超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

基于最新全球集合预报系统的可预报性评估

为了提供有价值且可靠的概率(或者不确定性)预报,最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行,以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验,可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报(或集合预报)能力不仅取决于我们使用的预测要素,而且与时间和空间分辨率,极端事件或者高影响天气,以及预报时效有关。以大尺度天气系统预报为例,通常选择北半球500 hPa位势高度距平相关指数或概率指数表征模式的预报能力。如参照北半球500 hPa位势高度的距平相关指数(60%AC)或概率预报技巧指数(25%CRPSS),美国全球集合预报系统能够提供大约10 d的技巧预报。从全球集合预报系统输出的各预报要素,满足不同时空尺度需求的角度进行讨论,其可预报性(或预报极限)能够为模式研发人员、一线预报员和用户提供参考。尤其是对大气可预报性的深入研究,对于从科学与技术角度全面提升数值预报系统水平非常重要。当能够确定可预报性(或是预报误差)的真实来源时,科学家(包括模式研发人员)就能够有针对性地修改与完善。将传统的可预报性研究与改进的能够更客观地表述预报不确定性的集合预报相结合,所得可预报性将提供另一种有价值的参考。可预报性研究总体表明,全球集合预报系统对行星波、大尺度和天气尺度的系统(或者过程)可能分别具备约15、12、10 d的预报能力。对于热带天气过程的预报,如果进一步改善模式偏差和物理参数化过程,其MJO(Madden-Julian Oscillation)预报技巧可以延长至32.5 d。     

超强台风鲇鱼路径北翘预报分析

利用常规气象观测资料、实时业务数值预报模式、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA Interim全球再分析资料（1.5°×1.5°）以及NCEP全球再分析资料（1°×1°）,对1013号超强台风鲇鱼移入南海后路径突然北翘的原因进行了初步分析,并对业务数值预报模式及中日美三家综合业务预报的台风路径预报进行了检验。结果发现：南半球越赤道气流向北涌进致使赤道缓冲带北进与＂鲇鱼＂东侧的副热带高压脊合并是＂鲇鱼＂在南海路径发生突然北翘的主要原因;当业务数值预报模式出现较大分歧时,台风路径多模式集成预报或超级集合预报是解决数值预报较大分歧的有效途径,为此有必要加强台风路径多模式集成预报或超级集合预报综合应用平台的研发,并在此基础上进一步完善现有台风业务预报流程。     

欧洲业务集合预报系统进展

由于大气初值与数值模式中物理过程存在不确定性等客观事实,集合预报无疑代表着数值天气预报未来前进与发展的方向,它标志着天气预报的预报范式转变,即用户不仅可以得到未来大气状态的单一现实,还可得到未来大气可能出现的一系列场景。文中扼要地梳理了欧洲全球业务集合预报与有限区域模式高分辨业务集合预报的研究动态与技术发展、基本问题及其未来最新发展方向,包括:1)欧洲中期天气预报中心的业务集合预报系统发展沿革及概况;2)欧洲国家主要业务高分辨率集合预报系统概况;3)当前业务集合预报存在的问题、挑战及未来前进的方向。文中除了关注欧洲中期天气预报中心的集合预报应用,还梳理了目前欧洲高分辨业务集合预报取得的成就,以引起有关研究人员的注意。总之,借鉴欧洲业务集合预报的发展思路,不仅有助于集合预报理论创新,还对发展集合预报业务有重要指导意义。     

兰州市空气质量预报系统结构及效果检验

文中从潜势预报、浓度预报、统计预报和数值预报 4方面介绍了兰州市空气质量预报业务系统的研究方法和结构特点。对 2 0 0 1年 4～ 10月兰州市空气质量预报与日报 (实况 )进行了分析研究 ,结果表明 ,该系统对兰州市空气质量预报有较强的预报能力 ,适用于兰州市空气质量预报业务。     

