基于CRA空间检验技术的西南地区东部强降水EC模式预报误差分析

CRA(contiguous rain area)空间检验技术是将连续雨区作为目标进行检验。通过设定降水量阈值,识别、分离及平移降水目标,将预报偏差分解为落区、强度和形态误差,该方法可避免传统TS评分的双惩罚效应。利用CRA空间检验技术对2011—2014年5—9月西南地区东部EC细网格模式36 h预报时效119个降水目标的预报误差进行分析,并按照环流形势和影响系统对强降水个例进行分型,分为西南地区东部低涡切变型、西南地区东部-江淮切变型、南风型,分别对上述三类不同类型强降水个例的落区和强度误差进行了对比。得到如下结论:西南地区东部降水预报形态误差占比最大,为60%左右,其次是落区误差,为30%左右,强度误差最小,约为10%;落区平均偏西0.7°,经向偏差不明显;模式对于水平尺度较小的降水目标漏报可能性较大,而对于天气尺度降水目标模式预报面积偏大,总降水量偏大,雨强偏小;西南地区东部低涡切变型和西南地区东部-江淮切变型降水强度预报误差类似,模式预报雨区面积均偏大,降水尺度越大,偏大的概率越大,实况平均降水强度越强,模式预报强度越偏弱;南风型预报强降水面积和平均强度均偏弱,出现漏报的概率较大;而对于最大降水量,三种类型模式预报的最强降水均较实况偏弱;西南地区东部低涡切变型模式预报落区偏西,江淮至西南地区东部切变型模式预报落区偏西偏北,南风型模式预报落区偏西偏南。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

GRAPES模式对湖北省汛期强降水预报的分类检验分析

使用常规观测资料及GFS资料(1°×1°),选取2005-2008年汛期22次湖北省强降水天气过程,按照其影响系统分为低槽型、台风型和副高外围型三类,对GRAPES模式(2.1版本)预报效果进行分类检验分析,结果表明:(1)就低槽型降水而言,0-24 h预报时效内,模式对晴雨、小雨、大雨的预报效果在三类降水中最好,24～48 h则中雨预报效果最好,0～24 h预报效果总体而言优于24～48 h.模式预报的主要降水区从雨型、雨区范围和雨强的分布特征均与实况较为一致,预报的主要偏差在于强中心位置偏离和强度偏弱.(2)就台风型降水而言,0～24 h预报时效内,模式对中雨和暴雨的预报效果在三类降水中最好,24～48 h,则晴雨、小雨、大雨、暴雨预报效果最好,24～48 h预报效果总体而言优于0～24 h.模式对台风的主体降水落区把握得比较好,和实况较为一致,但对于台风外围云系产生的降水往往与实况差别较大,另外,主体降水中暴雨落区预报总是比实况偏小.(3)副高外围型降水在上述两个预报时次中,各量级的评分成绩均为最低,0～24 h预报效果总体而言优于24～48 h.模式对副高外围局地性强降水过程预报能力较弱,基本不具备预报中雨以上降水的能力.最后对(;RAPES模式的进一步改进提出了一些建议.     

2019年广东后汛期主客观预报检验评估

2019年后汛期广东省24 h晴雨预报准确率为72.7%,暴雨预报TS为26.4,日最高、最低气温预报平均绝对误差分别为1.04、0.93℃,省级网格各项目均优于数值模式。与前汛期相比,Grapes3 km与ECMWF在后汛期的相对预报能力有明显变化。气温检验发现主客观预报对晴转雨时的最高气温,以及弱冷空气或持续降水影响期间的最低气温预报误差较大。以台风"白鹿"和"杨柳"为例,对台风外围环流影响的最高气温、最高气温的变温进行检验,发现模式对变温预报的标准偏差小于最高气温预报,具有较好的参考意义;主客观预报的变温空间分布特征均十分相似,空间差异小,无法体现局地增温,并且对距离台风较远地区的增温估计不足。     

2021年攀西地区精细化预报与数值模式小时降水检验

基于精细化预报（GDDZ）和CMA-MESO、西南区域模式（SWC）两家高分辨率模式的小时降水预报,从TS（Threat Score）评分、小时降水频次、小时降水强度、峰值时间等方面,对2021年汛期攀西地区16次降水过程进行小时尺度的检验。结果表明:（1）从逐时降水来看,在晴雨（0.1 mm）TS评分中,GDDZ在00~11时表现较优,CMA-MESO模式在12~23时表现较优;在大雨（7 mm）和暴雨（15 mm）TS评分中,CMA-MESO模式表现较优。（2）从小时降水频次来看,SWC模式预报的降水发生频次空间分布与实况更为接近;从小时降水强度来看,GDDZ预报的降水强度与实况更为接近。（3）从降水量峰值时间来看,GDDZ与实况更为接近;从小时降水强度峰值和降雨频率峰值时间来看,CMA-MESO模式预报与实况更为接近。      

