NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示

美国环境预报中心（NCEP）的FNL资料分辨率较高且融合了大量的观测资料及卫星反演资料,被广泛用于数值模式及天气、气候的诊断分析研究中。本文对该类资料的解码程序及绘图时所需控制文件、索引文件生成方法进行介绍,通过一系列批处理命令,可以进行大量FNL资料的解码及绘图处理,为科研工作者在资料内容提取和图形显示等方面的工作提供一定的参考。     

NCEP FNL全球分析资料的解码及其图形显示

美国环境预报中心（NCEP）的FNL资料分辨率较高且融合了大量的观测资料及卫星反演资料,被广泛用于数值模式及天气、气候的诊断分析研究中。本文对该类资料的解码程序及绘图时所需控制文件、索引文件生成方法进行介绍,通过一系列批处理命令,可以进行大量FNL资料的解码及绘图处理,为科研工作者在资料内容提取和图形显示等方面的工作提供一定的参考。     

ATOVS(BUFR码)资料报告

数值预报急需全球性的ATOVS资料来改善其预报的时效性,因此需要对通信台目前接收的BUFR编码的ATOVS资料进行解码分析统计,看它的覆盖范围是全球性的还是区域性的,是否符合数值预报的要求。文中使用作者自己编写的BUFR码的解码软件,对从德国和日本两条国际线路接收到的BUFR编码的ATOVS资料进行了解码分析,并结合BUFR报文结构和NOAA卫星扫描的特点,得出了ATOVS资料覆盖范围、时次、数据要素等相关统计信息。     

FY-4A云导风在GRAPES_RAFS中的同化应用评估

云导风资料具有较高的时空分辨率特性,是数值天气预报中重要的非常规观测资料之一。2016年12月我国第二代静止气象卫星风云四号首颗试验卫星(FY-4A)成功发射。依据国家卫星气象中心提供的2017年8月FY-4A卫星红外和高空、低空水汽通道云导风测试数据,选用美国国家环境预报中心的FNL全球分析资料为参考场,对比分析云导风资料观测分布及偏差特征。评估结果表明,FY-4A云导风测试数据分布稳定,水汽通道云导风资料观测数明显多于红外通道;红外通道云导风资料偏差和均方根误差最小,水汽通道云导风资料在高层偏差较大。基于GRAPES_RAFS系统,选取2017年第13号台风天鸽做24 h预报试验。个例试验结果表明,同化FY-4A云导风资料对模式高度场和风场分析有一定调整作用,特别是同化FY-4A水汽通道云导风资料,对强降水落区和强度预报有所改善。     

用青藏高原考察订正的FGGEⅢb资料作中期预报的数值试验

利用1979年5—8月青藏高原科学实验取得的资料,对1979年6月15日00GMT100—850hPa 等9层 FGGEⅢb 分析的高度和风场进行了客观分析订正,并以订正前后的资料为初值,用 T21L5和 T42L9两种不同分辨率的北半球谱模式作了5个5天预报的数值试验。研究结果表明,通过高原实验资料对 FGGEⅢb 资料的订正,将使 FGGEⅢb 资料在高原地区的分析得到改善。对流层上层的资料订正比下层效果明显。高原地区初值场的订正对数值预报结果有显著影响,并且对较高分辨率模式的预报结果影响更大。初值订正后不仅影响未来高原地区的预报,而且通过能量频散可以影响到我国东部和日本,大约经过5天左右,甚至可以影响到阿拉斯加和北美。     

基于WRF-3DVAR同化多源融合数据对近海风模拟的改进试验

本文利用WRF模式及其3DVAR同化系统,以2008年4月20日00时—23日00时的江苏近海10 m风场为研究个例,对Quik SCAT、Wind SAT、多源测风融合数据进行同化试验,通过比较WRF-3DVAR同化系统对模拟风场初始场和预报场的改进,检验了同化不同类型资料后WRF模式对研究区域内单点及区域近地层风速的预报效果。结果表明:同化试验对初始场有改进,且对预报场的改进较FNL资料明显;不同资料对风场模拟的影响不同,同化星星、星地多源融合资料效果最佳,Quik SCAT次之,Wind SAT最差。此外,在模式分辨率一定的情况下,提高观测资料的分辨率并不一定能够改善模拟效果,资料的稀疏分辨率存在最佳选择。     

用青藏高原考察订正FGGE Ⅲ b资料作中期预报的数值试验

利用1979年5—8月青藏高原科学实验取得的资料，对1979年6月15日00 GMT 100—850 hPa等9层FGGE Ⅲ b分析的高度和风场进行了客观分析订正，并以订正前后的资料为初值，用T21L5和T42L9两种不同分辨率的北半球谱模式作了5个5天预报的数值试验。研究结果表明，通过高原实验资料对FGGE Ⅲ b资料的订正，将使FGGE Ⅲ b资料在高原地区的分析得到改善。对流层上层的资料订正比下层效果明显。高原地区初值场的订正对数值预报结果有显著影响，并且对较高分辨率模式的预报结果影响更大。初值订正后不仅影响未来高原地区的预报，而且通过能量频散可以影响到我国东部和日本，大约经过5天左右，甚至可以影响到阿拉斯加和北美。     

