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CMA-MESO千米尺度变分同化系统中极小化控制变量的重构
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作者 王瑞春 龚建东 孙健 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期208-221,共14页
重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向... 重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。 展开更多
关键词 cma-meso 千米尺度变分同化 控制变量 平衡约束
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葵花-8卫星AOD资料在CMA-MESO/CUACE CW 3DVar同化系统中的个例应用研究
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作者 田伟红 庄照荣 +1 位作者 韩威 沈学顺 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第5期1259-1270,共12页
CMA-MESO/CUACE CW化学天气耦合模式是自主研发的大气化学耦合模式,目前CMA-MESO/CUACE CW3DVar同化系统实现了地面气溶胶观测可吸入颗粒物PM_(2.5)和PM10的同化,为增强耦合同化系统非常规观测的同化能力,文中在CMA-MESO大气化学天气耦... CMA-MESO/CUACE CW化学天气耦合模式是自主研发的大气化学耦合模式,目前CMA-MESO/CUACE CW3DVar同化系统实现了地面气溶胶观测可吸入颗粒物PM_(2.5)和PM10的同化,为增强耦合同化系统非常规观测的同化能力,文中在CMA-MESO大气化学天气耦合三维变分同化框架基础上,利用查表法获得气溶胶消光系数,然后建立气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)和气溶胶组分之间关系的观测算子、切线性观测算子和伴随观测算子,实现AOD观测资料的同化应用。针对2016年12月18-20日华北、黄淮地区一次污染天气过程进行同化预报试验,试验结果表明同化葵花-8卫星(Hi‐mawari-8)气溶胶光学厚度观测后,PM_(2.5)分析的重污染区范围有所扩大,山西东南部分析与实况分布更为接近,但是山东大部地区PM_(2.5)分析偏强,与观测相比PM_(2.5)质量浓度存在高估。同时同化Himawari-8 AOD观测和地面气溶胶站点观测的PM_(2.5)分析最优,分析与观测距平相关系数最高,平均偏差、均方根误差及标准差最小。重污染区的PM_(2.5)预报检验结果表明,同化Himawari-8AOD观测对大于350µg·m^(-3)量级PM_(2.5)预报正贡献可以持续到48 h,但整体来说,同时同化Himawari-8AOD观测和地面气溶胶站点观测对各个量级的PM_(2.5)质量浓度预报质量最优。 展开更多
关键词 气溶胶光学厚度观测(AOD) cma-meso三维变分 CUACE 葵花-8(Himawari-8)
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地形影响的水平相关模型在CMA-MESO中的应用
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作者 庄照荣 李兴良 +1 位作者 王瑞春 高郁东 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期414-428,共15页
在背景误差水平相关模型中引入地形作用,研究复杂地形下近地面观测资料同化对分析和预报的影响。CMAMESO三维变分系统中背景误差水平相关关系采用高斯相关模型描述,观测信息在高度追随坐标的模式面上各向同性传播。然而在地形复杂的近... 在背景误差水平相关模型中引入地形作用,研究复杂地形下近地面观测资料同化对分析和预报的影响。CMAMESO三维变分系统中背景误差水平相关关系采用高斯相关模型描述,观测信息在高度追随坐标的模式面上各向同性传播。然而在地形复杂的近地面层,观测信息传播受到山脉阻挡,因而其背景误差协方差非均匀且各向异性,观测信息传播应随地形高度变化。为此,采用美国国家气象中心NMC方法统计复杂地形下背景误差水平相关结构,构建包含地形高度和地形梯度影响的高斯相关模型,并将改进的水平相关模型应用于CMA-MESO三维变分分析。理想试验表明:考虑地形项的水平相关模型方案使观测信息以随地形高度变化的各向异性形式传播,越过大地形观测信息影响明显减弱,分析增量更加合理。我国北方一次强降水过程分析预报试验表明:随地形高度变化的水平相关模型方案使地面观测信息各向异性传播,削弱了大地形处近地面的分析增量,对降水预报略有正贡献。针对华东地区降水过程进行5 d逐小时快速更新分析预报循环试验结果表明,随地形变化的水平相关模型方案对10 m风场和24 h时效内降水预报有正贡献。 展开更多
关键词 背景误差 水平相关模型 地形 三维变分 cma-meso
