城市空气污染数值预报系统CAPPS及其应用

城市空气污染数值预报系统CAPPS ,是在ADPIC的概念的基础上经过积分求得的大气平流扩散的多尺度箱格预报模型。它不需要污染源的源强资料就可预报出城市空气污染潜势指数 (PPI)和污染指数 (API) ,克服了由污染源调查本身具有的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来的困难。该文对CAPPS系统在北京市和上海市进行数值预报的结果进行了分析检验 ,并与国际上几种光化学污染预报模式的预报结果进行比较。结果表明 ,就预报值与监测值的线性相关系数来说 ,CAPPS系统的预报水平与其他发达国家的模式预报水平相当。此外 ,CAPPS系统的污染指数等级预报准确率 (北京市和上海市 )平均达到61 .5%。

城市空气质量数值预报系统对PM_(2.5)的数值模拟研究

发展了南京大学城市空气质量数值预报模式系统(NJU-CAQPS),在模式系统中引入了气溶胶模块.运用该系统对南京地区冬夏两季PM2.5浓度的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,通过与实际观测资料对比,检验发展后的模式系统对于细颗粒物的模拟性能.结果表明,南京市城近郊内冬夏两季PM2.5浓度具有明显的时空变化特征,一般在半夜和清晨会出现较高浓度,午后至傍晚浓度较低.冬季浓度高于夏季,冬夏两季算例的浓度日均值之比为1.51.空间分布受到排放源位置、地面流场等因素影响.二次气溶胶在PM2.5中占相当的份额,冬夏两季算例中二次气溶胶在PM2.5中所占比例分别为12%和15%,夏季二次气溶胶对PM2.5浓度贡献较冬季大.与实际观测资料的对比验证表明,经过发展的该模式系统对于城市PM2.5等颗粒物的模拟性能良好.

华中区域空气质量数值预报系统评估及气溶胶辐射效应的模拟研究

基于多种检验指标对2015年6月至2016年2月华中区域空气质量数值预报系统的6种污染物(PM_(10),PM_(2.5),SO_2,NO_2,CO,O_3)和AQI指数的预报结果进行检验评估,在确保模拟效果的基础上,通过敏感性试验研究区域气溶胶对地面气象要素的影响,结果表明:华中区域空气质量数值预报系统对湖北省6种污染物和AQI具有稳定且较好的预报效果。存在03预报较实况偏高,预报误差较大的问题,后期将通过误差订正来减小误差。对比CUACE模式预报效果表明,24～48 h的预报效果区域模式优于CUACE,72 h两个模式预报效果相当。气溶胶对地面气象要素具有一定的影响,对2015年1月9-12日的模拟过程而言,气溶胶的总辐射效应使地表接收太阳辐射减少7.740 W·m^(-2),2 m气温降低0.162℃,行星边界层高度降低16.457 m,相对湿度增加0.557%,10 m风速减小0.011 m·s^(-1),其中直接效应和间接效应各有一部分贡献,气溶胶对白天地面气象要素的影响比夜间大。由于区域接受太阳辐射减小、气温降低、行星边界层高度降低、风速降低、湿度增加有利于气溶胶吸湿增长等条件不利于污染物扩散,污染物浓度不断累积升高又促使气象条件的上述变化,由此产生了气象条件与大气污染之间的双向反馈作用。

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

南海海浪业务化数值预报系统检验

为检验南海海浪业务化数值预报系统的预报效果,利用2010年和2011年3—11月的观测资料,通过计算预报值和观测值的绝对误差、相对误差等统计参数和线性回归分析对南海海浪业务化数值预报系统进行检验。统计结果显示有效波高和平均周期的预报误差24 h<48 h<72 h,有效波高的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.5 m,平均周期的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.8 s;预报误差有明显的季节变化,10月和11月的预报误差显著小于其它各月;回归分析结果显示预报值与观测值存在中度高度线性相关关系,随着预报时效的增长相关度逐渐递减,预报值较观测值偏大。总体来说,该系统的预报误差在可接受的范围之内,满足业务化预报的要求,但与欧洲气象中心等发达国家的预报系统比较来看,该系统还存在较大差距。

沙尘暴天气数值预报系统及其预报效果检验

沙尘暴天气数值预报系统包括区域大气模式、陆面过程模式、风沙模式 (包括风蚀、输送和沉降模式 )和地理信息系统。用该系统对 2 0 0 2年 3月 2 0日和 4月 7日 2次沙尘天气进行了预报试验 ,利用地面观测资料和卫星观测资料对模式输出的主要沙尘天气预报产品进行了对比分析。分析结果认为 ,沙尘暴天气数值预报系统对沙通量、尘通量和垂直积分质量有很好的预报能力 ,但仍需改进陆面参数和沙尘气溶胶的初始值。

渤海海冰业务数值预报系统

海冰业务数值预报经过二年不断改进、完善和提高，目前已经建立了包括大气、海洋和海冰模式在内的数值预报系统及资料管理、业务预报和微机通信一体化的预报服务系统。海冰数值预报作为一种新的预报手段将产生显显的社会和经济效益。本文分别介绍海冰数值预报系统，业务运行，预报产品通信传输，资料管理和预报产品检验方案。

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式 ;针对人工影响天气业务特点 ,开发了模式预处理、后处理和产品服务系统 ;初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验 ,结果表明 :系统运行稳定 ,功能实用 ,对降水场和云场具有一定的预报能力 ;对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高 ;模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。