欧洲ECWMF模式与我国T213模式夏季预报能力的对比分析检验

T213 L31模式(简称T213)是中国国家气象中心在T106L19谱模式的基础上建成的第四代全球中期数值天气预报系统,它于2002年9月1日起投入业务使用。本文根据世界气象组织(WMO)基本系统委员会(CBS)1985年特别会议推荐的数值预报标准化检验方案,采用欧洲中期数值预报模式ECWMF和国家气象中心T213数值预报模式的500 hPa位势高度、850 hPa温度预报格点资料和客观分析实况格点资料,对东亚区域2002年和2003年夏季时段内两种模式的预报能力进行对比分析检验。所得结果表明,ECWMF预报的环流场中的低压槽在102°E以东的我国中东部(102°E以西的我国西部)比实况值偏弱(偏强),高压脊偏强(偏弱);而在我国的大多数地区,T213模式预报的低压槽偏强,高压脊偏弱。     

世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台设计与实现

世界气象中心(北京)建设是中国气象局承担世界气象组织(WMO)的全球数据处理和预报系统(GDPFS)要求的任务,为全球实时气象预报预测业务提供高效丰富的无缝隙天气气候监测、预报、预测分析指导产品及数据产品服务共享,提高区域性国际天气业务会商交流效率,国家气象中心设计并实现了世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台,通过分析全球监测、预报预测等业务数据海量、异构、实时性强等特征,采用浏览器/服务器(B/S结构)多层架构和分布式实时处理、任务调度等关键技术实现了全球实况监测、天气模式、气候模式、模式检验数据的高效加工预处理、产品分析制作、产品自动流转、网络服务共享和业务指导等全流程业务功能,并提供了国际天气预报会商等专业化功能。平台自2018年6月6日业务运行以来,已有13个国家和地区注册会商用户,超过15万次全球访问量,为全球专业用户高效提供了全球实时天气监测、预报服务产品业务指导,未来将成为中国气象局对外气象业务指导和气象服务的重要窗口和纽带。     

沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的改进与拓展

介绍了改进后的沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的产品和运行情况。沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统于1997年投入业务运行，目前已从最初的仅提供降水预报产品，发展到能提供降水预报、热带气旋路径预报、空气污染气象条件预报、人工增雨服务指导产品和城市环境气象业务预报所需的基本气象要素预报等多种业务所需的预报产品。业务系统每日两次自动运行，预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads绘图系统，进行图形显示，并直接进入区域气象中心局域网上的中尺度数值预报网页。目前，本系统的预报产品已经成为预报员每日必看的参考工具，经沈阳中心气象台评定，2002年汛期对辽宁省降水预报准确率已超过日本东亚模式。     

GRAPES全球系统的研发进展

2007年7月始,中国气象科学研究院数值预报研究中心在“十五”攻关成果的基础上研发了运行稳定、结果合理的GRAPES全球预报系统1．0版本（简称GRAPES_GFS1．0）。2009年3月,该系统通过了中国气象局预测减灾司组织的准业务化运行专家评审,已批准投入准业务运行。这是我国完全自主开发的全球预报系统,标志着我周全球数值预报迈向了自主创新、可持续发展的道路。     

华东地区地面和高空风场的多模式集成精细化预报研究

基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)、中国国家气象中心业务运行的中尺度数值预报系统(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System Meso,GRAPES-Meso)、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)的全球预报系统(Global Forecast System,GFS)、GRAPES全球预报系统(GRAPES-GFS)4个模式风场预报资料,利用双线性、反距离加权、三次样条、克里格等插值方法对华东及周边地区(110°～130°E,20°～40°N)2020年1—4月逐日地面和高空风0~72 h集合预报资料进行降尺度处理,得到满足机场及终端区气象保障的精细化风场预报。此外,还对精细化风场预报做多模式集成。结果表明,对于风场的精细化格点预报,反距离加权插值方法误差最小,为最优水平插值方法。基于扩展复卡尔曼滤波的多模式集成(Augmented Complex Extended Kalman Filter,ACEKF)可进一步减小风场预报的误差。对华东地区上海、青岛和厦门3个机场地面和高空风的多模式集成风场精细化预报的分析表明,ACEKF多模式集成预报不但均方根误差较BREM、ECMWF和GRAPES-GFS的预报误差小,且随高度变化也不如单模式预报的大,其预报性能更为稳定。     

