2002年10月21-22日暴雪天气过程——T213物理量预报场的诊断分析

本文通过对西宁地区一场秋季暴雪天气过程的分析,探讨了T213物理量预报场对该地区秋季暴雪过程的指示意义。结果表明:巴尔克什湖和萨彦岭横槽转竖和锋区南压,地面冷空气从南疆进入柴达木盆地迅速加强,对流层中低层辐合、高层辐散和高湿度区的维持,以及高空急流轴北抬加强是产生这次暴雪天气过程的主要原因。

欧洲ECWMF模式与我国T213模式夏季预报能力的对比分析检验

T213 L31模式(简称T213)是中国国家气象中心在T106L19谱模式的基础上建成的第四代全球中期数值天气预报系统,它于2002年9月1日起投入业务使用。本文根据世界气象组织(WMO)基本系统委员会(CBS)1985年特别会议推荐的数值预报标准化检验方案,采用欧洲中期数值预报模式ECWMF和国家气象中心T213数值预报模式的500 hPa位势高度、850 hPa温度预报格点资料和客观分析实况格点资料,对东亚区域2002年和2003年夏季时段内两种模式的预报能力进行对比分析检验。所得结果表明,ECWMF预报的环流场中的低压槽在102°E以东的我国中东部(102°E以西的我国西部)比实况值偏弱(偏强),高压脊偏强(偏弱);而在我国的大多数地区,T213模式预报的低压槽偏强,高压脊偏弱。

T213L31模式热带气旋路径数值预报误差分析

应用国家气象中心的T213L31模式对2006—2009年热带气旋路径数值预报的结果从平均距离误差、距离误差分布、模式系统性偏差、平均全移速误差、模式对背景场的预报偏差进行全面检验分析表明:对于不同走向的热带气旋(简称TC)路径预报而言,预报误差最小的是西行路径TC,预报误差最大的是东北行路径TC。按照TC强度进行分类统计发现,TC强度强比强度弱的路径预报平均距离误差小。T213对所有样本的平均预报而言,存在西北偏西向的系统性偏差,不同类型路径TC存在不同的系统性偏差。通过计算平均全移速可以看出,对于西北行、西行、北上类型路径在整个预报时效中移速偏差较小,而对于所有转向类路径移速偏差较大,即偏慢较明显。对T213模式预报2009年TC路径误差较大的个例(0904,0906,0907号热带气旋)检验模式对背景场的预报偏差,个例分析表明:模式对中高纬度西风槽预报偏强、对TC环境风场垂直切变预报偏大、对两个相近的TC预报更容易发生藤原效应,这些因素是导致TC路径偏差的主要原因。

T213全球集合预报系统物理过程随机扰动方法研究

目前我国的T213全球集合预报系统采用BGM初值扰动方案,没有考虑模式扰动方法,在技术上滞后于国际先进数值中心的集合预报系统。本文参考ECMWF的模式扰动方法,设计了我国T213全球集合预报系统的物理过程随机扰动方法,并对2008年7月20—31日进行了集合预报批量试验。试验结果表明:T213全球中期数值预报模式对物理过程随机扰动很敏感,对物理过程扰动后,模式物理量的预报情况发生变化,且这种变化随着积分时间增长而迅速扩大。在水平方向上主要表现为南北半球中高纬度地区较赤道地区更敏感,在垂直方向上,表征大尺度运动特征的物理量(如位势高度、温度、风速等)在南北半球中高纬度地区的低层到高层都很敏感,尤以300 hPa最为明显,垂直速度、散度等物理量在赤道地区也非常敏感。多初值集合预报加入物理过程随机扰动后,集合平均均方根误差在积分后期略有改善,对降水预报水平也有较为明显的提高,这表明物理过程随机扰动方法具有较好的业务应用前景。

T213与T639模式热带气旋预报误差对比

应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213)及其升级版本T639L60(简称T639)对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24～120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。

2002—2005年T213数值降水预报产品分析检验

利用2002—2005年T213模式的降水预报值和全国400个标准测站的降水实况资料,采用客观降水检验方法,对T213数值降水预报产品的预报能力进行了分析检验。结果表明:降水预报TS评分和预报偏差B值均存在明显时空分布差异;各级降水中,小雨TS值最大、B值最小,夏季TS和B值均好于其它季节;中到大雨TS最高评分和最低B值均是长江中下游地区,其次是华南;暴雨TS评分各区较低,但华南、长江中下游地区和东北地区B值较小。这些地区T213降水预报对预报业务有较好的参考作用。T213降水预报对春季东北地区和华北的强雨(雪)、夏季长江中下游地区的梅雨、西部地区的华西秋雨等降水过程具有相当好的预报能力。

辽宁中尺度数值模式产品和T213产品对比检验分析

利用国家级的气象预报产品质量客观检验评价系统,对辽宁中尺度模式预报MM5和T213数值预报的结果分别进行检验分析。检验类型分为历史资料检验和实时资料检验,检验要素包括地面降水、气温和高空500 hPa环流。检验结果显示,对于降水、气温的预报MM5模式预报检验结果优于T213数值预报,而对于500 hPa环流的检验结果T213更可信。

