季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统(MCS)进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体(MCC),但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体(MCS-2)和带状β中尺度对流系统(MCS-4)的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能(CAPE)和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如"配料法"等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES(GRAPES_GZ)数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化(CP)方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的"灰色区分辨率"问题需要仔细考虑。

RMAPS模式预报总辐射的3种订正方法应用

为降低光伏功率预测中预报总辐射误差且探讨各类订正方法的适用性,分季节对比分析逐步回归、支持向量机(SVM)和相似误差订正(AnBC)方法对快速更新多尺度分析和预报系统短期预报总辐射的订正效果.结果表明,订正后明显降低了预报误差,一定程度上改善了预报总辐射分布较分散和偏大的情况.酒泉鸿坤光伏电站秋季逐步回归订正效果相对最佳(平均绝对偏差(M_(AE))降低4.56 W/m^(2)),冬季、夏季和春季均是AnBC效果相对最佳(M_(AE)依次降低10.33、12.71、44.27 W/m^(2));敦煌电建汇能光伏电站秋季和冬季均是SVM订正效果相对最佳(M_(AE)分别降低4.73和7.85 W/m^(2)),夏季和春季均是AnBC效果相对最佳(M_(AE)分别降低16.24和34.17 W/m^(2)).两座电站逐小时误差分布显示AnBC效果相对最佳;就各季节相对最佳订正方法而言,订正后春季提高时次百分比最高(酒泉鸿坤为73.88%,电建汇能为77.28%).晴天SVM订正效果最明显,非晴天AnBC效果最明显.

暴雨天气过程的中尺度系统预报分析

暴雨是各种尺度天气系统相互作用的产物，其中直接作用造成暴雨的系统是在大尺度环流背景上发展起来的中尺度系统。以2008年6月8～16日发生在河池市的三次强降水过程为例，对三次强降水过程的中尺度系统进行定性分析，结果发现：南亚高压、中高纬“两槽一脊”的环流型式和西太平洋副热带高压是本次过程的环流背景，锋面上的扰动、切变线、辐合线和低涡等中尺度系统共同作用产生了这次暴雨、大暴雨天气过程。

民航华北空管两代快速更新循环同化数值预报系统的检验评估

民航华北空管气象中心自主研发了第一代快速更新循环同化数值预报系统(NMC-RAP)和更新的第二代快速循环同化数值预报系统(NMC-HRRR)。针对2020年和2021年6~8月华北区域3次大范围雷雨天气过程的雷达反射率的预报结果,从雷达回波的空间分布、航空雷暴临近预报系统(Aviation Thunderstorm Nowcasting System,ATNS)评分、主要机场对流预警的预报效果等角度,对两代快速更新循环同化数值预报系统的预报性能进行了对比分析。结果表明:1)两代系统均能较好体现雷达回波的空间分布特征,回波强度也与区域雷达拼图实况资料比较接近。对于强回波中心落区这样的关键预报,NMC-HRRR总能体现出更大的优势,与实况更吻合。2)两代系统的弱回波预报的ATNS评分均优于强回波。其中,NMC-HRRR 0~9 h内预报的强、弱回波评分整体较高,特别是0~360 min和第540分钟的强回波预报,显著优于NMC-RAP。3)NMC-HRRR在预报对飞行有影响的回波开始出现的时间方面优势明显。对5个主要机场强对流预警的整体评估,定量证明了NMC-HRRR相较NMC-RAP,在强、弱回波的定时、定点预报准确率及其时空分布的改进都是有显著效果的。

中尺度灾害天气分析与预报系统(RAFS)首次在全国天气会商中亮相

中国气象科学研究院组织开发的“中尺度灾害天气分析与预报系统（RAFS）”2008年6月14日首次在全国天气会商中亮相，并于6月15日按业务运行方式进行试验。根据RAFS平台监测与预报产品做出了未来1～3天的预报意见，提出了我国雨带未来几天内可能的变化趋势。

