西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。      

2006年汛期北京地区中尺度数值业务降水预报检验

采用北京地区自动站逐小时观测降水资料对2006年汛期北京地区中尺度数值业务降水预报效果进行了客观检验,并针对2006年汛期的降水特点对模式的降水预报性能进行了初步的评估,着重对发生的28次降水过程按其主导的天气系统进行了分类,并对各个类型的降水预报进行了评分检验,根据检验结果分析了数值业务模式对于夏季不同天气系统导致的降水过程的预报能力,并且对不同分辨率的模式网格的预报性能进行了初步对比。     

2016年夏季不同分辨率GRAPES_MESO模式的西北地区预报效果检验

利用2016年夏季西北四省08时24h雨量观测资料和2m温度资料,采用累积降水检验、平均误差、均方根误差分析方法,对用GFS资料驱动的不同分辨率(0.1°×0.1°和0.03°×0.03°)GRAPES_MESO模式的预报进行评估检验和比较,并选择一次降水过程作对比分析。结果表明,在6月、7月、8月三个月中,总体上,10km分辨率模式对西北地区暴雨预报能力优于3km分辨率模式,而小、中、大雨量级的预报上,3km模式分辨率的预报效果更好。两个模式在降水的空报率上都偏高。在温度预报上,10km分辨率的模式对西北地区2m温度预报准确率高于3km分辨率模式,而3km分辨率模式的预报稳定性更好。     

新疆DOGRAFS_3km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。     

全球和区域数值模式在甘肃2020年汛期降水预报中的检验评估

2020年汛期6—8月甘肃降水日数多、持续时间长、范围广、强度大,对该时间段内3种全球模式(ECMWF、GRAPES_GFS和NCEP_GFS模式)和4种区域模式[GRAPES区域数值预报业务系统(GRAPES_3 km)、西北区域区域模式(GRAPES_LZ10 km)、西北区域快速更新循环预报系统(GRAPES_LZ3 km)和华东区域模式(SMS-WARMS)]24 h累计降水预报性能进行检验评估。结果表明:(1)全球模式中ECMWF模式的预报性能优于其余2个模式,而区域模式中GRAPES_3 km和SMS-WARMS模式预报性能相对较好,且SMS-WARMS模式预报性能更稳定。(2)区域模式晴雨准确率及小雨和中雨的TS评分、ETS评分、命中率低于全球模式,暴雨优于全球模式;大雨和暴雨的空报率和预报偏差均高于全球模式。(3)根据500 hPa环流形势可将甘肃汛期降水划分为副高边缘型和低槽型2种类型,针对2020年4次副高边缘型和3次低槽型降水进行分类检验评估。全球模式和区域模式均对前者的各个量级降水预报性能优于后者;ECMWF模式和区域模式对2种类型大雨和暴雨预报效果优于NCEP_GFS和GRAPES_GFS模式;全球模式中ECMWF模式、区域模式中SMS-WARMS模式对2种类型降水预报效果最好。(4)7种模式对2种类型中雨和大雨雨带走向预报较好,对副高边缘型降水过程降水落区的预报能力优于低槽型降水过程,但预报降水强度较观测偏强,尤其是降水中心区域。     

北京地区夏季多模式降水预报的降尺度集成应用

以2008—2010年5—9月日本、德国、T639数值预报模式降水产品为基础,采取反距离插值的统计降尺度分析方法,将数值预报模式降水格点数据插值到北京西北、东北、西南、东南区域的延庆、密云、房山、观象台4个典型代表站点上;再结合统计分析,将夏季产生降水的天气系统分为西来槽、东北低涡、蒙古低涡、其他系统4种类型,采用预报准确率定级方法对各家模式配以不等权权重系数,从而建立北京地区夏季多模式集成降水预报模型,并用独立的样本对预报模型进行了业务试运行检验,检验结果表明:所建模型对降水预报的改进效果较好,优于单个数值模式降水预报。该模型的建立和应用方法为其他区域本地释用数值模式降水预报产品提供了一定的客观参考。     

