AREMS/973模式系统对2004年中国汛期降水实时预报检验

2004年夏季5～8月，AREMS／973模式系统投入了业务运行，模式区域主要覆盖了中国大陆及周边临近地区，该模式系统基于中国气象局MICAPS／9210业务数据平台，每天2次、完全自动的实时预报24h累积降水。作者主要对每日0000 UTC时起报的24h累积降水预报场进行综合检验，由此对AREMS／973模式系统的24h降水预报能力给予客观的评价。AREMS／973模式系统对于中国汛期降水具有很强的预报能力，其24h累积降水的月总降水分布很好地反应了汛期各时期主雨带的位置、强度及范围，同时该模式系统能够准确预报出独立降水事件的发生和发展，其中，长江中下游和东北地区预报降水与观测降水的时间位相吻合最好；除了5月和8月华北地区、5月西南东部地区、以及5月和6月长江中下游地区，AREMS／973模式系统预报的降水强度总体上弱于观测降水强度，且对于25mm以上量级的降水过程，模式预报的降水范围小于观测降水范围。AREMS／973模式系统预报降水的能力随着降水量级的增大而减小，降水量级愈大，模式预报技巧愈低，对于50mm以上量级的降水过程，模式系统预报降水事件的发生概率类似于随机偶然事件的发生概率。5月，长江中下游地区降水预报略优于其他地区，其次是华南地区，6月雨带北移至江南和江淮地区，此时，长江中下游地区降水预报显著优于其他地区，7月末至8月华北雨季开始，降水预报最优区北移至华北地区，即AREMS／973模式系统降水预报最优区随着雨带的北移而北移，主雨带所在区域往往也是模式降水预报最优的地区。作者对此进行了初步探讨。

AREM模式对0604、0605号台风的预报分析

对2006年7月中下旬由西太平洋地区生成,登陆我国,并对我国造成严重影响的强热带风暴"碧利斯"(0604号)和台风"格美"(0605号)的基本情况做了详细的总结,并基于武汉暴雨所AREM(Advanced Regional Eta Model)模式预报的700hPa流场、900hPa风场及降水量场,就模式对台风登陆时间、登陆地点、移动路径及其引发的附近最大风力和降水过程的预报情况做了分析。结果表明:"碧利斯"达强热带风暴强度,于7月14日12:50在福建霞浦登陆,后西行,造成位于21°N以北、28°N以南东西向的带状雨区,"格美"为台风强度,于7月25日15:50在福建晋江围头镇登陆,后西行,造成华东南地区近西南-东北走向的雨带,两台风给沿途及附近省份造成严重的气象灾害和人、财损失;AREM模式总体上对两台风附近最大风速,风雨带的基本位置、形态、走势、强度预报较好,对一些强降水中心的预报较为理想,但多数强中心的预报与实况存在位置和强度上的偏差;模式对于台风登陆时间和地点的预报较好,偏差较小,对于两台风西行走势的预报也基本符合实况,但也存在一定的预报位置偏差。

非静力AREM模式设计及其数值模拟Ⅱ:数值模拟试验

在程锐等(2018)中,我们完成了非静力AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)模式动力框架设计。本文将通过理想和实例试验检验其模拟能力。设计理想试验并通过与国际成熟的中尺度非静力框架比较,直接检验非静力AREM三维动力框架在细致分辨率(约1 km)下的模拟性能。可以看出,非静力AREM与ARPS(Advanced Regional Prediction System)、WRF(Weather Research and Forecasting Model)模拟出类似的积云对流结构及演变特征,从而基本确证了本文发展的非静力框架的正确性。结合原静力平衡模式的初始化和物理参数化过程,形成非静力AREM模式系统。台风实例模拟表明,粗分辨率下静力、非静力AREM模式性能接近;但在高分辨率下,非静力明显优于静力模式。我们还开展了批量降水试验检验,对非静力AREM模式性能进行了进一步的验证。

