基于EC细网格数值预报产品的太阳辐照度订正技术

太阳辐照度与光伏电站发电功率密切相关,其预报的准确性直接影响发电功率预报的准确性。根据光伏电站太阳辐照度实况、气象站实况、WRF(Weather Research and Forecast Model)模式辐照度预报、EC细网格数值预报以及太阳理论辐照度,利用逐步回归法开展太阳辐照度预报订正研究,得到以下结论:①太阳辐照度实况与太阳理论辐照度的比值与EC细网格数值预报中气象要素的相关性优于太阳辐照度实况与气象要素的相关性;②不同时刻影响太阳辐照度的气象因子存在差异,通过逐步回归法建立不同时刻太阳辐照度预报模型;③在非晴天情况下,回归预报辐照度相对均方根误差比WRF模式预报辐照度降低10%左右,减小了辐照度预报误差。该研究成果在光伏电站的新能源数值预报服务中有一定的应用价值。     

相似误差订正方法在风电短期风速预报中的应用研究

为降低风电场短期预报风速误差,减少风电场短期风功率偏差积分电量,提高风电场发电功率预测准确率,分季节研究了相似误差订正方法对ECMWF单台风机预报风速的订正效果。结果表明:相似误差订正后不同风机预报风速的误差差距减小;预报风速的平均绝对偏差和均方根误差明显降低,其中夏季和秋季华能义岗风电场两个指标降低幅度均超过0.1 m/s、会宁丁家沟风电场均超过0.2 m/s;订正风速削减了原始预报的极值,可反映大部分时段实况风速3 h内的趋势变化,个别时段订正风速与实况趋势相反;订正后预报风速在风功率敏感区的平均绝对偏差明显降低,华能义岗风电场四季降低幅度在0.112~0.242 m/s之间、会宁丁家沟风电场四季降低幅度在0.131~0.430 m/s之间,有效降低了原始预报误差带来的短期风功率偏差积分电量扣分值;订正风速较原始预报更多分布在风功率敏感区。该方法实际应用灵活,对提高风电场短期预报风速准确率有可观的效果,并可有效减少短期风功率偏差积分电量考核。      

太阳辐射预报滚动订正方法研究

利用2013年1月至2014年12月北京南郊观象台逐时观测总辐射以及BJ-RUC模式系统预报的该站未来24h逐时总辐射、云量、水汽混合比、云水、云冰含量等14个气象要素数据,运用多种线性订正方案对总辐射预报值进行订正,重点分析了不同方法、不同季节、不同样本数的订正效果差异。结果表明:1不同季节辐射订正的影响因素不尽相同,需采用不同的组合订正因子,其中总辐射、2m比湿、2m相对湿度、低云量、中云量、高云量、总云量、云水雨冰雪霰混合比、水汽混合比可作为推荐因子;2最优样本数选取时需考虑季节差异;3逐时滚动订正方案的订正效果较好,明显优于非滚动方案。订正后总辐射误差显著减小,而且79%的时刻有改进,明显减小了预报偏大的系统误差;4冬春季订正效果优于夏秋季,这与云的宏观和微观物理量预报效果的季节差异有关。本文研究结果可为太阳能资源评估、总辐射和光伏电站发电量预报提供有效的改进方法。     

