浙江区域台风暴雨多模式QPF融合技术应用试验

基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)台风路径集合预报逐12 h以及中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO 3 km、CMA-MESO 10 km)、中国气象局上海数值预报模式系统(CMA-SH9)和浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)逐6 h预报资料,以2021年台风“烟花”“灿都”影响下浙江区域6 h暴雨(R≥25 mm)为研究对象,对台风降水多模式定量降水预报(quantitative precipitation forecast,QPF)融合技术在浙江台风暴雨预报中的应用效果进行评估。分析结果表明:(1)针对两次台风降水过程,4家区域模式对浙江暴雨预报过高估计,而台风降水多模式QPF融合技术能够有效提高浙江暴雨预报的公平技巧评分(equitable threat score,ETS)、降低暴雨空报率。(2)与台风“烟花”暴雨预报效果最佳的CMA-MESO 3 km相比,台风降水多模式QPF融合技术对暴雨和大暴雨的预报命中率(probability of detection,POD)分别提高18.80%和23.41%,ETS分别提高24.37%和25.76%;与台风“灿都”暴雨预报效果最佳的ZJWARMS相比,台风降水多模式QPF融合技术对暴雨和大暴雨的预报ETS分别提高23.08%和3.23%;且两次过程中该方法的暴雨预报POD和ETS均高于同期浙江业务应用的客观预报。(3)在各家区域模式的台风路径预报差异较大的情况下,采用台风降水多模式QPF融合技术能显著提高台风暴雨预报准确率。     

一种统计技术结合动力释用的沿海海雾预报方法

提出了一种利用历史相似个例查询技术,结合WRF模式输出释用的Gultepe沿海大雾业务预报方法。该方法可以较好的计算近地面大气中的液态水含量(LWC)和云滴粒子数密度(Nd)参数。利用该方法对2011—2013年的3—6月的历史沿海海雾个例进行试报,结果表明,恰当的结合统计方法和动力模式可以一定程度上克服目前数值模式不成熟的缺陷,从而提高WRF模式在大雾业务预报方面的释用水平。     

中国近海海面风场预报方法综述

海上大风是一种灾害性海洋天气现象,能够准确、及时的预报海上大风对沿海地区的防灾减灾具有十分重要的意义.目前近海风场的预报方法有经验预报、统计预报、数值模式预报和统计动力(数值产品的释用)预报等.本文主要针对这些预报方法进行汇总与分析,为预报员提供可靠的依据.     

一种经验相似方法在沿海海岛阵风预报中的应用

近地面阵风的精确估算对航海航空临界危险天气确定和防范建筑物和农作物损害等具有重要意义。利用2006—2012年的NCEP/NCAR再分析数据、舟山群岛68个自动站的小时极大风速数据,通过定义大气环流形势相似指数和地面风场相似指数,建立一种阵风经验统计降尺度映射预报模型。利用模型对2012年7——12月一天2次(08时和20时)进行试报,并对比评估其与权重插值法的预报,结果表明,经验预报方法除在ScAn(均值评估)评分与权重插值法接近外,其他评分均占优,尤其ScHi(极值击中率评估)和ScVar(方差评估)评分优势明显,ScDisCen(大风区位置重心)的评分也提高了约10%。说明模型可以在充分发挥了经验统计降尺度技术的优点基础上,结合模式精细化预报,较好的将经验数据映射到预报空间,使预报数据空间分布与地形一致,弥补单纯动力模式的不足。     

用“MOS”方法作青岛市10mm 以上降水预报

前言近年来国内外的预报实践证明:模式输出统计预报方法是制作降水客观预报的一种有效方法.根据资料统计可以看出:青岛地区雨季大部分开始于6月下旬,所以本材料利用1982-1983年6月15日至8月31日的日本传真图数值预报资料来建立"0"、"1"权重回归晴雨"MOS"预报方程,然后根据该方程的预报因子为基础,作青岛市区10mm以上的降水预报.     

东中国海水动力短期预报系统的构建及适用性研究

本文基于中国近海高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)海洋模式和"两洋一海"海洋-大气耦合预报系统,构建了由区域到近海的降尺度预报框架,建立了东中国海水动力短期预报系统.预报系统采用后报-预报循环计算方式运行,可以合理避免误差累积.结合多源观测海表面温度和海表面高度资料,评估了...     

