谐波分析与因子场的典型相关分析结合作梅雨期大—暴雨过程中期预报的试验

一、引言典型相关分析是一种变量场的分析方法,它不仅能把多个变量场“浓缩”,而且能反映和揭示两组变量间的整体关系。在气象科学中存在大量多个变量之间相关问题,值得进行这方面的分析和研究。梅雨期大——暴雨预报是目前天气预报和服务上的关键课题,有极大的经济效益。为此本文在对500hpa谐波分析和工作基础上,进一步扩大因子场,采用500hpa高度场(谐波展开后的波参数)、850hpa温度场及地面气压场分别典型相关分析,“浓缩”成典型变量,最后用全回归模型组建方程作梅雨期大——暴雨过程预报,经试验取得了较好预报效果。     

乌鲁木齐春季24小时降水MOS预报方法

近年来,如何充分应用数值预告产品进行区域的或局部地区的天气预报和要素预报,区气象台预报员在这方面做了很多工作.本文介绍的是应用48小时地面数值预告图中的气压场和850hpa的温度场,来制作乌鲁木齐的降水预报.具体做法是:通过对地面气压场和温度场中所选格点值的变化进行统计分析,寻找其格点的变压差及变温差与乌鲁木齐降水量的相关关系,然后,利用     

超强台风“罗莎”和“韦帕”大风过程对比分析

摘要利用常规探空和地面、加密自动站资料、FY-2C卫星红外云图资料以及多普勒雷达径向速度资料,对2007年登陆浙南闽北交界的超强台风“罗莎”和“韦帕”大风过程及成因进行了对比分析。结果发现：地面气压场的分布对台风登陆前后大风的出现时间、影响范围以及登陆后大风的持续时间有重要的影响;台风登陆之前FY-2C红外云图对大风的影响范围有一定的指示作用,而台风外围螺旋云带进入东海海域的时间则可以作为预报台风大风开始影响温州的一个参考依据;多普勒雷达最大径向速度对台风极大风速的预测有重要的参考作用。     

春季东西向高压带形势下的黄、渤海偏北大风

沈阳中心气象台根据1956—1971年3—5月砣矶岛、海洋岛、旅大、锦州、复县等地每日四次观测记录普查了在黄、渤海出现强北大风的过程,发现前期地面气压场多数为东西向高压带,故对这类过程归纳了模式。提出了预报指标并在实际预报工作中加以应用。首先规定了地面东西向高压带的条件为:地面上     

2003年冬末春初长时间高危火险

分析了2003年2月15～3月4日的连续晴、热高危火险天气过程,此次过程是由异常强大的热低压、低空西南急流共同影响所引发的,并对数值预报产品在预报中的应用作了仔细分析,提出了数值预报产品的850hPa温度趋势及地面气压场可作为未来5～7d天气冷、暖的主要预报依据.     

2003年冬末春初长时间高危火险天气预报服务

分析了2003年2月15—3月4日的连续晴、热高危火险天气过程，此次过程是由异常强大的热低压、低空西南急流共同影响所引发的，并对数值预报产品在预报中的应用作了仔细分析，提出了数值预报产品的850hPa温度趋势及地面气压场可作为未来5—7d天气冷、暖的主要预报依据。     

“98·7”北京大暴雨的中尺度分析

对“９８７”北京大暴雨过程中的雨团、雷达回波、地面风场（流场）及气压场进行了分析。分析结果表明：大暴雨过程具有明显的中尺度特征,偏东风的中尺度切变线,风速辐合线和中尺度低压系统在大暴雨过程中发挥了重要作用     

湖北省短期温度预报的神经网络方法应用研究

利用欧洲中期天气预报中心的５０ｈＰａ高度场、８５０ｈＰａ温度场,海平面气压场和地面报文资料,采用人工神经网络方法建立了湖北省７６个县（市）气象台站短期最高和最低温度的预报模型。经１９９９年９～１１月试验发现,该模型预报效果较好,特别是在气温较大的强冷空气爆发过程中的预报效果比一般线性预报方法更佳。     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程。发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

数值预报产品结合天气概念模式做南海风力中期预报

冬半年东北季风潮的暴发常使南海海区产生6级以上大风天气。过去主要依靠常规天气图提供的信息,先做出对流层500hPa形势预报,据此估计出地面气压场,然后做出大风过程的预报。3—5天高空形势预报主要依据长波调整理论和外推,再加经验。近年来,数值预报的中期形势预报能力有很大提高,特别是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)     

