DOGRAFS边界层方案对新疆气象要素预报影响初探

基于沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation Forecast System,简称DOGRAFSv1.0)不同边界层方案(YSU,ACM2)对2013年1月和7月的预报结果和实况资料,利用客观检验方法,初步探究不同边界层方案对地面气象要素预报的影响,结果表明:ACM2方案对地面气象要素预报效果总体优于YSU方案,尤其对1月份ACM2方案预报结果优势显著;对于2 m温度,ACM2方案对低温预报偏高的问题有一定改善,但对高温预报偏低的问题有所加重;对于10 m风速,ACM2方案的预报误差明显低于YSU方案;对于降水,ACM2方案在一定程度上改善了1月漏报和空报的问题,但对7月改进不明显,这主要由于ACM2方案在稳定或中性层结下采用的局地闭合算法削弱了边界层顶卷挟和边界层内混合作用,进而抑制了边界层物理过程与对流过程的耦合作用。

DOGRAFS温度和风场的预报检验

利用新疆及周边地区2012 年11 月1 日-2013 年10 月31 日的地面2 m 温度和10 m风场的逐6 h 观测和预报资料,通过预报的均方根误差和平均误差的分析,对基于WRFv3.5 和WRFDAv3.4.1 的新疆快速更新循环数值预报同化系统（DOGRAFS）的预报效果进行检验评估.结果表明：DOGRAFS系统对地面2 m温度和10 m风速的预报具有较好的参考价值,二者的预报偏差均呈周期性变化,对2 m 温度预报整体呈“低温偏高,高温偏低”特点,采用12 UTC 初值场起报的预报结果对冬、春、夏季的高温预报冷偏差最小,采用06 UTC 初值场起报的预报结果对秋季的预报冷偏差最小,采用18 UTC 初值场起报的预报结果对冬、春、夏季的低温预报偏差最小,采用00 UTC 初值场起报的预报结果则对秋季的最低温预报偏差最小,各时次对18 UTC 的预报偏差均接近0 .偏差的空间分布上,大部分站点在不同季节、不同时次的偏差都在-2-2 益之间.对10 m风场的预报在秋季效果最好,冬季最差,预报平均误差整体从冬到秋逐季递减,夜间大于白天,四季中,采用18 UTC 初值场起报的预报效果最好.

DOGRAFS模式气温、降水预报产品在阿克苏地区的初步应用与检验

DOGRAFS (Desert-Oasis-Gebi Rapid Analysis&Forecast System)系统是基于WRF模式的预报系统,由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所负责运行维护,模式产品提供新疆气象部门各级台站使用.2014年阿克苏气象台开始应用该系统的模式预报产品,并对2014-2015年阿克苏地区出现的主要降水天气过程模式预报性能进行检验.结果表明:模式站点预报产品对阿克苏地区降水天气过程的平均预报准确率达40％,个别天气过程准确率达70％～80％,具有一定的参考价值,但气温预报准确率较低.DOGRAFS模式24 h降水落区产品预报平均准确率为65.5％,有比较好的参考价值.降水格点预报准确率为42％,略高于预报员全年平均水平.温度格点预报准确率较低、误差较大,特别是最高气温预报普遍偏低,山区尤为明显.

DOGRAFS预报产品在阿勒泰地区一次寒潮天气过程中的应用

采用基于沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation and Forecast System,简称“DOGRAFS”),以NCEP/NCAR再分析资料作为初始场资料,对2014年9月19-21日发生在阿勒泰地区的一次寒潮天气过程进行分析.同时对本次天气中的DOGRAFS预报产品进行检验应用,结果发现产品高空温度场(TC)对冷空气强度的预报较好,2 m温度(T2C)对阿勒泰地区最低气温的预报有较高的参考价值,散度(DIV)、涡度场(VOR)、水汽通量(QFLUX)、相对湿度(RH)对能否出现明显降水的预报有指示意义,10 m风速(WIND 10)能较好地预报风的大值趋势,但是预报量级以比实况偏小为主.

新疆DOGRAFS_3 km夏季预报试验与分析

为了提升新疆区域数值天气预报模式的精细化预报能力,基于目前业务应用的沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation Forecast System,简称DOGRAFS),搭建了DOGRAFS_3 km运行系统,将2016年7月作为预报检验月份,对比分析了目前业务化运行的DOGRAFS_9 km与新搭建的DOGRAFS_3 km系统的短期、短临预报效果,并针对7月31日—8月2日的降水过程进行对比。结果表明:(1)3 km分辨率系统的地面温度、风基本气象要素的预报效果整体要优于9 km系统;(2)从不同层次上的位势高度、温度、风要素预报结果看,3 km系统在925、850、700、500 h Pa预报效果优于9 km系统,300 h Pa和200 h Pa略差于9 km系统;(3)降水检验看,3 km分辨率系统在降水时段、落区和量级等方面的效果均好于9 km系统,尤其是对中量和大量级降水的预报,3 km分辨率系统与9 km系统的降水预报能力均有限。(4)通过用加密自动站的降水量监测值检验分析得知,对于典型降水过程的的过程降水落区、24 h降水落区、以及6 h降水落区的预报,3 km分辨率系统的预报效果更好。综合2016年夏季代表月份的预报以及一次强降水过程的对比分析结果,DOGRAFS_3 km系统在夏季的整体预报性能优于DOGRAFS_9 km,推进DOGRAFS_3 km高分辨率系统建设尤为必要。