基于ECFLOW实现华中区域快速更新同化预报业务流程

为了进一步满足华中区域对高时空分辨率数值预报产品的业务需求,为短临预报和精细化格点预报提供技术支撑,华中区域快速更新同化预报模式系统于2015年7月完成系统搭建并开始业务试运行,2017年12月又根据业务需要完成了系统结构的调整。由于该系统具有流程复杂,步骤繁多的特点,为了使调度监控更加直观,故障定位更加准确,系统维护更加高效,运用ECFLOW技术对整个预报系统进行了流程化调度开发,设计并实现了华中区域快速更新同化预报业务流程监控系统。该系统图形界面美观友好,流程结构清晰明了,故障定位准确且处理操作简单,可大幅提升业务模式运行监控及维护的工作效率。

美国NMC业务试用新的中尺度分析预报系统

为加强全国范围短期区域性和航空天气服务,一种新的天气分析和预报系统将在马里兰国家气象中心投入试用。该系统被称为中尺度天气分析预报系统(简称MAPS),是由科罗拉多州布德尔市的NOAA预报实验室研制的,它将使用一些加密天气观测的新资料。在用该系统进行州级尺度天气预报之前,先将它移植到国家气象中心进行较精密的试验。该实验室的Thomas Schlatter说:通过这种研究,

基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。

V-系统的快速变换算法

V-系统是L2[0,1]上的一类完备正交分段多项式函数系,由于其基函数的间断特性,在非连续信号的表达与分析上优势显著。然而,在目前的V-系统变换算法中,对于一个长度为N的信号,不仅需要事先生成并存储一个N阶的正交矩阵,而且其时间复杂度高达Ο(N^(3))。为实现对大规模数据的高效处理,从V-系统的多分辨率分析角度出发,设计并实现了V-系统的快速分解与重构算法,不仅无须存储额外信息,而且其时间复杂度仅为Ο(N)。测试结果表明,提出的快速算法能够满足大规模数据高效处理要求,为V-系统在更多领域的应用奠定了基础。

区域增强数值预报系统中的客观分析

主要介绍了在广州区域气象中心新建立的区域增强数值预报系统的资料分析处理方案。该分析方案的实施包含三个步骤：第一步以Ｔ６３模式的分析（或预报）作为初估场，进行多变量的最优统计插值（ＯＩ），将不同类型的观测资料插值到模式网格点上，同时分析增量满足一些简单的动力约束关系；第二步是对分析要素作单变量的逐步订正；第三步则是对分析场进一步做变分调整。通过这三个步骤，不仅可以使最终的分析场保留大尺度气象特征，而且可以将中尺度气象信息补充进来，分析变量之间还可以保持较好的动力约束关系。以９５０９号台风为个例，对其登陆前的台风环流场进行了分析，并作了预报，还与Ｔ６３分析的相应结果作了对比。

基于系统辨识的大尺度模型耐波性试验实船响应外推预报

实际海浪环境中大尺度模型耐波性试验是一种新型试验技术,具有风浪环境真实、模型航行范围开阔和尺度效应小等优点,解决了水池试验和实船试验中存在的一些问题。该试验技术是研究真实海况中船舶响应的有效方法,因此近年来得到了广泛的研究关注。然而该试验技术目前仍存在一些尚未解决的问题,如何将大尺度模型测试数据准确外推换算至实船响应是一项关键技术。为此,本文提出了基于时间序列分析的实船响应外推方法,根据大尺度模型在某海况下的波浪及模型响应测量数据,基于系统辨识求解船舶的非线性时域响应函数,进而外推实船在其他任意输入海况下的运动响应。

浙江省快速更新同化系统的建立与检验评估

浙江省快速更新同化系统(Zhe-Jiang WRF-ADAS Rapid Refresh System,ZJWARRS)基于WRF模式和ADAS同化系统(中尺度预报模式ARPS的数据同化系统)建立,每3h同化吸收最新观测资料进行短临预报。选取2014年夏季和台风"菲特"期间该系统的表现为例,评估该系统在日常降水和台风暴雨预报中的应用效果。结果表明,ZJWARRS对夏季降水的时间演变和空间分布把握较好,但预报总体偏强。对3h累计降水预报结果呈逐步修正趋势,体现了快速更新同化系统预报时效越临近效果越好的优势,预报水平较原浙江省中尺度数值预报业务系统有所提高。3h滚动更新对"菲特"路径预报修正效果明显。ZJWARRS能较好预报出台风降水强度逐渐加强后又逐步减弱的演变过程,但降水强度和范围存在低估,形态检验表明降水的结构预报和实况的相似度较高。

中尺度预报分析方法(节译)