COSMIC掩星资料同化对台风“天兔”预报影响的试验

台风数值预报的关键之一在于给定准确的模式初始场。本文使用气象、电离层和气候星座观测系统(COSMIC)的卫星资料,通过资料同化技术改善数值天气预报模式的初始场,进而评估数据同化技术对台风(或热带气旋)预报的改善效果。使用我国自主研发的数值天气预报模式,对1319号台风“天兔”进行模拟试验,对温度场、湿度场、涡度散度场及假相当位温场进行诊断分析。试验结果表明,与同化常规探空资料相比,COSMIC资料的同化可减小模式预报台风路径误差,台风附近降水落区更为集中。研究评估了掩星资料同化对模式的改进作用,并能为台风预报技术和防灾减灾提供参考。     

基于不同背景场条件的雷达资料同化在登陆台风“桑美”中的应用研究

本文针对2006年登陆我国的超强台风“桑美”,分别采用美国国家环境预报中心的全球预报系统(Global Forecasting System, GFS)再分析资料和日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)区域客观再分析资料作为背景场,利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其三维变分同化系统进行多普勒雷达资料同化和数值模拟试验,考察不同的背景场条件下雷达资料同化对台风初始场、内部结构及其随后确定性预报的影响。结果表明:GFS试验和JMA试验在同化了雷达资料之后分析出的台风700 hPa风场和500 hPa高度场相比其初始场均有所增强,JMA试验在3 h同化窗内的均方根误差和最小海平面气压的改进效果均比GFS试验显著,同时对台风动力和热力结构的改进效果也优于GFS试验;JMA试验对台风降水、路径、强度的预报均优于GFS试验,且能预报出台风前沿的降水,更加接近观测实况。     

集合最优插值方法在北印度洋海浪同化中的应用

基于第三代海浪模式WaveWatch III,采用集合最优插值(EnOI)方法对北印度洋海浪进行同化数值实验研究。在集合样本选取方案上,针对不同的实验分别选取有效波高(SWH)的历史后报场(样本A)、24h变化(样本B)以及以同一时刻72h预报时效和24h预报时效的差异(样本C)用于估计背景误差协方差。样本A和样本B是为海浪模拟而设计,样本C是为海浪预报而设计;通过与由高度计数据确定的模式背景误差进行比较,认为样本B优于样本A。采用样本B对2011年北印度洋海浪场进行同化模拟,结果表明2011-03-11相对误差改进都在5%及以上,其中7月份改进效果最佳。采用样本C对2013-07的有效波高进行0~72h预报,发现同化使0~24h预报改进最明显:均方根误差改进0.12m,相对误差改进5%。浮标检验结果支持上述结论。     

数值模式与统计模型相耦合的近岸海浪预报方法

针对数值模式和统计模型预报近岸海浪存在的局限性,构建了数值模式和统计模型相耦合的近岸海浪预报框架,在模式计算格点和近岸预报目标点之间定义一个海浪能量密度谱传递系数,通过经验正交函数分解和卡尔曼滤波方法建立传递系数的统计预报模型并与数值模式进行耦合。经过对近岸波浪观测站1a的预报试验表明:该方法能够提高近岸海浪有效波高预报精度,有效波高的均方根误差降低了约0.16m,平均相对误差降低约9%。进一步试验和分析发现,该方法的预报有效时间小于24h,将海浪能量密度谱经过分解后得到的基本模态反映了近岸波侯的主要特征,海浪能量密度谱传递系数的变化体现了波侯的季节变化特点。     

数值天气预报的发展远景

一、引 言 自从35年以前做出最早的数值预报以来,数值天气预报取得了很大的进步。这些进步的取得,不仅是由于更好、更实用的模式,而且也由于在这个时期内,气象观测站的数量大 大增加。这些进步可以从许多方面看出来:例如,更准确的短期预报产品,实用的预报方法在时效上的小量延伸,以及预报种类的显著增加。 大气的可预报性是有限的。近期,Lorenz(1982),Leith(1981),Kalnay和Dalcher (1986)对全球预报误差的增长进行了研究。这些研究指出,可预报性取决于尺度;行星尺度比短期天气尺度的可预报性大。研究还指出,由于模式的改进,可使预报时限增加几天,初始误差的每一次减半又可使预报时限增加两天,因此,有用的预报技术的进一步发展,还是存在着很大潜力的。这种发展可能是逐步的,并且取决于以下几个方面的进展:     

台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48 h台风路径预报平均误差分别约为120/210 km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。     

台风大风预报研究回顾

大风是台风引发的三大灾害之一,考虑到现有的台风大风研究相对较少、预报经验也比较不足,因此对其预报方法进行回顾总结具有十分重要的意义.从经验预报、统计预报、数值模式预报及数值预报产品释用等4个方向梳理了台风大风预报技术的研究与应用现状:天气图、卫星云图和雷达图是经验预报中非常重要的工具;统计预报根据方法的不同可细分为回归...     