东北夏季天气分型及EC降水预报空间检验

利用SANDRA（SAN）方法将东北地区2018年5—9月环流背景分型,并在此基础上对EC模式预报的较强降水（>10 mm/24 h）进行空间检验和定量分析。东北地区主要的形势背景分为北部扰动低压型、副热带高压北抬型、东北扰动低涡型、扰动低压东移型。其中,前3类环流型对应较强降水过程发生频率相对较高;将3种类型对应的模式预报较强降水过程进行分析。结果表明：模式对于北部扰动低压型过程中大雨以上量级降水落区面积的预报较实况普遍偏小45%—60%;中雨量级降水落区面积,36 h时效预报较实况偏大40%,84 h时效偏小19%;36 h、60 h、84 h时效,较强降水预报位置偏西分别为0.19°、0.53°、1.39°,平均强度预报分别偏低2.9 mm、3.1 mm、3.4 mm,极值预报分别偏低7.3 mm、8.1 mm、9.4 mm;副热带高压北抬型过程预报面积与实况之间的偏差没有一致的倾向性,预报位置较实况分别偏南0.25°、0.15°、0.37°,降水强度上有65%—72%的个例表现为平均强度及极值预报较实况偏弱的特征;东北扰动低涡型过程,预报位置偏差分别为36 h偏东0.18°、偏南0.55°,60 h偏东0.20°、偏南0.58°和84 h偏东0.74°;另外,3个时效对应平均强度预报分别偏低3.3 mm、3.7 mm、3.9 mm,极值预报平均偏低为10.2 mm、10.6 mm、11.6 mm。     

2016年10月我国降水预测失败的原因分析

本文回顾了2016年10月降水业务预报中考虑的动力模式预测信息、前兆信号及其影响。2016年10月全国平均降水量为1951年以来历史同期最多,且环流形势和要素分布特征在月内均发生明显转折。业务发布预报在华北南部、黄淮、江淮、江汉等地降水异常与实况存在较大差异,同时对月内环流形势调整及降水变率估计不足。数值模式预报和物理因子诊断预测与实况的对比分析表明,环流形势整体分布特征预报与实况较为一致,但对西太平洋副热带高压等环流因子的强度、西伸脊点位置以及月内变率的预报与实况存在较大差异。从大气对热带海温信号的滞后响应以及同期相关分析表明,El Nino事件次年秋季副热带高压往往持续偏强偏北。10月赤道太平洋东冷西暖,暖池区对流活跃,东亚上空出现的异常经向环流圈通过低层径向风异常及异常辐合辐散,在日本岛附近形成反气旋式环流距平,也有利于副热带高压加强北抬。9、10月热带印度洋偶极子负位相有利于印缅槽加强,从而有利于水汽向我国东部地区输送。来自副热带高压外围的异常东南水汽和来自西南的水汽共同输送到我国中东部地区,并与南下冷空气交汇产生异常水汽辐合,造成这些地区降水明显偏多。此外10月热带对流活动依然活跃,台风的生成、登陆个数均较常年偏多,是我国东南沿海降水偏多的主要原因。     

后汛期暴雨预报问题

华南后汛期暴雨,与前汛期比较,无论是中低纬环流特点或影响系统,都有很大的不同。 前汛期(4～6月)华南处于过渡季节,北半球东北季风逐渐减弱,但仍能到达华南,副热带高压开始北上,但脊线仍在20°N以南,孟加拉湾低槽开始活跃,向我区输送大量暖湿空气,锋面雨频繁。 到了后汛期,(7—9月)东风气流显著北移和扩大,北方冷空气难以南下华南;华南转受热带辐合带、东风波、台风、热带低压或南海低槽等热带系统影响,个别年份还会受西南低涡影响。因此后汛期暴雨预报思路,和前汛期有很大的不同,下面我们主要介绍台风及西南低涡预报问题。     

