L波段雷达发生丢球的原因及解决办法

1 初值不确定性对暴雨数值预报影响的初步研究 《暴雨灾害》 2007年 第1期 徐幼平 北京应用气象研究所 100029 摘要：为了研究初值不确定性对我国南方数值预报的影响，依据历史降水资料的统计分型，选取华南暴雨型等三种类型中具有代表性的暴雨过程，采用AREM模式以不同资料分析场（常规观测资料、NCEP和ERA40同化分析资料）作为初值进行暴雨预报对比试验。     

暴雨数值预报中的初值试验

本文介绍使用五层原始方程有限区域降水预报模式进行汛期暴雨数值预报试验时,引进的新的初值方案。给出了用新初值方案计算的个例和1986年汛期实际预报试验的结果。与其它方案计算结果的比较表明,认真改进初值有助于改进暴雨预报,新的初值方案可以满足暴雨预报业务试验的要求。     

初值不确定性对暴雨数值预报影响的初步研究

为了研究初值不确定性对我国南方暴雨数值预报的影响,依据历史降水资料的统计分型,选取华南暴雨型、江淮暴雨型和黄淮暴雨型等三类型中具有代表性的暴雨过程,采用AREM模式以不同资料分析场(常规观测资料、NCEP和ERA40同化分析资料)作为初值进行暴雨预报对比试验。试验结果表明,对于各类型暴雨,不同资料初值的差异都会引起暴雨数值预报结果的较大差异;在此基础上,采用经验正交函数(EOF)分析方法,分析了各类暴雨初值误差及其变化信息,从中提取出主要的误差分量,并对这类误差的数值预报影响进行了敏感性试验和预报验证,结果显示,寻找和消除主要的初值误差,对改进暴雨数值预报结果具有重要作用。     

基于多中心TIGGE资料的区域GRAPES集合预报初步试验

基于全球交互式大集合(TIGGE)预报资料,研究利用TIGGE全球集合预报大尺度不确定信息,构造区域GRAPES集合预报的初值扰动方法和试验方案,并对2008年7月22日发生在黄淮地区的一次暴雨过程进行了集合预报试验.试验结果表明:构造的初值扰动场能够表征TIGGE全球集合预报初值中的大尺度不确定信息,区域GRAPES集合预报系统可以捕获极端降水天气,对降水预报具有显著的改进作用,集合预报平均及降水概率预报能有效地反映暴雨降水特点,暴雨发生概率较高的区域与实况对应关系较好.积分初期,暴雨的预报一致性(集合离散度)和预报技巧(集合平均预报均方根误差)之间的关系显示了区域GRAPES集合预报系统是合理的,但积分后期,由于模式在积分过程中的动力调整作用,减小了初值扰动对预报结果的影响,限制了集合离散度的增长速度.     

1991 年江淮暴雨的定量预报检验

利用Threat Score方法，对1991年6月12—15日，6月29日—7月12日江淮持续暴雨的定量预报进行了检验。结果表明，对于大雨和暴雨预报，目前主观预报优于客观预报。数值预报在降雨定量预报的某些方面有了一定突破。     

中尺度集合预报对川渝地区“8.16”暴雨过程的分析

利用ARPS和WRF模式,基于不同的物理过程参数化方案建立了一个多初值、多物理过程的中尺度集合预报系统,并对2015年8月16—18日发生在四川盆地的西南低涡暴雨过程进行试验分析。结果表明:建立的中尺度集合预报系统对此次暴雨过程有较好的预报能力,与确定性预报相比,降水集合平均以及概率预报等产品对暴雨的预报有一定的指示意义。初值扰动的集合预报对暴雨及以下量级的预报较优;物理过程扰动的集合预报对大暴雨及以上量级的预报较好;同时考虑2种扰动的集合预报总体上好于单因子扰动的集合预报,使降水预报效果得到明显改善。对天气系统(高空槽、低涡、切变线)以及气象要素(风场、水汽)的预报差异是造成"好"、"坏"成员预报效果差异的主要原因,且低层形势场(尤其是风场的预报)对初值及物理过程的扰动比高层要敏感。集合预报对大雨及以上量级预报技巧的提高有明显正贡献,但是对特大暴雨的预报不确定性很大,还有较大的改进空间。     

