北京地区夏季多模式降水预报的降尺度集成应用

以2008—2010年5—9月日本、德国、T639数值预报模式降水产品为基础,采取反距离插值的统计降尺度分析方法,将数值预报模式降水格点数据插值到北京西北、东北、西南、东南区域的延庆、密云、房山、观象台4个典型代表站点上;再结合统计分析,将夏季产生降水的天气系统分为西来槽、东北低涡、蒙古低涡、其他系统4种类型,采用预报准确率定级方法对各家模式配以不等权权重系数,从而建立北京地区夏季多模式集成降水预报模型,并用独立的样本对预报模型进行了业务试运行检验,检验结果表明:所建模型对降水预报的改进效果较好,优于单个数值模式降水预报。该模型的建立和应用方法为其他区域本地释用数值模式降水预报产品提供了一定的客观参考。

基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报

针对基于单模式陆气耦合模型在洪水预报中存在的不确定性问题,利用三种数值天气预报模式MC2、GEM与T213开展基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报研究。通过淮河流域2007～2009年3场暴雨洪水验证表明:基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报可以有效地减小不确定性、提高精度和稳定性;但基于多模式降水集成的陆气耦合洪水预报对小尺度局地强降水仍存在较大的不确定性,今后需对此展开进一步的研究,以给出更加稳定、可靠的洪水预报结果。

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。

基于分位数映射法的黑河上游气候模式降水误差订正

区域气候模式降水弥补了高寒山区气象站点稀少的缺陷,是水文模拟的重要驱动变量。然而,高寒山区模式输出降水的总量和频率都存在较大不确定性。因此,改进了用于降水频率纠正的分位数映射法(Quantile Mapping,QM),对中尺度数值预报模式(Weather Research and Forecasting model,WRF)模拟的黑河上游日降水输出数据进行误差订正。选取第95分位和第98分位降水量为阈值,选择2004-2009年为建模时段,2010-2013年为验证时段,使用分段拟合的方法建立传递函数,侧重于对极端降水进行单独订正。研究结果表明:该方法不仅对降水空间分布有明显的改善,对极端降水也有很好的订正效果。订正前模式模拟日降水与台站之间的均方根误差为3.41 mm·d^-1,绝对偏差为115.67 mm·y^-1,订正后均方根误差减少为3.11 mm·d^-1,绝对偏差有明显改善,为60.3 mm·y^-1。订正后流域内年降水空间分布更加合理,年降水量也更接近于观测降水插值结果,其空间相关系数由0.74改善为0.94。春、夏季订正效果优于秋、冬季,其中夏季订正效果较为明显,订正前降水偏差百分比在-0.1~0.1以内的区域面积仅占流域总面积的28%,而订正后占比增加至66%。同时,该方法对极端降水有较好的订正效果,减小了日降水强度(SDII)和极强降水量(R99p)的模拟偏差,订正后的第95分位模拟降水与观测降水插值的相关系数由0.15提高到0.48。本研究为站点稀少的黑河上游提供了一种更有效的误差订正方案,有利于为寒区水文研究获取更精确的降水数据。

T639模式降水预报产品在毕节市的检验和分析

分析毕节本站2013年6月1日至2014年7月10日逐日降水概况,利用毕节本站逐日降水资料对T639模式降水预报产品进行本地化检验,结果表明:T639模式降水预报产品在毕节各检验时段内的晴雨预报准确率较不高,在45-50%之间;但随着预报时效延长,其准确率仍能稳定维持。通过对T639模式降水预报空报率和漏报率的统计分析,发现在毕节T639模式降水预报出现的错误以空报为主;并通过定量分析,得出当T639模式降水在毕节预报小雨量级的降水时,出现空报的概率最高。

