EC细网格10 m风场产品在青岛港区的预报检验和随机森林订正

利用2021年3月—2022年2月EC细网格10 m风场预报产品,对其在青岛港区的风场预报能力进行检验和订正。结果表明:对于大港码头、董家口港自动站和董家口港浮标站,EC细网格前48 h的10 m风速预报偏差离散程度相对较小,预报偏差中位数均大于0,表明模式风速预报较实况有系统性偏强的特征。EC细网格24 h预报的10 m风速与实况风速相关性较好,3个站点的相关系数分别为0.76、0.73、0.82。EC细网格对大港码头各风向的风速预报均偏大,在实况风向为东北风和偏东风时,EC细网格风速预报的均方根误差和平均误差最大;对于董家口港自动站和董家口港浮标站,不同风向下EC细网格的风速预报均方根误差差别不大。EC细网格对3个站点的风向预报偏差主要集中在-45°~45°,实况风速越小,风向的预报偏差离散程度越大。利用随机森林算法对青岛港区EC细网格预报风速进行订正,预报精度均得到提高。

通河县温度预报中对ECMWF细网格2 m温度预报产品的检验与应用

利用2019年1月—2021年12月ECMWF细网格模式2 m温度预报产品及通河国家基本气象站逐日最高、最低气温实况资料,以ECMWF细网格模式为研究对象,利用预报准确率(TT_(K))、平均误差(T_(E))、平均绝对误差(T_(MAE))和技巧评分(SST)等手段,研究ECMWF细网格模式在不同月份、不同天气条件下的气温预测能力。研究发现,ECMWF细网格2 m温度预报产品能够有效对通河县未来1~2 d的气温进行预报,全年最高气温预报精度达59%,气温预测精度最高温情况下产品性能略高于最低气温;结果表明,该产品具有较强的季节性特征,其预测精度在夏季大于冬季;该模式对降雨和大风天气的预测效果较好,在有雪和雾的情况下该产品预报的最低温度要远高于实际情况。

ECMWF细网格模式降水在浙江省行政区域面雨量预报中的释用

区域面雨量预报是决策部门开展防灾减灾工作的重要参考依据。基于2012-2018年浙江省气象站逐日逐小时雨量和ECMWF细网格模式降水产品,探讨各地市中等及以上过程的面雨量月际分布特征,评估模式对上述面雨量过程的预报水平,综合考虑不同时效的降水预报,应用逐步回归方法建立分区域的面雨量解释应用预报方程。结果表明:浙江沿海暴雨个例相对较多,而内陆区域性明显降水发生概率呈现出由西南向东北减小的趋势,中等及以上面雨量过程主要集中在梅雨期和台汛期,台汛期暴雨平均面雨量是梅雨期的1.3倍。ECMWF细网格24 h面雨量预报一般较实况偏小,中雨普遍偏小3 mm左右,大雨偏小7~12 mm,暴雨偏小20~40 mm,并且大雨和暴雨预报偏小距平百分率明显高于中雨的。随着时效的临近,模式的预报效果逐渐改善,72 h以内的预报具有更好的参考价值。各地市订正后的预报方程预报的面雨量,较确定性预报均有不同程度的提高,其中中雨Ts评分提高最为明显,普遍超过50%,同时经释用后多数地市不同量级降水的RMSE和MAE较ECMWF细网格预报的有所减小,预报稳定性更好,预报偏差更小。

基于EC细网格与BP算法的辐照度预报及检验

在理想晴天天气下,可计算确定位置不同时刻的理论辐照度,但与实际辐照度在不同季节仍存在一定系统误差。利用易县某光伏电站近1年逐15 min实况,提出了一种基于理论辐照度的晴天天气下的系统误差订正方法,并进一步利用欧洲EC细网格预报资料及BP神经网络方法实现了未来24~48 h辐照度的逐15 min预测,得到以下结论:(1)晴天天气下,该系统误差订正方法可有效剔除实况资料中非晴天天气数据的影响,不同季节的平均绝对误差不超过该季节最大辐照度的5%;(2)对24~48 h逐15 min的辐照度预报,经不同季节检验,冬季误差68.5 W/m^(2)、春季误差125.2 W/m^(2)、夏季误差119.5 W/m^(2)、秋季误差53.7 W/m^(2),对11月份的预报最为理想。该研究成果可有效降低人工筛选工作量,在服务中有很好的实用性和参考性,可作为光伏数值预报的一种有效数据源。

