谱模式T63L9正规模初值化方案及试验

推导了全球谱模式T63L9的正规模,对求得的垂直和水平正规模做了分析,与其他文献进行了比较.在此基础上,为其资料四维同化系统研制了一套合适的绝热非线性正规模初值化方案,并进行了一系列试验.分析表明:方案的研制是成功的,它有效地消除了模式早期积分中虚假的高频振荡,明显改进了短期预报的效果;初值化不仅对随后的一次预报有明显的改进,而且通过同化循环,提高了整个资料同化和预报的质量.     

T63 资料同化中分析增量垂直插值方案及其试验

文章介绍了国家气象中心T63资料同化系统中分析增量p-η坐标变换的垂直插值方案以及与全量插值方案对比试验的结果。试验表明，增量方案可减小垂直插值误差，提高初值质量，从而对改进资料同化和中期数值天气预报起到一定作用。     

非线性正规模初值化及其对资料同化和预报的影响

文章介绍了国家气象中心中期数值预报谱模式（T42L9）的非线性正规模初值化方案（NNMI）。讨论了该方案对资料同化和预报的影响。试验表明，应用前5个垂直模，经2次迭代能够得到一个对分析资料修正较小的平衡初始场。它成功地消除了预报中虚假的高频重力波振荡，对改进资料同化和模式预报起了重要作用。     

区域资料四维同化试验

根据国家气象中心有限区分析预报系统的基本方案，设计一个以6小时为周期的间歇区域资料四维同化方案，对我国的两次暴雨过程进行两种不同粗细水平分辨率的资料四维同化和短期模式预报的试验。结果表明，由同化方案初值获得的短期预报明显好于LAFS方案的预报结果，高分辨率同化方案对预报的改进更明显。     

华中区域LRUC系统的构建与试验

如何将区域观测资料在中尺度模式中快速有效同化是提高区域精细化数值预报准确率和时效性的关键所在。本文简单介绍了基于LAPS和WRF建立的快速循环同化预报系统LRUC,以一次影响长江中游的典型梅雨锋暴雨过程为例,设计几种试验方案,结合实况降水分布,对比分析华中区域多普勒雷达资料循环同化对改善暴雨预报的作用;根据个例试验结果,设计批量后报试验方案,对比分析雷达资料同化对华中区域2007年主汛期(6—8月)多个时效降水预报评分。暴雨个例试验结果表明,华中区域多普勒雷达资料在LAPS中的同化,能为WRF提供更优初值场;同化华中区域地面资料和雷达资料后,比仅同化地面资料更能改进模式初值,改善模式降水预报,且降雨量级越大,24 h降水预报TS评分越高。批量后报试验结果表明,建立的快速循环同化预报系统LRUC,能对区域多源观测资料进行多时次循环同化分析,为模式初值增加观测资料的时间演变信息,提高模式对暴雨量级降水的预报水平;系统具有稳定性和一定的评分水平。     

对于一次川渝暴雨的ATOVS资料同化数值模拟

利用我国全球中期数值预报业务模式T213L31及其三维变分同化系统SSI,对全球NO—AAl6、17的ATOVS资料进行了同化试验。对2007年7月16-18日发生在川渝地区的一次暴雨过程进行数值模拟研究,对比分析了仅同化常规资料与加入卫星资料后的同化结果及模拟结果。试验表明：T213L31模式加入同化AMSU资料后,可以改善降水预报,尤其是降水强度。通过连续滚动同化卫星资料,模式对于大尺度环境场改进明显,模拟效果更加接近实况。AMSU资料的使用可以改进温度场、湿度场以及风场,对于降水落区的预报有很好的指示意义。同化AMSU资料虽然一定程度上增加了降水区的湿度,但是该区域为一个稳定维持的低湿中心占据,是造成降水落区出现偏差的原因。     

有限区域变分四维同化系统的设计和试验

使用共轭码技术，构造了中尺度模式的伴随模式，研究了模式侧边界条件。基于伴随模式技术的原理，设计了伴随同化和Derber同化方法两套方案；下降算法采用共轭梯度法，使用准真实资料，进行子同化数值试验和预报试验。结果表明，两套同化方案都取得了一定的同化效果，Derber同化方法比伴随同化更令人满意。证明了变分同化是提高预报准确率的一种非常有效的手段。     