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往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响
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作者 王金成 王丹 +2 位作者 王瑞文 谭娟 容娜 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期159-169,共11页
往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘... 往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。 展开更多
关键词 往返平飘式探空 cma-meso 垂直稀疏化 三维变分 资料同化
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CMA-MESO模式对“21·7”河南特大暴雨的预报评估与误差分析 被引量:1
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作者 万子为 孙思远 +1 位作者 赵滨 陈起英 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第1期33-47,共15页
为分析CMA-MESO模式对2021年7月19—21日河南特大暴雨的预报性能,除了常规观测资料,还利用雷达和卫星非常规观测资料,对模拟回波和云产品开展传统和新型空间检验,以揭示对流风暴和中尺度对流系统(MCS,基于卫星红外通道)的模式预报偏差细... 为分析CMA-MESO模式对2021年7月19—21日河南特大暴雨的预报性能,除了常规观测资料,还利用雷达和卫星非常规观测资料,对模拟回波和云产品开展传统和新型空间检验,以揭示对流风暴和中尺度对流系统(MCS,基于卫星红外通道)的模式预报偏差细节,并从降水形成的水汽、动力、触发和维持机制等角度分析模式误差产生的原因。结果表明:模式能较好预报雨带形态、弱回波持续时间以及主要降水发生前期和后期MCS的面积和强度演变趋势;模式偏差主要体现在低估了降水强度且未报出郑州站极端小时降水,错报主雨带小时降水演变,严重低估了对流风暴和强对流风暴的持续时间,未能报出午后MCS面积陡增的变化趋势且MCS位置预报偏西、偏北;模式降水偏差的原因主要在于水汽的模拟,模式水汽垂直分布不合理,对台风烟花和查帕卡的水汽输送均偏弱,而水汽输送不足的根源是低空急流偏弱和超低空急流脉动不足。另外,模式未能在郑州站附近预报出稳定少动的地面中尺度辐合线,加之大气层结不稳定度不足和对流不稳定能量偏低,使得对流发展不够旺盛,最终导致降水预报不足。 展开更多
关键词 cma-meso 极端暴雨 模式评估 误差分析
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CMA-MESO模式对2020年夏季四川盆地及周边降水预报性能的评估
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作者 叶茂 吴钲 +1 位作者 翟丹华 陈法敬 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第5期1901-1915,共15页
利用2020年夏季(6~8月)CMA-MESO模式逐日08:00(北京时,下同)起报的12~36 h逐时降水预报数据和地面—卫星—雷达三源融合逐时降水产品,着眼于小时尺度降水特征,细致评估了CMA-MESO对四川盆地及周边地区的降水预报性能。结果表明,CMA-MES... 利用2020年夏季(6~8月)CMA-MESO模式逐日08:00(北京时,下同)起报的12~36 h逐时降水预报数据和地面—卫星—雷达三源融合逐时降水产品,着眼于小时尺度降水特征,细致评估了CMA-MESO对四川盆地及周边地区的降水预报性能。结果表明,CMA-MESO较好把握了夏季降水的空间分布特征,即小时平均降水量和降水频率的大值区位于四川盆地西部、北部和东部的高海拔山区,而降水强度大值区主要位于山脉迎风坡一侧,但CMA-MESO预报的降水量和频率大值区位置较观测偏南。CMA-MESO合理描述了研究区域内降水量和频率峰值时间位相自西向东逐步滞后的特征,能够把握区域平均的降水量和频率清晨主峰、傍晚次峰的双峰形态以及降水强度的单峰特征,但预报的降水日变化位相超前于观测。CMA-MESO预报的逐时降水量均大于观测,明显的降水量预报正偏差发生于夜间(21:00至次日03:00)和午后至傍晚(14:00~20:00),分别由一般性降水(0.1~10 mm h-1)预报偏差和强降水(≥10 mm h-1)预报偏差主导,其偏差大值区分别位于青藏高原东南缘至四川盆地西部和四川盆地以东、以南地区,模式对热力和动力场的预报偏差结合地形的影响是降水量预报偏差的成因。 展开更多
关键词 四川盆地及周边 小时尺度降水特征 cma-meso 模式 预报降水评估
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CMA-MESO逐时快速更新同化预报系统及其短临预报效果初步分析 被引量:2