基于一元线性回归的ECMWF细网格阵风预报产品订正评估

利用2021年10月至2022年3月(2021年冬半年)欧洲中期天气预报中心(European centre for medium-range weather forecasts,ECMWF)细网格阵风预报数据和河南省国家级地面气象站阵风观测资料,基于一元线性回归(linear regression,LR)方法,对河南省ECMWF阵风预报进行订正,并对其检验评估。结果表明:(1)2021年冬半年,河南省多出现6级以下的阵风天气。ECMWF模式对于7级及以下的阵风预报存在整体高估的现象,对于7级以上的阵风预报存在低估的现象。(2)LR订正后准确率、均方根误差在所有预报时效均有明显的改善。订正后准确率较高、均方根误差较小的站点主要分布在京广线以东大部分地区、焦作、南阳南部;豫西山区订正效果一般,其复杂的地形易导致阵风偏高,而6级以上阵风样本数较少,预报订正值稳定性相对较差。(3)阵风预报与起报时次的关系不大。LR方法针对6级以下阵风预报有一定的优势,技巧评分(T s评分)较ECMWF预报高,预报偏差(B ias评分)更接近1。

ECMWF细网格气温预报产品在宁波的检验和误差分析

针对宁波市326个站点,对空间分辨率为0.125°×0.125°的ECMWF细网格气温模式产品中2019年1月-2021年6月08时和20时2个不同起报场0~72h时效的预报产品进行时空检验和误差分析。结果表明:(1)08时和20时2个不同起报场72h内每天14时的均方根误差和平均绝对值误差最大,20时和08时次之,02时最小;(2)5类土地利用类型中林地的预报气温与地面站点气温的误差最大,水体次之,另3类相差不大;(3)误差空间分布不均匀,沿海地区误差相对较小,西部山区、海曙、奉化等个别站点误差较大;(4)DEM和距海距离与均方根误差和平均绝对误差的相关系数基本为正。

云南省细网格气候区划及气候代表站选取

利用1961—2008年云南省124站气温观测资料,经过地形订正后,形成1km×1km的细网格点数据。在此基础上,开展了云南省细网格气候区划及气候代表站选取的研究。结果表明,云南可划分为高原气候带、温带、北亚热带、中亚热带、南亚热带和北热带等6个气候带,所占面积分别为3.32×104、3.65×104、15.65×104、6.82×104、8.66×104和1.31×104km2;高原气候带分布在滇西北3000m以上高海拔地区,温带主要分布在滇东北和滇西北海拔高度为2200～3000m的地区,北亚热带主要分布在滇中、滇西、滇南高海拔地区和滇北低海拔地区,中亚热带主要分布在滇中、滇东南和滇西南海拔较高的地区,南亚热带主要分布在滇南和河谷地区,北热带主要分布在滇南和海拔较低的河谷地区;各气候带分布与地形和纬度相关联,地形因素比行政区域更能体现气候特征;通过站点序列与气候带序列趋势变化一致性和偏离程度的统计分析,所选气候代表站与相应气候带序列变化非常一致,能够较好地代表云南各气候带变化特征。

