甚短期预报——观测、方法和系统

即时预极(Nowcasting)是指对当时的天气状况的监测并对0—2小时内的天气作外推预报,甚短期预报(very-short-range forecasting)是指0—12小时内的天气预报,被认为是未来20—30年天气预报发展的方向之一。这两种预报出现和迅速发展有两个主要原因:现在和将来要求预报的内容(时、空强度)愈来愈具体,而造成强烈灾害性天气,很多是尺度很小、生命期很短的中小尺度系统。这种天气系统的可预报性一般只有几小时或十几小时,不能用一般的短期预报方法解决,而只能依据雷达、卫星和地面中尺度网等资料,根据实况和有关的中尺度系统的概念模式来外推或预报出天气未来演变位置。在外推中还要考虑其它因子影响(如地形、边界层等状况)来估计天气系统的生消和加强过程,因此还要现代化信息收集和处理系统。本文摘自 WMO 第621号技术报告(1983)。     

临近预报的两种高时空分辨率定量降水预报融合算法的对比试验

长期以来,雷达回波外推技术是0—2 h临近预报系统主要采用的方法,但其实际有效预报时间≤1 h,而中尺度数值模式预报则受平衡约束时间的限制,最初2 h的降水预报无效。为解决上述两种预报的缺陷,目前国际上流行采用外推预报与数值模式预报融合的技术,形成统一的0—6 h格点化的高分辨率无缝隙定量降水临近预报系统。对目前流行的两种融合算法（INCA（Integrated Nowcasting and Comprehensive Analysis System）算法及RAPIDS（Rainstorm Analysis and Prediction Integrated Data-processing System）算法）进行了分析和对比试验,以期为业务应用提供借鉴。RAPIDS算法的核心是用自动气象站雨量融合雷达估测得到的定量降水对模式预报的降水强度和位相进行修正;INCA算法则是用数值模式预报的风场修正外推技术的降水移动矢量。两种方法在0—6 h预报时效内,外推预报的权重均逐渐减小,模式预报的权重逐渐增大,从而实现外推预报和模式预报的平滑过渡。试验结果表明,两种方法对降水雨带和降水强度的预报均优于单一的外推预报或模式预报。集二者的优势研发最优的高时、空分辨率降水预报无缝隙融合算法,将有助于进一步提升高分辨率定量降水0—6 h无缝隙预报水平。      

中尺度对流系统产生强降水的临近预报方案

一、前言国家环境卫星、数据和情报服务处(NESDIS)在业务上应用卫星资料估算降水量的工作已有十多年了.在此工作的基础上,NESDIS现正在开发一个暴洪估算模型和临近预报方案(PROFFENS).临近预报方案包括现在天气的详细描述以及未来0-12小时的短期预报两部分(Scofield和Weiss,1977).PROFFENS的研制包括分析降了多少雨以及预报未来0-12小时内将出现多少     

《北京气象中心论文集》征订启事

一、新成果和科学实验 1.气象业务现代化建设的技术进展; 2.新产品或新科研成果介绍及其推广应用; 3.中尺度天气系统实验基地的实验计划及其实施方案; 4.数值实验的理论、模式和方法。 二、天气分析和预报 1.台风、暴雨、大风等灾害性天气过程的分析探讨,短期预报方法和经验; 2.动力、天气、统计相结合的中期预报力法、模式和预报经验; 3.临近预报(0—2小时)及甚短期预报     

福建强天气短时潜势预报方法研究

利用2003—2007年中尺度数值模式MM5及探空资料计算的物理量,选取与强对流天气相关性好的热力、动力、能量参数作为预报因子,通过对各参数的空间分布特征和数值与强对流天气落区进行诊断统计分析,及通过参数的搭配,并在考虑因子季节变化特征的基础上,建立强对流诊断预报方程,从而制作福建省未来0～12小时、0～6小时有否出现强对流天气及落区的潜势预报。并用此法回报了2003—2007年3—9月和检验了2008年3—9月的强对流天气。结果表明3—6月潜势预报技巧比7—9月的更高,区域性预报技巧比非区域性的更高,2008年检验结果是0～6小时的预报技巧比0～12小时的低。此法对冰雹、雷雨大风等强对流天气的临近监测预警有较好的指示意义。     

雷暴与强对流临近天气预报技术进展

临近预报指0—6h(0—2h为重点)的高时空分辨率的天气预报,预报对象是该时段内出现明显变化的天气现象,主要包括雷暴、强对流、降水、冬季暴风雪、冻雨、沙尘暴、低能见度(雾)、天空云量等,其中,以雷暴和强对流天气的临近预报最具挑战性。综述了针对雷暴和强对流天气的以主观预报为主、结合客观算法的临近预报技术,同时讨论了高分辨率数值预报模式在临近预报中的应用。主观临近预报技术包括基于多普勒天气雷达观测数据并结合其他资料(常规高空和地面观测、气象卫星云图、快速同化循环的数值预报产品等)对雷暴生成、发展和衰减,特别是对强对流天气(包括强冰雹、龙卷、雷暴大风和对流性暴雨)的临近预报,客观算法包括几种应用最广的雷达回波或云图外推算法和强对流天气识别技术。高分辨率数值预报模式的应用包括与雷达回波外推融合延长临近预报时效,与各种观测资料融合得到快速更新的三维格点资料为雷暴和强对流近风暴环境的判断提供重要参考。     

