动力统计预报方法简介

一、动力统计是一种客观的方法目前客观定量的预报方法有三种,即数值预报、经典统计预报和动力统计预报。近年来,数值预报中的天气形势预报已超过人的经验预报水平,并不断提高和完善。但当前数值预报尚存在一些问题。例如,对地形条件和非绝热加热等因子的考虑还有不少     

积云对流加热作用下赤道波的稳定性

利用国家气象中心从ECMWF引进的中期数值预报准业务模式(T42L9),在对其中的云-辐射过程改进的基础上,以1979年6月14日12GMT的FGGE-Ⅲb资料为初始场.对1979年6月14日至19日期间南亚高压北跳过程中青藏高原的热力和动力作用以及云-辐射作用的贡献进行了数值试验研究。分别在有地形非绝热、有地形绝热、无地形绝热以及不考虑云-辐射反馈情形下进行了五天数值预报试验.模拟结果指出,青藏高原南侧的热力作用是这次北跳加强过程的主要原因,而大地形的动力作用不利于南亚高压的北跳加强(两者共同作用造成南亚高压的中期振荡)。云-辐射相互作用有利于南亚高压的北跳加强。     

孟湾风暴数值模拟实验及其结构特征分析

利用MM5V3中尺度数值模式对2003年5月19日登陆的盂湾风暴进行了数值模拟分析,讨论了风暴中心移动路径．分析了风暴在海上以及登陆前后的流场、动力场和热力场结构。研究结果表明,风暴中心的模拟路径与实况虽有一定误差,但总趋势均向西北偏北方向移动,表明模式对本个例的模拟预报可以参考。由于地形作用,盂湾风暴的动力结构和热力结构均发生一系列改变。     

松嫩流域两类降水过程中地形作用的数值试验研究

降水过程中的地形影响长期以来已经得到广泛地关注,松嫩流域的地形对降水落区和强度的改变已有一些相应的分析,但多集中在天气分析方面。本文利用黑龙江省中尺度数值预报业务系统对两次暴雨个例进行了数值模拟和试验。试验采取降低地形高度和去掉地形两种方式。实验结果表明,降低高度后产生的影响不大,而没有地形时的结果与实况和数值模拟的结果有明显的区别;大兴安岭和小兴安岭的影响非常明显,地形的作用主要表现在对气流的抬升作用和阻挡作用。这个试验对预报主要降水的落区和强度有一定的指导意义。     

基于中尺度和微尺度的复杂地形大风预报方法研究

复杂地形气象预报误差主要与模型对地形特征的准确描述、对物理动力过程的假设有关。采用融合中尺度数值天气预报系统(WRF)和微尺度风速模拟模型(CalMet)的方案,既能考虑大尺度、中尺度和微尺度上的动力学过程,又能最大程度上体现局部地形影响。融合预报结果与中尺度预报结果的对比分析表明,融合预报方法能更好地模拟复杂地形的大风过程,对于复杂地形地区大风风灾预测、预警和分析有重要的参考价值和指导意义。     

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...     

冰雹云初始扰动的数值研究

充分考虑贵州低纬、高原山区特色,建立了复杂地形下的三维动力学数值模式,模拟了由于下垫面的热力和动力不均匀造成的对流云的初始扰动,并将此模式与完全弹性的三维冰雹云催化数值模式结合,对高原山区冰雹进行数值预报,使贵州威宁地区冰雹预报的空报率由42.9%减少到22.6%,预报概括率由80.2%增加到92.3%。     

NMC第二代中期数值预报系统误差的动力诊断

利用国家气象中心第二代中期数值预报模式计算了１月和７月的预报诊断量。计算结果表明,新一代模式在动力外强迫作用、辐射通量和对流参数化等物理过程方面的改进,使该模式的预报比第一代模式有了较大的改善,模式预报的系统误差明显减小。通过对角动量、热量和水汽的经向输送和收支平衡的分析,认为该模式在地形处理、陆面过程、云辐射和积云对流参数化等物理过程还有待进一步改进。     