基于MODE方法的日本细网格模式降水预报的诊断分析

利用CMORPH卫星与中国30000余个自动站逐时降水融合资料,基于面向对象模式诊断分析MODE方法研究了降水对象的客观表现以及日本细网格模式对2012-2013年中国34个降水个例的预报能力,并与传统TS、ETS检验方法进行了对比分析。结果表明:模式整体上能较好地捕获降水对象,但不同卷积半径下对象的个数及特征差异明显;模式对局地性或弱降水事件预报偏多(偏大),对区域性或强降水事件预报偏少(偏弱);模式较好地反映不同卷积半径下,降水对象在10 mm左右识别对象的面积、数量的变化特性,不足之处在于模式的固定阈值更为集中,识别对象的数量减少幅度偏快;采用较大半径进行卷积,有助于强降水区域的形态判定,在不同量级降水情况下存在提高收益函数的合适的卷积半径;中、低纬降水预报的总收益整体优于高纬,但不同属性呈现较大差异,具体而言,高纬地区降水强度预报更为合理,而低纬降水面积预报优于高纬;与传统TS、ETS检验相比,MODE方法受气候概率影响较小,其检验结果更加客观、多样。

基于ECMWF细网格模式产品的湿螺旋度在四川盆地强降水预报的应用试验

利用欧洲中期数值预报中心(ECMWF)高分辨率预报场(0.25°×0.25°)资料以及四川省加密自动站降水量资料对2011年汛期7—9月和2012年5—7月共计20例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析,分别归纳总结出6和24 h内强降水发生发展及落区分布的判据指标。利用这些判据指标对2012年8月30日至9月1日及9月8日发生在四川盆地的两例强降水过程及2013年汛期6—8月暴雨个例进行检验并在汛期投入了业务预报工作。检验结果表明:低层700或850 hPa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布指示较好;当强降水发生时,24 h时效预报的24~48 h 3 h间隔预报场湿螺旋度数量值超过了指标值并持续了2个时次以上,达到了强降水发生的要求;零场预报的0~24 h及12 h时效预报的12~36 h间隔3 h预报场任一时刻湿螺旋度数量值达到了6 h指标判据值,对其后6 h的暴雨落区有较好的指示作用,可作为短时临近预报的业务参考;湿螺旋度订正预报暴雨发生的TS评分远高于ECMWF模式,预报效果好。

ECMWF细网格数值预报产品在乌鲁木齐东南大风预报中的释用

利用ECMWF细网格数值预报产品和区域自动站、风廓线雷达等常规观测资料,对乌鲁木齐2013年春季南郊发生的一次东南大风过程进行诊断分析和预报释用,揭示了乌鲁木齐东南大风发生和维持的物理机制,发现细网格资料在预报时空分辨率和预报性能等方面均有提高,对东南大风预报具有指示意义,提高了预报的准确性。分析表明:达坂城至南郊一带东南风频发是由于春季地面蒙古高压部分南掉,形成东西间气压梯度力同乌鲁木齐南郊地形狭管方向一致时,并在"慢坡"重力下滑的共同作用下所形成的回流型东南大风;细网格850 hPa风矢量、10 m高度上的风、海平面气压场、2 m高度上的温度等要素预报,对乌鲁木齐南郊东南大风的起止时间、风速量级及落区的预报有较好指示意义。

超级杂交稻制种基地气候风险的细网格分析

[目的]避免和减轻超级杂交稻制种气候风险。[方法]应用数理统计方法建立气候要素值与地理要素值之间的关系模型,确定不同时段温度递减率,然后根据超级杂交稻制种基地气候风险等级指标,结合细网格点的纬度、经度和海拔高度等地理信息数据,进行细网格推算和分析。[结果]当不育系的育性转换临界温度指标为23.5℃时,其无风险制种区域主要分布在祁东、祁阳、常宁、耒阳及阳明山以南的道县、宁远、新田、临武、宜章等地,面积约0.8万km2;低风险区主要分布在湘中及湘东,面积约5.9万km2。[结论]该研究为超级杂交稻制种基地布局提供科学依据。

ECMWF细网格模式在北疆降雪预报中的统计检验

采用ECMWF细网格模式产品,对发生在北疆2015年1月—2017年4月共20场降雪天气过程进行统计学检验。结果表明,48h预报时效内ECMWF细网格模式对形势场、850hPa比湿、对流层位涡及对流层低层u、v风场预报误差较小,精度较高;对流层中低层垂直速度和相对湿度及300hPau、v风场的系统性误差较小,随机误差相对较大,并建立了ECMWF细网格模式48h预报时效内在北疆降雪天气预报中的应用模型;模式对新疆北部暖区降雪的各量级预报随时效的延长准确率并非减小,尤其是中雪;72h预报时效内,模式对12h累计降雪量为小雪和中雪的预报相对较稳定,强降雪的误差较大,随时效的延长并非呈增大的趋势;在预报业务中注意订正应用。

