一个有限区域中尺度模式的设计及预报试验

以一个６层原始方程模式的基本动力学框架为基础，设计了一个对物理过程考虑得较全面的中尺度原始方程模式。该模式采用（ｘ，ｙ，σ）坐标系；大气上界取为１０ｈＰａ，提供多种水平边界条件；水平和垂直分辨率均可调；降水方案包括大尺度降水和深厚积云对流降水；地面温度的计算采用地面热量收支方程；考虑了地气和海气交换作用；垂直交换系数的计算采用Ｌｉｏｕｉｓ格式；水平扩散采用二阶形式和四阶形式相结合的方案，扩散系数是网格点位置和风场的函数；积分方案采用经济的中央差格式。在水平格距取８０ｋｍ，垂直方向不等距地分为１６层的分辨率条件下，利用该模式进行逐个个例预报试验。结果表明，模式计算稳定，能较好地报出主要的天气形势，预报的降水也较接近实际。文中给出了一些检验指标的统计结果。还在预报能力及模式特性方面与原６层模式进行了对比。     

η模式边界层方案的优化及其对暴雨的数值试验

利用16层垂直不等距MEM，引入高分辨边界层方案，将模式垂直分层增加至2l层，并将改进后的模式用于暴雨的数值模拟。结果表明：改进后的模式对降水的预报特别是暴雨的预报有了很大的改进，其降水场的预报TS评分、特别是暴雨TS评分明显高于以前的模式，这对模式进一步的业务化具有重要意义。敏感性试验表明：提高模式的垂直分辨率有益于暴雨预报水平的提高。模式对混合长和湿有效率较为敏感；模式下垫面特征分类的精确性对模式的预报结果有很大的影响。     

荆江航运气象灾害预报预警系统

荆江航运气象灾害预报预警系统投入运行该系统由荆州市气象局和荆州海事局联合开发,整合了共享船舶自动识别系统(Automatic identification system,简称AIS)、水域闭路电视监控系统(Closed-circuit television,简称CCTV)、海巡艇CCTV、气象雷达、精细化网格预报、预警信息发布等多个平台及系统,通过将航运信息与气象监测预警信息实时叠加,能面向具体船只提供精准及时的气象灾害预报预警服务。细网格预报叠加层提供各气象要素的中短期精细化网格预报,集合了各类数值预报模式,预报产品时间分辨率为3 h,空间分辨率为5 km,能实现定点、定时、定量的气象预报。     

谱模式中截断方式对月长期天气预报影响的数值研究

以１９９２－０４－０１Ｔ１２（ＧＭＴ）北京国家气象中心的客观分析资料为初始场,通过对比分析ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７）模式的月数值预报结果,研究了谱模式在不同截断方式下,水平分辨率及网格结构分地月长期烽值预报的影响。结果表明：虽然以上两模式具有相同的垂直结构,以及相近的高斯网格格点数和计算量,但由于Ｒ１５Ｌ７较Ｔ２１Ｌ７有更为合理的水平分辨率分布,具有由高纬长方形（长轴为南北向）经中纬正方形到低纬长方形     

不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响

为研究不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响,利用WRF中尺度数值预报模式,对2009年6月5日发生在上海的一次飑线过程分别进行了3、1、0.5 km水平分辨率和一、二阶矩微物理方案的理想试验。结果表明,模式水平分辨率和微物理方案对模拟飑线阵风锋有明显的影响。随模式水平分辨率的提高,模式模拟的飑线弓状回波结构更精细。与3 km分辨率相比,1和0.5 km分辨率模式能很好模拟出飑线后部下沉气流和前部上升气流,模拟的冷池前沿最大风速相对更接近实况。二阶矩微物理方案更能模拟出飑线弓状回波前强后弱的结构特征和飑线过境地面降温幅度,模拟的飑线移动速度、冷池面积和强度、冷池前沿最大风速和雨水蒸发率等均小于一阶矩微物理方案的模拟值。采用1和0.5 km模式水平分辨率及二阶矩微物理方案模式模拟的飑线与WSR-88D多普勒天气雷达探测实况更接近。模式分辨率的提高有利于模拟飑线的维持。对业务数值预报模式模拟飑线阵风锋而言,在计算条件允许的情况下,模式水平分辨率达1 km并采用二阶矩微物理方案可能是需要的。结果还表明,冷池前沿最大风速、冷池强度、模式底层降温幅度、飑线移动速度与雨水蒸发率存在对应的变化趋势,飑线移动速度的变化对飑线阵风锋地面大风的预报有指示意义。改善数值模式对飑线阵风锋预报性能除需关注模式水平分辨率和微物理方案外,还需关注数值模式对雨水蒸发率的模拟能力。     

