江淮地区一次特大暴雨过程预报偏差分析

利用加密自动气象观测站资料、ERA5再分析资料和欧洲中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)模式、中国气象局CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)模式产品,对2020年7月17—18日江淮地区一次特大暴雨过程的预报效果进行检验与分析,并对数值模式降水预报出现偏差的可能原因进行了讨论。结果表明:低涡切变和低层急流的共同影响,为强降水提供了充沛的水汽和有利的动力条件。高空干冷空气叠加在低层暖区之上形成的位势不稳定层结和垂直风切变为强降水的发生提供了不稳定条件。17日20时—19日08时CMA-MESO模式逐12 h暴雨、大暴雨以及暴雨以上量级降水的TS评分均优于ECMWF模式,但2种模式对18日08—20时暖区降水的预报结果均较差。CMA-MESO模式预报的降水区域和实况区域重叠面积的比例均显著高于ECMWF模式,预报形态也与实况更为接近。模式对冷空气强度预报偏弱造成了冷切辐合偏北,对中层湿舌的位置预报偏北,水汽强度预报偏弱,与强降水落区预报偏北相对应,可能是降水预报出现明显偏差的原因。

2022年4月云南罕见寒潮天气成因及预报偏差分析

2022年3月31日—4月2日,云南省出现历史同期罕见的寒潮天气过程.通过地面观测资料、高空观测资料和NCEP FNL资料,对此次寒潮过程的成因进行分析,并对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式的形势场及最低气温进行检验.结果表明:此次寒潮过程发生在北极涛动负位相期间,西伯利亚高压偏强,欧亚中高纬形成两槽一脊的环流形势.东亚大槽后侧强劲的偏北风引导低层冷空气南移,南支槽向东移动为云南省输送暖湿气流,700 hPa切变线和地面冷锋的南侵,共同造成了此次寒潮天气过程的发生;此次寒潮过程的强降温是由过程中近地层强冷平流的作用,冷锋后部较强的垂直上升运动,引起绝热膨胀冷却作用,加剧了局地气温的下降;通过定量分析导致昆明局地气温变化的各项因子发现,昆明的降温主要受温度平流项的影响,其次是非绝热项的影响. ECMWF模式能较好地预报此次寒潮过程的高低空环流形势及降温的范围,但对降温强度的预报效果相对较差.

2023年吉林市两次雨雪过程预报偏差及成因对比分析

利用地面、高空观测资料,ERA5再分析资料和ECMWF细网格预报产品,对2023年初冬吉林市两次雨雪过程的环流形势和物理量特征进行对比分析。结果表明:两次降水过程均发生在高空冷涡背景下,11月5日过程地面主要受南方气旋北上影响11月16日过程,受地面蒙古气旋及其后部副冷锋影响。两次过程的纯雨阶段温度层结和水汽相态垂直分布差别较大,11月5日过程500hPa以上高层储备大量的冰相粒子,中低层含有丰富的水相粒子;11月16日过程中低层处于降温态势,水汽以冰水混合为主且含量较低。两次过程纯雪阶段温度层结和水汽相态差别较小,水汽含量高值区均位于700hPa以下,且以冰水混合物为主。ECMWF数值模式对于11月5日过程总降水量、雨(雪)量及雪深预报与实况基本接近,对于11月16日过程均预报偏强。ECMWF模式2m相对湿度预报与实况接近。

2023年6月19—24日广西河池暴雨过程成因及预报偏差分析

2023年6月19—24日广西河池出现区域性暴雨天气过程并伴有强对流天气,导致严重气象灾害和经济损失,利用高空和地面资料、雷达、卫星及数值模式产品,对此次暴雨过程诊断分析,得到结论:(1)此次暴雨过程发生在南亚高压控制下、副热带高压西北侧、中纬度西风带短波槽东移、下游高压坝稳定维持的环流背景下,低层切变线及其南侧偏南气流为此次暴雨过程提供了有利的动力和水汽条件;(2)强对流云团及强降水回波影响范围及持续时间与灾害发生时间有较好对应关系,弓形回波为此次暴雨过程带来多处大风天气;(3)EC和GFS对环流形势预报都较好,但降水量级预报偏小,其余数值模式此次过程重参考性较小;(4)临近最强降水时段的各项物理量都达到整个暴雨过程最高点,对预报降水最强时段有一定指示意义。