东北冷涡数值预报系统建立与业务应用

东北冷涡强降水一直是东北地区气象预报的难点和重点。从提高东北冷涡降水数值预报质量着手,选择模式中可能对东北冷涡强对流有影响的不同辐射方案、边界层方案和积云参数化方案等多种物理过程,对东北冷涡降水预报的性能进行批量试验;利用天气学检验方法,选择预报结果较好的RRTM长波辐射方案、Gayno Seaman边界层方案、Grell积云参数化方案和混合相湿过程显式方案等物理方案,组合建立了东北冷涡数值预报系统。经检验表明：系统对东北冷涡降水预报的水平较东北区域中尺度数值预报业务系统有所提高。同时利用天气学检验方法,从降水预报的强度、落区和移速等方面着手,评估东北冷涡数值预报产品对冷涡降水预报的性能和系统误差,得出降水强度易偏强、落区易偏西偏南和范围易偏小等定性结论,可直接应用于预报业务,取得了较好的应用效果。     

2007年主汛期武汉区域四种数值模式定量降水预报评估

利用武汉中心气象台研发的“武汉区域气象中心天气轨道业务产品检验与评估平台”,对武汉区域气象中心在业务中使用的T213、AREM、日本数值预报模式和德国数值预报模式在2007年主汛期的降水预报进行了分级降水检验以及时空分布演变综合评估。结果表明,日本数值预报模式的综合预报性能最好,AREM次好,各模式均存在对强降水预报漏报率偏大的问题;AREM模式对降水带分布和中心强度的预报与实况最接近,表现出对降水带分布较强的预报能力,其它模式对强降水中心位置及强度的预报均有一定偏差;四种数值模式对区域强降水过程的发展趋势具有较强的预报能力,但降水量预报与实况有一定的差距。     

十一运会WRF RUC系统应用及典型个例评估

第十一届全国运动会期间,山东省气象局引进了北京奥运气象科技成果"北京快速循环同化系统"(BJ-RUC),建立了山东区域的WRF-RUC系统,开发了十一运会精细化数值预报产品。文章介绍了该系统的业务运行方案和流程,并以十一运会开幕式保障服务过程为主,对WRF-RUC不同水平分辨率的站点预报结果、WRF-RUC模式场馆要素精细预报、模式不同起报时间的预报结果进行了检验评估,最后与山东省气象局业务运行的MM5、ARPS模式的预报结果进行了对比分析,评估结果对于预报员更好地使用数值模式产品具有很好的指导意义。     

改进的AREMS对2003年汛期降水预报及对比检验

利用包含三维变分同化的中尺度暴雨数值预报模式系统AREMS和AREM2．1对2003年主汛期（6-8月）进行了每天两个时次（08时和20时）的实时平行预报试验。对24h累积降水量预报进行了分区检验，结果表明：（1）AREMS对我国夏季降水具有较强预报能力，长江中下游地区TS评分最高。长江中下游、华北和华南地区空报率大于漏报率，东北和西南地区东部则相反。（2）模式条件的改变（模式层顶、侧边界条件及初值分析）对不同区域24h降水预报的影响程度不同：6-8月平均而言，影响最显著的是东北、华北地区，然后依次为华南、西南地区东部，影响最小的是长江中下游地区。（3）模式条件的改变对不同区域TS评分影响不同：6-8月平均而言，AREMS对东北地区降水预报效果改进最显著，特别是12-36h时效的降水预报；对华北地区的改进也非常明显；对华南地区降水预报水平整体下降；对长江中下游和西南地区东部改进不明显。（4）模式条件的改变对不同区域空报率和漏报率影响不同：华北漏报率明显减小，但空报率有所增加；东北绝大多数的空报率与漏报率都较AREM2．1有所减小；西南东部地区，08时漏报率略有所减小，空报率增大，20时反之。（5）长江中下游、华南和西南地区东部TS评分差值在6、7、8各月变化明显。     

台风“巴威”不同类型降水多模式预报与空间检验对比评估

以传统的检验方法和基于对象诊断评估方法(MODE), 对首次以台风级别影响辽宁的“巴威”台风(2008)的台风暴雨过程不同性质降水的多模式(ECMWF、CMA_MESO 10KM、CMA_MESO 3km和睿图东北模式)预报结果进行了检验评估。结果表明: 受“巴威”远距离和本体影响, 辽宁省先后出现对流型降水和稳定型降水, 传统检验和MODE检验结果均表明, 多模式的对流型降水预报效果要优于稳定型降水, 这很可能是多模式对于台风北上减弱产生稳定型降水的影响系统的预报强度偏差大导致, 在今后预报中务必注意台风强度预报偏差对本体稳定型为主的降水的影响。传统检验结果中, CMA_MESO 3km和ECMWF模式的评分较高, 并且对于对流型降水雨带的形状、范围和质心距离、交集面积预报效果最好, ECMWF模式对稳定型降水也有着较高的目标相似度评分。尽管睿图东北模式由于对10.0 mm以上量级降水较高的空报和漏报率, 而导致TS评分偏低; 但在MODE检验结果中, 东北模式预报的强降水雨带的中心位置、降水强度和范围均接近实况, 目标相似度更高, 尤其在对流型降水阶段目标相似度达到了1.00, 模式对于对流型降水预报有着较好的可参考性。     