物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究

利用中尺度非静力MM 5模式和中国 2 0 0 1年 8月的 4个暴雨个例 ,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响 ,深入分析了对流参数化方案在中尺度暴雨预报中的作用 ,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明 ,在短期数值预报中 ,非绝热物理过程对高度场预报影响较小 ,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的 3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似 ,且主要是在模式积分初期迅速增加 ,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程 ,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案 ,构造集合预报模式     

Impact of assimilation of conventional and satellite meteorological observations on the numerical simulation of a Bay of Bengal Tropical Cyclone of November 2008 near Tamilnadu using WRF model

The objective of this study is to examine the impact of assimilation of conventional and satellite data on the prediction of a severe cyclonic storm that formed in the Bay of Bengal during November 2008 with the four-dimensional data assimilation (FDDA) technique. The Weather Research and Forecasting (WRF ARW) model was used to study the structure, evolution, and intensification of the storm. Five sets of numerical simulations were performed using the WRF. In the first one, called Control run, the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Final Analysis (FNL) was used for the initial and boundary conditions. In the remaining experiments available observations were used to obtain an improved analysis and FDDA grid nudging was performed for a pre-forecast period of 24 h. The second simulation (FDDAALL) was performed with all the data of the Quick Scatterometer (QSCAT), Special Sensor Microwave Imager (SSM/I) winds, conventional surface, and upper air meteorological observations. QSCAT wind alone was used in the third simulation (FDDAQSCAT), the SSM/I wind alone in the fourth (FDDASSMI) and the conventional observations alone in the fifth (FDDAAWS). The FDDAALL with assimilation of all observations, produced sea level pressure pattern closely agreeing with the analysis. Examination of various parameters indicated that the Control run over predicted the intensity of the storm with large error in its track and landfall position. The assimilation experiment with QSCAT winds performed marginally better than the one with SSM/I winds due to better representation of surface wind vectors. The FDDAALL outperformed all the simulations for the intensity, movement, and rainfall associated with the storm. Results suggest that the combination of land-based surface, upper air observations along with satellite winds for assimilation produced better prediction than the assimilation with individual data sets.     

一次江淮大暴雨过程中尺度系统结构分析

本文应用观测资料和中尺度数值模拟结果对1999年6月23日发生在江淮地区一次梅雨锋暴雨过程进行研究，揭示了影响这次暴雨过程的物理条件、云团的演变特征及与中尺度系统的关系，分析表明，在暴雨生成和发展过程中，多个中尺度云团在相继生成和移动发展，暴雨中心是几个发展较强的中尺度对流云团造成的，西南风低空急流为暴雨提供了水汽输送，并且通过强垂直运动向对流层中上层输送水汽，这次暴雨与中尺度系统发生发展有直接关系，西南涡分裂出一系列的小涡旋，这些小涡旋边向东移边减弱，并且同时在地面上引发小低压，这些中尺度低压增强低空水平辐合，成为触发不稳定能量的机制，低空急流中心与雨区相互对应，且急流风速增强，风速水平切变梯度增大的过程对应着强降水过程。     

区域四维变分资料同化的数值试验

针对中尺度数值预报模式预报误差的主要来源,尝试利用四维变分资料同化的方法来改善预报效果。在已建立的中尺度模式（ＭＭ４）四维变分资料同化系统基础上,进行了若干数值试验,通过比较同化前后的预报来检验同化的效果。这些试验中初始场、模式误差和侧边界条件被分别或同时作为控制变量来进行调整,主要探讨了模式误差和侧边界条件对同化及预报的影响,以及同时结合两者或三者的途径和方法。对两组个例分别进行的试验结果表明,区域中尺度模式预报误差除了来源于初始误差外,模式误差、侧边界条件也有不可忽视的作用。同化时应同时考虑初始场、模式误差和侧边界条件这三方面的共同作用,仅修正其中某一个或某两个会把由于其它方面造成的预报误差转嫁到它们之上,从而出现尽管目标函数下降很快而预报结果并没有相应改善的现象。     

陕西地方暴雨增强数值预报系统及其试验结果分析

该文介绍了陕西地方暴雨增数值预业务系统，并对１９９５年６－８月进行的降水准业务预报试验结果作了分析及Ｔｓ评分检验。结果表明：模式系统运行４８ｈ以上性能稳定，对陕西区域暴雨的预报效果较好，对日常业务预报有参考价值。     