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作者 庄照荣 江源 +3 位作者 田伟红 黄丽萍 李兴良 邓莲堂 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第4期925-942,共18页
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统,本文建立逐小时的分析预报循环系统,并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构,同时考察引入全球大尺度信息... 基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统,本文建立逐小时的分析预报循环系统,并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构,同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明:(1)逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场,分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高;(2)在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响,对预报会有不利影响;(3)改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果,因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测,华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。 展开更多
关键词 cma-meso 模式 逐时快速更新同化预报 短临预报 强对流 背景误差协方差
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基于CMA-MESO冰粒子含量的雨雪相态判据应用 被引量:1
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作者 王蕾 陈起英 +1 位作者 胡江林 徐国强 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期655-667,共13页
利用中国气象局中尺度模式(CMA-MESO)云降水物理直接输出的水凝物混合比,确定基于冰相水凝物占比的雨雪相态判据,并应用于2023年1月14—15日我国大范围降水过程的雨雪相态判别。结果表明:该判据明显改善了基于温度和高度场的厚度判据对... 利用中国气象局中尺度模式(CMA-MESO)云降水物理直接输出的水凝物混合比,确定基于冰相水凝物占比的雨雪相态判据,并应用于2023年1月14—15日我国大范围降水过程的雨雪相态判别。结果表明:该判据明显改善了基于温度和高度场的厚度判据对我国东部地区雨夹雪范围判别偏大、对分散性雨夹雪漏报的问题,6~18 h时效雨夹雪预报TS评分较厚度判据提升75%~100%,24 h时效降雪预报TS评分较厚度判据提升67%;对全国雨雪范围判别合理,对小范围雨夹雪具有指示作用;对全国3~36 h时效降雨、降雪和雨夹雪预报TS评分为0.76~0.62,0.69~0.63和0.11~0.08;对降雨和降雪存在一定空报和漏报,对24 h时效雨夹雪空报明显;对相态转换过程有较好指示效果,判别代表站相态转换开始时间误差为1~2 h,对我国东部地区代表站的相态转换和雨夹雪持续时间判别优于厚度判据,基于厚度判据雨夹雪预报持续时间偏长。研究结果可为雨雪相态业务预报提供客观预报产品参考。 展开更多
关键词 雨雪相态 相态转换判据 cma-meso 数值预报模式
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CMA-MESO 3 km系统2 m温度预报诊断
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作者 蔡怡 徐枝芳 +1 位作者 朱克云 李泽椿 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第4期400-414,共15页
诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model,原GRAPES-MESO)3 km系统冬季2 m温度预报效果,为冬奥气象保障服务以及CMA-MESO模式系统开发优化改进提供参考,选取2020年12月至2021年2月2 m温度预报。诊断发现... 诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model,原GRAPES-MESO)3 km系统冬季2 m温度预报效果,为冬奥气象保障服务以及CMA-MESO模式系统开发优化改进提供参考,选取2020年12月至2021年2月2 m温度预报。诊断发现,每日低温预报较好,高温预报较差,00—06时(世界时,下同)升温过程预报效果好于06—21时降温过程。滑动双权重平均法订正显示,2 m温度预报偏差以系统性偏差为主,订正前均方根误差和标准差较大地区改善效果更为明显。依据温度订正前后标准差差异选择华北、华东、西南三个区域的个例和华北地区连续试验进行波谱分析发现,功率谱随着尺度增大逐渐增多,2 m温度预报偏差和2 m温度不同尺度功率谱信息存在一定的对应关系,当不同尺度上的功率谱存在缺失或异常大值时,2 m温度预报与实况存在明显差异。 展开更多