北京地区高分辨率快速循环同化预报系统性能检验和评估

为充分了解北京地区高分辨率快速循环同化预报系统(简称BJ-RUC)的业务预报性能,对该系统在2007年汛期的预报结果采用客观检验方法进行了检验和评估,并针对典型个例进行分析,得到如下结论:BJ-RUC系统预报性能稳定,具有较好的预报参考价值;常规预报量的检验表明,3 km分辨率的预报无论是高空还是地面预报量都要优于9 km的预报;降水预报检验表明,3 km分辨率无论是降水时段、落区和雨量均较9 km分辨率有更好的预报效果,尤其是大量级降水的预报.但BJ-RUC系统对局地对流降水的预报能力仍然有限,在前6 h的预报仍然差于后面时段的预报.     

若干数值模式对2003年夏季青藏高原中南部降水预报检验

利用国内外几种数值预报模式的降水预报产品,对2003年主汛期(6～8月)青藏高原中南部的预报能力做了详尽的检验.检验结果表明,各模式小雨预报的TS评分较高,明显高于全国及其它地区的评分;但中雨以上各级降水检验评分较低,主要原因是各模式的预报雨区面积明显偏大,空报率较高.无论是预报员的预报,还是各种全球或区域模式的预报;无论是日本和德国的模式,还是我国目前业务运行的数值预报模式,对青藏高原的降水预报均无明显优势.     

北京奥运期间多模式降水检验及集成试验

应用2008年奥运期间(6-10月)所使用的多种中尺度数值预报业务运行模式GRAPES_MESO15km(GRAPES)、华北中尺度模式(MM5)和北京区域气象中心的快速更新循环同化预报系统(RUC),对北京市24小时定量降水预报产品采用多个统计量进行了较详细的统计检验,并应用多元回归方法对多种模式的降水预报产品进行了集成试验.检验结果表明: GRAPES_MESO15km模式对奥运期间北京市晴雨及小雨预报具有较好的预报能力,而RUC产品对中雨及以上量级的降水预报则表现出较好的预报效果,这对今后北京市精细化降水预报具有一定参考价值.     

上海区域数值预报模式集合预报系统的建立与试验

以目前运行的上海区域业务数值预报模式为基础,从预报模式的不确定性出发构造8个预报成员,建立了上海区域数值预报模式集合预报系统的初步模型,并对2004年夏季进行了逐日48 h预报试验。结果表明:集合平均对华东地区城市降水、温度、海平面气压等气象要素的总体预报能力与分辨率高3倍的业务模式相当,其中对雨量较大降水、最低温度、海平面气压(0~24 h)的预报效果好于业务模式;集合预报还能提供客观化、定量化的降水概率预报,对降水的发生、尤其是特大降水的发生有着很好的提示作用。     

基于WRF模式的云贵川渝地质灾害气象预报系统的应用

介绍了国家气象中心和中国科学院成都山地灾害与环境研究所联合研发的基于ArcGis9.1的云贵川渝地区地质灾害预报系统。该系统是在可拓模型理论基础上建立的,其优点在于能将气象要素和地面要素紧密地结合在一起,形成雨—地耦合的区域泥石流预报模型。系统采用区域精细化数值天气预报模式WRF提供的高时空分辨率的精细降雨预报作为模型的动态输入,实现地质灾害发生概率的预报。目前,系统已经在中央气象台进行业务运行,每日在精细化数值天气预报系统提供的1小时间隔的数值降水预报支持下,定时启动预报系统。该预报产品目前已成为区域精细化地质灾害预报的重要参考。为了进行地质灾害预报效果的检验和评估,首先利用2007年6—7月份实况降水对WRF模型的预报降水进行检验。结果表明:中尺度数值预报模式WRF对区域性、持续时间长的暴雨过程预报能力较高,对于地质灾害预报服务具有较好的应用价值。此外,对2007年7月2—5日发生在四川盆地东部的部分地区的群发地质灾害个例分析及对2007年7月份该地质灾害预报系统的整体预报效果进行检验,结果表明:系统囊括了该次灾情大部分灾情点,总体预报准确率较高,业务中具有一定的应用价值。     