荆州东部一次大暴雨过程成因分析及预报偏差分析

2023年6月29日夜间至30日早上,湖北省荆州市东部发生了一次强降水过程,局部达到了特大暴雨量级,造成了严重的暴雨洪涝灾害。利用高空和地面实况、卫星、雷达等多源观测资料和业务数值预报资料对此次极端降水过程进行了分析,得到以下结论:此次暴雨过程发生在副热带高压稳定少动、中纬度西风槽东移南压、中低层切变线稳定维持、地面辐合线不断触发新生对流的环流背景下。此次过程以混合型降水为主,对流发展高度不高,局地小时雨强较强。由此可见,此次降水过程是由大尺度环流背景、天气尺度系统、地形等相互配合的结果。此次暴雨模式预报偏差大,主观预报有难度,做好短临监测分析预警在防灾减灾第一道防线中至关重要。

辽宁地区东北风回流暴雪预报偏差成因初探

应用常规观测资料及NCEP FNL再分析资料,对2016年初辽宁地区一次预报失败暴雪过程的形成原因进行分析。结果表明:强降雪区域伴有锋生活动,锋生是暴雪增强的直接原因。降雪期间出现持续锋生,总锋生函数随时间向高层发展,在强降雪阶段水平变形项对锋生的正贡献更大,特别是伸长变形对水平变形项的贡献显著,辽宁东部东北风穿过等θ_(se)线,黄海北部偏东风穿过等θ_(se)线,两股气流汇合形成θ_(se)等值线更加密集的一条狭带,该区域温湿对比明显产生锋生。锋生作用下,锋面次级环流利于上升运动的发展及维持,动力抬升和水汽辐合作用增强导致强降雪天气。预报中伸长变形增强产生的锋生作用容易被忽视,是降雪量预报偏差的主要原因,因此可以将相应区域的降雪量向大订正,减小预报误差。

2022年8月四川盆地持续性极端高温特征及不同模式预报误差分析

本文基于2022年8月四川盆地104站逐时温度、降水数据和1971—2021年历史同期数据,及EC、CMA-GFS、CMA-MESO模式的2 m气温预报等数据,运用统计学相关方法分析了此次极端高温过程的特征及预报误差。结果表明:①2022年8月四川盆地极端高温过程范围大、强度强、持续时间长,有87.5%站最高气温超过该站历史同期极值,且高温最强盛时段较历史同期明显推后。②2022年8月最高气温分布为东高西低,最高气温与历史同期极值差分布则相反,其中最高气温随站点海拔增大而减小,而极值差则随站点海拔先增大再减小。另外,受热岛效应影响,极值差大值站点主要集中在龙泉山脉附近。③高温期间,最高、最低气温平均值高、距平大,且累计降水量和雨日数也明显低于历史同期。④相较而言,EC模式的预报优势主要在盆地低海拔地区。而CMA-MESO模式在盆地周边陡峭地形区域的平均绝对误差则更小。另外,EC模式预报的最高气温峰值出现时间更接近于实况,而CMA-MESO模式预报高温持续日数更接近实况。

2020年2月辽宁一次暴雪过程天气学成因与预报偏差分析

采用NCEP FNL再分析资料,对辽宁地区2020年2月14—16日强降雪过程进行诊断,并对数值模式的预报偏差及其与影响系统的相关性进行分析。结果表明:受中国华北地区高空槽及黄海北部低压倒槽共同影响,南支锋区的偏南暖湿气流沿北支锋区的偏北风回流冷垫爬升,形成水汽辐合和抬升运动,为此次强降雪过程的发生提供了有利的动力条件。CMA-GFS模式对强降雪中心的降水强度预报偏小,但强降雪落区预报基本准确;ECMWF对降水强度预报较为准确,但强降雪落区预报偏西、范围明显偏大。ECMWF对本次强降雪过程的长时效(3.5 d)预报相对准确,时效临近时降水预报有转折性变化并出现明显预报偏差。诊断结果表明,此次强降雪过程中降水预报的转折性变化与高、低空低压系统的预报偏差显著相关,尤其是低空低压系统的预报偏差,与强降雪落区上空两条水汽通道的比湿存在显著相关,低压系统预报偏强与比湿偏大相对应,导致模式中的日本海水汽输送作用偏强,可能是造成降水预报出现明显偏差的原因。

