同化ECMWF短时预报场对区域中尺度模式预报的影响研究

全球数值天气预报模式的预报场常作为背景场驱动区域中尺度天气模式业务系统,其数据质量对区域模式的预报结果具有重要的影响。华中区域中尺度业务模式使用美国环境预报中心的全球预报场(NCEP GFS)作为背景场,其预报精度有待提高。为提高模式的短期预报能力,提出一种利用三维变分方法同化高质量欧洲中期天气预报中心(ECMWF)细网格预报场改善模式初始场的方法,将NCEP GFS预报场作为背景场,同化ECMWF三维格点预报要素,开展个例和批量同化试验。首先,利用探空观测对NCEP GFS和ECMWF的12 h预报产品进行误差特征统计,ECMWF 12 h细网格预报的温度、水平风场、相对湿度的均方根误差都小于NCEP GFS预报场,因此对其进行同化是可行的。然后,对2021年8月11—13日的强降水个例进行不同分辨率的ECMWF预报场同化敏感性试验。最后,基于不同敏感性试验的结果,选择1°×1°的ECMWF预报场对2021年8月进行批量同化试验。结果如下:(1)2021年8月11—13日的强降水个例同化预报试验表明,要素场预报误差得到了较为显著的改善,尤其是在模式低层;对12~36 h、36~60 h、60~84 h累积降水的TS评分具有一定的改善能力,尤其是暴雨量级。(2)不同分辨率的ECMWF预报场同化敏感性试验表明ECMWF预报场1°×1°的预报效果要优于0.5°×0.5°和0.25°×0.25°。(3)2021年8月的批量试验结果显示,同化ECMWF 12 h 1°×1°预报要素后,12 h、36 h和60 h预报的温度、湿度和风场在垂直方向上比控制试验均方根误差有所降低,降水TS评分提高明显,特别是50 mm暴雨降水TS评分,提升了13.33%,可有效改善华中区域数值天气预报系统对强降水的预报能力。

基于多元线性回归的区域中尺度模式温度预报释用研究

为评估上海区域中尺度数值模式对崇明本站温度的预报能力,对由模式直接输出的近5年(2014~2018年)的24h和48h本站温度进行检验,并以不同预报时效(24时和48时)的温度值作为线性回归的变量的方法进行本地化释用,得到:①模式整体存在日最低温度高估,日最高温度低估的问题,其中日最低温度的误差存在一个较明显的年循环,即在冬天高估问题显著,夏季则预报较好;日最高温度误差序列的年循环现象较为微弱,季节变化较小。②运用线性回归法,分季节得到的方程对模式产品的弱点有较好的改进,方程简单,便于预报员在日常工作中的使用。

GRAPES_MESO区域中尺度模式对贵州温度与降水预报的检验评估

利用贵州2017年实况高温、低温以及降水数据对GRAPES_MESO区域中尺度模式预报的温度与降水产品进行检验,结果表明:该模式对贵州高温预报能力较差,对低温预报能力较好,误差在2℃以内且预报稳定性较高,该模式在小雨预报方面有一定优势,对暴雨及以上降水预报能力较差。从贵州不同区域检验结果来看,该模式在温度预报上为安顺市最好、铜仁市最差,在降水预报上为遵义市最好、黔西南州最差。检验分析结果为进一步改进GRAPES_MESO区域中尺度模式,提高要素预报准确率提供一定依据。

华中区域中尺度业务模式水平风场预报能力的检验评估

利用经过质量控制的风廓线雷达组网资料(以下简称观测)对华中区域中尺度业务模式(WHMM)水平风场的预报能力进行检验评估,分别从总体、不同高度、不同风速以及单站等方面对全风速(wspd)、纬向风(u)、经向风(v)进行1个月(2013年5月)的统计分析。结果表明:(1) WHMM对风场具有较好的预报能力。其12 h和24 h的预报与观测的相关系数在0.6以上,通过α=0.01的显著性检验,12 h相关系数大于24 h的,预报风速整体存在负偏差,较观测偏小。随预报时效延长,风场的预报误差增大。u和wspd的预报能力好于v。(2)在垂直方向上,WHMM的wspd、u和v预报的均方根误差(RMSE)随高度先增加后减小,在1~2 km高度预报误差较大,4~5 km的预报误差较小。(3)按照风廓线雷达测风wspd间隔5 m·s-1将模式预报分组,在30 m·s-1以下不同速度分组中,WHMM 12 h预报的wspd、u和v与观测值的相关系数均大于24 h的,且通过α=0.01的显著性检验,12 h预报的RMSE大于24 h的,并随风速增加而增大。(4)从单站的风廓线来看,模式可以预报出站点上空风场随高度的变化趋势,广州站预报效果好于芜湖和秭归站。