几种台风风暴潮预报方法在实际预报中的运用及比较

台风“麦沙”登陆后减弱为热带风暴并从山东半岛西部进入渤海,造成8～9级阵风、10级的大风天气,天津沿海潮位超过警戒潮位46cm,海水漫过堤岸,形成风暴潮灾害。针对此次台风风暴潮,预报人员运用经验预报方法(相似型经验预报、统计模型预报)和数值模式(FBM模式)产品等多种手段,对天津沿海可能出现的潮位极值进行了试验预报。通过将上述几种方法实际运用于此次台风风暴潮预报,加深了对各种预报方法实用性和局限性的认识,对渤海台风风暴潮有了更清晰的了解,对改进各种方法,更好地释用数值预报产品起着积极的意义。     

基于梯度信息的微波辐射亮温资料质量控制方法

卫星微波垂直探测器的辐射观测资料在数值预报中的同化应用使得数值预报水平有了巨大的飞跃。微波资料的质量控制是保证观测资料成功同化的关键所在。文章提出一种基于AMSU-A(Advanced Microwave Sounding Unit-A)辐射亮温资料梯度信息的新质量控制方法,将亮温梯度距平值明显较大的资料作为被降水污染或因为其他原因出现的"坏"的资料。利用中尺度非静力WRF(Weather Research and Forecasting)模式和区域三维变分同化,针对"海鸥"(2008)和"圆规"(2010)2个个例,对比旧质量控制中的降水检测和阈值检测方法,评估该方法用于AMSU-A资料同化时对台风数值模拟的情况。研究表明,旧质量控制方法将会使一些"坏"的微波观测资料同化进入模式,降低模式分析场的质量,进而导致同化结果有较大误差。相对于旧方法获得的分析场,利用基于亮温梯度信息的质量控制方法可使更多"坏"的观测剔除,同化后模式初始时刻的位势高度场和风场更接近于真实情况。与传统AMSU-A辐射资料的同化相比,新质量控制方案使2个台风路径数值模拟的偏差有明显的减小:"海鸥"个例中,模拟台风路径误差的最大改善比为12,路径误差改善约540km;"圆规"个例的最大改善比为13,模拟路径误差减小118km。     

数值天气预报的发展远景(摘要)

一、引 言 自从35年以前做出最早的数值预报以来,数值天气预报取得了很大进步。这些进步的取得,不仅是由于有更好,更实用的模式,而且也由于在这个时期内,气象观测站的数量大大增加,这些进步可以从许多方面看出来;例如,更准确的短期预报产品,实用的预报方法在时效上的大量延伸,以及预报种类的显著增加。 大气的可预报性是有限的。近期,Lorenz(1982),Leith(1981),Katnay和Dalche1986)对全球预报误差的增长进行了研究。这些研究指出,可预报性取决于尺度;行星尺度比短期天气尺度的可预报性大。研究还指出,由于模式的改进,可使预报时限增加几天,初始误差的每一次减半又可使预报时限增加两天,因此,有用的预报技术的进一步发展,还是存在着很大潜力的。这种发展可能是逐步的,并且取决于以下几个方面的进展:     

西行台风进入南海后路径的统计动力预报模式

本文对1988－1998年西北太平洋进入南海的台风，引入欧洲数值预报产品，用多元回归方法建立统计动力预报模式。结果表明，该模式比统计预报方法的预报能力有明显提高，特别是对西行北折的台风效果更为显著。     

SST短期数值预报

以海洋原始方程组为基础,用SST常规船舶资料形成初始场,以气象预报产品提供海表面的强迫场,建立了一个有限区域的SST短期(3～5d)动力数值二维预报模式,开创了第一代SST短期数值预报模式.利用此模式进行了试预报,预报效果良好,实现了表层海水温度数值预报业务化运行,实效为3d的预报精度均方误差达到1.0℃左右.     

福建沿海精细化台风风暴潮集合数值预报技术研究及应用

该文首先基于高级环流模型(ADCIRC)建立了一个适合台湾海峡及福建沿海区域的精细化台风风暴潮数值预报模式。利用所建立的精细化数值预报模式对影响台湾海峡及福建沿海的8次台风风暴潮个例进行了模拟,对模拟的24个站次的风暴潮增水峰值与实测值进行了对比,平均绝对误差小于15 cm;其次,为了尽可能减小由于台风路径预报误差而造成的风暴潮增减水误差,本文采用了集合数值预报技术,试报证明此方法可以在一定程度上减小风暴潮增减水误差。     

几种不同方法在舟山海岛阵风预报试验中的对比分析

设计两种常用的阵风预报方法,即固定权重插值法和天气分类回归法,并在此基础上利用统计降尺度技术,结合地面精细化模式预报,分别设计了直接经验映射法和间接经验映射法。然后利用2006—2012年的NCEP/NCAR分析数据、舟山群岛68个自动站的小时极大风速数据,结合WRF模式初始风场输出,对2012年7—12月一天2次(08时和20时)进行试报。结果表明:直接和间接经验映射预报的阵风数据在方差和极值评估表现均优于固定权重插值法和天气分类回归法,在单站阵风预报方面,经验预报也表现良好,说明经验映射法能较好的将经验数据映射到预报空间,使预报数据的空间分布与当地地形保持一致,弥补单纯动力模式的不足。