GRAPES全球模式云方案的诊断研究

在对GRAPES全球预报系统(GRAPES_GFS)云预报性能进行诊断评估的基础上,对凝结(华)和蒸发等物理过程及对流卷出对云的影响过程进行改进和优化,旨在提高GRAPES_GFS云量及其特征量和降水的预报精度.通过研究GRAPES全球模式、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国环境预报中心(NCEP)全球模式中3种...     

基于背景场奇异向量的CMA全球集合预报试验

目前中国气象局全球集合预报系统（China Meteorological Administration Global Ensemble Prediction System,CMA-GEPS）利用CMA全球数值预报系统分析场计算奇异向量（ANSV）,欧洲中期天气预报中心采用同化背景场计算奇异向量（FCSV）,在业务流程上先于计算ANSV,可优化集合预报系统运行时间。为此,在CMA-GEPS中探索采用FCSV进行集合预报的可行性,分析ANSV和FCSV的空间分布及相似指数,进而针对夏秋季节10个个例开展采用ANSV和FCSV的全球集合预报试验,从等压面要素集合预报技巧、中国地区24 h累积降水概率预报技巧、台风路径集合预报技巧、台风中心最低海平面气压预报技巧等方面对比二者结果。结果表明:ANSV和FCSV的主要结构特征相似,两组集合预报结果相当,表明在CMA-GEPS中使用FCSV可行,可作为未来高分辨率CMA-GEPS业务系统建设的选项。     

国外气象业务中心核心预报能力的比较和发展

基于文献和世界气象组织(WMO)世界气象中心以及部分国家气象中心网站的信息,梳理了世界主要气象业务中心的全球天气预报模式预报指标,分析了当前领先气象业务中心的预报水平,并对反映其核心预报能力的天气和气候预报技巧指标进行了比较。在对过去10多年来预报技巧进步趋势分析的基础上,对领先气象业务中心在2025和2035年可能达到的预报指标进行了推测。尽管未来各主要气象业务中心预报系统的提升速率将明显放缓,但是可预报时效将会大大提高:到2025和2035年,500 hPa位势高度的预报时效将分别提高至8.5和10.5 d,高分辨率模式的预报时效将分别提升至7.6和8.4 d,而多种模式要素预报的有效性将全面接近并可能进入10 d。天气型转变预测和MJO预测是反映气候预测的两个核心指标。针对Ni?o 3.4海温距平的未来3和6个月预测,相关性未来分别可能达到93%和86%(2025年)以及96%和90%(2035年),而气候模式对MJO的预报时效在2025年将可能达到49 d。新预报量的设计和业务化、下一代数值预报模式以及资料同化技术的研发等,将成为数值天气预报领域发展的新趋势。     

河南省暴雪相似预报系统

利用欧洲中心 3层数值预报产品 ,综合运用相似系数和距离系数 ,研制建立了既反映环流形势相似又反映强度值相似的河南省暴雪 2 4h预报系统。利用 1996～ 1998年冬季 (11月～次年 3月 )资料进行反算 ,暴雪预报准确率为 41.7% ;1999年 11月至 2 0 0 0年 1月间进行业务试验 ,取得了较为满意的结果。     

