基于Softmax回归在复杂地形条件下的降水相态预报模型——以山西省晋中市为例

利用2000—2018年山西省晋中市常规地面观测资料对当地降水相态时空分布特征进行统计分析,用ERA5再分析资料在显著性检验基础上筛选出与降水相态相关性较强的物理量参数,以筛选出的物理量作为特征数据,采用k-聚类法对晋中市进行区域划分,基于Softmax回归方法分别建立不同区域的降水相态分类预报模型。结果表明,晋中市发生雨雪转换日最多的是3月,其次为11月,4月、11月更容易发生液态降水向固态降水的转换;筛选出与降水相态相关性较强的3个物理量参数分别是T_(850hPa)、T_(0)和H_(700~850hPa),相变日数有明显的地域差异;第二区域和第三区域的模型预测精度均高于不进行区域划分的模型精度,说明进行区域划分再建模可在一定程度上提高模型的预报准确率。

复杂地形条件下的降水相态预报指标研究

利用2003-2013年地面观测资料、探空资料及NCEP 1°×1°再分析资料,分析了近10 a甘肃省雨雪转换的时空分布特征,获得了复杂地形条件下相态转换的温度预报组合指标,结果表明:(1)雨雪相态转化主要发生在过渡季节的春季和秋季,占总次数的83.5%,空间上有三个高发区。(2)相态的转换发生在高原槽东移产生降水的环流形势下,通常500 h Pa冷平流清晰并沿西北、西方、北方等3条路径影响甘肃。当沿西北路径移动时,高原槽主体深厚,冷平流强度最强,河东大部发生雨雪转换,当沿西方路径移动时,高原槽浅且位置偏南,北方冷空气较弱,仅高原边坡、陇中及陇东中南部出现转换。(3)T_(地面)>3.0℃、T_(地面)<-1.0℃、-1.0℃<T_(地面)<3.0℃是雨、雪、雨夹雪相态转换的前提条件,在此前提下获得了三类站点相态转换的不同层次温度组合指标,经检验,该指标预报效果较好。

利用WRF模式制作东北地区冬季降水相态预报

利用WRFV3.1.1中尺度数值模式,对东北地区冬季降水相态进行预报试验。在模式预报输出场中,通过对近地面大气层中冻结部分降水混合比在可凝结成降水水汽混合比中的比例,判断雨雪分界线及雨夹雪区或雨、雪过渡区。结果表明:该方法可较准确地预报出东北地区降水过程中雨区、雪区和雨夹雪区分布特征以及降水相态随时间的演变情况。降水相态数值预报产品的应用可以提高冬季气象预报服务水平。

WRF模式不同微物理过程对东北降水相态预报的影响

为了研究不同微物理过程对中尺度模式降水相态预报的影响,利用中尺度模式WRF(V3.1)和NCEP再分析资料,采用WSM 6方案、Goddard方案和New Thompson方案等3种不同微物理过程参数化方案,对2006—2008年东北地区存在降水相变的11次降水过程进行敏感性试验。通过对降水和云微物理特征影响进行分析,了解不同方案间的预报差异。结果表明:不同微物理方案对降水落区和降水强度预报影响不明显,而降水相态对微物理参数化方案较敏感,主要表现在对雨区和雨夹雪区预报影响显著。从总体预报效果来看,Goddard方案预报效果较好。选用不同微物理参数化方案模拟的底层大气云微物理特征存在较大的差别,这种差别直接导致3种方案间降水相态预报的差异。

ECMWF降水相态预报产品(PTYPE)应用和检验

运用我国2016-2018年三个冬半年(10月至次年3月)地面2515个站的天气现象观测资料,对ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的降水相态预报产品(PTYPE)(分为雨、雨夹雪、雪和冻雨四类)进行了系统性的检验评估,包括细网格确定性模式预报产品和集合预报系统概率预报产品。结果显示,ECMWF的确定性预报产品对四类降水相态的正确率普遍达到90%以上,对降雨和降雪的TS评分也较高,冻雨次之,雨夹雪的TS评分较低,预报能力有限。确定性模式对我国雨雪分界线的预报,普遍存在短期位置略偏南、中期随时效延长越来越偏北的误差特点,且对雨夹雪的预报范围明显偏小,对冻雨的预报范围明显偏大。集合预报系统从概率的角度一定程度上弥补了确定性模式的上述误差。对概率预报的检验结果显示,集合预报系统降雨概率普遍偏低,降雪概率短期偏高、中期偏低,而雨夹雪和冻雨概率普遍偏低,但是都有一定的预报技巧。集合预报系统相对于确定性模式的优势,降雨体现在较小花费损失比事件的预报上,降雪体现在较大花费损失比事件的预报上。对雨夹雪和冻雨,相对于确定性模式,集合预报系统体现出了显著的优势,尤其是冻雨,集合预报系统的优势更加明显。

浙江省冬季降水相态预报指数研究

为了探明不同微物理过程对浙江省冬季降水相态预报的影响,利用中尺度模式WRF (V3.9),采用NCEP/NCAR 1˚ &#215;1˚再分析资料和GFS 0.5˚ &#215;0.5˚资料,选取Purdue Lin方案、WSM 6类方案和新Thompson方案等3种不同微物理过程方案,在对2000~2017年浙江省冬季存在降水相变的10次降水过程进行敏感性试验的基础上,再选取2018年1月浙江省2次降雪过程进行SRF指数阈值检验和预报性能评估,得到不同方案的预报差异和SRF指数的阈值。结果表明:新Thompson微物理方案的指示作用相对较优;当SRF指数阈值设定为90%,能较准确预报出降水过程中雨区、雪区和雨雪混合区的分布以及降水相态随时间的演变。同时SRF指数预报时效较长,不同起报时次对降水相态判别结果影响不大。