数值模式降水预报对云南地区预报效果和误差的影响

云南地区的降水情况较为复杂,需要使用较高的预报技术进行降水预报,数值模式降水预报能够起到良好的实际效果。数值预报技术,是在计算机性能不断提高的基础上不断建立的,同时以数值预报技术为基础的全方位现代综合气象预报系统也全面建立起来,为气象工作者进行天气预报的相关工作提供了良好的前提条件和技术支持。全面的分析和研究数值模式降水预报对云南地区预报效果和误差情况造成的影响,能够为不断提高该项技术的应用效果,降低其误差起到重要作用。

雷达估测降水与风暴尺度模式预报降水检验及分析

本文将局地分级平均校准法从单站雷达移用到组网雷达,选取SWAN组网雷达组合反射率因子产品与雨量站降水数据,计算了6次区域性暴雨天气过程的定量估测降水(Classified Quantitative Precipitation Estimation,CQPE),在对CQPE和SWAN小时定量降水估测产品(SWAN-QPE)进行站点检验的基础上,利用雨量站实测降水、CQPE对风暴尺度模式(CQSSRAFS)的降水预报产品进行检验评估。结果表明:(1)CQPE总体略偏弱,SWAN-QPE总体偏强,且从比率偏差(BIAS)、平均绝对误差(MAE)、相对误差(RAE)、均方根误差(RMSE)、相关系数(CC)等评估检验参量看,CQPE均优于SWAN-QPE。(2)雨量站实测降水、CQPE对CQSSRAFS预报降水的检验结果是一致的。在时效上,该模式预报能力随预报时效的延长而减弱,尤其是第9个小时之后减弱更明显。在降水量级上,该模式预报能力随着降水量级的增大而减弱。相比于雨量站实测降水对CQSSRAFS预报降水的“点对面”检验,CQPE对其“面对面”的总体样本检验更具有代表性。

基于频率匹配法的中国降水多模式预报订正研究

基于TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心、日本气象厅、美国国家环境预报中心及英国气象局1~7 d日降水量预报以及中国自动站观测资料与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集,利用频率匹配法(Frequency-Matching Method,FMM)对中国降水预报进行客观订正。首先利用卡尔曼滤波方法对降水频率进行调整,并根据不同区域降水强度差异将全国分为7个子区域分别进行频率匹配。结果表明,FMM可以有效减小降水量预报的误差。经过频率匹配法订正后各模式降水预报的平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)大幅减小,且订正后各量级降水的雨区面积更加接近实际观测值。FMM对小于5 mm和大于15 mm的降水预报技巧改进明显。此外,FMM降低了模式预报的小雨空报率和大雨漏报率,并且明显提高了晴雨预报的准确率。FMM明显消除了大范围小雨空报区域,但是对强降水预报FMM仅能调整降水量大小,强降水落区预报并不能得到明显改善。

气候变化对滦河流域水资源影响的水文模式模拟 (Ⅰ)降水径流模式系统(PRMS)介绍及其在滦河流域的移植

简单介绍了引进美国地质勘查中心发展的降水径流模式系统 (PRMS)。认为PRMS模式具有多种模拟功能 ,包含的物理过程也较全面 ,是当前世界上较好的水文学模式。将PRMS模式系统移植到滦河流域 ,并对其模拟能力进行了初步检验。结果表明 ,模式系统在我国滦河流域的移植比较成功 ,而且能够较真实地再现滦河流域河川径流量及水资源其它分量的年际及季节变化 。

云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用

对云降水和人工影响天气催化数值模式的发展和应用进行了概述。云降水模式包括总体水模式和分档模式。催化模式分为成冰剂、吸湿性催化剂和致冷剂催化模式。部分云模式和催化模式与中尺度天气模式实现了耦合。云降水模式在人工影响天气中得到了广泛应用,并在人工影响天气外场业务作业中发挥了重要作用。

NCC_CGCM模式的我国夏季降水集合预报方法效果评估及改进

通过对国家气候中心全球海气耦合模式(NCC_CGCM)1983～2006年48个不同初值样本的我国夏季降水预报(回报)、等权重集合预报及二次非线性订正预报的评估效果比较,其中订正预报的平均效果比等权重集合预报的平均效果好,但总体平均预报效果都不高。在评估中发现,48个样本在不同地区的预报效果的差异显著,正相关显著区域出现的位置各不相同,有的样本出现在江南,有的出现在东北,还有的出现在黄淮等地,因此提出了用历史回报的相关系数构建新的集合预报。试验表明,新集合预报的平均效果优于等权重集合预报、二次非线性订正预报和业务系统中现有的集成方法。