地形湍流拖曳力参数化及在GRAPES中的应用

分辨率的限制使得不能被模式识别的地形称为次网格尺度地形,次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用,其效应只能通过参数化的形式回馈给模式。分辨率的提高使得与较小尺度地形相联系的地形湍流拖曳力凸显其重要性。数值模式中地形湍流拖曳力的参数化对完善模式物理过程和改善模式近地层预报效果具有积极意义,其方法包括有效粗糙度法和直接参数化法,而GRAPES模式中并未以任何方法考虑次网格尺度地形的影响。该文通过单柱模式比较了有效粗糙度法和直接参数化法的优劣, 发现后者在有些方面优于前者。最后,将应用于实际的一个直接参数化方案接入GRAPES中尺度模式中,进行个例模拟,并与NCEP再分析资料进行对比,结果表明:考虑地形湍流拖曳力方案对模式预报具有改进作用,尤其对局地低层风场具有积极影响。     

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了1986年南海夏季风爆发的环流演变特征,由经向风速剖面图看出,南风首先在中南半岛迅速加强,然后向南海发展,南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明,地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的,包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程,单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。     

NMC强天气模式诊断变量和概率预报产品及初步应用检验

国家气象中心针对强天气预报的特点开发了强天气模式诊断变量和概率预报产品,包括T639全球模式强天气诊断变量产品、基于GRAPES_RUC的中尺度精细化强天气诊断变量产品、基于WRF中尺度模式的区域中尺度集合概率预报产品,于2009年从无到有建立了一套完整的强天气数值预报产品库,提供确定性预报产品和不确定信息的概率产品,为强天气预报业务的开展打下了良好的基础。应用上述产品对"6.3"河南飑线天气的模式预报能力的分析表明,高分辨率模式对强对流天气的预报能力有了较大的提高,但对于强天气预报,15km分辨率仍然不足够高,且产品显示的时空分辨率都应在现有基础上提高,才能更好地展示数值预报产品对强对流过程发生发展和演变过程。     

The active tropical cyclone season of 2005–2006 over Northwest Australia: Operational model performance and high resolution case studies

Summary There are three main aims of this study. First, the main features of the active 2005–2006 Australian region tropical cyclone (TC) season are summarized, with particular emphasis on the northwest Australian region. Second, an assessment is made of the skill of the available operational global and regional numerical weather prediction (NWP) models for three of the most significant TCs (TCs Clare, Glenda and Hubert), each of which made landfall on the northwest coast of Australia. Third, high-resolution numerical modelling simulations of these same three TCs are described in detail. The numerical weather prediction (NWP) model used here was developed at the University of Oklahoma, and in this study it utilises initial and boundary conditions obtained from archived analyses and forecasts provided by the Australian Bureau of Meteorology, as well as a 4D-Var data assimilation scheme to ingest all available satellite data. The high-resolution numerical model is multiply two-way nested, with the innermost domain having a resolution of 5 km. It was found that unlike the operational models, which were restricted by relatively low resolution and less data, the high resolution model was able to capture most of the major features of all three TC lifecycles including development from initial tropical depressions, intensification, and their tracks, landfall, and associated rainfall and wind fields.     

卫星气象的发展——机遇与挑战

气象卫星和卫星气象发展到今天,正处于一个承上启下,继往开来的关键时期。本文从国内外气象卫星的发展,气象卫星对大气科学的作用和影响这两大方面讨论了它们在不同发展阶段所取得的进展、成就和特点,以及未来的发展趋势和面临的科学、技术问题。在此基础上,提出了卫星气象为适应良好的发展机遇所面临的挑战,它们是：绝对辐射定标和真实性检验、发展快速精确的辐射传输模式、全球模式中同化卫星遥感的水汽和云等资料、在区域模式中同化卫星遥感的高分辨率资料和发展先进的反演算法。     

中国数值天气预报的自主创新发展

数值天气预报是天气预报业务和防灾、减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在理论、方法和数值模式研究方面取得了有广泛国际影响的研究成果。在回顾新中国数值天气预报自主创新研究成果的基础上,重点对GRAPES（Global Regional Assimilation and PrEdiction System）半隐式半拉格朗日格点模式与物理过程的研发和业务应用的状况以及所取得的重要科学进展进行了综述。近年来,通过自主研发建立了中国数值天气预报业务体系—GRAPES体系。首次以自主技术实现了从区域3—10 km到全球25—50 km分辨率的确定性预报和集合预报系统,并在模式动力框架、四维变分同化和卫星资料同化技术等方面有所突破,建立了大气化学数值天气预报、台风数值预报和海浪预报等系统。自主研发的数值天气预报体系的建立是长期坚持既定科学技术方向以及研究和业务紧密结合、经验不断积累的结果,是中国自主发展数值天气预报技术的重要起点。      