基于T213集合预报的极端天气预报指数及温度预报应用试验

本文基于中国T213集合预报系统资料,借鉴欧洲中期天气预报中心极端天气预报指数的数学处理方案,在分析T21 3模式数据特征的基础上,研究了T213集合预报系统极端天气预报指数的数学处理方法,建立了适合T213集合预报模式的极端天气预报指数,并利用该指数对2008年1月极端低温天气进行了预报试验和评估检验,分析模式气候累积概率分布生成方法对极端天气预报指数的影响,得到以下结论:(1)确定了利用T213集合预报系统所有预报成员生成的模式气候累积概率分布计算极端天气预报指数;(2)利用TS评分确定极端天气预报指数发布极端低温预警信号的阈值为-0.3并进行预报试验。试验结果表明,极端天气预报指数对极端低温天气具有较好的识别能力,可提前3～5天发出极端低温预警信号。利用相对作用特征曲线对极端天气预报指数识别极端天气的技巧进行评估检验,检验结果显示,基于T213集合预报生成的极端天气预报指数对极端低温的预报存在正的识别技巧,随着预报时效的延长,识别技巧逐渐降低。(3)评估不同模式气候累积概率分布对极端天气预报指数识别极端低温天气技巧的影响,结果表明:产生模式气候累积概率分布的模式数据误差一致性是关键因素。

2006年T213模式在江苏的降水和温度检验评估

为了了解T213模式在江苏区域的预报性能,对该模式在江苏区域的降水和温度预报进行了检验和评估。检验结果表明,在江苏区域,T213模式晴雨预报正确率近70%,模式对降水预报具有一定的指示作用,影响中小量级降水TS评分的主要因素是模式预报的虚假降水成分较多,中等以上量级则存在降水中心落区预报偏差较大的情况。T213模式温度预报值系统性偏低3℃左右,模式分析场的温度偏低且与实况误差较大,是造成这种情况的主要原因,因此进行温度订正是必要的。

NCEP-FNL与T213L31同化资料对比分析中的地形差异影响

分析了2005年5月11日至6月10日的NCEP-FNL与T213L31分析资料在位势高度、温度和风场上的整体差异,揭示了低层差异最小,差异极值主要分布在3个关键区的特征。进一步通过地形高度差异与位势高度差异的相关性分析,认为青藏高原附近的地形高度差异的极值是引起两种资料位势高度差异的主要原因,并计算分析了这种差异对高原周围中低层大气环流的动力和热力影响。结果显示,在NCEP-FNL中的西南涡强度和热源作用较强,中层风速切变较弱。

中期数值预报系统T213L31在IBM/SP高性能计算机上的建立

在引进欧洲中期天气预报中心 (ECMWF)的全球谱模式的基础上 ,通过对原模式的分析改造 ,首次以分布与共享相结合的方式在国家气象中心IBM/SP高性能计算机上实现了全球谱模式的高效运行。采用调整向量长度、优化程序设计、完善消息传递机制和实现MPI与OpenMP的混合并行编程等方法 ,减少模式的通信量、计算量和内存的使用量 ,提高了计算效率。实现了在T2 1 3L31分辨率条件下 ,1 0天预报可以在 3h之内完成 ,达到业务对时限的要求。建立了与T2 1 3L31全球谱模式相配套的最优插值 (OI)并行处理分析系统 ,解决了由于观测站点在全球不均匀分布所带来的计算负载不均衡问题。在此基础上 ,实现了T2 1

用T213产品动力过程相似释用法制作暴雨预报

用MICAPS平台中的T213产品场与暴雨发生的初始、中间、结束过程相对应的三维空间物理量场的相似程度,根据场相似的数量综合判别分析作出有无区域暴雨的预报。预报因子选取涡度、散度、垂直速度和水汽通量散度,空间使用850、700、500hPa,时间上选取12、24、36h预报场。该方法实现了区域暴雨预报的客观化和程序化。根据天气过程分类建立的两类模型以场平均距离为依据,作出的暴雨预报检验效果令人满意,2004—2010年的5—10月7年平均预报准确率超过33%,具有较好的实践参考指导作用。

基于T213产品与水汽收支的强降水面雨量预报方法及其误差分析

基于T2 13数值预报产品 ,以水汽收支平衡方程为基础 ,研制预报强降水的落区及强度的预报方法 ,并利用此方法制作 6h面雨量的预报。该方法在 2 0 0 3年汛期淮河流域洪涝期间进行了应用 ,利用所得面雨量结果与实况降水进行各种误差分析。结果表明 ,预报正确率较高 ,该方法较为可靠 ,有一定的预报价值。

基于数据库技术的T213产品场相似释用方法

该文根据新业务预报流程的要求.在MICAPS平台中用T213/T106产品作场相似解释应用,制作实现了分县站点降水预报的方法。T213/T106产品要素选定了26个场。使用了数据库技术将1994—2000年共7 a的历史常规观测资料分析场进行存储。数据库技术可以快速地进行场相似系数的计算、排序比较和过程查找。运用相似预报原理将数值产品场到历史分析库中去查找相似的办法确定相似过程。在预报制作时设计了两种相似预报方案的输出。从全年11个月的评分检验来看,各站点均有10个月的SS1>0.而且多数月份的SS1具有较高的值。可以看出该方法具有较好的客观性、稳定性及预报效果。该方法已经投入贵州省黔东南州气象台的业务运行。