MODE方法在降水预报检验中的应用分析

采用WRF模式MET检验包中MODE方法,对BJ-RUC降水预报产品进行客观检验。使用2008—2009年汛期北京自动站逐小时降水数据,挑选出2个及以上站3小时累计降水≥50 mm的局地强降水个例及主要降水时段,根据其环流形势及影响系统进行分型,并将其归纳出三种型：西来槽型、低涡型、切变线型。分别针对这三种型中强降水个例的主要降水时段进行检验。在检验中使用BJ-RUC模式降水预报产品,实况数据使用与强降水时段相对应的雷达QPE降水估计产品。检验结果表明,BJ-RUC模式降水漏报比空报造成的误差更为明显,对移动较明显的西来槽型降水预报能力较差,相似度评分与TS评分没有本质区别,但它能给模式应用和模式开发人员提供更多有用信息。此项工作能为该模式应用及模式改进提供参考依据。     

冬季南京北郊大气气溶胶中水溶性阴离子特征

2009年冬季在南京北郊进行24 h采样,运用离子色谱法研究大气PM₁₀中水溶性阴离子的分布特征。结果表明:PM₁₀中阴离子的平均总质量浓度在白天和夜间分别为658.21、622.84 μg/m³;PM_2.1则分别为337.86、319.97 μg/m³,阴离子主要存在于细粒子中;主要水溶性阴离子均为SO₄^2-,且海盐对南京北郊大气PM₁₀和PM_2.1中的SO₄^2-质量浓度影响很小。SO₄^2-、Cl^-和F^-粒径谱分布相似,均呈双模态;NO₃^-和NO₂^-主要呈现单模态。SO₄^2-与NO₃^-、F^-与NO₃^-、SO₄^2-与Cl^-的相关系数均大于0.8,相关显著,说明其存在一定的同源性。NO₃^-/SO₄^2-的平均值在白天、夜间分别为0.058 2、0.048 4,说明南京北郊大气污染以固定源为主。分析NO₃^-、SO₄^2-前体物的转化率知道,采样期间SOR和NOR的平均值均大于10%,即SO₄^2-部分来源于SO₂的二次转化,而不是单一来源于一次污染物。     

2019年广西临桂微下击暴流和广东湛江龙卷现场灾情调查对比分析

2019年3月21日21:13广西桂林市临桂区国家气象观测站测得60.3 m·s^-1的瞬时极大风速,2019年4月13日14:11广东湛江市徐闻县下属和安镇镇政府自动气象站测得50.7 m·s^-1的瞬时极大风速,两地均出现比较明显的风灾。通过分析监控视频、无人机航拍资料、现场勘察和走访目击者,获得如下结论:21:09—21:14临桂国家气象观测站及周边区域的风灾过程是一次EF2级微下击暴流,时间尺度大于6 min,空间尺度约为1.6 km×2.0 km,属于α小尺度(400~4000 m)微下击暴流,其中包含7个β小尺度(40~400 m)微下击暴流;灾害现场呈现出受灾区域的纵横比小、灾情不连续和树木倒向有明显辐散的特征。14:09—14:15广东湛江徐闻的风灾过程是一次EF3级的强龙卷,持续时间约为7 min,龙卷路径长约为3.2km,宽约为30~280 m,监控视频显示在龙卷发生地附近出现了持续时间极短的旋转性大风。相对于临桂微下击暴流,龙卷灾害现场具有风灾破坏带纵横比大、灾情连续和多处树木倒向呈现辐合的特征。     

柳州盛夏一次下击暴流特征分析

2021年8月3日柳州市出现一次伴有短时强降水和下击暴流的强雷暴大风天气过程。利用观测资料以及柳州自动站分钟级数据、雷达、风廓线等资料，对此次过程中下击暴流的成因进行分析。结果表明：①此次过程是在大陆高压与热带辐合带间中低层为一致东北气流的背景下，弱垂直风切变与强不稳定能量、深厚干空气源、近地面的干绝热递减等有利环境条件下，由地面中尺度辐合线抬升触发的。②下击暴流初始回波具有脉冲风暴特征，之后发展成多单体风暴；下击暴流发生前有反射率核心下降，低层入流及中层径向辐合增强等特征，其垂直结构表现为低层辐散、中层辐合、中高层辐合旋转。③地面大风出现前风廓线雷达风场有明显高空动量下传和低层风速减小，大风出现在低层风速开始增强时刻，早于低层风速最强时。④下击暴流的产生与降水粒子的拖曳作用和负浮力有关；地形作用使得强对流回波沿地形运动，且下坡地形与峡谷效应对极端大风的形成有叠加作用。     