海南岛春季一次特大暴雨过程的成因及其预报偏差

2022年4月30日夜间至2022年5月1日白天,海南岛东半部地区出现了历史同期罕见的局地200 mm以上的特大暴雨,其中,琼海和万宁有6个自动站的日降雨量达到300 mm以上,超过历史同期极值,主客观预报均比实况偏弱50~100 mm.本文利用地面观测资料、卫星、雷达、ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)对此次暴雨的环流背景、中尺度对流系统触发和发展机制进行了详细分析.结果表明,此次暴雨过程分为两个阶段,分别发生在冷空气影响前后,30日夜间海南岛东部地区大气可降水量和水汽通量呈现明显的异常特征,东北风向海南岛东岸喇叭口地形灌进时,辐合上升加强,同时,海岸线附近,由于海陆摩擦的差别,形成中尺度切变线,切变线上的中尺度对流系统自南向北移动,造成东部沿海地区强降水的发生.1日白天降水的主要原因是冷暖气流在海南岛东北部地区交汇,海南岛北部有东北—西南走向切变,东北急流带来南海北部的大量水汽输送,低层有强烈的垂直上升运动.数值模式对有无暴雨具有较好的可预报性,ECMWF模式预报的强降水中心量级偏小与其对低层风场和水汽通量预报偏差有关.

ECMWF模式对我国西南环横断山区冬季近地面2m温度的预报评估

从冬季平均温度、温度日变化及日较差等方面入手,基于2021年CLDAS逐小时产品评估了ECMWF全球高分辨率确定性数值预报产品对我国西南环横断山区复杂地形区近地面2 m温度的预报能力,并通过区分高地形区(川西高原)和低地形区(四川盆地南部),对比了不同地形区近地面2 m温度预报的偏差特征。结果表明:(1)ECMWF模式可合理预报我国西南环横断山区冬季平均2 m温度的空间分布特征,但偏差分布与地形高度有关,随着地形高度的增加,预报偏差呈增大趋势。(2)ECMWF模式很好再现了西南环横断山区冬季温度的日变化特征,峰值时刻出现在14:00(北京时);各时刻温度的预报偏差在不同地形高度存在差异,川西高原和横断山区的最大负偏差出现在下午,四川盆地南部的最大负偏差出现在早晨。同时,高地形区各时刻的预报偏差均高于低地形区。(3)ECMWF模式对日内各时刻不同地形处2 m温度的空间分布均有合理预报,但偏差存在日变化特征。特别是在横断山区高地形区,其在各时刻有不同的冷暖偏差特征。(4)在环横断山区温度日较差预报偏差较大的区域(大致为昆明准静止锋线发生频次较高的区域),模式对于温度日较差较大的日数,其2 m温度的预报偏差要大于日较差较小的日数,且在该区域内,温度日较差的预报偏差相对不稳定。

台风“威马逊”(1409)和“海鸥”(1415)影响广西风雨特征及预报偏差的比较分析

基于观测资料、数值模式产品及主观预报,对2014年超强台风“威马逊”和强台风“海鸥”影响广西的风雨特征及预报偏差进行对比分析。结果表明:(1)“威马逊”深入广西内陆,高层辐散更强,副高西脊点偏东,低层急流南北宽度更广且风速更大,台风强度更强,这是“威马逊”强降雨范围更广,小时雨强更强的可能原因。(2)主客观预报台风路径及强度随预报时效增加误差明显增大且差别较明显。ECMWF、广西遗传神经网络与中央台分别对台风路径、台风强度预报有很好的参考价值。(3)主客观均能报出强降水的形态但强度偏弱,预报误差随时效增加而增大且存在明显的空漏报。大暴雨量级预报评分ECMWF_HR明显高于广西主观,暴雨量级预报评分总体是广西主观优于ECMWF_HR。(4)ECMWF_HR没有准确预报副高西进南扩过程;副高预报的偏东偏北,是导致台风和急流中心偏南偏弱的可能原因。(5)ECMWF_HR预报850hPa水汽通量及其散度与实况在形态上基本一致,但位置偏西偏南,强度偏弱,这与预报副高偏东及台风偏西偏弱相关,应该引起今后业务预报关注。

