基于华东区域模式云南短时强降水客观预报技术研究

为提高云南短时强降水的预报效率和预报准确率,使用华东区域模式基础物理量数据,计算云南短时强降水发生前1 h 700 hPa相对湿度、700 hPa比湿、K指数和6 km垂直风切变,对短时强降水的历史个例进行物理量阈值训练和单物理量的敏感性实验,确定物理量阈值。使用阈值判定法,对华东区域模式实时预报数据进行后处理,得到基于小时雨量和物理量的云南本地化短时强降水客观预报产品。研究结果表明:使用阈值判定法研发的基于华东区域模式云南短时强降水客观预报产品能较好地预报云南短时强降水的落区和走向,但是基于小时雨量的短时强降水客观预报产品漏报明显,基于物理量阈值的客观预报产品能有效降低云南短时强降水的漏报率。

海南岛暖季区域数值模式降水精细化预报检验

应用面向降水过程的时空检验方法,评估了中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)、上海数值预报系统(CMA-SH9)和中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)的海南岛暖季(2019—2020年的4—9月)非台风降水日小时降水预报效果,结果表明:三家模式均能捕捉不同流场条件下的降水空间分布形态及降水日变化特征,但CMA-GD和CMA-SH9的降水频率和强度总体偏多偏强,其中CMA-GD降水频率偏多近10%,CMA-SH9平均小时雨强偏强近4 mm·h^(-1),CMA-MESO雨强在5 mm·h^(-1)以上的降水多分布在西南部和中部山区,与实况空间分布差异较大。三家模式降水预报最易开始和降水峰值时间平均偏早1~3 h,而降水最易结束时间偏晚1~3 h;模式的大气层高层露点温度和不稳定能量预报值偏大,不稳定能量出现时间偏早,近地层逆温层特征预报失真,降水预报的开始时间倾向于提前、降水持续时间偏长。三家模式的昼间海南岛北部沿海的海陆风辐合带预报偏强,其中CMA-SH9尤为明显,与该模式降水强度明显偏强特征相一致;CMA-GD的夜间南部沿海的海陆风辐合带预报位置偏西,与该模式西南部沿海降水频次预报偏多相对应;CMA-MESO的海南岛西南部和中部山区的风速辐合预报偏强,其降水预报强度也相应偏强。

Noah-MP陆面模式在华北区域数值预报应用的个例分析

目前华北区域实际应用的快速更新多尺度分析和短期预报系统(RMAPS-ST)耦合的陆面模式是Noah,Noah-MP是在Noah基础上发展的一种多物理过程陆面模式,其在RMAPS-ST中的应用效果值得深入探究。选取晴天、多云、降雪、降雨天气个例,在华北区域展开数值试验及分析,结果表明:(1)Noah-MP陆面模式相较Noah陆面模式在RMAPS-ST中有一定的应用优势,其对风速预报性能的改进比气温、比湿显著;(2)Noah-MP陆面模式的应用对晴天的气温、降雪天气的比湿以及多云天气的风速预报性能改进较显著,其中多云天气风速的预报准确率可提高约50.43%;(3)Noah-MP陆面模式的应用对气温预报性能的改进主要集中在山西中南部、河北中南部以及山东地区,对比湿预报性能的改进主要集中在山西中北部、河北北部,对风速预报性能的改进主要集中在山地附近;(4)Noah-MP陆面模式中冠层辐射传输、径流及地下水物理过程对北京地区比湿、风速的预报结果影响不显著,而湍流输送过程选择Chen97方案、径流及地下水过程选择SIMGM方案对地表能量通量模拟效果较优,且对气温的预报性能较好。

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月—2008年2月东北区域中尺度数值模式12 h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明:模式对东北地区秋、冬季降水有较好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。

雷达反演潜热在华南区域数值模式汛期短时临近降水预报的应用试验

为了评估潜热对短临降水预报的影响,基于雷达反演潜热的基础上,以2014年3月30日的强降水个例和2013年5月的31天为样本,进行了初值有无引入潜热释放引起位温增量的批量试验。(1)强降水个例模拟试验发现,初值引进潜热后预报的12 h累积降水中心与实况一致,预报的前4 h雷达反射率从范围、强度上更接近观测的反射率,逐小时TS比无潜热试验要高。(2)诊断分析表明模式初值引进潜热后,调整降水区域上空大气的温度结构,订正或加强次级环流,触发对流不稳定能量释放,利于成云致雨。(3)批量对比试验反映初值潜热对前12 h逐时降水预报一直保持正影响。

