集合资料同化方法在强雷暴天气预报中的应用

对强雷暴的预报一直以来都是天气预报的重点和难点。先进的集合资料同化方法能够减小中小尺度数值天气预报的初始场中的误差,以此提高对强雷暴天气的预报的准确程度。本文简要地介绍了集合资料同化方法的原理及其变体,提高集合资料同化方法的分析场质量的多种方案,不同观测平台的数据在强雷暴天气集合资料同化系统中的应用,已经开始业务化或准业务化持续运行的一些着眼于强雷暴天气预报的集合资料同化系统,强雷暴天气集合资料同化应用中目前面临的一些问题和未来可能的发展方向。

新中国成立70年来的中国大气科学研究:天气篇

天气指某一个地区距离地表较近的大气层在短时间内的具体状态.大气中气象要素的空间分布可表现为各种瞬息万变的天气现象,这些天气的分布和变化是由不同时空尺度的天气系统引起的.天气与民生息息相关,其发展演变一直是大气科学研究和应用的重点领域.天气学的发展与观测系统、动力学理论和数值模式的发展密切相连.中国从20世纪50年代初开始建设观测网,到目前已建成门类齐全、布局合理的地基、空基和天基综合气象观测系统.特别是新一代稠密雷达网以及风云卫星系列的发展以及多次大型野外观测试验的实施使我们对天气的认识从宏观的天气形势深入到中小尺度天气系统精细热动力、云微物理结构和演变特征.观测系统的发展同时也促进了理论、数值模式和模拟的发展,中国已由初期主要以引进国外模式为主发展为目前主要发展具有中国自主知识产权的数值模式系统,基于高分辨数值模拟结果对不同尺度天气的发生发展机理和可预报性有了深入理解.此外,天气学已由初期的独立发展逐渐向多学科交叉方向转变,气候和环境的变化与天气演变之间的相互作用已成为大气科学的热点和前沿问题.文章重点回顾过去70年来中国在对天气演变起重要作用的天气现象及其短期变化过程的物理本质、演变规律和预报方法领域所取得的重大科学和技术成果,主要根据正式发表的文献从大气动力学、天气尺度天气特征、台风及热带天气、强对流天气特征、数值天气预报及资料同化,以及天气与气候、大气物理及大气环境等交叉领域六个方面分别加以综述.

河南“21·7”极端暴雨预报的不确定性和误差增长机制

2021年7月19~20日中国河南省郑州市出现了一次极端暴雨过程,小时雨量超过200mm,24h累积雨量超过600mm,造成了巨大的人员伤亡和财产损失.本文重点研究此次降雨预报的不确定性和不同时空尺度误差增长的影响因子.研究结果表明,24h累积雨量和极端小时雨量(7月20日08时,世界时,下同)取决于中层低压、高空辐散及低空急流的强度.基于美国NCEP全球集合预报系统(GEFS)扰动和次网格尺度扰动的集合预报显示,累积雨量的预报不确定性对微小误差的大小和空间结构并不敏感,这表明本次极端暴雨事件具有有限的本性可预报性.研究发现,k^(−5/3)能谱范围升尺度而非升幅值误差增长占主导,小尺度误差增长最快,小尺度误差增大到与大尺度误差相当时,大尺度的误差才开始增长.增长最快的尺度从小尺度向大尺度转移,而且大尺度的误差增长率远小于小尺度.湿对流活动可以增大各尺度特别是小尺度的误差增长率.此外,具有不同结构的初始扰动的不同变量在从k^(−5/3)到k^(−3)能谱过渡的大尺度区域具有不同的误差增长特征.与GEFS扰动和次网格尺度扰动相比,条件非线性最优扰动(CNOP)更倾向于升幅度增长,这可能是CNOP本身最大增长扰动的定义、大尺度模拟使用对流参数化方案无法在中尺度重建k^(−5/3)能谱、以及k^(−5/3)和k^(−3)能谱不同的误差增长特征决定的.

超强台风Soudelor(2015)登陆前后局地强降水的动力过程分析

基于中尺度站点观测、雷达图像、卫星红外云图和NCEP全球业务分析数据资料,详细分析了2015年13号台风Soudelor在华东地区尤其在浙江省沿海产生局地灾害性强降水的分布、强度、触发因子及相应的动力过程.这次台风降水过程可分为4个阶段:第一阶段由台风北侧外围环流偏东风分量与浙江沿海地形相互作用而产生;第二阶段的降水强度最强,累积降水最大,是台风内区主体环流与局地地形相互作用的结果;第三阶段是由于台风内区减弱,主要降水云带在台风东北侧发展而形成;第四阶段由于台风环流与中纬度系统相互作用,使得降水云带"北跳"至江苏省中东部,引起浙江省内的降水迅速减弱.定量计算表明,"地形效应"对局地台风降水增幅起确定性作用,其在台风总体降水中占比达50%左右.台风登陆后结构变化引起水汽输送发生变化,进而引起台风局地降水云带发展的非对称分布,是造成台风强降水空间非对称分布的主要因子.对此个例分析表明,影响中国沿海灾害性强降水不仅与台风强度、结构及外围云带紧密相关,其降水强度会因为台风与沿海地形的复杂相互作用而增加,而其影响时间会因为由大尺度环流引导的弧线路径而延长.此次台风强降水过程的物理及动力分析可以用于指导对未来台风降水灾害的理解、预报及预防,尤其有益于由登陆台风与沿海地形相互作用引起的闪雨、山洪、泥石流及洪涝灾害的预报预警.