利用WRF-3DVAR同化常规观测资料对近地层风速预报的改进试验

利用WRF 3DVAR同化系统和Evenson提出的方法在分析时刻添加扰动形成扰动型初始场,并在此基础上同化常规观测资料(包括固定站点的探空观测和常规地面观测),通过比较WRF3DVAR系统对整层大气的初始(分析)场及预报场的改进,检验了同化常规观测资料后WRF模式对研究区域内近地层风速的预报效果。结果表明,同化常规观测资料对初始场有改进,且对低层大气风场和温度场的改进较FNL资料明显;GFS同化常规观测资料后生成的初始场和FNL资料提供的初始场对风速和温度的预报在不同气压层存在不同的预报时效,低层(1000 hPa)风速和温度预报在前36 h改善明显,而在较高的500 hPa和200 hPa上风速预报在前36 h改进明显,温度预报则只在前12 h得到了改善;无论是采用FNL资料还是同化常规观测资料作为初始场,对近地层风速预报均在前36 h有改进,表明对于近地面风速这种短时间内变化较大的变量,同化与之时间和空间上较为接近的资料可能改善其预报效果。     

云南高原山地机场强对流短临预报系统研究

基于天气雷达、地面和探空观测资料、NCEP再分析资料、FNL 数值预报产品,应用强对流天气分类识别技术和短时临近预报技术,开展风暴临近预报、强对流天气分类预警、基于数值预报的强风暴潜势诊断等研究,获得大理、丽江、西双版纳等高原山地机场及周边区域强降水、雷暴、大风、冰雹等灾害性天气的0～2h实时定量预报产品和0～12h强对流天气潜势预报产品,建立可业务运行的机场强对流天气短时临近预报系统。通过检验,证明该预报系统有较好的强对流天气预报预警能力,满足机场业务需求。     

2006年汛期北京地区中尺度数值业务降水预报检验

采用北京地区自动站逐小时观测降水资料对2006年汛期北京地区中尺度数值业务降水预报效果进行了客观检验,并针对2006年汛期的降水特点对模式的降水预报性能进行了初步的评估,着重对发生的28次降水过程按其主导的天气系统进行了分类,并对各个类型的降水预报进行了评分检验,根据检验结果分析了数值业务模式对于夏季不同天气系统导致的降水过程的预报能力,并且对不同分辨率的模式网格的预报性能进行了初步对比。     

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。      

Comparative Experiments on the Effect of Radar Data Assimilation and Increasing Horizontal Resolution on Short-term Numerical Weather Prediction

To examine the effect of radar data assimilation and increasing horizontal resolution on the short-term numerical weather prediction, comparative numerical experiments are conducted for a Huabei (North China) torrential rainfall event by using the Advanced Regional Prediction System (ARPS) and ARPS Data Analysis System (ADAS). The experiments use five different horizontal grid spacings, i.e., 18, 15, 9, 6, and 3 km,respectively, under the two different types of analyses: one with radar data, the other without. Results show that, when radar data are not used in the analysis (i.e., only using the conventional observation data), increasing horizontal resolution can improve the short-term prediction of 6 h with better representation of the frontal structure and higher scores of the rainfall prediction, particularly for heavy rain situations. When radar data are assimilated, it significantly improves the rainfall prediction for the first 6 h, especially the locality and intensity of precipitation. Moreover, using radar data in the analysis is more effective in improving the short-term prediction than increasing horizontal resolution of the model alone, which is demonstrated by the fact that by using radar data in the analysis and a coarser resolution of the 18-km grid spacing, the predicted results are as good as that by using a higher resolution of the 3-km grid spacing without radar data. Further study of the results under the radar data assimilation with grid spacing of 18-3 km reveals that the rainfall prediction is more sensitive to the grid spacing in heavy rain situations (more than 40 mm) than in ordinary rain situations (less than 40 mm). When the horizontal grid spacing reduces from 6 to 3 km, there is no obvious improvement to the prediction results. This suggests that there is a limit to how far increasing horizontal resolution can do for the improvement of the prediction. Therefore, an effective approach to improve the short-term numerical prediction is to combine the radar data assimilation with an optimal horizontal resolution.     