西藏高原一次冰雹天气云降水模式预报产品检验

利用FY-2G卫星反演云特征参量产品、MICAPS高空和地面形势场、逐小时地面降水和探空数据等资料,从云的宏观、微观结构及垂直结构和降水方面对2016年6月22日19:00-20:00拉萨市短时冰雹天气发生期间的GRAPES_CAMS云降水模式预报结果进行高原地区适用性检验。结果表明:(1)模式能够预报西藏地区的降水落区分布,对强降水中心和降水强度的预报存在一定偏差;(2)模式能较好地预报云系发展演变,在云系移速、移向上预报结果与实况基本一致,对云系发展旺盛程度的预报有一定偏差;(3)模式能较准确地预报高原对流云宏观特征,对流云的垂直发展预报结果比实况弱,云顶高度偏低1.0~2.0 km,云顶温度偏高10~20℃;(4)在云垂直结构特征上,模式预报与卫星、高空监测较为吻合,云的冷暖性质、垂直结构、特征温度层高度与实况接近。

雨水径流蓄利用系统中次降水模式的研究

优化设计雨水径流集蓄利用系统必须以次降水为基础，该文采用水文频率计算适线法进行年降水量的分析计算，选用随机相关解集模型法分析计算灌溉年度内的各时段降水量，利用同倍比缩放法确定各时段降水量的次降水量。应用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制的次降水模式程序，解算十分简便。

小冰期时中国南方地区降水模式的差异研究

小冰期是过去一千年中全球气候变化的重要事件之一。关于小冰期时中国季风区和西风影响区气候变化的对比研究众多,但是缺乏中国南方地区降水模式时空差异的研究,难以了解中国南方地区降水变化规律。为了系统地了解小冰期时中国南方地区降水的复杂性,本文将中国南方地区划分为东南—华南沿海地区、中部地区以及西南地区三个区域,总共选取了19条高分辨率的古气候记录进行对比研究,主要有以下几点认识:(1)相对于中世纪暖期而言,小冰期期间中国南方东南—华南沿海地区的气候偏湿,这可能与雨带在中国南方的滞留时间延长和沿海地区受台风的影响增强有关。(2)中国中部地区秦岭南麓和神农架高山林区在小冰期时期主要呈"冷湿"的模式,差异在于秦岭南麓区域主要在小冰期中后期偏湿,这与中部其他区域偏"冷干"的模式不同。这种区域差异可能是由于地形地势和大气环流的复杂性导致。(3)中国西南地区受印度夏季风和东亚夏季风的共同影响,且该区域地形复杂,其气候变化在小冰期时期存在更加明显的空间差异,没有呈现出比较一致的降水模式。与小冰期期间的降水变化不同的是,近30年东南—华南沿海地区除了台湾和雷州半岛,其他区域降水明显减少,可能受气温和人类活动等因素的影响。通过结合高分辨率的古气候记录,我们系统分析了中国南方小冰期的干湿模式在时空上的差异及其可能的影响因子,这对于认识小冰期时中国南方不同区域降水的复杂性及未来旱涝灾害的防控具有一定意义。