基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

基于ConvLSTM机器学习的风暴潮漫滩预报研究

风暴潮是指由强烈的大气扰动所导致的海面异常升高现象,由热带气旋引起的风暴潮常对沿海地区造成巨大的社会经济、人类活动和生命财产危害。依靠数据驱动的强非线性映射能力的机器学习方法较传统数值模式预报在耗费研究资源和计算时间上更具优势。本文选取广东省珠江口为研究区域,基于卷积长短时记忆网络（Convolutional LSTM network,ConvLSTM）机器学习算法展开风暴潮漫滩预报研究,利用由再分析资料驱动的数值模式产品构建了历史台风漫滩数据集,用于机器学习模型训练、验证和测试。研究了两种预报方式,一种是基于海表面高度场的自回归预报,另一种是依赖预报风场和初始海表面高度场进行的预报;它们可以实现基于数据驱动的风暴潮漫滩预报,其中自回归预报模型表现更优。相较于传统动力学数值预报,基于数据驱动的ConvLSTM预报模型结构更为轻便,所需驱动数据更少,在缺少边界条件、地形、径流等信号时,在短临预报中仍能基本复现数值模式模拟的结果。     

土壤湿度对卫星辐射率资料直接同化的影响

本研究利用WRF模式及其三维变分同化系统实现了对NOAA-16 AMSU-A微波资料的直接同化,针对2010年6月19日江西地区的一次强降水过程开展模拟与同化试验,并利用中国区域土壤湿度同化系统(CLSMDAS—China Land Soil Moisture Data Assimilation System)输出的土壤湿度值替换NCEP(National Centers for Environmental Prediction)资料中的土壤湿度,研究土壤湿度初值对辐射率资料直接同化中观测场与背景场偏差调整的影响。结果表明:采用CLSMDAS输出土壤湿度初值条件下模拟的亮温值与实际观测值更为接近,经过质量控制和偏差订正后更多的观测资料能够进入到同化系统中,说明改进的土壤湿度初值条件下观测算子的计算值得到正的调整,对低层地表通道的改进效果明显,尤其以50.3 GHz的窗区通道3的结果最为理想;针对此次强降水过程中24 h累积降水分布的模拟结果,CLSMDAS输出土壤湿度初值条件下同化AMSU-A资料,能够较为准确的把握整个雨带的走向、大雨以上级别降水的落区范围、降水中心落区及强度等。说明准确的土壤湿度初值能够改进卫星辐射率资料的同化结果,进而提高数值模式的模拟预报能力。     

土壤湿度初值对边界层物理量预报影响的分析

使用全球中期数值预报模式T213L31,对不同的土壤湿度初值对边界层物理量预报的影响进行敏感试验分析。试验表明土壤湿度初值的准确性非常重要,其变化导致模式计算的感热通量、潜热通量、地表温度和2m温度发生较大变化。而当使用与观测值相近的土壤湿度初值时得到的边界层物理量(如2m温度)更加准确。通过使用固定值与6h预报的背景场加权平均作为土壤湿度的初值,改进原有采用固定值的方法,经过检验模式系统,2m温度的预报误差明显减小。     

Impacts of Soil Moisture on the Numerical Simulation of a Post-Landfall Storm

Surface heat and moisture fluxes are important to the evolution of a tropical storm after its landfall. Soil moisture is one of the essential components that influence surface heating and moisture fluxes. In this study, the impact of soil moisture on a pre-landfall numerical simulation of Tropical Storm Bill(2015), which had a much longer lifespan over land, is investigated by using the research version of the NCEP Hurricane Weather Research and Forecasting(HWRF) model. It is found that increased soil moisture with SLAB scheme before storm's landfall tends to produce a weaker storm after landfall and has negative impacts on storm track simulation. Further diagnoses with different land surface schemes and sensitivity experiments indicate that the increase in soil moisture inside the storm corresponds to a strengthened vertical mixing within the storm boundary layer, which is conducive to the decay of storm and has negative impacts on storm evolution. In addition, surface diabatic heating effects over the storm environment are also found to be an important positive contribution to the storm evolution over land, but their impacts are not so substantial as boundary layer vertical mixing inside the storm. The overall results highlight the importance and uncertainty of soil moisture in numerical model simulations of landfalling hurricanes and their further evolution over land.