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。

卫星微波辐射资料同化在新疆降水预报中的应用初探

基于新疆区域同化预报系统(简称"DOGRAFS"),选取新疆伊犁河谷地区2016年7月31日—8月1日的强降水过程,利用常规观测资料和卫星微波辐射资料进行同化敏感试验,其中控制试验仅同化常规地面和探空资料,敏感试验在常规观测基础上分别增加微波温度(AMSU-A)、湿度(MHS)和温、湿度(AMSU-A、MHS)资料,并对2016年7月进行连续试验,以初步探究卫星微波温、湿度资料同化对新疆降水预报的影响。从关键要素增量的垂直和水平分布来看,仅同化AMSU-A资料与同时同化AMSU-A和MHS资料对初始场温度、位势高度和湿度的调整均比较显著,其低层温度和位势高度为正增量,中、高层为负增量,湿度场增量中心集中在800—600 h Pa。而仅同化MHS资料对温度和位势高度的影响较小,对湿度场有所"微调",但可更好地修正补充降水过程中的水汽信息。从降水预报和客观检验结果来看,同化AMSU-A资料总体为负效果;而同化MHS资料对于整个降水落区和大阈值降水的预报均有明显优势。

雷达反射率三维拼图观测资料在北方区域数值模式预报系统中的同化应用研究

以业务应用为目标,开展雷达反射率三维拼图观测资料在北方区域数值预报系统中的同化应用研究。采用雷达反射率间接同化方法同化北方雷达反射率拼图观测资料,重点关注其对降水、湿度、温度及风的预报能力影响。首先,基于2017年8月雷达拼图观测资料批量同化和对比试验,对雷达拼图资料同化应用效果进行定量评估,结果表明雷达拼图资料同化虽然加大了地面风场预报误差,但在降水预报和湿度、温度预报等方面有明显的改善作用。其次,选择在业务中预报难度较大的强降水个例开展分析研究,分析表明:(1)同化雷达拼图观测资料有效提高了模式降水预报性能,临近降水发生的循环起报时次预报效果更好;(2)对于短时间多次强降水过程发生的预报,循环同化雷达拼图资料可及时弥补模式中由于前次降水导致的水汽、能量等消耗及热/动力条件削弱,持续支持降水系统发展。最后,通过考察雷达反射率的不同同化方案,发现同化反演水凝物或者估计水汽均能改善模式降水预报性能,但是同化估计水汽对降水预报性能的改善更为明显,联合使用两方案能同时对水凝物分布、热力场等进行调整,可提高模式降水预报性能。

对流天气系统自动站雨量资料同化对降雨预报的影响

利用GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统)三维变分同化系统,针对对流天气系统特点,用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子,同化广东省自动站记录的对流天气系统的雨量资料,并且与同化探空资料进行了比较。在雨带有明显改进的区域,分别同化这两种资料都可以调整大气低层水汽辐合增加(或辐散),对流层中下层增暖增湿(或变冷变干),从而增加(或减少)降水,表明降水的同化方案对初始场的调整在一定程度上符合探空观测。进一步讨论同时同化这两种资料对暴雨预报的影响,结果表明同化自动站降水资料对暴雨系统短时预报有正面影响,同时同化这两种资料,可以弥补资料的不足。