北京地区中尺度非静力数值预报系统的开发与实时预报应用

国家气象中心与北京市气象局联合开发并将于1999年底建成“北京地区中尺度数值天气预报业务系统”。作为开发的第一阶段,以PSU/NCAR的MM5非静力中尺度模式为基础,在国家气象中心IBM/SP2机并行运算环境下与国家气象中心资料源连接并应用北京地区加密地面观测资料,初步建成了“北京地区中尺度数值天气预报试验系统”（以下简称BJ-MM5V.1）。模式设计为垂直23层,水平分辨率分别为45和15km的两重双向嵌套网格。在IBM/SP2计算机上用24个节点作36 h预报所需机时为2 h 20 min,满足实时业务预报需要。该系统于1997年夏季进行了实时运行试验,可提供北京地区每小时降水量预报每3 h多种气象要素预报,预报产品在北京市气象局试用。结果表明,系统有较强的稳定性和实用性,对降水时空分布的预报效果较好。     

“雅安天漏”研究II．数值预报试验

本文建立了一个用于研究“雅安天漏”的有限区域数值预报模式，并用该模式对１０个“雅安天漏”个例进行了数值预报试验，取得了较满意的结果。该模式动力框架的主要特点是：（１）模式的基本方程组便于构造出完全能量守恒的差分格式；（２）采用了静力扣除；（３）模式的垂直坐标选用了η坐标；（４）选用Ｅ网格作为变量的水平分布形式；（５）位势高度与其他预报量在垂直方向交错分布；（６）对Ｅ网格的波解分离问题采取了特殊的处理技巧；（７）首次采用“半格距”差分解决了矩形Ｅ网格及球坐标Ｅ网格沿对角线的差分计算；（８）采用显示分解的时间积分方案；（９）尽量保留初始场信息。模式的物理过程主要包括：（１）大尺度凝结降水；（２）对流调整及对流降水；（３）水平扩散和垂直通量输送；（４）地面辐射收支和边界层参数化。试报降水的主要降水中心及降水范围与观测分析比较相似。大于１０ｍｍ和２５ｍｎ降水的ＴＳ平均评分分别为０．４１和０．３２。     

不同垂直分辨率对台风数值模拟影响的敏感性试验

利用新一代数值预报模式ARW(Advance Research WRF),模拟试验了在不同垂直分辨率条件下模式对"罗莎"台风的预报性能。试验结果表明,数值模式的垂直分辨率变化对台风路径预报效果的影响不大,但对台风强度和结构的预报效果有明显影响。但是,对于一定的水平分辨率而言,有一个与之匹配的垂直分辨率,垂直分辨率低于或者高于这个相匹配的阈值,模式的预报性能都会下降。     

近45年El Nino发生前后珠江口季风强度与海平面异常分析

介绍了一个局地自适应多级模式降水预报系统、以及各级模式对1998年6月9日降水的预报结果，并相互比较。预报结果是：广州区域中心业务模式（75km水平格距）较好地反映了这次降水过程，依托其上的局地各级模式（分别为25km,5km水平格距）能够逐级进一步细致地描述降水过程的空间和时间的分布。这表明自适应多级模式是局地降水预报客观、定量化的有效方法。结果也有利于实际预报人员进一步了解各级模式性能，以便更合理有效地应用数值模拟所提供的信息。     