基于LPSC算法的逐小时格点气温客观预报及检验评估

基于中国气象局陆面数据同化系统(Land surface Data Assimilation System of China Meteorological Administration,CLDAS)逐小时气温实况融合数据,检验评估了ECMWF、CMA-MESO-3km不同尺度模式对甘肃省逐小时气温的预报性能,并利用低频滑动平均订正算法(LPSC)对模式的系统性误差进行订正;同时对SCMOC和订正后两种模式的逐小时气温预报效果进行了统计对比。结果表明:1)ECMWF、CMA-MESO-3km模式对甘肃省逐小时气温的预报具有相对稳定的系统性误差,夜间预报准确率明显低于白天,主要表现为夜间预报显著偏高,白天为小的负偏差。2)LPSC算法能够有效改善ECMWF和CMA-MESO-3km对甘肃省逐小时气温预报的系统性误差,订正效果显著。订正后ECMWF、CMA-MESO-3km的预报准确率分别较模式本身提高了20.24％、20.25％,平均误差减小至±0.3 ℃之内;空间分布亦表明,订正后全省平均误差均明显降低至±2 ℃之内。3)同类产品对比检验表明:订正后ECMWF、CMA-MESO-3km两种逐小时气温预报产品的预报效果整体上均优于SCMOC,预报准确率分别较SCMOC高20.65％、13.55％,平均绝对误差在各个时次也明显低于SCMOC。技巧评分的空间分布表明,订正后ECMWF在全省大部分地方均为正技巧,其中酒泉南部山区可达80％以上;而订正后CMA-MESO-3km的预报效果各个季节分布存在差异,主要体现在陇中和陇东南地区,冬春季以弱的正技巧为主,夏秋季基本为负技巧。另外,业务应用结果表明,对于转折性天气过程,使用该方法需要特别注意。     

WRF模式2005年汛期在陕西应用与分析

对W RF模式在陕西2005年汛期试运行情况进行分析,发现模式对暴雨落区及降水强度和不同类型的降水预报结果比较理想,5 km模拟的降水落区和强度更接近实况,但预报时效相对较短;15 km模拟结果具有较长的预报时效,对强降水过程预报结果较好,一般可达36~48 h。利用每6 h模拟降水输出结果,可判断出强降水发生时段。模式可作为未来客观预报陕西转折性天气和暴雨天气的一种新技术工具。     

ECMWF高分辨率模式2 m温度预报误差订正方法研究

文章提出了一种结合滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法的综合订正技术,并对2016年5月1日至2017年5月1日期间24～168 h预报时效内欧洲中期天气预报中心(ECMWF)高分辨率模式的2 m最高和最低温度进行偏差订正和误差分析,主要结论如下:(1)ECMWF模式在江西省的温度预报整体上比实况偏低,最高温度尤为明显,模式温度的空间分布表现出显著的系统性偏差,且偏差在不同预报时效是稳定的,订正ECMWF模式温度具有可行性。(2)滑动双权重平均订正法中较长的滑动订正周期对模式温度预报有更好的订正效果,采用滑动订正周期20 d是比较理想的。滑动双权重平均订正法具有持续的订正能力,但在季节过渡期间订正效果可能并不理想,而空间误差逐步订正法能进一步提高滑动双权重平均订正法的预报订正质量。(3)温度预报准确率表明,滑动双权重平均订正法和空间误差逐步订正法综合订正技术较好地改善了站点温度的预报质量。经过订正后,模式最高温度24、48、72 h预报误差≤2℃的准确率分别从0.59、0.55、0.52提高到0.75、0.68、0.62,模式最低温度24、48、72 h预报准确率分别从0.84、0.83、0.82提高到0.89、0.87、0.85。订正后72 h最高和最低温度的预报准确率都大于订正前模式24 h的准确率。总体而言,该综合订正技术较好地订正了模式误差,且误差在空间分布上较均匀。(4)对于高山站而言,经过订正后的最高和最低温度与实况基本吻合。空间误差逐步订正法的订正量在±1℃之内,与滑动双权重平均订正后的偏差呈现一定的负相关,有正的订正效果。该综合订正法已成功运用于江西省精细化气象要素客观预报业务系统中。     

利用PCA-kNN方法改进广州市空气质量模式PM2.5预报

为了提高广州市PM_2.5客观预报能力,采用主成分分析结合机器学习算法k近邻（PCA-kNN）方法,基于空气质量模式（CMAQ）预报产品、中尺度天气模式（GRAPES-MESO）预报产品和2017年上半年广州PM_2.5观测实况,试验确定PCA-kNN方法的最佳参数方案,建立广州市空气质量模式PM_2.5预报客观订正方法。结果表明:与CMAQ模式的PM_2.5预报相比,在第1~3天预报时效上,PCA-kNN订正结果与实况的相关系数分别提高20%、15%、29%,均方根误差分别降低17%、16%、20%,平均偏差更接近0,PM_2.5浓度等级TS评分接近或优于CMAQ预报,PCA-kNN订正结果优于CMAQ预报。机器学习算法PCA-kNN方法可有效改进广州市空气质量模式PM_2.5预报,本研究对其他地区、其他污染物客观预报研究具有借鉴意义。      