WRF模式不同集合预报方案对一次大范围暴雨过程的模拟研究

应用WRF V3.6模式,对陕、晋、冀、鲁4省2013年7月12—13日的一次大范围暴雨过程,从初值、侧边界和物理过程扰动出发进行了集合预报研究。结果表明:(1)物理过程扰动对此次降水的影响最大,初值扰动在积分初期影响较大,而后逐渐减弱,而侧边界扰动随着时间积分向模拟区域中心传播并逐步增大;(2)物理过程扰动、初值扰动的集合预报分别对小雨和大雨及以上量级降水预报最优,而侧边界扰动的集合预报对中雨和暴雨及以上量级的降水预报最优;(3)从集合预报的离散度分析得出,物理过程扰动的集合预报最优,其次是侧边界扰动,初值扰动最差;(4)同时考虑3种不确定性的集合预报,总体上好于单个因子扰动的集合预报,使模式的降水预报效果得到显著改善。     

基于GRAPES_Meso的集合预报扰动方案设计与比较

基于GRAPES_Meso区域集合预报系统,设计了三种集合预报扰动方案,即多初值、多初值多物理、多初值多物理多边值,并针对三种方案进行了连续一个月的批量试验,重点分析了2008年7月23日江淮暴雨过程.结果表明,对于降水预报,三种集合扰动方案均相对于控制预报均有所改善,多初值多物理与多初值多物理多边值方案对小雨、中雨预报改进效果显著,对暴雨预报略有改进;多初值方案仅能产生有限的集合离散度且难以增长,引入物理参数方案扰动及边界条件扰动能显著提高集合离散度,改善各物理量场的预报效果;通过比较,多初值多物理多边值为最优方案.该批量试验表明,模式物理过程及边界条件是影响GRAPES _Meso区域集合预报不确定性的不可忽视因素.     

华南暖区暴雨预报的模式初始场质量敏感性分析北大核心

本文利用高分辨率中尺度数值预报模式WRF和两组再分析资料,在研究不同模式初值对华南暖区暴雨预报质量差异明显的基础上,利用合成初值方法进行了模式初值对暖区暴雨预报的敏感性数值试验研究,讨论了模式初始场关键物理量对暖区暴雨预报质量的影响,重点开展了模式初值湿度场质量对华南暖区暴雨降水预报的敏感性分析。结果表明:模式初始场质量的较小差异,可显著影响本次华南暖区暴雨预报的降水强度、降水落区以及降水发生时间等的质量。初始水汽场对暖区暴雨预报影响最大,也最为敏感,是准确预报对流单体的发生发展以及地面强降水的基础。风场和温度场对暖区暴雨预报的影响相对较小。对流层低层较强的风速辐合是本次暖区暴雨强对流单体触发、生成和加强发展以至产生暖区强降水的物理基础。     

地方模式对96.7暴雨预报水平的检验

该文分析了１９９６年７月２５—２８日暴雨特点和兰州中心气象台数值预报模式的预报能力。结果表明，该模式对区域性暴雨落区预报基本正确，降水中心吻合，但量级相差较大     

初夏亚洲季风区环流低频振荡与长江下游持续暴雨

利用主成份分析和非整数波功率谱分析研究了1991年初夏亚洲季风区逐日500 hPa环流的时空分布特征。结果表明，主成份分析得到的前5个特征向量的空间分布与各个季风系统的活动有关，其时间系数存在显著的12—22天准周期振荡和28—31，43—65天的低频振荡周期，它们与长江下游暴雨形成有密切联系。当第一主成份从谷点上升且第二主成份稳定地增大（减小）时，长江下游出现持续暴雨。亚洲副热带海洋加热异常和海陆热力差异产生的不均匀加热分布激发的各种低频波及其相互作用导致向热带外能量频散的异常，是引起长江下游持续暴雨的     

HUBEX期间暴雨模拟研究

利用中尺度数值预报模式MM4和淮河流域能量与水循环试验(HUBEX)外场观测资料,对1998和1999两年HUBEX期间的暴雨进行数值模拟.同时,将处理后的云图资料输入到MM4中,改变水汽场条件进行数值模拟,作为敏感试验,并且与不用云图资料的控制试验作比较.两种模拟结果与地面试验区的雨量资料对比分析表明,MM4对夏季淮河流域的强降水有较好的预报能力.     