DOGRAFS逐小时气温和降水预报的释用

采用2016—2018年DOGRAFS(沙漠绿洲戈壁区域分析预报系统)的气温、降水逐小时预报资料,在检验的基础上开展释用方法研究,并用2019年资料进行试验测试,结果表明:DOGRAFS气温预报,08时起报的准确率要高于20时起报的;北疆好于南疆,准确率为50%,平均绝对误差为2.5℃,采用最高、最低气温建模方案,预报准确率提高到64%,平均绝对误差为1.9℃,预报的离散度降低。DOGRAFS降水预报,08时起报的TS评分略高,20时起报的晴雨准确率略高,南疆好于北疆;晴雨预报准确率可达95%,但降水TS评分仅有20%,空报率超过50%;采用消空订正方案,晴雨预报准确率提高1%,TS评分提高2%,空报率大大降低,但漏报率较大。释用方案对模式气温预报有较好的提升效果,降水预报仍有较大的改进空间。

沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统降水预报检验

基于沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation and Forecast System,简称"DOGRAFS"),对2012年11月1日—2013年10月31日逐日四次预报的6h累积降水量和实况资料,利用TS、ETS和BS评分统计量,对该系统的降水预报能力进行客观检验评估,结果表明:总体而言,模式预报效果存在一定的季节差异,夏秋两季预报评分高于冬春两季;对于同一降水阈值,系统不同起报时间对降水的预报结果差别不大,但总体上12 UTC略优于其它三个时次;模式对降水的预报能力随着降水阈值的增大而逐渐降低,其中,对0.1 mm·(6 h)-1阈值的降水预报性能最稳定,对3.1 mm·(6 h)-1和6.1 mm·(6 h)-1两阈值次之但预报范围与实况比较吻合,对12.1 mm·(6 h)-1以上的大阈值降水过程,整体把握能力还有待提高。另外,针对2013年5月26—29日南疆一次极端强降水天气个例进行分析,不同起报时间对强降水时段的落区和量级的预报能力参差不齐,其中26日12UTC的预报结果最优;对其增量场分析表明,同化的资料对预报初始场中、低层的风场、温度场以及湿度场都有明显的调整作用,对预报结果有较好的正效应。

RMAPS-CA在新疆区域预报效果对比检验与评估

为了提升新疆区域数值天气预报模式的精细化预报能力,引进北京城市气象研究院运行的快速更新多尺度分析和预报系统睿图,搭建3 km高分辨率的睿图—中亚系统(Rapidrefresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Central Asia,简称RMAPS-CA),将2017年1月和7月作为预报检验月份,对比分析了新搭建的RMAPS-CA系统与目前业务运行的沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation Forecast System,简称DOGRAFS)的短期、短临预报效果,并针对2017年6月6—7日的降水过程进行对比。结果表明:(1)从高空的位势高度、温度、风要素预报结果看,RMAPS-CA系统冬季在中低层效果优于DOGRAFS系统,高层略差于DOGRAFS系统;而夏季的预报效果整体要优于DOGRAFS。(2)RMAPS-CA系统的2 m温度的预报效果整体要优于DOGRAFS系统,10 m风速的预报效果冬季要优于DOGRAFS,夏季略差于DOGRAFS。(3)降水检验看,RMAPS-CA系统在降水时段、落区和量级等方面的效果均优于DOGRAFS系统,尤其是对小量和大量级降水的预报。(4)从强降水过程的降水落区、强度以及站点降水预报的对比分析看,RMAPS-CA系统的降水预报效果更好。根据2017年代表月份的预报以及一次强降水过程的对比分析,RMAPS-CA系统的预报性能整体上优于DOGRAFS,可以在此基础上推进RMAPS-CA高分辨率系统建设。

新疆昌吉州一次暴雪过程的多模式数值预报检验

利用常规地面观测资料、EC_thin、T639_thin、ED_thin、DOGRAFS资料对2015年12月10日~12日昌吉州暴雪过程多模式数值预报效果进行检验分析。通过分析EC_thin、T639_thin、ED_thin、DOGRAFS四家数值模式的预报,分别对降水时间段、落区、量级和Ts评分进行检验,结果表明:降雪时段的预报以开始时间偏早,结束时间偏晚为主,24 h时效的预报效果较48 h和72 h好,且EC_thin和T639_thin预报效果较好;3个时效的降雪落区准确,但大值区(暴量)范围小,主要集中在中西部,东部预报偏小一个量级;晴(雨)、一般性降水(暴雪)、漏报率,ED_thin具有很好的参考价值;各模式预报的天气系统强度略偏弱,是造成预报与实况有偏差的主要原因,而模式预报的差异程度造成了预报降雪量级存在差异。