T213/T639数值产品在河南省雷电潜势预报中的释用

利用河南省地面观测站1960—2005年的雷暴观测资料分析了全省雷暴活动的时空分布特征。根据雷暴活动特征和雷暴天气产生的环境场条件,基于T213/T639数值模式输出产品计算了多个大气动力、热力参数,经诊断分析及相关性分析后选取与地闪关系较好的对流稳定度指数、850 hPa假相当位温、400～850 hPa垂直风切变等5个参数作为预报因子,采用ADTD地闪定位资料和T213/T639数值模式输出产品,分别建立雷电潜势预报模型。雷电潜势预报方法于2008 2009年在河南省汛期业务中应用评估表明,基于T213/T639数值产品的雷电潜势预报技术方法可以为河南省雷电天气的落区预报提供客观定量的参考和依据,且两者都对低槽切变型预报效果最好。

对T213预报场可预报性的检验评价

为了检验T213模式的性能与产品的质量,了解其可预报性,本文用2003年春夏两季中5个月的资料,计算模式总体场的标准误差和相关系数;同时采用10×10经纬度网格,计算了5个要素场各层次的标准误差和相关系数。对上述结果的诊断分析表明:(1)随着预报时效的延长,各要素场各层的标准误差和相关系数逐渐变差;(2)温度场高层比低层预报得好,湿度场和风场反之;(3)各个场的标准误差在中高纬度较大,其它地区沿南北方向减小。但500hPa高度场标准误差由北到南逐渐减小;(4)中纬地区相关系数普遍较好,低纬地区较差。但低层的相对湿度预报在贝加尔湖以东和印度半岛西北部相关性最差。另外高层由北到南uv分量相关系数逐渐减小,到低层时分布较均一。

T213 L31数值预报产品检验

利用国家气象中心T213 L31数值预报产品,对东亚范围内2003~2008年对流层各等压面的高度场、温度场、风场、垂直速度场和水汽场预报进行了检验。结果表明：①高度场预报,可信度较高（即气候距平相关系数大于0.6）的时效,对流层中上部6~7 d,对流层中下部5 d;②温度场预报,可信度较高的时效,对流层中上部4 d,对流层中下部5 d;③风场预报,可信度较高的时效,对流层上部5 d,对流层中部4 d,对流层下部3 d;④垂直速度场预报,可信度较高的时效仅为1~2 d;⑤水汽场预报,可信度较高的时效,对流层中部2 d,对流层下部3~4 d。由以上结果可以推论,T213 L31模式,天气形势和天气过程预报可信度较高的时效为5~7 d;近地面天气系统预报可信度较高的时效约为3~5 d;降水预报可信度较高的时效为1~3 d。

基于T213/L31并行计算和数值天气预报研究

介绍了并行计算和数值天气预报的发展概况;给出了并行算法的一般设计方法;分析了数值天气预报并行计算的可行性;最后介绍了T213/L31的基本原理,计算流程并分析其并行实现的可行性。

T213L31全球模式的云和对流参数化方案改进试验

针对中国业务中期数值预报模式T213对中雨量级以上的降水预报空报比较明显的问题,文中对此模式预报的降水进行了诊断分析。发现T213模式预报的总降水分布主要是由可分辨尺度降水决定的,且在降水偏多最明显的地区,可分辨尺度的降水即超过或达到了观测的总降水,表明降水空报的主要原因在于可分辨尺度降水偏多。可分辨尺度降水偏多的可能原因有:土壤湿度初始化、云变量的初始化和直接产生降水的云与对流参数化方案存在一定的缺陷。鉴于前两者是目前国际上的难点,文中针对第3个方面的可能原因进行了分析和相应的改进。包括在对流方案之前增加一次云方案的调用;对流参数化方案的闭合由"动力型"改为对流有效位能调整闭合;更复杂的对流触发机制;改进冰沉降和降水通量计算。改进的主要目的是使对流参数化方案更活跃,从而减少格点尺度对流的发生。采用改进的方案,进行了敏感性试验和2005年夏季的连续滚动同化预报试验,并与中国区域400个标准站的降水观测和GPCP的全球降水观测进行了比较。结果表明,改进的方案无论是对中国区域还是全球夏季平均的降水分布预报都好于业务,但四川省和赤道东太平洋降水偏多的问题依然存在。中国区域的降水统计检验还表明,除小雨外,其他量级在大部分时效上降水的TS评分增加,预报偏差降低。

利用T213物理量资料制作滁州市暴雨预报系统

在分析相关资料的基础上,指出对暴雨预报有较大贡献率的预报因子;同时利用MICAPS2.0系统下的T213资料,对其进行格点挑选和数据处理,得到滁州地区各站点的物理量数据;然后将其与滁州地区历史暴雨的T213相关参数进行对比分析,从而得出滁州市各站的暴雨预报。