基于ECMWF细网格、GRAPES的短时强降水潜势预报和检验

利用2016—2018年6—8月ECMWF细网格、GRAPES_GRAPES(简称GRAPES)、黑龙江省822个自动站资料研究黑龙江省6—8月短时强降水(一般短时强降水和极端短时强降水)的预报方法和各影响因子指标与它们之间的融合。采用双线插值法或临近格点法、分位数法、配料法、排除法、多重分析法等形成以水汽、不稳定、抬升为框架的客观预报方法。研究发现,强降水的环境背景不仅受限于各物理因子阈值,还与它们之间融合密切相关。各因子间存在一定旬差异和日较差,与水汽相关的各阈值夜间大于白天,热力不稳定性白天高于夜间。6月中上旬与水汽含量相关的各因子阈值小于其它时段。从检验结果看,由于强降水的突发性、局地性和研究方法以及模式本身的特征,预报的空报率非常大,漏报率较低,TS评分最低且随着强降水分布密度的降低而降低。一般性强降水检验中,两种模式点对点检验的TS评分为0.015左右,14和40 km为半径的点对面检验中TS评分约0.03和0.08。极端强降水检验中,两种模式点对点检验TS评分约0.004,14和40 km点对面检验TS约0.007和0.02。7月由于强降水分布密度相对较大,检验效果也相对较好。一般性强降水检验TS评分EC细网格高于GRAPES_GRAPES,而极端强降水检验TS评分刚好相反。

一个有限区嵌套细网格模式的设计及预报结果检验

在钱永甫等研制的ｐ－σ混合坐标系原始方程模式的基础上，建立、发展了一有限区域的单向影响嵌套细网格数值预报模式，并选取台风Ｗａｙｎｅ对应的天气形势演变过程为例，通过与ＭＭ４模式对同一个例预报结果的比较分析以及统计学检验，对该模式的预报能力进行了验证。结果表明，该模式能够较好地预报实际天气形势的演变过程，各层大气高度场的预报结果与实况的相关系数都超过０．７４。和ＭＭ４对温压场的预报结果相对比，二者间只有细节上的区别而没有质的差异，都能够较为准确地反映出实际大气的演变特征。对风场的预报，细网格模式的风速值偏小．在降水的预报上，细网格模式对雨区的预报要优于ＭＭ４；在大陆的主要雨区，细网格模式预报的降水量与实况较为接近。

复杂下垫面地域边界层结构的三维细网格数值模拟

建立了一个可供复杂下垫面地域使用的非静力的三维细网格边界层模式，就复杂下垫面条件下的边界层结构和湍流特征作了以实例为比照的数值模拟试验，模式采用能量（Ｅ－ε）闭合方案，舍弃了静力近似。以实测资料为初始输入，同时还做了一些数值试验，分别获得了采用静力与非静力模式和不同闭合方案对ＰＢＬ模拟的结果。结果表明，复杂下垫面地域的陡峭地形和不规则海岸线对局地风场和湍流场影响很大，在此类条件下，采用非静力模式是必要的。

基于T639细网格模式的陕西省秋淋天气预报效果评估

利用CMORPH卫星与自动气象观测站的逐时降水量融合资料,采用经验正交函数EOF、技巧评分及针对细网格模式的面向对象诊断检验方法 MODE,评估T639细网格模式对2014年陕西省秋淋天气降水预报的效果。结果表明:T639模式整体较好的表现了2014年陕西省秋淋天气过程降水的空间分布,但预报的降水量级显著偏小;逐12 h降水EOF分析表明,此次降水过程可分为系统性和对流性降水两种模态,T639模式对系统性降水的预报性能较好,空间模态与观测一致,但对局地性和对流性降水的预报性能相对较弱;模式整体预报能力较好,晴雨预报TS评分和ACC相关系数平均达0.6以上;空间和时间上预报降水频次偏多,是影响TS评分和ACC等晴雨评分技巧下降的主要原因。MODE检验表明,T639模式对大面积降水对象预报偏多,对局地性降水对象预报偏少;对中等强度降水对象偏多,对强降水及弱降水对象预报偏少;预报对象与观测对象的整体匹配性较好,但两者的面积存在一定差异。