台风“三巴”(2316)特大暴雨成因及预报偏差分析

基于常规气象观测资料、欧洲中期天气预报中心全球气候第五代大气再分析数据集(ERA5)、卫星、双偏振雷达观测资料和数值模式预报产品,对2316号秋季台风“三巴”造成广西特大暴雨的成因及预报偏差进行分析。结果表明:(1)高空辐散场和低空东南急流的卷入使台风“三巴”进入北部湾后强度增强,广西低层为相当位温大值区。冷空气的加入使得边界层东南急流和偏东气流在台风东北侧和北侧强烈汇合,造成了在冷垫之上的强辐合抬升运动,引发极端强降水。(2)台风“三巴”本体和倒槽旺盛发展的对流云团是造成特大暴雨的直接影响系统,桂东南到沿海上游地区不断有回波生成发展,形成明显的“列车效应”,雷达双偏振参量显示大暴雨落区低层存在明显的差分传播相移率(ZDR)和差分反射率因子(KDP)高值区。(3)数值模式对此次极端降雨较弱的预报能力,预报员对倒槽特大暴雨的对流特征、强度和持续时间认识的不足,导致预报员对冷空气主体南下速度预报偏快,对累积雨量的预报偏小。

贵州西部一次秋季暴雨预报偏差分析

2021年9月16日预报夜间贵州西部将出现暴雨—大暴雨天气,实况却以小到中雨、分散暴雨为主。该文利用常规及加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、ECMWF、CMA-GD、CMA-SH9等模式预报产品,对这次暴雨空报的原因进行探讨,结果如下:(1)本次暴雨—大暴雨空报的主要原因:副高夜间略北推增强,有利下沉气流增强,阻止切变线南下且削弱低层切变的强度;整体动力条件较差,低层辐合厚度、强度不够,且迅速转为辐散,涡度平流由正转负、上升运动较弱。(2)模式出现较明显误差:ECMWF错误预报副高夜间位置,切变线位置预报也有偏差,CMA-GD模式错误预报切变线位置;5家数值模式预报量级均偏大,其中CMA-GD、CMA-SH9及贵州WRF偏大明显,ECMWF的量级及落区预报和实况更为接近。(3)预报员过度相信ECMWF对切变线的位置预报、过度相信CMA-GD对极端降水的把握,忽视副高略北推增强、动力条件差导致的触发难度迅速加大,主观预报的优势没有发挥出来。

2022年4月衡阳一次暴雨过程预报偏差分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、Micaps资料、多普勒天气雷达资料、FY-4A卫星云图资料和ECMWF (以下简称EC)等数值模式预报资料,对2022年4月25~26日衡阳市暴雨过程进行了分析研究,得出此次暴雨过程预报落区偏大、范围偏南以及雨带走向偏差的原因。此次过程是发生在西南急流的控制下,急流轴上风速脉动引起的暖区暴雨,而不是模式预报的系统性降水;遇到模式预报存在分歧时,仍然过于信赖EC形势预报导致了此次暴雨预报出现偏差;当前数值模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,需着重分析中小尺度系统的发生发展,并加密监测跟踪其动态,加强对雷达、卫星云图等多种实况资料的分析。

航天器轨迹偏差的非线性非高斯预报方法

针对航天器轨道偏差传播问题,提出一种高斯和模型与状态转移张量结合的预报方法。该方法使用多个子高斯分布加权拟合状态偏差分布,再以高阶状态转移张量分别预报每个子高斯分布,以捕获偏差分布的非高斯性,减小预报误差。将其应用到航天器二体轨道问题中,对比分析不同方法的预报结果。仿真结果表明,该方法可以逼近Monte Carlo仿真的预报精度,并显著提高计算效率,对长时间预报问题,效率提高可达数十倍。该方法面向一般的非线性系统状态偏差预报问题,尤其在长时间仿真预报时兼具很好的精度和计算效率。

水下机器人圆概率偏差的有效预报

在水下机器人设计过程中,对于导航精度设计指标无法用物理实验进行验证。如何有效预报圆概率偏差(CEP)成为了亟待解决的问题。采用直线航路模型,对误差源在直线航路上引起的导航误差进行定量分析,推求各误差合成后的纵向误差和横向误差表达式,建立水下机器人圆概率偏差迭代方程,求得圆概率偏差预报结果。推导结果表明横、纵误差之比小于0.7时可保证圆概率偏差不大于前两者之中的大者。该方法与实际实验结果吻合,表明提出的导航误差分析和圆概率估算方法是有效的,可准确预报水下机器人导航精度。

营口地区一次局地暴雨过程的成因及预报偏差分析

2022年7月17日营口地区出现一次局地暴雨过程,整体降水量级预报把握较差,因而对环流形势、物理量场、数值预报模式进行分析。结果表明:此次局地暴雨过程出现在高空急流出口区左侧,高空冷涡底后部的西北气流中,低层配合有冷切及地面低压的有利动力强迫机制下,具备充沛的水汽条件及一定的位势不稳定层结,造成此次降水过程预报偏差的主要原因是大尺度环流形势的预报偏差。前期的天气形势较预报的强度偏弱、位置偏东,造成主观预报对后续发展的估计不足。