一种改进的降水临近外推预报技术方法研究及效果检验

中尺度模式对于0～2h的预报存在起转问题,因此外推预报成为0～2h临近预报中不可或缺的技术方法。目前INCA(Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis System)降水外推预报中,外推矢量扰动由外推矢量随时间的变化确定,即相邻时次外推矢量差确定,本文统计2017年7月江淮地区(29°～35.5°N,114°～120°E)INCA系统相邻10min外推矢量偏差来代表外推矢量随时间变化。若降水向东北方向移动,则外推矢量方向规定为东北方向。统计结果表明:①对于江淮地区,外推矢量以东北方向和西南方向偏差为主,外推矢量越大,其偏差的大小越大;②从外推矢量方向看,东北方向外推矢量占绝大多数(73%),可能是因为绝大多数降水发生在槽前形势下,引导气流为西南风。基于外推矢量偏差统计样本,随机生成多个符合外推矢量偏差分布的外推矢量扰动,得到多个不确定的外推矢量,将INCA确定性外推预报变为0～2h降水外推集合预报,采用均方误差(MSE)、TS评分、BIAS评分和Brier技巧评分等方法,对集合预报结果检验表明:随着预报时效增加,集合预报比确定性预报的优势更明显。因此,考虑外推矢量的不确定性可以提高降水外推预报准确率。     

基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法

该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据,利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别,采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据,同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明:该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪,且能有效处理雷暴分裂与合并的情况;算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力,各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近,在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况,对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。     

基于雷达资料的定量降水预报外推算法试验

摘要：目前贵州在短时临近降水预报客观算法方面研究匮乏，而短时强降水常常给贵州造成严重的洪涝灾害和地质灾害。将短时临近降水预报应用于气象防灾减灾、电网输电线路安全预警、水利防洪自动化方面是未来重要的研究应用方向。本文基于灾害天气短时临近系统（Severe Weather Automatic Nowcast System，SWAN）的定量降水预报(QPF)产品进行0～2小时QPF外推试验研究。利用贵州省地面自动站数据、SWAN 输出的1h-QPF产品、SWAN 1h定量降水估测(QPE)产品。选取2018年3次典型暴雨个例进行试验，采用融合订正技术，利用相似离度算法对降水强度位相进行调整、Weibull分布算法对降水极值分布进行订正、改进后的交叉相关法(Improved Cross-correlation Extrapolation Method，COTREC)进行降水外推预报。通过主客观检验对比，初步说明基于Weibull分布算法的降水极值订正对降水极值分布有很好的模拟效果。融合订正外推的贵州省短时临近定量降水预报产品（Nowcasting precipitation forecast of GuiZhou，下文简写为GZ_NPF）在大于5mm以上量级降水的TS检验中评分更高。GZ_NPF的空报率明显降低，但空报率降低的代价是漏报率相对提高。GZ_NPF总的相对误差减小，格点总降水量与实况总降水量更为接近。试验说明新的融合订正外推算法提高了0～2h短时临近降水的预报能力。     

陕西省短时天气预报业务系统简介

前言短时预报业务系统是为西安市短时预报研制的,同时也兼顾了关中整个地区.我们研制本系统的基本思想是在短期预报的背景上做出独立的短时(0—12小时)预报.短期预报主要是以20点资料为依据,短时预报则是用当天08点资料.即08点资料,必须在上午11点(夏令时)计算完并做出未来0—12小时的预报结论.     

第十讲 天气雷达在短时预报中的应用

短时预报系指0—6小时的天气预报,也有人称之为临近预报或即时预报,主要应用于对强对流天气的监测追踪,通过外推和预测,提供短时警报服务。 随着雷达、卫星及气象通讯技术的发展,加速了短时预报的研究和应用,一些技术发达的国家,相继开展了全国范围的或局地警戒式短时预报。在短时预报尤其是局地强对     

变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验

目前业务上0—1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016—2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0—1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:（1）京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。（2）通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率（POD）和临界成功指数（CSI）都明显高于交叉相关法,且虚警率（FAR）更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。      

初夏甚短期降水预报方法

一、引言 专业气象咨询服务的开展,对天气预报提出了更高的要求。为此,我们根据本站自然天气季节划分时段,分别制作针对性强的夜间12小时(20~b—08~b)晴雨预报。本文介绍初夏甚短期降水预报方法。     