尺度适应的对流参数化方案对一次华南飑线模拟的影响

尺度适应(scale-aware)的物理过程是现代数值预报发展的一种趋势,本文针对GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)模式没有考虑物理过程尺度适应的现状,首先在KFeta(Kain-Fritsch Eta)积云对流参数化方案中引进了尺度适应过程,对该方案的对流时间尺度、格点垂直速度以及夹卷率进行了基于尺度适应参数化的改进。为研究尺度适应KFeta方案与原KFeta方案对不同分辨率模式模拟结果的影响,选取了一次华南飑线过程进行数值模拟和影响分析。结果表明:在3 km、5 km、10 km、20 km水平分辨率的GRAPES_Meso模式中,尺度适应KFeta方案相比原方案,对降水强度及落区分布的模拟有一定的正效果,随着模式水平分辨率提高,次网格降水减少、格点降水增多、对流层中低层夹卷略有增强,对原来存在的对流层高层及低层偏冷的偏差有一定的改进,对流活跃区域的上升气流强度、云中水凝物含量更符合真实的天气系统演变。综合来看,改进后的方案更适用于高分辨率数值预报模式,该研究结果可以为尺度适应对流参数化方案的应用及数值模式强降水预报性能的优化提供有益的参考。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

淮河流域汛期面雨量多模式预报检验评估

基于站点观测资料和四个数值模式预报资料,以2011—2012年汛期(6—8月)为例,评估四个模式对淮河流域15个子单元客观面雨量预报效果。这四个模式为欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,简称ECMWF)全球模式、日本气象厅(Japan Meteorological Agency,简称JMA)全球模式、安徽省气象台业务中尺度模式MM5(Mesoscale Model Version 5)和WRF(Weather ResearchForecasting)。15个子单元面雨量预报值采用网格算术平均法计算,面雨量实况值采用泰森多边形法计算。检验评估采用平均绝对误差、模糊评分、正确率以及TS评分。检验评估结果表明:1)ECMWF预报效果整体上优于其他模式,尤其是在小雨到大雨等级优势明显;JMA、MM5以及WRF的预报效果依次降低。2)各模式预报效果均表现出随降水等级(小雨、中雨、大雨、暴雨)增大而下降的趋势。3)随预报时效(24、48、72 h)延长,各模式预报效果逐渐下降。4)分析典型个例发现,ECMWF、JMA及WRF对于24 h预报时效的强、弱降水过程,预报效果存在较明显差异,对于强降水过程预报等级偏小;MM5对于强、弱过程预报等级均有所偏大。     

数值天气预报业务模式现状与展望

20 0 4年是数值天气预报理论提出 10 0周年 ,同时也是数值天气预报业务化应用 5 0周年。经过百年的发展历程 ,数值天气预报学科有了飞跃的发展。特别是最近 10多年来 ,大气科学以及地球科学的研究进展 ,高速度、大容量的巨型计算机及网络系统的快速发展 ,更加快了数值天气预报的发展步伐。文中从模式动力框架、物理过程参数化、模式程序软件等方面对数值天气预报业务模式现状进行了简要综述 ,对存在的问题进行了探讨 ,并对数值天气预报业务模式的未来发展作了展望。当前数值天气预报业务模式发展的特点有 :(1) 2 0世纪 90年代中期以来 ,各国的全球和区域模式水平和垂直分辨率都有明显提高 ,且模式物理过程也同步进行改进 ;数值预报业务模式已进入了大规模并行计算的阶段 ;(2 )主要发达国家和中国都正在致力于研发各自的新业务数值预报模式———非静力 (多尺度 )一体化模式或非静力中尺度模式 ,部分国家的新一代天气 气候一体化数值模式已业务运行 ;(3)业务数值预报模式正在朝着不断完善的方向发展。随着模式分辨率的提高 ,云物理过程、陆面过程和湍流过程、考虑坡度 -坡向因子的辐射过程等在模式中的参数化方案 ,以及模式垂直坐标的选择越来越受重视 ,这些物理过程的描述成为业务数值模式改进的重点和     

南海异常路径台风预报的数值试验

利用广州热带海洋气象研究所最近发展的热带有限区台风数值预报模式,对1991年登陆广东的9116号强热带风暴(Joel)进行了数值预报试验。结果表明:模型台风的加入,模式水平和垂直分辨率的提高,物理过程的完善,能大大提高台风路径的预报准确率。     

雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时预报影响的数值对比试验

为对比雷达资料同化与提高模式水平分辨率对短时数值预报的影响,利用美国Oklahoma大学风暴分析和预测中心开发的ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式及其资料分析系统ADAS(ARPS Data AnalysisSystem),对一次华北暴雨过程进行了18,15,9,6,3 km 5种不同水平分辨率的数值对比试验,并对比了使用雷达资料进行云分析时5种分辨率的模拟结果,结果表明,仅使用常规观测资料的情况下,通过提高模式水平分辨率,可以改进6 h内的短时预报,模拟的锋面结构更为细致,降水尤其是强降水预报评分提高了。而使用雷达资料改进模式初始场后,能明显改进模式6 h内的预报尤其是降水强度和落区预报,使得18 km上使用雷达资料同化的预报结果好于3 km不使用雷达资料同化的结果,表明雷达资料同化比单纯提高模式水平分辨率更为有效。不同分辨率上使用雷达资料同化的对比发现,对于40 mm以下的一般性降水,从18—3 km的模拟结果差别不大,而对于强降水,仍然需要提高模式的水平分辨率。但无论初始场是否使用雷达资料同化,但当分辨率由6 km提高到3 km时,模拟结果无明显改进,因此,提高模式分辨率有一定的限度,而在适当提高模式分辨率的同时使用雷达资料同化改进模式初始场,则是提高模式短时预报的一个非常有效的途径。     

模式水平分辨率提高对一段大暴雨预报结果的影响

使用中尺度暴雨模式MRM1—不等距21层细致边界层η坐标模式,分别采用36 km和18 km的水平分辨率对1998年6月12日~7月31日造成长江流域特大洪水的暴雨进行数值模拟,结果表明:当把模式水平分辨率提高到18 km后,暴雨及其以下降水量等级的预报TS评分与36 km的相当,但大暴雨预报效果明显提高,降水分布具有明显集中的趋势,暴雨、大暴雨中心也明显向实况降雨中心靠拢。对1998年6月12~21日10个个例的数值模拟表明,水平分辨率由36 km提高到18 km后,网格尺度降水量占总降水量的比例由平均14.1%提高到27.5%,而次网格尺度降水量的比例由85.9%下降到72.5%;对1998年6月19日造成闽浙大暴雨的天气系统模拟对比分析表明,模式提高分辨率后,能够较好地模拟出造成大暴雨的中-β尺度低涡及其中尺度特征,预报暴雨及大暴雨的雨区有了明显的局地性,更接近实况暴雨及大暴雨的雨区。     

高精度高空风预报技术探讨

针对航天气象保障中高分辨率高空风的预报需求，利用欧洲数值预报、GRAPESGFS、导航探空数据，通过WRF模式直接输出、高空风模式产品融合、动力统计订正等方法实现了20 km以下逐250 m的高空风短期预报，并选择2019年11月—2020年3月进行试验，结果表明：U风预报好于V风；5～14 km高空风预报效果好于其它层次；在模式产品融合基础上进行的动力统计订正，预报效果最好，对于同层U、V风，4 m/s偏差内预报准确率为77.4%,6 m/s偏差内预报准确率为93.2%。     

国外中期数值预报业务模式的性能及发展趋势

作者简单介绍了国内预报员较为熟悉的欧洲中期天气预报中心，美国国家气象中心和日本气象厅三个中期预报模式的性能及预报效果，包括近几年颇为流行的半拉格朗日时间积分方案，物理过程参数化方案的完善和改进，中期数值预报业务模式的发展趋势等。     

ECMWF与JMA500hPa高度预报准确率的比较

本文为了解欧洲中期数值预报中心ECMWF和日本气象厅JMA的全球数值预报模式在欧亚大陆的预报能力,利用1988午秋季两模式500hPa高度预报资料,与实况的客观分析资料进行比较。其结果,在包括中国新疆在内的欧亚大陆腹地,欧洲中心的预报准确率高;而在中国东部和日本周围,则日本模式的预报准确率高。特别是当预报时效长和北太平洋副高的预报,日本的预报信息是非常重要的。其他针对500hPa高度场的极涡、中纬度的长波变化等的预报进行了与实况的比较,找出了各自的特点。这些结果可作为今后使用这两类预报时的参考。