2022年延边州一次雨雪天气预报偏差成因分析

2022年10月9—11日延边州出现了明显降水,山区出现了雨夹雪。分析本次过程的大尺度环流形势及模式预报偏差成因发现:气旋入海后爆发性发展,配合偏东回流的长时间影响,是本次降水量级较大的关键;大尺度环流形势预报基本准确;降水量级预报中,ECMWF、CMA-GFS与实况最接近,ECMWF模式稳定性更高,两种模式均以最近时次的预报更准确。降水相态的预报离不开气温的预报,ECMWF气温预报与实况偏差较小,CMA-GFS预报的850 hPa气温和2 m气温均较实况偏高,在今后的气温预报中要更多参考ECMWF的预报。通过检验雷达ROSE 2.0降水预报产品发现,降水最强时刻,距离雷达较近处,降水会被过高估计;在距雷达80 km以外地区的降水被过低估计,其他估计的强降水区域对实际强降水落区有较好的指示作用。

台风鲸鱼(1508)路径和降水业务预报偏差原因分析

1508号台风鲸鱼路径和降水业务预报均出现明显偏差,造成该台风预报服务效果很差。本文主要利用常规观测资料、卫星资料、EC模式预报结果和ERA-interim再分析资料(0.25°×0.25°),探讨"鲸鱼"路径和降水业务预报偏差的原因,同时对比分析与"鲸鱼"路径相似的两组夏季台风出现近乎反向的强降水落区的成因。结果表明:(1)"鲸鱼"强度偏弱,业务定位出现较大偏差,同时EC模式对副热带高压预报明显偏弱偏东,是其路径及登陆点预报偏差的主要原因。(2)EC模式较好地预报出副热带西风急流加强、南海海域高层东北风加大的过程,但业务中却忽视了它们通过加强环境风垂直切变对台风非对称结构的作用,从而导致"鲸鱼"路径和降水预报出现偏差。(3)台风路径和降水预报要特别关注副热带西风急流和对流层高层西风槽的演变,副热带西风急流加强东进南落,台风中心附近高层东北风加大,环境风垂直切变随之加大,其南侧对流发展旺盛,台风移动路径偏西分量加大,强降水主要位于其路径左侧;西风槽东移南压,且与台风环流靠近,台风中心附近环境风垂直切变明显减小,其北侧对流发展旺盛,台风移动路径偏北分量加大,强降水主要位于其路径右侧。

贺兰山东麓罕见特大暴雨的预报偏差和可预报性分析

提要:利用常规气象观测资料、银川CD多普勒雷达探测资料和ECMWF、T639、WRF、NCEP/NCAR等模式资料,分析了宁夏气象台漏报的2016年8月21日夜间贺兰山东麓历史罕见特大暴雨天气过程的成因,探讨了重大预报误差之缘由和可预报性,结果表明:(1)ECMWF、T639、WRF三种模式均预报宁夏中北部有15 mm以下的降雨,量级显著偏小是漏报诱因;而ECMWF降雨预报结果明显优于其他模式。(2)2016年8月中下旬西太平洋副热带高压持续偏强、位置偏北,21日达最强,在588dagpm线控制下,592dagpm线从宁夏南部东退,受低层切变线、辐合场和低空急流及贺兰山地形的共同影响,引发了宁夏极为罕见的特大暴雨。当地预报员对于极端暴雨事件预报经验匮乏,对副热带高压强盛、位置偏北的极强暴雨环流形势演变了解和认识欠缺。(3)源于东海的中低层偏东气流在西行中形成东南和南风低空急流,并在贺兰山东麓建立一暖性辐合线,由于贺兰山地形阻挡了气流的移动而产生的绕流、摩擦辐合及迎风波抬升,延长了降雨时间,对暴雨的增幅有促进和加强作用,预报中忽视了贺兰山地形对降雨影响。(4)对暴雨预报有效的物理量场θ_(se500)-θ_(se850)<0K、θ_(se500)≥337K和θ_(se850)≥337K、K指数≥38℃、LI≤-3、Q_(700)≥12kg·kg^(-1)等指标掌握应用不熟练。分析结果表明:对于8月21日特大暴雨预报员可提前6h确定暴雨落区、订正降雨量级达到暴雨,可做到过程不漏报,但是经订正后的预报无法报出历史罕见的极端暴雨。