Cloud and water vapour motion vectors in tropical cyclone track forecasting — A review

Summary Tropical cyclone track prediction remains a vexing problem in meteorology, particularly for numerical weather prediction. While there has been significant improvement in forecast skill in recent years, errors in prognosis, particularly for recurving cyclones still remain unacceptably high. Consistent with track prediction being to a significant extent an initial value problem, there has been, in recent years, cogent evidence that, a combination of high resolution numerical modelling, the use of appropriate assimilation techniques and the exploitation of high spatial and temporal resolution observations can improve the accuracy of tropical cyclone forecasts.Before landfall, tropical cyclones have their genesis and move over the data-sparse tropical oceans. Here the prediction of their movement is an application for which remotely sensed data are quintessential. In this context, this paper examines the increasingly important contribution of cloud and water vapour motion vectors to tropical cyclone prediction and evaluates their import to accurate prediction in terms of both the numerical modelling characteristics and the data assimilation techniques employed.Overall, it is shown that cloud and water vapour drift winds have made a significant contribution to the tropical cyclone track forecasting problem when used with conventional intermittent assimilation techniques, such as 6-hourly cycling, and, more recently, with continuous assimilation techniques such as 3- and 4-dimensional variational assimilation. These continuous assimilation schemes appear to have the potential to use near continuous asynoptic wind data in the most effective way.With 3 Figures     

有限区域卫星云图资料变分分析的试验研究

资料分析在数值预报中的重要性受到越来越多的关注，星目前常规探测网的时空局限性，利用分辨率较高的非常规资料势在必行。该文利用一个有限区域中尺度模式ＭＭ４，采用变分分析技术对有限区域的常规探空资料和非常规云图资料进行变分分析和数值模拟。     

风廓线雷达反演温度平流的应用

利用北京延庆站风廓线雷达水平风廓线资料进行大气温度平流的反演,详细分析2014年11月15日夜间冷空气入侵过程,并统计分析2015年9—11月6次冷空气入侵过程,同T639L60模式的预报风场及温度平流预报产品进行对比。结果表明:在一定预报时效内 (约6~12 h),风廓线雷达获取的水平风廓线与模式给出的预报风场有较好的一致性;由风廓线雷达反演的温度平流与模式给出的温度平流量级相同,温度平流属性一致;风廓线雷达6 min完成1次垂直高度分辨率为120 m的探测,高时空分辨率使风廓线雷达获取的温度平流较T639L60模式更能反映大气温度平流的细节。     

神威机上集合数值天气预报系统功能概述

文章对自主研制的基于神威巨型机的并行化集合数值天气预报系统的研制背景、系统组成、主要技术特点和应用发展前景作了一简要介绍。     

西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。      

The active tropical cyclone season of 2005–2006 over Northwest Australia: Operational model performance and high resolution case studies

Summary There are three main aims of this study. First, the main features of the active 2005–2006 Australian region tropical cyclone (TC) season are summarized, with particular emphasis on the northwest Australian region. Second, an assessment is made of the skill of the available operational global and regional numerical weather prediction (NWP) models for three of the most significant TCs (TCs Clare, Glenda and Hubert), each of which made landfall on the northwest coast of Australia. Third, high-resolution numerical modelling simulations of these same three TCs are described in detail. The numerical weather prediction (NWP) model used here was developed at the University of Oklahoma, and in this study it utilises initial and boundary conditions obtained from archived analyses and forecasts provided by the Australian Bureau of Meteorology, as well as a 4D-Var data assimilation scheme to ingest all available satellite data. The high-resolution numerical model is multiply two-way nested, with the innermost domain having a resolution of 5 km. It was found that unlike the operational models, which were restricted by relatively low resolution and less data, the high resolution model was able to capture most of the major features of all three TC lifecycles including development from initial tropical depressions, intensification, and their tracks, landfall, and associated rainfall and wind fields.     

L波段秒级探空资料在GRAPES同化系统中的应用研究

我国探空站的探空系统升级为L波段探空系统后,可以获取全国120个站点连续自动测定的高空温、压、湿、风等高垂直分辨率秒级和分钟级探空廓线数据。为了分析高垂直分辨率探空秒级资料水平和垂直结构特征,并将其应用于区域GRAPES-3DVAR变分同化预报系统中,文章比较秒/分钟级探空与传统探空资料使用对资料同化预报带来的影响。试验中使用2011年6—7月资料进行分析,结果发现:秒级探空资料具有水平分布均匀,垂直结构非常密集的特点;在850、500 hPa等层次上高度分析比传统探空分析更接近NCEP分析,显示出对分析场的改进效果;同时风场在200 hPa以上的高层分析中改进显著,表现出高分辨率资料使用在高层分析中对系统模拟更加准确的特征。由于模式预报初值的改进,降水预报评分有所提高,预报偏差明显变小。因此高垂直分辨率秒级探空资料的使用对数值模式分析初值及预报的改进有着积极的意义,这为进一步开发利用秒级探空资料打下基础。     

有限区域高分辨率模式的改进,发展及试验

对复杂地形条件下嵌套细网和数据模式进行了改进和发展，使之成为水平格距为５０ｋｍ，垂直分层为１１层的高分辨率模式。同时对其物理过程如积云对流参数化、边界层物理等也进行了改进，并将该模式程序优化为能在计算机工作站和微机上进行业务运行的数值预报系统。