咸阳地区大风天气特征及智能网格大风预报订正

利用2014—2019年咸阳地区13个地面气象观测自动站风场数据、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、西安探空资料及多普勒雷达产品、陕西智能网格逐小时格点化预报风场产品,对2014—2019年发生在咸阳地区的大风天气过程进行统计及分型处理,对比2017—2019年大风过程中陕西智能网格预报风场产品与实况风场差异,提炼出基于陕西智能网格预报风场产品的订正指标,利用2020年大风个例进行检验评估来验证订正指标的可靠性。结果表明：发生在咸阳地区的大风分为系统性大风和雷雨大风,其中系统性大风包括高压后部偏东大风和冷锋后部偏北大风,雷雨大风分为高空冷槽型、西风槽型、副高影响型、冷涡后部型以及低涡型;陕西智能网格预报可提前72 h准确预报出2类系统性大风天气过程,提前12 h预报的平均风速最大值与实况最大风速之间差值最小,可参考该预报时次的结果增加4 m/s进行订正,检验得到6级以上风速预报准确率提高约1831%左右;对于雷雨大风,最大小时增幅在2 m/s以上对雷雨大风的发生时段预报有一定的指示意义,结合25百分位的实况极大风速阈值、陕西智能网格预报极大风速阈值,与各个环境参量和雷达产品参数进行概率匹配,订正预报可在一定程度上提高此类大风极大风速预报准确率。     

延伸期温度预报误差订正技术初探

应用滑动平均误差订正方法和历史偏差订正方法,对欧洲中期天气预报中心的数值模式延伸期2 m温度预报进行误差订正。研究发现,应用滑动平均误差订正方法进行11～15 d逐日温度预报订正时,25～30 d是最优的训练期长度。对2018年订正预报的检验分析显示,应用上述两种误差订正方法均可减小模式预报的系统偏差,有效修正模式温度预报较实况明显偏低的问题,并将预报准确率提高30%以上。在6—10月,订正后的温度预报平均绝对误差基本在2℃以内,具有一定的参考性,其业务化产品可支撑预报员的业务预报需求。在15 d内的延伸期预报时效上,两种订正方法对温度预报的订正效果差异并不明显。随着时效的延长,历史偏差订正方法的优势逐渐显现。     

葫芦岛2017年秋冬过渡季最低气温预报方法初探

本文利用micaps地面气象观测资料、中央气象台指导预报、wrf、美国三家数值预报产品的温度预报资料、自动站实况资料,对2017年11月葫芦岛地区的最低气温按天气系统分型后进行分析,结果表明：低压控制型天气,绥中低温低于连山,低温预报可根据规律对SCMOC和wrf的温度预报进行订正;高压前部型天气,绥中低温高于连山,兴城低温低于建昌,低温预报可根据规律对wrf和美国的温度预报进行订正;高压控制型天气,可根据前一天实况对wrf和美国的温度预报进行订正;高压顶部型天气,可根据规律对美国的温度预报进行订正。     

基于概率密度匹配方法的FY-4A地表入射太阳辐射订正

研究以内蒙古地面辐射观测为基准,进行FY-4A逐时总辐照度在内蒙古地区的适用性评估,并尝试利用概率密度匹配方法(PDF)进一步对FY-4A逐时总辐照度进行订正,结果表明:(1)FY-4A总辐照度与地面辐射观测的相关性在季节上表现为春、夏、秋季三季明显高于冬季,在空间上表现为东部地区的相关性好于西部,误差方面具有明显的对低值辐射高估,高值辐射低估的非独立系统误差特征;(2)按季建立PDF模型,可以反映地面观测与FY-4A总辐照度在内蒙古地区稳定的概率密度分布特征,有效改善FY-4A总辐照度在内蒙古地区的适用性;(3)PDF方法在有效减小卫星资料系统误差的同时,还较好地保持了卫星资料原有的误差分布特征,并对云天辐照度的改进效果明显。     