关键词 cma-meso 2m温度 偏差订正 波谱分析
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2021年夏季CMA-MESO模式降水预报评估
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作者 蔡怡 徐枝芳 +3 位作者 龚玺 钟若嵋 黄观胜 龙海川 《干旱气象》 2023年第3期503-515,共13页
利用中国2021年夏季(6—8月)逐3 h降水预报资料和地面气象站观测资料,从多个角度诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)3 km系统模式降水预报性能,为预报员提供参考,为模式系统改进提供依据。结果表明... 利用中国2021年夏季(6—8月)逐3 h降水预报资料和地面气象站观测资料,从多个角度诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)3 km系统模式降水预报性能,为预报员提供参考,为模式系统改进提供依据。结果表明:CMA-MESO 3 km模式能较好地预报出不同地区3 h累积降水量和有效降水频率时空分布特征,区域降水预报能力强于单站,持续性降水预报效果好于局地短时强降水。不同预报时效结果显示,CMA-MESO 3 km模式3 h降水预报值最大且大于观测值,6、9、12 h降水预报最接近实况;短时强降水个例结果显示CMA-MESO 3 km模式短临预报效果较好,3、6 h降水预报接近观测,降水量及其时间变化特征预报与观测基本一致,且8个预报时效的区域降水预报平均值接近观测值,预报效果较好。 展开更多
关键词 cma-meso 3 km 降水量 降水频率 偏差
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高分辨率地形资料应用对CMA-MESO模式地面气象要素的影响
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作者 陈冬梅 马玉龙 +5 位作者 李源 冯家莉 高彦 尹鹏帅 夏昕 万齐林 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期897-910,共14页
真实地形包含各自不同尺度的地形特征,对各种时空大气运动有深刻影响。不同尺度的地形效应很难在数值模式的离散格点中准确刻画,是发展数值模式的难点问题之一。随着模式向亚千米级高分辨率发展,高分辨模式要求刻画出更高准确度的地形... 真实地形包含各自不同尺度的地形特征,对各种时空大气运动有深刻影响。不同尺度的地形效应很难在数值模式的离散格点中准确刻画,是发展数值模式的难点问题之一。随着模式向亚千米级高分辨率发展,高分辨模式要求刻画出更高准确度的地形数据。本研究在CMA-MESO中引入ASTER-1s高精度地形数据和改进地形滤波函数,在滤去波长接近模式网格的小尺度地形的同时保留更多地形细节,以提高模式对地形的刻画准确度。通过冬、夏各1个月批量模拟试验结果与2万多个地面观测站点观测数据的对比,发现单独采用ASTER-1s地形而不改变CMA-MESO的地形滤波函数,模式对2 m气温和10 m风速的整体预报准确度提升较小,采用ASTER-1s地形并改进地形滤波函数明显提高了模式对2 m气温和10 m风速的预报准确度,对气温和风速的月平均均方根误差分别减少了6.4%和4.9%。夏季1个月批量试验显示,改进的新地形方案对降水预报提升较弱,未造成非真实的细碎降水分布或异常值。此外,动能谱分析新引入的地形和滤波函数未造成高频能量积累。研究结果表明新地形方案能够明显改进低层气温和风速的预报准确度,并且在数值上稳定可靠。 展开更多
关键词 cma-meso 高分辨率地形 地形滤波函数 ASTER-1s
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CMA-MESO关键技术集成及应用 被引量:24
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作者 黄丽萍 邓莲堂 +12 位作者 王瑞春 庄照荣 江源 徐枝芳 朱立娟 张进 王莉莉 于翡 孙琴 王丹 王皓 周非非 徐国强 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期641-654,共14页
基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度... 基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度系统的对流可分辨同化系统和陆面资料同化系统,实现雷达径向风、风廓线雷达、FY-4A成像仪辐射率、卫星云导风、卫星GNSSRO、地面降水观测以及近地面资料等非常规局地稠密资料的同化应用,发展快速循环技术,建立全国3 km间隔3 h的快速循环同化预报系统——CMA-MESO(GRAPES-MESO3 km)并实现业务化运行。2020年6—9月汛期业务检验结果表明:CMA-MESO预报的近地面要素(降水、2 m温度、10 m风场)检验评分全面超越GRAPES-MESO 10 km结果;CMA-MESO的24 h累积降水TS评分略低于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的结果,但逐3 h累积降水预报TS评分尤其是对于较大降水阈值评分明显优于ECMWF结果;同时,对于能够表征模式对降水时空精细化特征预报能力的降水频次和降水强度等检验,CMA-MESO对我国汛期的预报准确率超过了ECMWF细网格模式结果。 展开更多