一、前言近年来,天气预报准确率有了显著的提高,2-5天的预报尤为突出.如今三天的预报可与五年前两天的预报相妣美(Flood,1985).然而,更短时间的预报却改进甚微.目前,英国气象局提供的24小时天气预报的准确率是85%(Flood,1987).初看起来,这样的预报水平似乎很不错,实际上远非如此.正如Flood所说。

一次中尺度天气过程的诊断分析及预报

利用MICAPS及本场小图报资料和NCEP一天4次的再分析资料(2.5°×2.5°)和欧洲中心、日本、T639数值模式预报产品,对9月15日夜间至16日上午昆山市出现的一次明显降雨过程进行诊断分析得出,此次天气过程天气尺度系统影响不明显,主要以中小尺度系统影响为主,并且由于物理量场的高低层配置较差,指示性较弱,从而最终导致全市只有局部地区出现暴雨天气。此外,利用数值预报产品预报中小尺度系统活动存在局限性,需要通过对其它资料的分析进行弥补。

RUC产品在一次强降水预报中的应用分析

应用北京区域气象中心的快速更新循环同化预报系统(RUC)的模式产品,分析了2008年8月14日发生在北京地区的一次局地暴雨过程。结果表明,位于北京南面的对流云团在移入本市过程中进一步合并、发展,导致了本次局地强降水过程。RUC产品对局地性降水发生的时间和影响区域均有一定指示意义,比冷启动模式更有参考价值,局地非常规探测资料中包含的有利于降水的信息在8月14日03时起报的模式中起到了重要作用。

RAFS系统在华南中尺度观测与应用试验基地成功进行准业务运行

中尺度灾害天气分析与预报平台（RAFS）是国家973项目“我国重大天气灾害形成与预测理论和方法研究”成果业务应用的集成平台，它包括雷达反演产品、卫星反演产品、LAPS中尺度分析产品、AREMS中尺度暴雨数值模式以及GRAPES区域模式预报产品等监测、分析与预报产品，提供给广东省气象台业务使用。该系统有5个子系统构成，即多普勒雷达组网观测产品生成子系统、卫星遥感产品生成子系统（由卫星气象中心统一运行）、

主振荡型分析及其在中期天气预报中的应用

对于5天以上的中期天气过程的演变,大气低频变化(时间尺度为10-90天)起主导作用,这种由外源强迫(非均匀加热)和大气内部动力过程共同作用产生的低频振荡的形成和传播是大气运动的基本特征之一。因此,精确地建立低频动力系统模式,对于正确地预测各类低频模态的时空演变是重要的,从而提高5—15天中期降水过程预报的准确率。 一、主振荡型分析方法 实际大气的各类主要低频波动(时间尺度为10—90天)

简化中尺度动力学方程及其在预报中的应用

本文根据尺度分析理论,将大气运动方程作一级近似简化,得到了形式较为简洁、便于业务应用的涡度方程、散度方程和动能方程。根据这些方程,可计算出涡度、散度、动能等物理量的局地变化,由此可定性地估计出这些物理量场未来的演变趋势,为强对流天气预报提供一些有用的信息。

中尺度对流雨带飞机观测资料分析和数值模拟研究

本文使用MM5中尺度数值模式,采用不同分辨率(90、45、30和15km)相同的Reisner混合相微物理显示方案,及Betts-Miller和Grell的对流参数化方案,对2003年7月8日吉林省境内中尺度对流雨带天气过程进行了数值模拟试验。结果表明:不同尺度的天气系统,需要不同分辨率、不同参数化方案的中尺度模式进行模拟,提高模式的分辨率可以增强对含有对流的中小尺度天气系统的模拟和预报能力;模式的水平分辨率和对流参数化方案对模拟强降水中心有重要影响;当MM5模式分辨率提高时,模拟的细化给降水分布、降水强度带来一些改进,但主要雨区内也出现了一些虚假预报中心水平扩散;低层正涡度区,高层负涡度区的配合,对低层辐合上升运动有利、能促进对流发展;从散度场的分布特征看,低层850hPa的水平辐合区域强弱与降水的大小有密切关系,强水平辐合区与强降水区有很好的对应关系。因此,在MM5模式业务化时应该根据天气特点来选择模式分辨率和对流参数化方案,以使模拟结果更接近实况。