有限区域数值预报模式并行计算试验

该文介绍了在ＳＰ２上实现的一个有限区域数值天气预报模式。模式采用显式时间差分格式，通过标准的区域分割方法实现模式的并行化。

初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响

在一个已应用于海洋要素预报的有限区域海面风场预报模式的基础上，以渤海海域为实验海区，研究初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响。对“未采用初始化”与“采用初始化”方法进行了预报实验比较，结果表明，初始化方法对有限区域海面风场模式作用明显，尤其是海面风场的开始阶段，主要体现在海风与陆风预报能力的差异上．

一种针对模式预报场的精细化插值新方法

随着智能网格预报业务的深入发展,为了不断提高网格预报产品的时空精度和准度,同时让网格和站点预报产品保持一致性,通过研究提出一种既考虑了静态真实地形又考虑了大气动态垂直变率的快速插值方法(Fast Refinement Interpolation,简称FRI),并选择2022年1月1日到2022年3月31日的ECMWF和CMAGFS、CMA-MESO三个模式的3~36 h预报产品作为试验数据,开展了个例天气过程试验、FRI参数选取试验和长期插值检验对比。从长期插值检验和个例试验来看,FRI方法相对双线性插值方法具有明显优势,空间上,FRI方法能提高近地面2 m气温的空间插值精度,插值结果更加符合地形变化情况,时间上,FRI方法较双线性插值方法的2 m气温插值结果准确率明显提高,特别是在具有复杂下垫面的中西部地区。方法中的修正参数还能被作为检验模式三维预报场垂直变率的一种指标。FRI方法插值快速高效,具有明确的物理解释意义,它的提出为更精准的预报近地面气象要素提供了重要理论支撑。

基于目标对象的数值模式区域降水预报选优方法

针对业务上大量的数值预报产品如何快速选优问题,提出了一种基于目标对象的数值模式区域降水预报选优方法。该方法首先通过TS评分、重心位置、面积大小、落区形状预报评分的权重平均进行单个目标对象评分,在此基础上,进行区域预报总评分和预报选优,以局地分散性降水和大尺度降水为例进行对比试验以及3个月的批量试验。结果表明:该方法选优结果合理。单个目标对象识别匹配时加大TS评分权重(超过0.4)对选优结果有较大影响,能够提高选优结果的合理性。按照每个目标对象的面积权重评分计算区域预报总评分,是合理选出最优预报产品的关键。该方法对于局地分散性降水预报选优具有优势,可以克服传统TS评分的缺点。由于目标对象评分考虑了降水落区形状、重心位置和面积大小评分,其选优结果较单一TS评分更为合理。

华东区域模式对河南“7·19”特大暴雨的数值检验与分析

采用9 km分辨率的华东区域模式预报产品,对2016年7月19日发生在河南省的极端暴雨过程进行天气学检验与分析,结果表明:1)华东区域模式提前60 h对本次暴雨过程做出了较好预报,能反映出该暴雨过程的降水中心、强度及强降水发生时段。对临近时效和极端暴雨中心极值,该区域模式表现出优于全球模式的预报能力。2)华东区域模式能较好预报出本次过程中对流层中低层主要影响系统,但对系统位置、强度和移速预报与实况的差异导致了降水落区预报的偏差;西南急流预报较实况偏强是导致豫东南暴雨区空报的原因之一。3)华东区域模式对暴雨发生前K指数分布及不稳定层结有较好预报,对暴雨预报业务有重要指示意义。4)模式能较好地刻画出地面辐合线及气旋位置。

基于WRF-Chem模式的华东区域PM_(2.5)预报及偏差原因

介绍了基于WRF-Chem在线区域化学/传输模式和INTEX-B与MEIC人为源排放清单建立的华东区域大气环境数值预报业务系统,并利用PM_（2.5）监测数据评估了该系统在2013年11月1日~2014年1月31日和2014年11月1日~2015年1月31日2个细颗粒物高浓度阶段的业务预报效果.结果表明,华东区域大气环境数值预报业务系统具有较好的预报效果：2个阶段和3个时效（24,48,72h）的效果基本相当,不同阶段和预报时效的相关系数基本在0.7以上;各城市的相关系数基本在0.5以上,约1/2城市的平均预报偏差在25%以内,污染预报的CSI/TS评分达到0.55.预报效果呈现出一定的区域性特征,华东中北部相关系数较高,北部的偏差中值和均方根误差较大;不同城市之间的表现呈现出明显的差异.分类检验和重点城市检验的结果都显示,预报效果随污染程度加重而降低.数值预报多数较观测偏低,约3/4呈现负偏差,平均偏低20%~30%.气象-污染的双向反馈作用的不足可能是引起重污染预报效果下降的主要原因,人为源清单的不确定性也影响了其准确性的提升,因此还需要进一步提升该系统对高PM_（2.5）污染的预报能力.