上海市电力负荷与气象因子关系及精细化预报

电力负荷预测是电力调度的重要参考依据,气象条件对电力负荷有重要影响。利用上海市2004—2008年15 min 1次的电力负荷资料和宝山气象站 (区站号58362) 同一时段3 h 1次的气象观测资料,对上海市电力负荷特征进行分析,发现不同温度区间和不同天气类型电力负荷的日变化特征有明显差别。采用逐步回归方法得到各温度区间日平均气象负荷率的预报方程,通过系数订正,得出不同天气类型的逐时负荷预报。2009年试报结果显示:采用预报日前3 d的趋势负荷平均值作为预报当日的趋势负荷值,得到的日平均负荷预测值的误差最小,约为3.6%;非工作日日平均负荷的平均预报相对误差比工作日大;日平均气温超过18 ℃时,工作日日平均负荷的预报误差较小;低于18 ℃时,预报误差明显增大;逐时负荷平均预报误差约为4%。     

中央气象台森林火险气象等级中短期预报系统

应用T213数值预报产品日最高气温、最小相对湿度、最大风速、24小时降水预报(考虑日降雨量及其后连续无雨日数）,计算未来五天逐日森林火险天气综合指数。综合考虑森林火险天气综合指数、天气实况、卫星云图热点和未来五天中央气象台主观滚动降水预报并根据不同季节的植被状况等对森林火险天气综合指数进行订正，最终得出未来五天逐日森林火险气象等级预报。     

基于平均滤波算法的北疆春季日最低气温格点预报产品订正分析

本文选用中国气象局下发的0.05°×0.05°的国家级格点预报指导产品和中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）逐时实况数据资料，使用三种平均滤波方法分别订正北疆地区08时、20时起报的240h内逐24h 最低气温的格点预报指导产品，并分别对比检验订正前后共8种产品的预报效果。检验结果表明: 订正后的预报产品相比原始格点预报指导产品的均方根误差均明显降低，气温预报准确率及稳定性均显著提高。三种订正算法均随着海拔高度越高订正效果越好，且随着预报时效延长订正效果减弱。三种算法中集成订正效果略优。     

基于快速更新同化数值预报的小时降水量时间滞后集合订正技术

由中小尺度对流系统造成短时强降水天气的发生发展十分迅速,对其落区和时效的预报预警一直都是预报业务中的难点。本文基于快速更新同化的中尺度数值预报系统GRAPES-RAFS 0. 1°×0. 1°分辨率逐小时降水预报,首先通过时间滞后集合预报方法构建了多个集合成员,使用平均TS评分值计算相应预报成员权重系数建立预报方程,然后采用频率匹配订正法进行降水量级订正,从而得到集合订正的逐小时降水量预报。2017年8-9月的逐日试验和典型个例预报结果评估表明效果良好。(1)GRAPES-RAFS最新时次的预报场并不完全代表最好的预报效果,通过时间滞后集合订正方法自动识别优选预报成员,显著提高了预报能力;(2)GRAPES-RAFS预报存在降水量级偏弱的系统性误差,经过频率匹配方法订正后,在量级预报上更接近实况;(3)时间滞后集合预报对我国中东部(包括黄淮、江淮、江南地区)的小时降水量订正效果最好;(4)进一步使用的频率匹配订正方法显著提升了逐时降水量的预报效果,其在降水频率更高、强度更大的江南南部、华南、西南地区效果更为显著;(5)对于中小尺度的强降水过程,经过上述方法订正后,显著提高了模式对强降水系统位置、形态及降水量级的预报水平。     