4D tomographic reconstruction of the tropospheric wet refractivity using the concept of virtual reference station,case study: northwest of Iran

Iran enjoys a variety of climatological conditions. Moreover, numerical weather prediction (NWP) models are not assimilated with the meteorological data in Iran, the country suffering from poor spatial and temporal resolution of radiosonde measurements. These facts make modeling of troposphere impossible using the measurements and NWP. On the other hand, the global positioning system (GPS) has been emerged as a valuable tool for modeling and remote sensing of Earth’s atmosphere. This research is the first attempt to address the tropospheric wet refractivity modeling by GPS measurements in Iran. Changes of topography in the study area are taken into account. As a leading work, virtual reference stations (VRS) are used to fix the rank deficiency of the problem. The model space resolution matrix is used to achieve the optimum spatial resolution of the tomographic model and the optimum number of VRS stations. The accuracy of the developed model (KNTU1) is investigated by deploying radiosonde measurements.     

在数值预报中应用卫星反演资料的质量控制研究

资料变分同化作为提高数值预报准确率的有效手段之一，受到了越来越多的关注。如何将分辨率较高的卫星资料应用到数值预报中，弥补常规观测网时空分辨率的不足，成为数值天气预报的重要课题。以1996年6月28-29日发生在江淮流域的暴雨过程为例，依据其中尺度场和能量场特征，分别以低云量、急流、湿静力能为标准设计了三套质量控制方案。将质量控制后的反演湿度场变分同化并应用到中尺度MM5模式中，结果表明：经质量控制后，可以明显地改善降水区域及降水量的预报；对降水预报，特别是强降水天气过程的预报，该质量控制方案具有普遍意义。     

An Intercomparison of Large-Eddy Simulations of the Stable Boundary Layer

Results are presented from the first intercomparison of large-eddy simulation (LES) models for the stable boundary layer (SBL), as part of the Global Energy and Water Cycle Experiment Atmospheric Boundary Layer Study initiative. A moderately stable case is used, based on Arctic observations. All models produce successful simulations, in as much as they generate resolved turbulence and reflect many of the results from local scaling theory and observations. Simulations performed at 1-m and 2-m resolution show only small changes in the mean profiles compared to coarser resolutions. Also, sensitivity to subgrid models for individual models highlights their importance in SBL simulation at moderate resolution (6.25 m). Stability functions are derived from the LES using typical mixing lengths used in numerical weather prediction (NWP) and climate models. The functions have smaller values than those used in NWP. There is also support for the use of K-profile similarity in parametrizations. Thus, the results provide improved understanding and motivate future developments of the parametrization of the SBL.     

登陆热带气旋降水预报研究回顾与展望

重点围绕登陆热带气旋（LTC）降水预报研究进行了回顾和总结,指出针对LTC降水有三类预报技术：动力模式、统计方法和动力-统计结合的预报方法。以数值天气预报（NWP）模式为代表的预报技术对LTC降水的预报能力仍然非常有限。改进NWP模式预报误差的途径主要有两条：一是发展NWP模式;二是发展动力-统计结合的方法。分析表明,动力-统计相似预报是一项很有潜力的技术;针对现有研究中的不足,开展LTC降水动力-统计相似预报研究,探索减小数值模式LTC降水预报误差的有效方法,将是一个充满希望的研究领域和方向。     

一种基于进化策略的气象学反问题求解算法研究

数值天气预报准确性直接取决于好的预报模式和初始场。在预报业务中,依赖观测数据调整初始场和模式参数属气象上的反问题。通过对模式参数识别和初始场调整问题进行等价转化,提出了一种基于进化策略的气象学反问题求解算法。在一维扩散方程和Lorenz-96简单预报模式进行了两类理想数值试验,试验结果表明经过优化后的预报误差均控制在非常小的范围内且预报稳定,从而验证了方法的有效性。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。