C波段雷达在新疆区域数值预报系统中的应用初探

基于新疆区域数值预报系统(Desert Oasis Gobi Rapid Analysis Forecast System,下称DOGRAFS),开展了同化C波段雷达资料对2010年10月6日发生在新疆的一次强降水过程预报结果影响的试验分析。试验设计包括不同化任何资料、同化常规资料、同化雷达反射率因子、同化雷达径向风、同时同化反射率因子和径向风5组试验,重点分析了雷达资料同化对此次天气过程降水、温度以及风速模拟效果的影响。结果表明:(1)同化雷达径向风和同时同化径向风和反射率因子相对于其他3组试验,对降水预报的TS和ETs评分更高;(2)相对于其他3组试验,同化雷达径向风和同时同化径向风和反射率因子对模式垂直方向上的温度、风速预报偏差具有一定的改善效果;(3)对于地面2 m温度和10 m风速而言,同化常规观测资料比其他4组试验预报的平均偏差和均方根误差更小;其它4组试验误差相当,差别不明显,表明同化雷达对近地面层温度和风的影响不明显。本研究旨在探索C波段雷达观测资料在新疆区域数值预报系统中的适用性,为今后雷达观测资料在业务系统中的应用提供参考。

上海3km数值预报系统数据传输与产品制作

在异地、异构的复杂网络结构中,采用防火墙的地址转换技术和传输过滤技术,实现了上海3km数值预报系统的数据安全传输。在数值预报产品制作中,运用VB语言制作"三定预报"图形,运用GrADS绘图软件制作形势预报图形,并将"三定预报"产品与采用GIS技术制作的上海地图相结合,实现了网站(网页)的调用形式。

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统。该系统具有较高的分辨率（水平格距４５ｋｍ，垂直分为１０层），并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的各类主要天气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验表明，其降水预报评分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差小于美国、日本等预报中心对各类热带气旋的平均预报误差。对前汛期暴雨和常规天气预报的评分也较高。

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WRF模式的雾霾精细化数值预报系统

阐述了基于WRF模式的雾霾精细化数值预报系统。模式设计为三层嵌套,产品输出时间间隔为1 h。WRF-CHEM预报区域、时效、精度与WRF气象模式一致。该系统对四类雾霾预报预警、能见度及相关物理量进行精细化预报。产品显示平台采用jsp+tomcat+mysql搭建平台,采用Mysql库保存网站数据,同时对系统的应用进行技术说明。

东海近海热带气旋及天气数值预报系统

以ＭＭ４模式为框架，研制并建立了东海近海热带气旋及天气数值预报系统，将对热带气旋的预报和一般天气的预报统一在一个模式中，并实现了业务自动化控制，自１９９４年台风季节起投入了业务试验和准业务的运行。结果表明：该系统对东海近海热带气旋路径、风场。

“亚洲沙尘暴及其数值预报系统”投入业务运行

该项目在亚洲沙尘暴的源区、发生、输送、沉降形式以及天气、气候和沙漠化因素对其影响程度等多个关键方面取得创新性研究进展。首次通过明确的证据指出，天气、气候因素而非沙漠化因素是控制亚洲和我国沙尘暴发生的主导因素。政府间气候变化委员会第4次评估报告中引用了此项目获得的四方面的成果：亚洲沙尘暴源区分布图，亚洲沙尘总释放量及对区域和全球的贡献，气候因素较沙漠化因素对亚洲沙尘暴有决定性作用，

区域大气成分数值预报系统(CAPPS-3)在全国推广应用

2005年中国气象局新技术推广项目“区域大气成分数值预报系统”开发了CAPPS第3版，将原来的单箱模式升级为与中尺度数值模式一致的网格化模式，可预报区域范围内的污染浓度分布；为区域气象中心和省级气象业务部门开展区域空气质量预报提供技术方法和业务平台。2006年5月CAPPS-3在中国气象局大气成分中心开始进行全国范围的空气质量业务预报试验，并建立了产品发布平台，每天发布SO2和PMIO的浓度预报图和预报结论，

“我国新一代多尺度气象数值预报系统”喜获国家科技进步二等奖

由我院数值预报研究中心开发完成的“我国新一代多尺度气象数值预报系统”获得2007年国家科技进步二等奖。“我国新一代多尺度气象数值预报系统”是国家十五科技攻关重点项目成果，也是我国在气象科技与计算机应用领域取得的重大科技成就。该项目自主开发了具有持续创新能力的完整气象数值预报体系，实现了我国数值预报技术整体跨越的目标。

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。

黄渤海海雾数值预报系统及检验方法研究

基于PSU/NCAR的WRF模式2.2版本,优选模式微物理过程和边界层方案,开发了海雾诊断程序,并将该诊断程序耦合到WRF模式中,建立了黄渤海海雾数值预报系统,对2007年6月30至8月1日多个海雾过程进行了连续业务预报试验。结合常规沿海站点和卫星监测资料的特点研究设计了能见度数值预报多种检验方法。结果表明:海雾数值预报系统可较准确地诊断(预报)海上能见度,特别是对大雾预报有较好的指导作用,具有一定的应用价值。检验方法的设计是目前海洋气象观测资料匮乏的有益尝试,能有效地控制数值预报产品的质量。

用于公路滑溜状况预测的数值预报系统

该文论述对丹麦公路站点滑溜路面状况进行自动预测的一个数值预报系统。该系统建立在由大气有限区域业务模式输入的路面状况模式的基础之上。在经过改进的、包括能对每个测站的通量资料进行订正的初始化程序中 ,使用了各公路站点观测的云量、温度和湿度等观测资料。该系统已在丹麦气象研究所答询业务中投入运行。目前 2 0 0个公路站点每小时的新的预报 ,可在5h前作出。两个选定时段的模式预报和业务运行结果表明 ,该系统具有潜在的优势。此外 ,本文还讨论了与准确预报公路状况等有关的问题。