短期集合预报技术在梅雨降水预报中的试验研究

数值预报的误差来源于初始场和模式的误差 ,集合预报技术是减小这些误差的有效方法。该文以MM5模式作为试验模式框架 ,模式的积云参数化方案分别取Anthes Kuo、Grell、Kain Fritsch和Betts Miller方案 ,边界层参数化方案分别取MRF和Eta方案 ,通过组合 4种积云参数化方案和两种边界层参数化方案产生 8个集合成员 ,对 1 999年华东地区梅雨期间 3个降水个例进行 48h集合预报试验。结果显示不同集合成员的预报结果各不相同 ,积云参数化方案对降水的影响比边界层参数化方案对降水的影响大 ;不同集合成员预报降水的偏差也各不相同 ,大多存在湿偏差 ,量级小的降水的湿偏差程度比量级大的降水的湿偏差程度小 ;对于不同个例 ,各成员中预报效果相对较好的成员是不同的 ,集合平均后可以得到一个比较稳定的预报结果 ;从集合预报结果中还能得到客观化和定量化的降水概率预报 ,它能对可能发生的天气现象发出信号。

短期集合预报中定量降水预报集合方法初探

针对短期集合预报中集合平均等方法对极端天气事件预报能力低下的缺陷,提出一种定量降水预报集合方法,简称两步法。该方法首先采用逐级归并法确定集合成员的总体相似度,进而确定集合成员预报场的延伸半径,对各成员的预报场进行修正,然后根据每个成员与其他成员的相似程度,确定各成员的权重系数。这个方法既考虑了集合成员总体的差异性又考虑了降水的概率分布。试验证明,通过上述两步得到的定量降水预报,对提高极端天气事件的预报确率有一定效果。本方法无需历史资料,能很好适应集合成员的改变,实现方便快捷。

AREM短期集合预报系统及其降水预报检验

基于我国科学家自主开发的AREM区域中尺度模式,考虑模式初值和侧边界条件的不确定性,采用BGM方案,建立有11个成员、37km分辨率、覆盖全国区域的短期集合预报系统,并将其于2009年汛期投入准业务化试验,进行了连续2个月的预报结果检验。结果表明:由于能提供更多预报信息,集合预报系统优于单一确定性预报,集合平均预报对评分的改进主要表现在暴雨以下量级,概率预报高于集合平均和控制预报,因而更具参考价值;利用多种集合产品对降水过程进行综合分析,能提高决策预报的科学性。

基于BGM框架的短期集合预报扰动典型规律研究

采用增长模培育(Breeding of Growing Modes,BGM)法开展有限区域模式短期集合预报研究,亟需解决的问题是集合预报扰动的发展及演变。因此论文结合经典的适时缩放培育思想,利用增长模培育法,基于WRF3.6模式(采用WRF-ARW),开发和构建了一个包含水平风场、垂直速度、位温扰动、位势扰动和水汽混合比共6个基本物理量的区域短期集合预报系统(WRF-EPS)。在此基础上,以2016年6月整月我国南方大范围暴雨为样例,针对扰动发展与演变的典型问题进行了探讨。试验结果表明:1)模式大气高、中、低三层的物理量扰动增长可以分为两个阶段,第一阶段为扰动快速线性增长,该阶段内扰动快速完成全部涨幅;第二阶段为非线性稳定阶段,从快速线性增长过渡到非线性稳定阶段大约需要24 h。2)各物理量的扰动增长率、相关系数以及增长模进入非线性稳定阶段的时间大致相同,但对于同一等压面不同物理量或同一物理量不同等压面,每个参数达到非线性稳定后的数值大小及演变规律存在差异,且随时间演变均伴有日内振荡现象。3)对于扰动振幅相同但初始随机模态不同的初值集合,不同随机模态对扰动培育的影响主要是在扰动的非线性稳定阶段,而在快速的线性增长阶段,它们之间的差异很小。4)对于初始随机模态相同但振幅不同的初值集合,不同扰动振幅对扰动演变的影响主要是在扰动的快速线性增长阶段,而在非线性稳定阶段,它们之间的差异很小,并且不同初始振幅对扰动进入非线性稳定阶段的时间基本没有影响。

WRF模式对中国东南地区的多参数化短期集合预报试验

本文采用物理过程扰动方法,针对中国东南地区建立了基于Weather Research and Forecas-ting(WRF)模式的短期集合预报系统.利用美国国家环境预报中心全球数据同化系统的高空资料和预报区域内1000多个站点(包括基准站、基本站和一般站)的地面观测资料对短期集合预报系统2010年5、6月份的预报结果进行了检验,分析了物理过程参数化方案和集合平均方法对气象要素预报效果的影响.结果表明:基于WRF模式的短期集合预报系统对我国东南地区高空及地面要素有一定的预报能力.从单个模式成员和集合平均的结果来看,在整个预报时段(60h)内都能较好地预报;不同高度上的气象要素和不同量级的降水对物理过程参数化方案的敏感性不同,预报效果也存在差异.集合平均方法对于大部分气象要素场的预报效果超过单个模式成员.

AREM模式两种初值扰动方案的集合降水预报试验及检验

基于我国科学家自主开发的AREM区域中尺度模式,考虑模式初值的不确定性,初步建立起11个成员37 km分辨率覆盖全国大部地区的短期集合预报系统。采用两套初值扰动试验方案(降尺度方案和BGM方案)分别进行了批量试验,试验结果表明:(1)通过对集合预报离散度和概率预报的检验,表明采用区域模式自身孵化循环产生的初始扰动明显优于直接使用全球集合预报提供的初始扰动。(2)无论采用哪种初值扰动方案,基于集合预报方法的集合平均预报、概率预报等均优于单一的确定性预报和业务预报。(3)离散度与集合平均预报误差的面平均有较好的对应关系;离散度与预报误差的空间相关系数平均为40%～45%。(4)目前集合预报系统离散度与预报误差相比偏小,其部分原因在于没有考虑模式物理过程的不确定性,这将在下一步的工作中逐步改进。