关键词 cma-meso 快速循环同化系统 局地稠密资料应用 公里尺度变分框架 高分辨率模式
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CMA-MESO三维变分同化系统2m相对湿度资料同化研究 被引量:2
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作者 徐枝芳 吴洋 +1 位作者 龚建东 蔡怡 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期943-955,共13页
为了提高CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale model)(原GRAPES)三维变分同化系统中2 m相对湿度资料的应用效果,改善模式中相对湿度的分析和降水预报效果,分析了2015年6—8月T639(T639L60全球中期数值预报系统,0.28... 为了提高CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale model)(原GRAPES)三维变分同化系统中2 m相对湿度资料的应用效果,改善模式中相对湿度的分析和降水预报效果,分析了2015年6—8月T639(T639L60全球中期数值预报系统,0.28125°×0.28125°)分析场低层相对湿度和2 m相对湿度之差与表征稳定度的理查森数(Ri)的关系,发现二者有很好的相关,Ri<0时,模式低层相对湿度与2 m相对湿度的差异较小,基本在同化观测误差范围内。依据该统计结果,对CMA-MESO同化系统中2 m相对湿度同化方案进行优化,Ri<0时,将观测站地形低于模式地形的2 m相对湿度观测由观测站高度改为模式最低层高度进行同化,形成新的2 m相对湿度同化方案,旨在解决2 m相对湿度资料同化时模式地形高度与观测站高度不同的影响。2018年7月CMA-MESO三维变分同化系统(3DVar)个例和连续试验结果显示:新的2 m相对湿度同化方案同化分析资料数量明显增加,且08时多于20时(北京时),新增观测点新息向量(背景减观测)与周围原有观测新息向量保持基本一致,分析残差偏差和均方根误差减小,降水预报效果明显改善。新2 m相对湿度同化方案通过提高观测站低于模式地形高度的观测资料合理应用,从而改善了3 km模式系统同化分析和预报效果。 展开更多
关键词 2m相对湿度 cma-meso 3DVar 同化 理查森数
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基于CMA-MESO的分级短时强降水概率预报方法研究 被引量:3
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作者 钟敏 肖安 许冠宇 《干旱气象》 2022年第4期700-709,共10页
随着预报服务需求不断增长和预报内容日趋精细化,仅针对20 mm·h^(-1)以上的短时强降水预报已不能完全满足业务需要,开展不同雨强等级的短时强降水预报方法研究显得十分必要。利用2016—2019年6—8月中国南方9省1市的国家及区域气... 随着预报服务需求不断增长和预报内容日趋精细化,仅针对20 mm·h^(-1)以上的短时强降水预报已不能完全满足业务需要,开展不同雨强等级的短时强降水预报方法研究显得十分必要。利用2016—2019年6—8月中国南方9省1市的国家及区域气象站共51355站次短时强降水样本,将雨强R分为4个等级:20≤R<30 mm·h^(-1)、30≤R<50 mm·h^(-1)、50≤R<80 mm·h^(-1)及R≥80 mm·h^(-1)(分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)。将各级样本与同时段CMA-MESO(China Meteorological Administration mesoscale model)数值预报模式初始场进行时空匹配,提取22个相关物理量建立数据集并进行百分位值统计;利用XG⁃Boost(extreme gradient boosting)机器学习方法对物理量进行重要性排序以确定权重系数;应用连续概率预报方法,选用升、降半岭函数作为隶属函数,建立不同等级短时强降水概率预报模型。运用该模型在2020年汛期进行实时业务预报,并对湖北省2020年6—8月15次大暴雨过程0~36 h预报时效的逐小时不同等级短时强降水概率预报产品进行检验,结果表明:Ⅰ级概率预报产品60%阈值的TS评分(0.145)最好,对应命中率为55.7%;Ⅱ级概率预报产品65%阈值的TS评分(0.083)最好,对应命中率为39.1%;Ⅲ级概率预报产品70%阈值的TS评分(0.03)最好,对应命中率为21.7%;Ⅳ级概率预报产品80%阈值的TS评分(0.005)最好,对应命中率为5.8%。对不同等级雨强个例对比检验表明,各级概率预报产品对CMA-MESO模式在同时次不同等级短时强降水预报上均有较好的订正作用。对3次强降水过程逐小时预报检验表明,I级概率预报产品命中率为40%~80%,空报率为50%~90%,预报时效达36 h,普遍优于同时次CMA-MESO降水量预报。本研究对不同等级短时强降水分型建模并在实际预报中有较好的参考性,能够对CMA-MESO的降水预报起到订正作用。 展开更多