WT模型在山区高速公路风预报订正中的应用

利用2001—2020年河北省142个国家气象站逐日最大风速资料分析了近20年河北风速变化背景。择选2021年2—5月张家口、崇礼区域日极大风速13.9 m/s以上、日10 min平均风速最大值8 m/s以上的30个代表日，运用张承高速公路沿线崇礼国家气象站、南窝铺及场地2套区域气象站、高家营及西湾子2套交通气象站的逐分钟风向风速观测资料，ECMWF数值模式输出的地面10 m风预报资料，以及3″分辨率的SRTM3地形资料，应用Meteodyn WT模型对张承高速公路沿线2个解域区域内的风预报结果进行了订正和检验。结果表明：WT模型输出风速与实际观测风速相关系数可达0.6225并通过0.001显著性检验，各代表站模拟的结果与实况的误差80%以上在±2 m/s之间，地形开阔处误差明显减小；风向也表现出很高的一致性。说明应用WT模型对山区高速公路沿线风数值预报进行订正是可行的，各地可结合本地地形数据以及相对稳定可靠的风的数值预报产品作为WT模型的驱动数据源，开展本地山区高速公路沿线风的订正应用。     

都江堰紫外辐射特征分析及多元回归预报 方程的建立研究

利用2017年9月1日—2018年8月31日都江堰紫外辐射(UV-AB)的观测数据,分析了都江堰紫外辐射的变化特征及其与气象要素的相关性,并通过多元回归分析建立了都江堰紫外辐射辐照度预报方程。结果表明:都江堰的紫外辐照度具有明显的日变化、月变化、季节变化特征,辐照度主要受云、水汽和太阳高度角等的影响。全年最大日平均辐照度为55.84 W/m~2,最小日平均辐照度为2.39 W/m~2。全年10—15时平均紫外辐照度与14时总云量、10—15时最低相对湿度、10—15时最高气温分别呈负相关、负相关、正相关,相关系数分别为-0.60、-0.67、0.63。春、夏、秋、冬季的10—15时平均紫外辐照度预报方程均通过显著性水平α=0.05的F检验,调整后的R~2分别为0.84、0.78、0.82、0.78。方程平均偏差为2.61～5.02 W/m~2,标准误差为3.24～6.57 W/m~2。秋季预测值准确度最高,夏季最低。     

太阳能光伏发电预报方法的应用效果检验与评价

基于湖北省气象新能源研究中心光伏电站一年完整的发电数据与同期气象资料,对辐射和发电功率短期预报方法进行检验分析,结果表明:(1)太阳辐射度预报与实况有很好的对应关系,相关系数在0.77以上,均通过a=0.001的显著性水平检验。(2)光伏发电功率预报的短期方法中,以模式辐照度订正值代入光电转换模型的方法最优,预报第一天的相对均方根误差为0.16。(3)太阳辐射预报及光伏发电功率预报随太阳高度角变化而呈一定的规律性,冬季中午误差最大,夏季晚上误差最小;阴雨天气误差明显高于晴天。如何降低阴雨天气预报时的误差将是下一步工作中需要研究的重点。     

ECMWF 850hPa风场对长江流域强降雨预报能力的检验

利用ECMWF850hPa风场模式的24，48，72小时风场预报格点资料和风场实况资料，对1998年6－8月长江流域出现的13次致洪暴雨，大暴雨天气 850hPa风场和500hPa,850hPa上暴雨的影响天气系统进行了预报能力的分析检验，所得结果有利于数值预报产品的释用和实时预报业务的订正使用，以提高暴雨预报能力。     

中国地区集合预报产品自适应递减平均偏差订正法的改进研究

基于中国地区T213集合预报产品2 m温度预报数据,采用卡尔曼滤波类型的自适应递减平均法进行偏差订正处理,原方案在剧烈降温天气订正效果表现不理想。通过对递减平均参数w的重新构建得到改进的订正方案w(i,p)(i为站点信息,p为天气过程信息),在此基础上进一步优化对历史信息的有效提取,得到改进的方案w(i,p)相似法和w(i,p)统计法,并进行效果检验。结果表明:改进为包含空间和天气过程信息的函数w(i,p)后方案的订正效果得到不同程度的提高,其中24 h剧烈降温预报各成员预报均方根误差平均减小了0. 15℃;而进一步改进的w(i,p)统计法在当前几种剧烈降温预报中订正效果最优,其集合平均偏差与w(i,p)方案相比减小2. 54℃。