一种改进的降水临近外推预报技术方法研究及效果检验

中尺度模式对于0～2h的预报存在起转问题,因此外推预报成为0～2h临近预报中不可或缺的技术方法。目前INCA(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis System)降水外推预报中,外推矢量扰动由外推矢量随时间的变化确定,即相邻时次外推矢量差确定,本文统计2017年7月江淮地区(29°～35.5°N,114°～120°E)INCA系统相邻10min外推矢量偏差来代表外推矢量随时间变化。若降水向东北方向移动,则外推矢量方向规定为东北方向。统计结果表明:①对于江淮地区,外推矢量以东北方向和西南方向偏差为主,外推矢量越大,其偏差的大小越大;②从外推矢量方向看,东北方向外推矢量占绝大多数(73%),可能是因为绝大多数降水发生在槽前形势下,引导气流为西南风。基于外推矢量偏差统计样本,随机生成多个符合外推矢量偏差分布的外推矢量扰动,得到多个不确定的外推矢量,将INCA确定性外推预报变为0～2h降水外推集合预报,采用均方误差(MSE)、TS评分、BIAS评分和Brier技巧评分等方法,对集合预报结果检验表明:随着预报时效增加,集合预报比确定性预报的优势更明显。因此,考虑外推矢量的不确定性可以提高降水外推预报准确率。     

集合预报业务使用现状和趋势

依据 1999年 11月 14～ 19日在欧洲中期天气预报中心举行的第 7届天气预报业务系统研讨会的情况 ,对集合预报的业务使用现状、集合预报产品以及未来趋势进行了介绍     

濮阳市汛期大—暴雨中期滚动预报业务系统

利用１９９０～１９９６ 年６～８ 月欧州中心数值预报格点资料及濮阳市大～暴雨资料,找出预报指标,建立濮阳市中期汛期大～暴雨预报业务系统。系统产品上网运行,供市县台调用。     

AMDAR资料质量分析及对GRAPES系统同化和预报影响

为了研究AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)资料对GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)系统的影响,针对从国家气象信息中心实时库检索的业务AMDAR资料,分析了该资料的偏差和标准差等质量特性;利用GRAPES数值预报系统,做了两个月的同化预报循环试验。选取资料和试验的时间是2013年5月、6月,同化窗口6 h,预报时效7 d。结果表明,与背景场该资料的温度要素的平均偏差在0.2°C,标准差在2°C,风的平均偏差在0.2 m/s,标准差在3 m/s,偏差基本符合正态分布;AMDAR资料对同化和预报效果均有改善。     

西北太平洋(含南海)热带气旋路径集成预报分析

基于2004—2009 年中国中央气象台、日本气象厅、美国联合台风警报中心、欧洲中心对西北太平洋和南海编号热带气旋主客观预报资料,利用算术平均、多元回归以及历史平均误差等三种集成方法,建立了热带气旋路径集成预报业务化系统。通过2007—2009 年的业务运行结果分析发现,欧洲中心客观预报参与的24、48 和72 h 集成比主观预报三个成员集成预报水平分别提高约2%、3%～5%和3%～5%,减小误差2.5 km左右、6～9 km 和10～12 km。技巧分析发现,24～72 h 集成预报有正技巧,多元回归集成技巧相对稍低,而算术平均和以各成员平均误差的平方倒数为权重系数的集成技巧对于各集成成员来说技巧差异不大。96 h 集成预报对欧洲中心的客观预报没有正技巧。      

长沙市一周晴雨落区及等级滚动预报系统

预报系统在晴雨等级时空分布的基础上,自动调用显示传真图,用计算机识别欧洲风预报场中的槽线、切变线等影响因子,自动提取欧洲中心20:00、08:00高度、温度、地面气压和相对湿度数据资料,并结合区域自动气象站资料,挑选组合预报因子,建立预报模型,分别制作上午(20:00～20:00)和下午(08:00～08:00)一周晴雨落区及等级预报.并应用VB6.0语言编制成自动化的预报系统,在长沙公共气象信息服务系统2次/d滚动发布.业务运行一年,系统对降水落区及等级有较强预报能力.