关键词 cma-meso 分级降水 短时强降水 概率预报
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背景误差尺度分离与多尺度混合滤波技术在CMA-MESO 3km系统的应用 被引量:1
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作者 徐枝芳 王瑞春 《气象》 CSCD 北大核心 2022年第12期1525-1538,共14页
为提高CMA-MESO 3 km系统降水预报能力,采用二维离散余弦变换对2018年6月2日至8月31日3个月格点背景误差样本结合模式分辨率和天气系统尺度范围划分进行3种尺度分离,并对这3种尺度背景误差样本分别进行水平协相关尺度拟合,通过采用3个... 为提高CMA-MESO 3 km系统降水预报能力,采用二维离散余弦变换对2018年6月2日至8月31日3个月格点背景误差样本结合模式分辨率和天气系统尺度范围划分进行3种尺度分离,并对这3种尺度背景误差样本分别进行水平协相关尺度拟合,通过采用3个不同水平特征相关尺度的递归滤波器在CMA-MESO三维变分同化系统中实现3种拟合水平协相关尺度应用,替代业务测试系统单一水平特征相关尺度,开展个例和连续试验分析。研究结果表明,采用二维离散余弦变换尺度分离背景误差样本的3种水平特征相关尺度垂直结构相似,水平特征尺度的水平尺度相隔几十至几百千米。拟合水平特征相关尺度在CMA-MESO 3 km系统应用结果显示,3种水平特征相关尺度试验对u风、v风、湿度分析有明显正影响,分析更接近实况,对温度分析影响较小;对降水预报有改善,冷启动预报前6 h的TS评分提高明显,偏差(Bias)减小向1靠近,暖启动24 h逐6 h降水预报TS评分都小幅提升,Bias差异不大。 展开更多
关键词 背景误差 尺度分离 二维离散余弦变换 水平特征相关尺度 cma-meso 3km
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基于CMA-Meso的吉林省2m温度预报检验及订正 被引量:2
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作者 姚帅 刘柏鑫 +1 位作者 慕秀香 范倩莹 《气象灾害防御》 2022年第3期34-38,共5页
利用2019年CMA-Meso的24h预报时效逐3h温度预报与同期吉林省381个国家气象站和区域气象站温度实况,计算预报准确率、平均绝对误差等,并采用递减平均法对2m温度预报进行订正。结果表明:(1)CMA-Meso模式对吉林省2m温度预报准确率不足40%,... 利用2019年CMA-Meso的24h预报时效逐3h温度预报与同期吉林省381个国家气象站和区域气象站温度实况,计算预报准确率、平均绝对误差等,并采用递减平均法对2m温度预报进行订正。结果表明:(1)CMA-Meso模式对吉林省2m温度预报准确率不足40%,但对于吉林省西北部预报平均绝对误差相对较小,预报可参考性较强。(2)CMA-Meso对2m温度的预报在夏季表现明显优于其他季节,春、秋季次之,冬季最差,冬季全省的2m温度小于2℃准确率均不足60%。(3)在白城南部—长春南部—吉林南部—白山西部一线以南和延边南部,模式的2m温度预报存在明显的负系统性偏差,其他地区为正偏差。在负偏差地区,14时气温的预报以偏低为主,在正偏差地区,02时温度出现明显的正偏差。(4)采用递减平均法订正后,CMA-Meso的2m温度预报结果有明显改善,这种改善在地形复杂的山区更为明显,平均绝对误差改善率达33.5%,平原—山地过渡地带次之,平原地区改善率最小。 展开更多
关键词 cma-meso 检验 2m温度 预报准确率 平均绝对误差
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CMA-MESO模式对2020年浙江暖季降水预报评估 被引量:1
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作者 刘雪晴 董美莹 +1 位作者 邱金晶 陈锋 《浙江气象》 2022年第2期1-11,共11页
为了解中国气象局区域高分辨率预报系统(CMA-MESO)对浙江天气的预报性能,以包含超长梅雨过程的2020年5-9月降水为例,开展了CMA-MESO、上海区域中尺度数值预报业务系统(CMA-SH9)等业务模式预报性能评估。结果表明:(1)对暖季平均降水而言,... 为了解中国气象局区域高分辨率预报系统(CMA-MESO)对浙江天气的预报性能,以包含超长梅雨过程的2020年5-9月降水为例,开展了CMA-MESO、上海区域中尺度数值预报业务系统(CMA-SH9)等业务模式预报性能评估。结果表明:(1)对暖季平均降水而言,CMA-MESO的24h累计预报降水量随着提前量的减小而增加,但存在整体低估现象,其中浙西南地区低估较明显;CMA-MESO降水量预报能力明显优于显著高估的CMA-SH9。CMA-MESO的TS评分排名为第二或第三位;在多数情况下,CMA-MESO的预报偏差(BIAS)评分更接近于1.对于降水范围的把握能力排名第二。(2)对强降水过程评估而言,在梅雨及台风“黑格比”影响期间,CMA-MESO优势主要体现在提前24h预报中,各个评分排名第一的次数占比最高。(3)对比有无明显冷空气影响强降水过程预报性能显示;有冷空气时CMA-MESO空间相关系数及大雨以上量级降水的TS评分多数优于CMA-SH9;无明显冷空气时CMA-SH9表现多数优于CMA-MESO。 展开更多