不同背景场条件下AREM模式预报效果评估分析

分析了2005年6月1日至11月31日以T213分析场为背景场和以AVN(Aviation)分析场为背景场条件下AREM(Advanced Regional Eta Model)模式降水预报效果,并对两分析场计算日平均偏差和均方根标准差,分析偏差分布、总结两者之间的差别。结果表明:AREM模式在其他条件完全相同,分别使用两种分析场做背景场条件下,出现了降水预报效果的较明显差异,总体上以AVN分析场为背景场条件下AREM模式的预报效果好于以T213分析场为背景场;对两分析场进行统计学对比,发现两分析场在高度、温度和相对湿度3个要素上存在较大的差异,两分析场在新疆北侧的西伯利亚、内蒙古东北部及俄罗斯东南部区域、孟加拉湾、青藏高原等地区存在较大偏差,而这些地区的天气系统对我国天气有重要的影响。

空间加密探空观测资料对西南低涡暴雨天气过程数值模拟的影响

本文基于AREM（Advanced Regional Eta Model）模式，结合中国气象局成都高原气象研究所西南低涡加密观测科学试验得到的探空观测第一手资料，通过对2012年7月3～4日四川区域性暴雨天气过程（20120703过程）进行数值模拟分析，结果表明：（1）降水雨带的分布主要取决于西南低涡移动路径，不同初值会使得低涡路径在磨合协调期产生强摆动，稳定后则在此基础上，随着环境流场继续移动发展。（2）引入4个加密探空站点资料会对整个大气物理量场造成一定影响，最大差值分布在这些站点附近，热力和动力物理量场最大偏差中心并不重合。时间演变直观地说明了初值对局地大气状态的影响时段有限，主要集中在前期，与模式自身调整期相重叠。（3）初始的大气状态必然会随着模式的磨合过程进行调整，不同初值在调整期能对中小尺度低涡系统的位置及强度产生影响，形成各自稳定的低涡系统初态。（4）低涡中心所对应的散度、涡度、垂直速度关系非常密切，但三者强度和发展高度的演变并非完全一致。

基于TMI产品资料对数值模式水凝物模拟能力的检验分析

本文利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)搭载微波成像仪(TRMMMi-crowave Imager,TMI)的探测及反演结果,结合微波辐射传输模式,就2004年17号台风暹芭(Chaba)过程,对AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)模式和WRF(Weather Researchand Forecasting)模式的水凝物模拟能力进行了检验。分析表明,两个模式模拟的台风路径与实际台风路径基本一致,模拟的降水与TMI反演降水也基本相同。在此基础上,以AREM和WRF模式模拟的大气结构和水凝物结构作为微波辐射传输模式的输入参数,计算了相应大气层顶的微波亮温,通过对比该模拟亮温和TMI实测亮温的异同,尝试了对AREM和WRF模式水凝物结构的间接检验;最后,利用TMI水凝物反演产品直接检验了AREM、WRF模拟的水凝物结构。研究结果表明,AREM模拟的云水含量稍偏高,降冰含量稍偏低;WRF模拟的液相粒子分布范围较小,对冰粒子的模拟能力要好于AREM模式;两个模式对水汽的模拟都比较好。

模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验。采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响。模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感。湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制。

一个基于Eta垂直坐标的新WRF动力框架及其数值试验

针对我国陡峭地形数值预报难题,本文在国际先进WRF(Weather Research and Forecasting)模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标,以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案。设计气柱质量变换方法,实现阶梯地形和追随地形两种垂直坐标下动力方程组的形式一致,从而简化方程组离散及程序实现的复杂过程。阶梯地形的构造借鉴了AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)的设计思路,即首先构造参考大气,而后定义阶梯地形网格特征量,最后进行阶梯地形表达。在Eta坐标下的WRF动力框架搭建完成后,采用山脉波理想试验和实例试验对新动力框架的正确性和有效性进行了检验。结果表明:由于阶梯地形固有的孤立分布特征,可造成不同台阶处气流的分离,从而使得阶梯地形在较粗垂直分辨率情形下,不能很好模拟山脉波;但如果垂直分层足够精细,或模拟时间足够长,可通过减弱气流分离现象或调整气流分布状态,对地形波进行有效刻画。