基于AquaCrop模型的玉米需水和降水匹配度变化特征研究

雨热同期为我国大部分地区农业生产提供了充足的水热资源,但从需水机理的角度评估作物生长和降水过程匹配度的变化特征还有待深入。基于AquaCrop模型模拟了关中地区1978-2017年夏玉米生育期内需水量、灌溉需水量、有效降水量和产量的变化特征,并在充分考虑玉米不同生育阶段对水分需求程度差异的基础上,分析了作物需水与降水匹配度的变化特征。结果表明:关中地区玉米生育期内累积降雨量变化幅度相对较小,但降水过程明显后移,且更多的以暴雨的形式发生;玉米生育期内需水量和灌溉需水量均呈现明显的增加趋势,增加幅度分别为4.10 mm/10a和13.38 mm/10a,而有效降水量则以-10.28 mm/10a的速率减小;玉米生育期内需水与降水的平均匹配度为58%,且整体以-2.7%/10a的速率下降。上述结果表明关中地区降水模式越来越难以满足夏玉米的水分需求,延迟播种可作为提高作物需水与降水匹配度的应对措施之一。

武汉市基坑降水模式分析

武汉市基坑数量、规模和开挖深度都呈急剧增长、加大之势。在不同的地貌单元,地层岩性组合大不相同,加之紧邻长江,其地下水系统十分复杂。按地下水埋藏条件,可分为上层滞水、潜水和浅层承压水和深层承压水。降水问题关系着基坑工程的成败。文中结合多年来的工程实践经验,根据地下水类型、隔渗帷幕和井管降水的布置位置,将基坑降水模式归纳为:对于潜水含水层有不设隔渗帷幕的坑内降水模式、落底式帷幕+坑内降水模式2种类型;对于承压含水层有不设隔渗帷幕的坑内降水模式、落底式帷幕+坑内降水模式、悬挂式帷幕+坑内降水模式和悬挂式帷幕+坑外降水模式等4种类型。该基坑降水模式对基坑降水的设计计算、施工均具有重要的现实意义。

单站短期降水预报曲线分型判别模式方法初探

通过对阿合奇县春季33年逐月14时压、温、湿及状态参数距平曲线图与降水直方图的统计普查分型,选取与降水天气配置较密切的升压降温增湿曲线型,用逐步回归分析方法建立了该型的多级逐步回归方程曲线分型判别模式,作为该县春季短期降水预报的一种模式方法,预报效果显著.

数值降水模式预报在尼尔基流域应用的精度分析

文中借鉴洪水预报的精度评定方法,对中国洪水预报软件提供的尼尔基流域数值降水模式预报与实际降雨进行计算,对数据的相关性、确定性系数、偏大、偏小误差进行数值统计,经对比分析,预见期1 d时,欧洲模式预报较好、2～3 d时日本模式预报较好,3 d后的模式预报,基本无参考价值。

2种降水预报模式对邵阳市降水预报检验分析

运用统计分析方法,利用邵阳市2007年8—12月共5个月的降水资料,对T213数值预报产品预报进行了分析检验,并与过去应用的日本FSAS模式进行了比较,结果发现:T213的降水预报产品预报能力高于日本FSAS模式,在不同的月份、不同的天气系统影响下,其预报准确率有所不同。并指出在实际工作中,结合天气形势、预报员的实践经验以及其他预报方法进行订正,能大大提高预报准确率。

ECMWF极端降水指数对2016年夏季华东地区极端降水预报的检验

选取2016年6-8月华东地区降水资料,在分析检验欧洲中期天气预报中心(ECMWF)极端天气指数(EFI)与ECMWF降水预报效果的基础上,提出采用EFI的极端降水指数来改进ECMWF高分辨率模式降水预报的方法.结果表明,华东地区6-8月极端降水主要发生在华东沿海和华东中西部地区,在6月份开始增大,6月底达到最大,后又减小,但最大值略有不同,在7月底至8月初达到一个更高的峰值,随后缓慢下降.EFI极端降水指数对2016年6-8月华东地区的历史极端降水95%和99%分位值有一定的预报能力,但对历史极端降水最大值的预报能力相对较差.随着预报时效的增长,预报效果也随之降低.EFI极端降水指数对极端降水预报的ETS评分整体高于ECMWF高分辨率模式降水,并对极端降水最大值也有一定的预报能力.用EFI极端降水指数改进的ECMWF高分辨率模式降水,对华东地区95%和99%分位值极端降水的预报准确率均有不同程度的提高.