中尺度灾害性天气预报方法通过鉴定套网格有限区域数值预报模式的业务应用达国际先进水平

由沈阳区域气象中心研究所主持、辽宁省科委下达的“七五”重点课题“辽宁省中尺度灾害性天气预报方法的研究”历时5年,于日前在沈阳通过了有关专家的技术鉴定.专家们认为,该课题具有较大的技术难度和较高的实用价值,居于国内同类研究的领先地位,实时预报业务系统和预报效果达到了80年代末的国际水平,其中套网格有限区域数值预报模式的业务应用达到了国际先进水平.

我国自主研制的全球/区域一体化数值天气预报系统GRAPES的应用与展望

介绍了中国气象局自主研制的新一代全球与区域一体化数值天气预报系统(GRAPES),着重讨论了该系统的全可压/非静力平衡动力框架,全球模式/区域模式一体化设计,半隐式-半拉格朗日差分方案,标准化、模块化、并行化、模式程序软件体系等核心技术特点。GRAPES系统已在国家级、区域级气象业务中心,以及一些大学和研究所得到应用,并在不断地完善和发展。

加密探空资料在华东区域业务模式中的应用试验

采用中国气象局2014年6月1日—30日14时加密探空资料,利用华东区域中尺度数值预报业务系统比较同化加密探空观测资料前后模式预报结果的差异。研究表明,同化加密探空资料后,对模式初始时刻不同高度的位势高度、比湿、温度、风速等变量均有一定的影响;对位势高度、温度和风场的影响在高层100—150 h Pa比较显著,而对比湿的影响主要体现在低层700—750 h Pa。同化加密探空资料后模式初始场更接近实况。批量数值试验的统计检验表明,同化加密探空观测资料后对强降水及形势场预报均有不同程度改进,24 h暴雨和大暴雨量级降水的预报技巧分别提高了2.5%和8.1%。

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。

高分辨率区域模式降水预报在云南的检验

为了解高分辨率区域数值模式降水预报在云南的预报效果和误差特点,针对华南中尺度模式、华东区域数值预报业务模式和中央气象台GRAPES-Meso模式对2017年9月—2018年12月云南降水预报进行检验分析。结果表明:华东模式降水预报效果整体最好,其降水的振幅接近实况,晴雨准确率也是最高,而华南和GRAPES模式空报率和漏报率普遍偏高。三种模式对滇东北、滇中西部、滇西北北部≥0.1 mm降水预报评分普遍较低,对滇南、滇西南、滇西边缘地区的评分普遍较高。在滇东北北部、滇中西部、及滇西北北部地区三种模式对≥10 mm降水TS评分普遍较低。对于≥25 mm降水,华东模式和华南模式在滇中、滇西地区的TS评分高于GRAPES模式。对于≥50 mm降水,华东模式和华南模式在滇东南、滇西南、滇西边缘及金沙江河谷沿线TS评分高于GRAPES模式。对于云南强降水天气过程,≥0.1 mm降水华南模式预报效果较好,但10 mm和25 mm以上量级降水华东模式的预报效果较好,≥50.0 mm则是GRAPES模式更具参考价值。

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。

城市区域大气质量数值预报方法的研究进展

文章着重介绍了城市区域大气质量动力数值预报方法的研究进展，分析讨论了数值预报系统中的大气物理－边界层动力学－大气化学变化机制相耦合的结构特点以及预报系统存在的不确定性因素。

我国区域数值预报业务发展与思考

近年来,区域数值预报业务快速发展,国家级和区域气象中心均建立了区域数值预报业务系统。通过对我国区域数值预报模式发展现状的调查,梳理了我国区域数值预报业务的建设成效,分析了区域数值预报目前存在的问题和面临的挑战,探讨了其未来的发展方向。

η坐标下有限区域数值预报业务化系统的介绍与应用

引进了大气所LASG—REMg坐标下有限区域数值预报模式，通过在近几年的汛期降水预报中的实际应用，取得了良好的效果。