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     

一次连续暴雨过程的数字化雷达回波分析

本文利用武汉WSR-81S数字化雷达的Column Maximum图象产品资料,分析了1987年8月18日至21日发生在长江中游地区的一场连续暴雨过程。把这次过程分为局地暴雨和区域暴雨两个阶段。分析它们的发生、发展的雷达演交特征及形成的原因。     

使用不同的天气尺度初值作强对流暴雨预报的差别及其原因

分别用暴雨开始前和暴雨刚开始两个探空时次的天气尺度初值场作1982年6月19～20日鄂东特大暴雨过程的中尺度模拟预报.前者相当成功,后者完全失败.探究其原因说明中尺度数值预报可以用天气尺度初始场的一个重要条件是模式初始时刻在关注的区域及其附近不存在即将造成或已经造成强降水的强中尺度扰动.如若不然,则可能由于模式起转(Spinup)的延误,实际存在的中尺度扰动对天气尺度变化的强大反馈作用不能体现,会使天气尺度的预报从一开始就显著歧离实际,其带来的结果不是中尺度时、空细节的预报误差,而是全区域性的预报失败.这个试验还进一步证实伴随暴雨的强非绝热反馈作用是暖切变型梅雨锋发展和准静止持续乃至周边区域形势维持的最重要的直接因子.     

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。     

基于“配料法”的东北冷涡暴雨预报研究

利用1961—2014年中国东北地区200个气象站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了东北冷涡暴雨的气候特征,分析了低空急流、切变对冷涡暴雨的影响;诊断分析了可表征冷涡暴雨过程中水汽条件、动力条件、热力不稳定条件的比湿、水汽通量、水汽通量散度、散度、垂直速度、K指数等物理参数,研究了东北冷涡暴雨发生时上述各物理参数需要达到的阈值指标,利用研究的物理参数阈值指标以及低空急流和切变等配料因子构建了东北冷涡暴雨的"配料法"预报模型,结合ECMWF模式和T639模式数值预报产品将"配料法"暴雨预报模型进行了业务化应用试验及效果评估。结果表明,东北冷涡有66%会产生暴雨,冷涡暴雨多发生在7—8月;低空急流和切变对冷涡暴雨有触发作用,91.2%的冷涡暴雨发生时对流层低层存在急流或切变;基于"配料法"的冷涡暴雨预报TS评分比ECMWF模式和T639模式暴雨预报评分提高了7.4%和11.1%,且明显减少了暴雨的漏报率。     

长江中下游地区暴雨值预报试验

本文利用NCAR／PSU联合研制的中尺度天气数值模式MM5，对长江中下游地区在1996年6月下旬至7月中旬发生的暴雨过程，以国家气象中心业务运行的合球谱模式T63的分析场作为初值和侧边界条件，进行了一系列的数值预报试验，结果表明，该模式较好地预报了实况相近的降雨区的位置，但对暴雨的中心落点和强度，其预报结果与实测有一定程度的偏差，如何模式提前12小时开始积分，则可在一定程度上克服模式中凝结降水的施转加强问题，使预报的降水强度等有明显的改善。     

类比法在暴雨灾害损失定量预估中的应用

从致灾因子角度,通过系统分析暴雨与其造成的灾害损失之间的关系,提取致灾关联度较高的暴雨因子,采用正态分布概率密度函数和最小距离法,建立区域性暴雨强度评价模型。在此基础上,通过分析历史暴雨个例之间灾害损失的相似性,采用类比法,建立了湖北5—9月暴雨灾害损失定量预估模型。2008—2009年的试验结果表明,类比法可作为暴雨灾害定量损失预估的实用方法。