2017年乌鲁木齐区域数值预报业务系统预报性能检验和评估

基于乌鲁木齐区域数值预报业务系统,运用MET检验工具,对2017年各季节业务模式预报性能进行客观检验。结果表明:(1)2 m温度日间预报温度整体偏低;冬季预报温度偏高,其他3个季节温度预报整体偏低。10 m风速所有季节预报风速均偏大。相较2016年,2017年冬季和秋季2 m温度预报精度提高,春季和夏季预报误差增大;春季和秋季10 m风速预报精度提高,冬季和夏季预报误差增大。(2)夏季、秋季高空温度预报误差小,在3.0℃以内,温度预报整体呈冷偏差;不同季节高空位势高度随高度增加误差增大,误差约在6.5～12.0 gpm,预报高度比实际高度偏低;不同季节高空U、V风随高度增加误差先增大后减小,均方根误差分别为2.4～6.2 m/s和1.8～5.2 m/s,U风预报整体比实况偏小,V风预报整体比实况偏大。(3)日间Ts评分高于夜间;冬季大阈值降水漏报率较高,12.1 mm阈值降水Bias评分仅为0.2,秋季大阈值降水空报率较高,12.1 mm阈值降水Bias评分在2.0以上,夏季空、漏报率较低;在新疆地区,4个时段中14—20时、20时—次日02时空报站点数多于漏报,14—20时空报率最高,02—08时漏报率最高,08—14时晴雨预报以漏报为主。相较2016年,2017年降水Ts评分整体提高。

GRAPES全球三维变分同化系统——基本设计方案与理想试验

中国气象局数值预报研究中心开发了一个全球和区域统一框架的格点三维变分资料同化系统(GRAPES3D-Var)。作者给出全球版本的方案设计,采用单点观测试验检验方案设计的合理性和正确性。全球方案选择流函数、速度势、非平衡高度和相对湿度作为分析求解的控制变量,用线性平衡方程作为质量场和风场的动力约束,通过预调方法解决背景误差协方差矩阵阶数过大和难以求逆的问题,其中垂直变换和物理变换以及观测算子设计等方面与区域方案相同,但预调的水平变换采用球谐函数谱滤波表示背景误差协方差的水平相关模型,避免了递归滤波在高纬和极区因相关尺度过大无法实施的问题。另外,设计了一个使极区插值和差分计算完全闭合的网格以及相应的算法,解决了极点分析问题。单点观测理想试验结果表明,GRAPES 3D-Var系统能够合理给出全球任何地区的分析。

MM5在上海区域气象中心数值预报中的改进和应用

以国家气象中心数值预报产品为依托 ,根据上海区域气象中心计算机资源配置情况 ,用NCAR- PSU/ MM5V2作为动力框架 ,确定了侧边界嵌套方案、积云参数化方案和边界层参数化方案 ,研制了资料分析同化方法和预报结果后处理方法及产品显示软件 ,建立了上海区域气象中心第五代数值预报业务系统 ,可提供华东地区 1 38个城市每 3h一次的地面要素预报 .半年多准业务运行表明 ,预报效果较好 。

集合变分混合同化方案在快速循环同化系统中的应用研究

基于北京市气象局快速循环同化系统RMAPS-ST以及对流尺度集合预报系统RMAPS-EN,构建了En-3DVAR集合变分混合同化系统,将该系统应用到业务快速循环同化系统中并进行试验,分别在冷启动与循环启动环境下对比了混合同化系统(Hybrid)与三维变分(3DVAR)的同化预报效果。获得的结论如下:单点试验结果表明,混合同化系统分析增量的分布与集合预报离散度分布具有较好的对应关系;在冷启动和循环启动中,三维变分的分析增量都表现出各向同性的特点,混合同化分析增量均表现出一定的流依赖特征;降水个例分析表明,在冷启动环境中,Hybrid与3DVAR效果相当,而在循环启动中,Hybrid的降水预报相对于3DVAR有较明显的改进效果;批量试验检验结果表明,冷启动中,Hybrid与3DVAR的评分大致相当,而在循环启动中,Hybrid相对于3DVAR的评分有明显改进;集合离散度和背景场误差的相关性分析表明二者在循环启动环境下具有更好的相关性。

中国气象数值预报系统技术创新研究

项目启动以来,经过课题组成员一年半卓有成效的努力工作,各课题都按照项目专家组批准的年度计划,顺利开展了研究工作.