关键词 cma-meso模式 浙江 降水 预报评估
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Effect of 2-m Temperature Data Assimilation in the CMA-MESO 3DVAR System 被引量:1
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作者 Zhifang XU Lin ZHANG +1 位作者 Ruichun WANG Jiandong GONG 《Journal of Meteorological Research》 SCIE CSCD 2023年第2期218-233,共16页
Assimilation of surface observations including 2-m temperature(T_(2m))in numerical weather prediction(NWP)models remains a challenging problem owing to differences between the elevation of model terrain and that of ac... Assimilation of surface observations including 2-m temperature(T_(2m))in numerical weather prediction(NWP)models remains a challenging problem owing to differences between the elevation of model terrain and that of actual observation stations.NWP results can be improved only if surface observations are assimilated appropriately.In this study,a T_(2m)data assimilation scheme that carefully considers misrepresentation of model and station terrain was established by using the three-dimensional variational data assimilation(3DVAR)system of the China Meteorological Administration mesoscale model(CMA-MESO).The corresponding forward observation operator,tangent linear operator,and adjoint operator for the T_(2m)observations under three terrain mismatch treatments were developed.The T_(2m)data were assimilated in the same method as that adopted for temperature sounding data with additional representative errors,when station terrain was 100 m higher than model terrain;otherwise,the T_(2m)data were assimilated by using the surface similarity theory assimilation operator.Furthermore,if station terrain was lower than model terrain,additional representative errors were stipulated and corrected.Test of a rainfall case showed that the observation innovation and analysis residuals both exhibited Gaussian distribution and that the analysis increment was reasonable.Moreover,it was found that on completion of the data assimilation cycle,T_(2m)data assimilation obviously influenced