细网格数值模式产品在水文气象服务中的应用

利用T639、GER和JMA细网格数值预报模式降水产品和汉江上游水文降水资料,应用统计方法建立气象数值预报因子与水文面雨量对应关系,进而得到汉江上游面雨量客观预报模型。结果表明,该方法较客观地反映了流域内降水尤其是致洪暴雨的分布情况,为丹江口水库调蓄调度、防汛抗旱提供科学参考量,是水文与气象信息耦合度量面雨量的有益尝试。

华南西部欧洲细网格2m温度预报误差分析

利用2011年7月-2012年7月欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式细网格地面2m温度和广西区域自动站气温观测资料,对比分析了EC模式细网格2m温度24小时时效内在华南西部地区不同季节、不同天气系统影响下的预报性能。结果表明:(1)全年平均而言,低温预报误差整体较小,预报准确率达77.7%,高温预报误差变化较大,准确率只有32.8%,低温预报准确率比高温预报准确率高44.9%,低温预报具有较高的参考价值。(2)不同季节高温低温预报差异明显,在夏季(6月-8月)低温预报的准确率达80%,但最高温度的预报准确率只有10%左右;在冬季,最低温度准确率下降到65%左右,而最高温度准确率相反,上升至50%左右。(3)不同地理区域预报性能差别较大:最高温度预报1-3月桂西可信度较高,达60%,4-5月和11-12月四个月只有桂东部分地区的预报具有一定的参考价值。(4)从全年误差分布来看,高温预报在冬季是误差小的所占比重大,误差大的比重小,夏季的则相反,春秋的误差等级分布的较为均匀,每个等级所占比重相似。低温预报则分布的比较均匀,全年基本都是误差越小占比重越大,只是冬季误差小的比重相对较小。5)不同天气形势的温度预报性能亦不同:冬春季冷空气(锋面)影响过程和春季低温阴雨过程的高温预报有一定的参考价值;夏季区域性暴雨过程和副热带高压影响过程的高温预报参考价值较低,误差平均达31%和5.8%,可作为预报主观订正的幅度参考值,四种天气型的低温预报准确性都较高,达到70%以上。

合肥市大雾时空特征与细网格资料的预报释用

选取合肥市近50年年平均大雾日数、近10年逐日大雾观测资料,分析了该市大雾时空特征;并利用ECMWF细网格预报场资料对该市秋冬季发生的大雾过程进行预报释用。结果表明：合肥市大雾有缓慢的线性增加趋势,大雾异常年占比20%;出雾时段91%在早晨04：00~10：00,辐射雾占比为94%;11月、1月,大雾和浓雾天气出现频数均最多;大雾天气冬半年多于夏半年,但12月份雾天反而较少;肥西观测站大雾和浓雾天气出现频数均最多;温度、湿度、风速和云量等气象要素条件指标与辐射雾生成具有较好的对应关系。

结构有限元模型局部细网格快速生成方法

在船舶结构设计环节,一般采用直接计算方法评估结构强度。对于应力集中区域,需采用子模型法进行细网格计算。考虑到这项工作繁琐费时,严重影响设计效率,提出一种快速生成结构有限元子模型局部细网格的方法。该方法基于"由几何生成有限元网格,并采用添加辅助硬线以保证网格质量"的思路。利用Visual Basic语言,基于Catia和Femap的二次开发功能,编制可靠、实用的程序,可极大地提高子模型的建模效率。以某集装箱船的舱口角隅为例,验证其可靠性和快速性。