全球区域同化预报系统在台风移动与登陆预报中应用

全球区域同化预报系统为中国新一代数值天气预报模式.使用全球区域同化预报系统模式产品和常规观测资料,模拟预报了2005年4个登陆强台风,得到全球区域同化预报系统模式对于台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面的预报能力的初步评价,为应用全球区域同化预报系统模式进行台风天气预报和分析以及对于模式的进一步改进提供一些有意义的依据.结果显示,全球区域同化预报系统模式预报的台风路径24 h平均距离误差小于150 km,48 h平均距离误差小于200 km.模式预报台风强度偏弱,原因在于模式的初始场对台风强度的描述远低于实况,下一步需要改造模式初始场.

GRAPES与日本模式对东莞单站预报效果的对比

利用统计检验方法,对2011年前汛期(4～6月)GRAPES区域中尺度模式与日本GSM全球谱模式东莞单站的逐日降水和气温预报进行定量检验和对比。结果表明:降水预报GRAPES区域中尺度模式略优于日本模式;对于前汛期由锋面低槽和季风槽引起的明显降水过程,GRAPES区域中尺度模式预报好于日本模式,且两个模式都对锋面低槽降水预报优于各自对季风槽降水预报;对日最高气温的预报,日本模式比GRAPES区域中尺度模式表现的更加稳定,对日最低气温的预报,日本模式具有较好的参考性。

吉林省内WRF模式对辽源地区24小时降水预报能力检验

WRF数值气象预报模式系统是美国气象界开发的新一代中尺度气象研究与预报数值模式及同化系统,设计用于1～10km格距的模拟,为理想化动力研究以及完整物理的数值气象预报与区域气候模拟提供共同框架。文章通过已本地化的WRF模式对辽源地区降水预报进行检验分析,找出吉林省内WRF预报结果对辽源地区一般性降水、晴雨、降水量级的预报能力,得出一些有意义的结论,对数值预报本地化应用,具有一定参考价值。

江西省多模式热对流降水预报对比分析

通过对比EC数值预报模式、华东区域模式中尺度系统、华东区域模式快速同化更新系统、JXMESO模式4家模式系统预报与2019年7月18日至8月13日每日14:00—20:00午后热对流降水实况。结果表明:EC对午后热对流落区预报有较好的准确性,但降水强度预报偏差;华东区域模式中尺度系统和JXMESO在落区和强度预报上则都缺乏一定的准确性,JXMESO更是多次空报;华东区域模式快速同化更新系统则有较好的准确性,其预报的雷达反射率和低层风向产品有较好的指示意义。

高分辨率短临模式在一次极端降雨过程中的定量检验

以2018年严重影响广东的一次极端季风低压降雨过程为研究对象,基于邻域法,对Grapes-1km短临模式预报降雨的极端性、站点预报能力进行定量检验。结果表明:(1)模式对降雨峰值时段的极端降雨具有一定低估,但是提前量越小,相对偏差的绝对值和均方根误差越小。(2)模式性能与降雨范围的局地性有一定的相关性,局地性降雨时段,模式预报的偏差较大。(3)分区检验结果显示,模式低估了站点降雨量,尤其是强降雨区域。(4)分级检验结果表明,模式晴雨预报调整不明显,而当降雨阈值提高后,模式调整效果更明显。(5)邻域范围内模式命中强降雨的相对位置显示模式预报降雨系统较实况移速偏快。(6)模式在临近时次的调整较为明显,调整效果较好。

文摘

(英文文献)WRF中尺度数据同化系统在2007-2009年春季强天气事件中的应用——Application of a WRF mesoscale data assimilation system to springtime severe weather events2007-09.Monthly Weather Review,2012,Vol.140,No.5.

我国12.5公里分辨率全球模式核心技术完成开发

中国气象局数值预报业务在开放合作、模式研发等方面取得重要进展。目前,我国12.5公里分辨率数值预报全球模式及集合四维变分同化系统核心技术开发已完成。自去年9月成立中国气象局地球系统数值预报中心以来,中国气象局数值预报业务模式性能稳步提升,全球模式、区域集合预报模式相继完成业务系统升级并实现系统切换。