the temperature,wind,and relative humidity fields throughout the troposphere,with the greatest impact evident in the lower layers,and that both the area and the intensity of rainfall were better forecasted,especially for the first 12hours.Long-term continuous experiments for 2–28 February and 5–20 July 2020,further verified that T_(2m)data assimilation reduced deviations not only in T_(2m)but also in 10-m wind forecasts.More importantly,the precipitation equitable threat scores were improved over the two experimental periods.In summary,this study confirmed that the T_(2m)data assimilation scheme that we implemented in the kilometer-scale CMA-MESO 3DVAR system is effective. 展开更多
关键词 2-m temperature China Meteorological Administration mesoscale model(cma-meso) ASSIMILATION three-dimensional variational(3DVAR)data assimilation kilometer-scale
原文传递
江淮地区一次特大暴雨过程预报偏差分析
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作者 邵立瑛 朱红芳 +2 位作者 罗静 郑淋淋 孙明馨 《气象与减灾研究》 2024年第1期1-11,共11页
利用加密自动气象观测站资料、ERA5再分析资料和欧洲中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)模式、中国气象局CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)模式产品,对2020年7月17—18日江... 利用加密自动气象观测站资料、ERA5再分析资料和欧洲中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)模式、中国气象局CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)模式产品,对2020年7月17—18日江淮地区一次特大暴雨过程的预报效果进行检验与分析,并对数值模式降水预报出现偏差的可能原因进行了讨论。结果表明:低涡切变和低层急流的共同影响,为强降水提供了充沛的水汽和有利的动力条件。高空干冷空气叠加在低层暖区之上形成的位势不稳定层结和垂直风切变为强降水的发生提供了不稳定条件。17日20时—19日08时CMA-MESO模式逐12 h暴雨、大暴雨以及暴雨以上量级降水的TS评分均优于ECMWF模式,但2种模式对18日08—20时暖区降水的预报结果均较差。CMA-MESO模式预报的降水区域和实况区域重叠面积的比例均显著高于ECMWF模式,预报形态也与实况更为接近。模式对冷空气强度预报偏弱造成了冷切辐合偏北,对中层湿舌的位置预报偏北,水汽强度预报偏弱,与强降水落区预报偏北相对应,可能是降水预报出现明显偏差的原因。 展开更多
关键词 特大暴雨 数值模式检验 预报偏差 cma-meso模式
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一次降水过程的人影数值模式产品宏观检验
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作者 安英玉 牛忠清 韩书新 《黑龙江气象》 2024年第2期20-23,共4页
本文利用2023年9月24-26日黑龙江省大范围降水天气过程对CMA-CPEFSv2.0和CMA-MESO人影模式产品进行检验。结果表明:两家模式预报云系的发展演变趋势、移向、云厚、特征层高度与实况基本一致,预报云的云底高度和云顶高度略偏低,CMA-CPEFS... 本文利用2023年9月24-26日黑龙江省大范围降水天气过程对CMA-CPEFSv2.0和CMA-MESO人影模式产品进行检验。结果表明:两家模式预报云系的发展演变趋势、移向、云厚、特征层高度与实况基本一致,预报云的云底高度和云顶高度略偏低,CMA-CPEFSv2.0模式预报的云系移动速度比实况稍快,云带整体位置略有偏西,雨带范围、降水演变与实况相当,预报的云顶温度略低;CMA-MESO模式在降水开始时预报的云带位置略偏西,降水较实况范围偏小、量级偏大,云顶温度略低。 展开更多
关键词 人影模式 模式检验 cma-meso CMA-CPEFS
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