山西一次持续暴雨天气过程诊断与集合预报检验

利用气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2015年8月1—3日山西省中部一次持续暴雨天气过程进行诊断分析。在对欧洲数值预报中心(ECMWF)集合预报产品检验的基础上,采用联合概率方法,对暴雨集合预报进行改进。结果表明:(1)此次过程降水对流性特征明显,可分为两个阶段,第一阶段为锋前突发性暴雨;第二阶段,地面冷锋过境触发区域性强对流天气,再次造成暴雨。(2)低层辐合造成的较强上升运动使多个中尺度对流云团不断合并发展,是造成暴雨的直接因素。第一阶段,中低空辐合层深厚,高空抽吸作用强烈,降水率更大;第二阶段,低层动力和能量扰动更明显,降水更集中。(3)中尺度斜压诊断表明,第一阶段,低层湿Q矢量辐合和锋生作用出现多次增强,对流运动强而范围大,降水出现多次雨峰;第二阶段,中尺度系统斜压发展更强烈,但不稳定厚度减小,降水强度减小。(4)改进后的联合概率集合预报产品大概率范围与暴雨中心吻合。

一次特大暴雨过程高分辨率集合预报试验的检验和评估

针对2018年4月22日发生在湖北西部山地的一次特大暴雨过程,采用降尺度方案和显式对流参数化方案模式,开展了高分辨率对流许可尺度(3 km)的集合预报试验,并对全球集合预报(GEFS)和对流尺度集合预报(SSEF)的降水预报进行了对比评估,结果表明:(1)SSEF集合平均的雨量和落区预报均优于GEFS。(2)SSEF各成员的降水离散度分布更合理,因而具有更优的降水区间预报,其“离散度-误差关系”更优,能更好地给出预报误差的分布及其可能的大小。(3)SSEF的概率预报在所有空间尺度上均优于GEFS,且在短历时强降水上的优势更加明显。由此可见,针对此类山地暴雨过程,对流尺度集合预报相对于全球集合预报具有巨大的改进潜力。

雾的集合预报与集合预报的检验

简述了四部分内容:为什么要做雾的集合预报;雾的集合预报效果;其在目前业务数值预报中的应用情况及有待解决的问题;最后,介绍了集合预报的检验,读者可以从中体会集合预报的理念和优势。

GRAPES-REPS对我国南方2017年初夏持续性降水预报的检验评估

我国自主研发的GRAPES-REPS(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Regional Ensemble Prediction System)于2014年投入业务运行,为加深对该系统降水集合预报能力的认识,便于更好应用降水概率预报,本文以2017年5月中旬至6月下旬我国南方地区3次持续性降水过程为例,采用统计检验和个例分析相结合,评估该系统在72 h内不同预报时效的各量级24 h降水预报性能。结果表明:(1)GRAPES-REPS集合平均预报对小雨、中雨有较明显优势,但随着降水量级增大优势逐渐下降,对暴雨预报已不具有优势。其中,小雨预报范围接近观测,中雨(暴雨)有空报(漏报)倾向,大雨在较长预报时效上有空报倾向。(2)采用MRF边界层参数化方案和KF-eta积云对流参数化方案组合方案的控制预报成员和2个扰动预报成员为集合最优成员,其TS评分普遍高于采用其他组合方案的集合成员。(3)整体上集合成员降水预报离散度不足,尤其0~24 h预报时效,Talagrand分布呈U型,对小(大)量级降水预报概率偏大(小);随着预报时效增加,集合成员预报离散度显著增大,Talagrand分布逐渐接近理想概率分布。(4)集合预报在不同时效对各量级降水概率预报均具有参考价值,大雨、暴雨的概率预报效果优于小雨、中雨。(5)集合预报整体上能够较好把握典型暴雨日降水空间分布形态,对中央气象台漏报的广东中南部暖区暴雨有一定的概率预报能力。

数值预报发展的新方向——集合数值预报

数值预报走过了百年的历史(V.Bjerknes,1904)[1],取得了了不起的成就,预报准确率有了很大的提高。但是,考虑到大气的非线性作用以及初值和模式造成的数值预报不确定性,要提高传统的单一确定性预报的技巧越来越难。基于大气初值的敏感性试验,Lorenz提出了数值预报发展的新方向——集合数值预报。通过介绍集合数值预报的基本思想和方法;并针对初值和模式的不确定性,概述现有集合数值预报成员的产生方法及国内外的研究进展;同时解释怎样检验集合预报的结果的论述,如何从众多的集合预报产品中提炼有用的信息及预报产品的释用。

动力降尺度和多物理参数化方案组合对华南前汛期降水集合预报的影响研究

针对华南前汛期降水过程,基于全球集合预报系统(GEFS)资料,利用WRF中尺度模式以及GEFS动力降尺度获取的区域集合预报初值场,通过多物理过程参数化方案组合和模式积分方法实现华南前汛期降水的区域集合预报。对2019年5月15日—6月15日共32天的华南前汛期降水过程进行了单一物理过程区域集合预报(REFS_SINGLE)和多物理过程区域集合预报(REFS_MULTI)的数值模拟批量敏感性试验,通过GEFS、REFS_SINGLE和REFS_MULTI的对比分析,探讨多物理过程参数化方案组合对华南前汛期降水的影响,同时利用一次华南前汛期暴雨过程进一步探讨集合预报试验的预报效果。结果表明:(1)REFS集合平均的预报效果明显好于控制性预报。(2)REFS降水集合离散度与预报误差的对应关系好于GEFS。(3)积分48小时后,REFS_MULTI和REFS_SINGLE的扰动能量分别是GEFS的4.7倍和6.3倍。(4)降水级别越大,REFS的TS评分效果就越好于GEFS;REFS_MULTI略微好于REFS_SINGLE。(5)基于32天的批量试验,REFS的AUC值有28天大于GEFS,REFS_MULTI有22天大于REFS_SINGLE,表明REFS的预报技巧好于GEFS,且REFS_MULTI的预报技巧好于REFS_SINGLE。