交叉相关算法在强对流天气临近预报中的应用

利用"雨燕"临近预报系统的雷达回波外推算法,对三次强对流个例的3 km CAPPI反射率因子、回波顶和垂直累积液态含水量进行0～1小时外推预测,将预测结果和组合阈值比较进行强对流天气预警区域预报试验。资料来源于CINRAD-SB雷达基数据经RPG算法处理得到的雷达产品数据。所用的方法是在扩展后的交叉相关追踪算法基础上实现雷达回波移动预测。试验结果表明:3 km CAPPI反射率因子、回波顶和垂直累积液态含水量雷达产品与实况有较好的吻合,能较好地预报出回波的形状、变化趋势和移动方向,回波的范围、位置和强度中心与实况相似,外推时间越短,预报效果越好。交叉相关追踪算法外推得到的雷达回波结果在0～1 h内是可用的;外推预测结果经过组合阈值的过滤后,得出的强对流天气预警区域预警结果也是可行的,对强对流天气临近预报有一定指示意义。     

六月份粤台天气周期下的短期降水预报

本文对我省主要依据副高进退划分的副高天气周期,进行了统计检验,认为它对我县六月份短期降水预报与气候预报差异显著,说明天气周期的划分,客观反映了江苏省的各种天气类型,具有预报价值。又重点探讨了六月份粤台天气周期下,结合700mb槽线、切变线和本站要素,采用逐级分辨,作次日降水预报方法。经历史反查和1981—1984年实际使用效果较好。     

季节转换期间北半球大气超长波与长波的演变

自1958年伯格(Burger)第一次提出超长波具有与长波不同的力学体系的看法以来,关于超长波的研究受到广泛重视,特别是超长波活动与中长期天气过程之间所存在的密切关系,使人们感到有可能开始摆脱一直沿用短期预报延伸外推的办法来制作中长期预报的做法。我们认为:任何一次中长期天气过程,都必然会受到行星尺度环流的制约。正如《超长波活     

寒潮短期预报专家系统预报能力的检验

1987年9——11月对张丙午等同志所作的新疆寒潮短期预报专家系统〔1〕(以下简称专家系统)的预报能力进行了初步检验,结果如下: 一、效果检验 1987年9——11月我区出现中度略偏强天气过程共5次,专家系统、主观预报(即值班对外预报)及实况对比见表1.专家系统的预报对象是距实况天气图36小时以后的24小时中发生的大型天气过程,与这24小时     

基于雷达回波区域跟踪算法的临近预报技术进展

目前,临近预报技术主要包括外推技术、数值预报技术以及概念模型预报技术等。而业务上主流的临近预报技术以外推为主,主要以雷达资料为基础,采用雷达回波单体质心跟踪算法或雷达回波区域跟踪算法,得到雷达回波以及降水的临近外推预报。本文详细介绍了3种基于雷达回波区域跟踪算法(交叉相关回波跟踪算法、光流法和变分回波跟踪算法)的临近预报技术的国内外研究进展和基本原理。大量的研究和业务实践结果表明,雷达回波区域跟踪算法作为临近预报专家系统的核心部分,在对流天气临近预报方面有较好的可预报性,在临近预报业务时效内,外推预报结果和实况接近,优于数值模式预报。而通过对算法的不断改进,可以提升各临近预报专家系统在临近预报方面的性能。随着天气雷达技术的不断进步,天气雷达在硬件和软件两方面都逐步改进,雷达资料的数据质量明显提高,在对流天气临近预报上,基于雷达回波的区域跟踪技术会凸显其明显优势。     

应用物理量预告图作暴雨预报

1983年5月20日到8月10日,我们共接收北京气象中心播发的物理量预告图325张。通过对这些资料的统计分析和应用,感到它们对县站短期大—暴雨等转折性天气的预报有较好的参考价值。 我们对16张物理量预告图进行了统计分析,从预报时效上看,36小时预告图的时效以24—36小时为宜;48小时预告图以36—48小时为宜。从预报效果来看,700毫巴36小时T-Td图;700毫巴36、48小时和850毫巴36小时水汽通量图;700、850毫巴全风速图;700毫巴36小时θ_(se)图以及700毫巴36、48小时垂直速度等9张图,在降水预报中效果较好。当然,对于某一个天气系统,只用1—2张图是很难报出来的。尤其对强降水天气过程,更应全面分析水汽输送、层结稳定度、垂直速度以及高低空急流的所在位置。     

天气在线降水预报与日本传真图的对比检验

对近两年天气在线与日本传真图在潍坊本站降水短期预报中进行了评分检验，并针对主要天气系统考察分析了降水预报准确率。检验结果表明：2002年6月一2004年4月天气在线降水12—36小时预报的TS评分达到62.1％，与日本预报的63.5％非常接近，且同样表现出在夏半年质量较高、冬半年较低的特点；冷涡、地面气旋与倒槽造成的降水预报准确率明显低于日本，高空槽、切变线、副高边缘的降水预报准确率与日本接近。