种基于图像处理和时间序列分析技术的MCS自动识别、存储、追踪和时间序列特征统计方法。通过对2003年淮河大水期间连续时次卫星云图的MCS自动识别、追踪和特征统计,对该方法的应用效果进行了检验,结果表明:该方法不仅能对每个时次的MCS进行快速识别,同时也能对多时次的MCS进行有效追踪。

2008年登陆我国热带气旋异常的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射(OLR)等资料,对2008年登陆我国热带气旋活动具有初台登陆早、秋台集中、登陆热带气旋比例高等特点及其成因进行了初步分析。结果表明,南半球冷高压发展引发的越赤道气流增强,使得赤道西风加强并向东延伸,热带辐合带对流活跃,有利于热带气旋生成;并且,在中纬度地区冷空气活动不频繁、西南季风涌活跃、副高位置偏北偏西等背景条件配合下,登陆热带气旋多而集中。运用大气视热源和全型垂直涡度倾向方程,发现热带辐合带增强北推,使得热带气旋接连产生,强降水产生的非绝热加热异常,促使副高位置发生显著北抬和西伸。当一个时期生成的热带气旋多而集中,副高的这种异常状态就会维持,从而造成这一时期热带气旋西行,频繁登陆我国。

基于小波分解和最小二乘支持向量机的ENSO集成预测

用小波分解和最小二乘支持向量机相结合的方法,建立了ENSO的集成预报模型。该方法将复杂海温系统分解为相对简单的带通分量信号,然后建立分量信号的独立预报模型,最后对预报结果进行集成。试验结果表明,模型在保留预报对象主要特征的前提下,有效地降低了预报难度,集成预报准确率和预报时效均较传统方法有明显的改进和提高。

台风路径集合预报试验

基于T63L9模式,利用BGM法进行了台风路径的集合预报试验,并对集合预报中的一个关键技术—繁殖长度进行了研究。结果表明:相对于控制预报,利用增长模繁殖法制作的集合预报对台风路径预报的技巧水平有了很大提高。集合预报中采用不同的繁殖长度对台风路径预报效果有一定影响。繁殖长度取2 d和3 d集合预报效果相对于控制预报都有很大提高。繁殖长度取为2 d时,集合离散度较小,取为3 d时较合理,取为4 d时,离散度较大。对台风路径的预报采用集合选择平均后,繁殖2 d和繁殖3 d的集合预报系统的预报效果都优于控制预报。从综合集合预报效果分析,繁殖长度取为3 d更合适。当集合预报中繁殖长度取为3 d时,在预报的前3天,台风路径集合预报误差基本维持在100 km,第4天误差也只接近300 km。相对于控制预报,集合预报的改进率在预报的2～4 d基本超过了60%,甚至可达到70%。

超强台风“威马逊”强度变化条件的诊断分析

通过对台风年鉴基本资料和NCEP 1°×1°格点资料进行分析,总结了"威马逊"在整个生命史内的强度变化,运用天气学和动力学诊断方法,分析了"威马逊"活动的环境场特征,结果表明:"威马逊"在整个生命史内,有3个急剧增强的时刻和1个急剧减弱时刻;中低层的垂直切变与中高层垂直切变与3个急剧增强过程相关性较好,两者的急剧减小对TC的急剧增强有较强的指示意义;"威马逊"的强度变化与总水汽净流入有近似一致的关系,西边界和南边界对台风的加强具有正贡献,东边界和北边界是台风水汽流出的方向;低层的质量净流入较大,高层的质量净流出较强时,表明高低空的配合较好,有利于TC的发展。

初始场对暴雨数值预报影响的敏感性试验

为了研究初始场不确定性对暴雨预报的影响,利用尺度分离的方法,在AREM模式分析场上构造了初值扰动,并通过在模式初始物理量上叠加或扣除这些扰动,设计了不同的敏感性试验。试验结果表明,暴雨预报结果对模式的初始相对湿度、温度和风场是敏感的,而对初始位势高度的敏感性较弱。由于各物理量是相互联系和制约的,单独改变某个物理量对暴雨预报精度的提高是有限的。

WRF模式对2013年1月华北一次大雾的数值对比试验

采用WRF模式系统模拟了2013年1月22—23日华北大雾天气过程,针对不同的边界层方案、微物理方案和陆面方案,设计了三组数值试验方案,并利用地面观测资料对其模拟效果进行了对比分析,找出了部分最适合于此次大雾过程模拟的参数化方案,它们分别是TEMF边界层方案、Goddard微物理方案和RUC陆面方案。此次数值试验结果还表明,WRF模式对大雾天气地面风速风向的模拟能力较好,其他气象要素存在一定的误差,用10 m液态水含量和10 m相对湿度指标共同诊断大雾天气能有效提高大雾判识准确率。

2008年西北太平洋和南海热带气旋异常活动的分析

描述了2008年西北太平洋及南海热带气旋的活动特征,对2008年赤道中东太平洋海温和西北太平洋副热带高压特征量进行了分析,同时对2008年的El Nino,La Nina,南方涛动现象进行了简略的论述,并用500 hPa月或候平均环流形势解释了2008年热带气旋登陆早和登陆多的原因,说明500 hPa月或候平均环流形势对热带气旋登陆预报有一定的意义.