2003年夏季中国地区降水的模拟研究

利用NCEP／NCAR大尺度再分析资料和区域气候模式RegCM-NCC，模拟了2003年夏季（6～8月）中国地区的降水和土壤含水量的分布。结果表明，RegCM-NCC较好地模拟出江淮地区的洪涝，但是对江南和华南发生的严重伏旱的模拟不明显；模式模拟的土壤含水量能够较好地反映不同地区的降水和洪涝状况，包括江淮地区的洪涝和江南、华南发生的严重伏旱；江淮地区前期高土壤含水量及后期强降水是该地区洪涝形成的重要因素。     

鄂尔多斯地区降水天气过程预报方法

鄂尔多斯素有"十年九旱、年年春旱"之称,降水量是影响当地工农牧业生产的主要因素,根据鄂尔多斯多年的降水资料,找出其降水的季节分布规律,尽可能作准降水预报,为工农牧业生产及党政决策提供参考。     

中国酸雨研究综述

回顾了我国开展酸雨研究以来所取得的各方面研究成果,主要包括酸雨的定义、空间分布特征、化学特征、影响酸雨pH值的因素、酸雨对生态社会的影响以及酸雨控制的对策和方法6个方面。研究表明,海洋降水pH值以4.8、内陆降水以5.0作为酸雨的界限更为合理;我国酸雨空间分布存在明显的地域差异,南方酸雨比北方严重,且以城市为中心分布;我国降水中总离子浓度很高,酸雨是典型的硫酸性酸雨,降水酸度与(SO42- NO3-)/(NH4 Ca2 )的浓度比值有着高度的正相关;酸雨的形成不仅仅取决于酸性物质的排放,还与酸性物质的迁移和扩散、土壤的性质、大气中的氨、大气颗粒物及其缓冲能力和气象条件有关;酸雨对生态系统、建筑物和人体健康都造成了严重危害,我国酸雨还有进一步加重的趋势,因此必须进一步加强和发展酸雨控制的对策和方法。     

新疆夏季降水偏多（少）同期环流特征分析

利用美国ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ全球网格点再分析资料,从大气环流角度系统地分析了１９７９～１９９５年夏季（６～８月）新疆出现降水偏多或偏少时北半球范围内平流层下部（１００ｈｐａ）和对流层中部（５００ｈｐａ）的平均环流形势。结果表明新疆夏季降水偏多或偏少同期具有各自较为显著的环流特征;最后选取１９９６年夏季和１９９８年夏季两个典型个例加以补充说明。     

辽宁中部城市群夏季大气能见度的观测研究

利用2009年6—8月辽宁中部4个城市的观测资料,分析了辽宁中部城市群夏季的季、月、日能见度分布,并探讨了能见度的日变化特征及其影响因子。结果表明:辽宁中部城市群内各城市夏季大气能见度月际变化趋势基本一致,天气系统和大气环境比较均一,具有明显的区域性特征;各城市大气能见度日变化呈明显的单周期谷、峰形分布,06时前后能见度最差,15—16时最好;大气细粒子、水汽和风速都对城市群能见度有一定的影响,其中,大气细粒子是主要影响因子;城市群夏季的低能见度时次,仅有一小部分是由轻雾引发的,而大部分则是由霾天气造成的。     

EMD方法在广西夏季降水量预测中的应用

对广西夏季降水量进行EMD分解后,利用均生函数相关法,比较不同IMF分量组合建模的预测,不同组合试验预测显示,用前二个IMF分量组合建模预测是最佳的组合方案。经对2001—2010年共10年广西夏季降水量实际预测检验表明,趋势预测准确率达70%以上,对夏季降水量预测较有参考价值。为基层台站的气候预测及服务提供一个客观预测方法。     

秦岭地区秋季降水的气候特征分析

利用1961-2005年观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 对秦岭邻近地区秋季(9-10月) 降水的气候特征及其与大气环流关系进行分析,结果表明:秦岭地区秋季降水具有明显年代际变化特征, 1960s后期、1970s和1980s初秋季多雨,而1950s和1960s初前期、1980s中后期和1990s秋少雨, 2000年以后秋季降水略有增多.秦岭地区秋季雨涝年环流特征是高原北侧高空西风急流偏强,乌拉尔山长波脊稳定,西大平洋副热带高压位置偏西,强度偏强,对流层低层东南风气流和西南风气流为秦岭地区输送了大量水汽;而少雨干旱年则高空高原北侧西风急流偏弱,秦岭地区受青藏高压控制或西北气流控制,与东亚冬季风相联系的偏北气流阻断了偏南气流的水汽输送.