东北冷涡背景下EC-HR数值预报产品对吉林省降水预报的检验分析

利用自动站逐时降水资料和EC-HR数值模式预报结果,检验了2019年5-8月6次东北冷涡背景下该模式对吉林省降水的预报效果.结果表明:EC-HR模式结果对冷涡天气过程的累计降水、降水阶段性和降水强度都有一定的参考价值;模式逐3小时晴雨准确率在吉林省的6个代表站均达到了70％以上,西部较高,东部和中部较低;大多数情况下模式降水起始时间提前于实况,误差多在6h以内;空报率高于漏报率,且漏报和空报的多为持续时间较短的降水阶段;模式对区域平均降水预报能力较强,比较有参考价值,模式对最大降水量的预报整体偏小.     

基于MET检验的青海大范围降水个例参数化方案优选

利用WRF模式不同积云对流和微物理过程参数化方案对2015年8月1—3日青海省大范围降水过程进行了模拟,并利用MET(数值模式评估系统)对本次模拟结果进行了检验,结果表明:(1)此次过程,模式存在"早报"现象,尽管大部分方案预报降水量均偏多,但从降水过程中心位置和强度来看,BMJ(积云对流)/Thompson(微物理)组合方案模拟效果较为理想,Grell/WSM5和KF/Kessler次之;Grell/WSM5从降水极值点的空间分布特征和降水量级上模拟结果较为理想。(2)就空报率和漏报率的空间分布而言,空报率远高于漏报率,空报率高值区主要分布在玉树南部和海西东北部,模式对玉树地区的预报存在较大的误差。(3)用SEDS(对称极值依赖评分)评估极端降水,Grell/WSM5对极端降水的预报效果较好。(4)主观判断降水空间分布特征无法量化预报的质量,且单一的评分指数因侧重点不同无法综合评价模式的预报能力,故选用8种评分或指标进行定量评估,其结果表明,WSM5方案(微物理)的R(相关系数)较大且RMSE(均方根误差)较小,Grell/WSM5对此次降水预报效果最好,Grell/Kessler次之。综合来看,对此次降水个例Grell/WSM5组合方案为最优组合方案,参数化方案的优选有利于客观把握模式的预报能力与预报技巧,有利于提高区域数值模式在青海高原的适用性。     

高分辨率区域模式降水预报在云南的检验

为了解高分辨率区域数值模式降水预报在云南的预报效果和误差特点,针对华南中尺度模式、华东区域数值预报业务模式和中央气象台GRAPES-Meso模式对2017年9月—2018年12月云南降水预报进行检验分析。结果表明:华东模式降水预报效果整体最好,其降水的振幅接近实况,晴雨准确率也是最高,而华南和GRAPES模式空报率和漏报率普遍偏高。三种模式对滇东北、滇中西部、滇西北北部≥0.1 mm降水预报评分普遍较低,对滇南、滇西南、滇西边缘地区的评分普遍较高。在滇东北北部、滇中西部、及滇西北北部地区三种模式对≥10 mm降水TS评分普遍较低。对于≥25 mm降水,华东模式和华南模式在滇中、滇西地区的TS评分高于GRAPES模式。对于≥50 mm降水,华东模式和华南模式在滇东南、滇西南、滇西边缘及金沙江河谷沿线TS评分高于GRAPES模式。对于云南强降水天气过程,≥0.1 mm降水华南模式预报效果较好,但10 mm和25 mm以上量级降水华东模式的预报效果较好,≥50.0 mm则是GRAPES模式更具参考价值。     

区域中尺度数值预报模式梅雨期降水预报的检验与分析

对区域中尺度数值预报模式ZMM4对我省1995-1997年梅雨期的降水预报能力进行了检验;结合梅雨期的天气形势特点与日本E03的降水预报作对比分析,结果表明ZNH4有较好的预报能力。但与E03一样,雨量容易报得偏小,分析结果有利于数值预报产品的业务使用和模式的改进。