利用区域尺度气象模式模拟黑河地区地表能量通量的研究

应用中尺度区域模式RAMS(the regional atmospheric model system),在40余组不同参数的条件下模拟中国干旱半干旱黑河地区的地表能量通量和土壤温度特征,并以此探索模式在干旱半干旱地区的适用性。为了证明模拟结果的准确性和模式的稳定性,模拟连续运行30天,其中包含晴好和阴雨的天气过程。模拟结果表明:即使使用较为可靠的NECP再分析气压层资料和实地探测资料,进行初始场和参数的输入,RAMS的默认设置也很难较为合理地反演出地表能量通量,只有合理地调整好其土壤特征参数,RAMS才能得到与实测资料符合得较好的结果。土壤特征参数对模拟结果影响较大,影响因子的重要性依次为:土壤含水量、土壤层总厚度、土壤温度。

基于SAL方法对一次区域性大暴雨过程多模式预报空间检验及误差分析

采用SAL定量降水预报检验方法,对2017年梅雨期一次区域性极端降水过程EC-THIN、RIOF、NCEP、CMA的高分辨率数值预报产品,从结构、强度和位置3个方面进行检验对比,同时对72 h内各模式降水预报稳定性开展检验分析。在此基础上,剖析了降水预报误差成因。分析发现:(1)在降水分布上,RIOF、EC-THIN和CMA预报的雨带走向与实况基本一致,NCEP预报主雨带范围偏大,暴雨区偏东;(2)雨区结构上RIOF和EC-THIN把握较好,NCEP和CMA在降水强度方面预报较好,位置预报上各家误差均较小,其中CMA误差最小;(3)EC-THIN和NCEP在结构、强度和位置预报上均有较好的稳定性。CMA在降水强度方面预报稳定较好,位置预报上调整较大。RIOF在降水结构预报上稳定性较好,落区预报上变化幅度较大;(4)降水预报误差根本原因是由系统预报误差而形成,系统强度、位置、移动直接影响着降水偏差。垂直物理量的预报偏差对降水时段、加强、强度也具有一定影响。

2020年CMA-GD模式萝岗站水平风场检验评估

为评估区域模式对华南水平风场的预报性能,利用2020年3月-2021年2月萝岗站风廓线雷达资料,对华南区域中尺度模式(CMA-GD)预报的萝岗站上空925~400 hPa 24 h内逐时水平风开展检验分析。结果表明:模式预报850~500 hPa风速较实况偏弱,925和400 hPa较实况偏强。通过不同天气分类检验发现,在一般降水天气下纬向风预报误差最小;在无降水天气下经向风预报误差最小;在强降水天气下纬向风和径向风预报误差均最大,呈现出在对流层低层西风预报偏强,南风预报偏弱的特点。

黑河地区近地面层辐射和温度的适用性模拟研究

为了检验中尺度区域大气模式在中国高原复杂下垫面区域气候模拟中的适用性,文中采用该模式在40余种不同的初始参数条件下模拟了1991年6月20日至7月20日黑河区域的近地面辐射收支平衡和空气温度。并分析了中尺度区域大气模式应用于中国西北部大起伏地形和高原地区复杂下垫面(HEIFE)的模拟能力。结果表明,在仅使用NCEP再分析资料、探空资料和常规地面观测资料(RAMS标准输入),而不根据当地特征调整区域大气模式初始参数的情况下,对近地面层的辐射收支和空气温度具有一定的模拟能力,但可能引发较大的误差;特别是地面向上长波辐射通量和2 m空气温度,其模拟结果与实测结果相差甚远。只有合理地调整模式的初始参数,主要是初始土壤层的温度和湿度,才能得到与实测资料符合良好的结果;而要进一步地模拟出这些物理量在复杂天气情况下的细致变化,则需要把土壤深度扩大到4 m左右,并使用较为可靠的数据初始化垂直非均匀的土壤湿度。