CMA-MESO三维变分同化系统2 m相对湿度资料同化研究

为了提高CMA-MESO （China Meteorological Administration Mesoscale model）（原GRAPES）三维变分同化系统中2 m相对湿度资料的应用效果,改善模式中相对湿度的分析和降水预报效果,分析了2015年6—8月T639（T639L60全球中期数值预报系统,0.28125°×0.28125°）分析场低层相对湿度和2 m相对湿度之差与表征稳定度的理查森数（Ri）的关系,发现二者有很好的相关,Ri＜0时,模式低层相对湿度与2 m相对湿度的差异较小,基本在同化观测误差范围内。依据该统计结果,对CMA-MESO同化系统中2 m相对湿度同化方案进行优化,Ri＜0时,将观测站地形低于模式地形的2 m相对湿度观测由观测站高度改为模式最低层高度进行同化,形成新的2 m相对湿度同化方案,旨在解决2 m相对湿度资料同化时模式地形高度与观测站高度不同的影响。2018年7月CMA-MESO三维变分同化系统（3DVar）个例和连续试验结果显示:新的2 m相对湿度同化方案同化分析资料数量明显增加,且08时多于20时（北京时）,新增观测点新息向量（背景减观测）与周围原有观测新息向量保持基本一致,分析残差偏差和均方根误差减小,降水预报效果明显改善。新2 m相对湿度同化方案通过提高观测站低于模式地形高度的观测资料合理应用,从而改善了3 km模式系统同化分析和预报效果。      

集合降维变分同化中的初始扰动和局地化

集合降维变分同化方法ERDVar不需要求解切线性模式和伴随模式，不仅能减少同化计算量，而且能够提供“流依赖”的背景误差协方差矩阵。本文提出用NMC初始扰动生成方法和分区同化方案，来解决初始扰动样本生成问题和全球同化局地化问题，最终实现将ERDVar应用到全球中期数值预报模式T106L19。试验结果表明：①使用ERDVar方法能够有效提取真实增量信息，提高全球同化精度。②用NMC方法产生的扰动样本反映预报误差结构特征，在预报过程中不容易衰减，同化后至少使预报误差降低10%。③与全球ERDVar同化试验相比，分区ERDVar同化试验各变量平均的均方根误差降低14%，计算代价进一步降低。分区ERDVar方法和NMC样本的联合应用使同化改进效果更稳定。     

多普勒天气雷达资料在数值模式ARPS中的试验

利用中尺度预报模式ARPS及其资料分析系统ADAS和三维变分同化系统ARPS3DVAR,直接加入多普勒天气雷达基数据反射率因子和径向速度资料进行数值预报试验。试验包括：控制试验、反射率因子同化试验、径向速度同化试验,两种资料同时同化,多时次连续同化等试验。通过模拟2009年7月7日发生在江苏省附近一次暴雨过程,分析了多普勒天气雷达反射率因子和径向速度资料不同组合的加入对改进模式初始湿度场、风场及预报结果的影响。结果表明：同化雷达反射率因子和径向速度资料,分别对湿度场和风场有显著调整;同时同化两种资料比单独同化在2 h内更显优势;多时次连续同时同化两种资料的试验比起其他试验预报的风速更接近探空风速,预报的降水位置与雷达3 h累积降水产品较为对应,但降水量的预报仍有偏差。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅱ:对波动分量预报的改进

在文献[1]的基础上,设计了将逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报和T42L9谱模式动力延伸预报结合的方案,即将非线性预报结果转化为模式的静力扣除谱系数,然后在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正.多个例试验结果表明,这种途径在减少了模式纬向环流的预报误差的同时,还通过非线性波流相互作用,改善了部分波动分量的预报.另外部分个例的形势场预报也得到较明显的改善.     

中期数值预报(T63L16)系统的统计性能评估

介绍了世界气象组织（ＷＭＯ）基本系统委员会（ＣＢＳ）标准化统计检验方法。用该方法对Ｔ６３模式产品进行检验，并与Ｔ４２及日本模式的结果相比较。结果表明，Ｔ６３模式产品的可用预报时效可达５－６天，其预报误差幅度比Ｔ４２明显减小。     

云、辐射对中期数值预报影响的数值试验

在国家气象中心引进的EC-T42L9谱模式的基础上，用模式诊断云和模式水汽场（以下简称B方法）代替其中计算辐射时所用的纬向平均的气候云和气候水汽场（以下简称A方法），并减少垂直层以节省计算量，从而发展了一个T42L5谱模式。此外，在计算云和辐射时，还设计了方法C，调整云和辐射计算的“时空”分辩率。该文利用改进的T42L5谱模式，并以EC的1982年7月1日12时（UTC）的客观分析为初始场，进行了A、B、C三种方法的5天中期数值预报试验，较系统地研究了云和辐射在中期数值预报中的作用。数值试验的结果表明:（     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction. Part II: Improvement of Wave Component Prediction

Based on Chen et al. (2006), the scheme of the combination of the pentad-mean zonal height departure nonlinear prediction with the T42L9 model prediction was designed, in which the pentad zonal heights at all the 12-initial-value-input isobar levels from 50 hPa to 1000 hPa except 200, 300, 500, and 700 hPa were derived from nonlinear forecasts of the four levels by means of a good correlation between neighboring levels.Then the above pentad zonal heights at 12 isobar-levels were transformed to the spectrum coefficients of the temperature at each integration step of T42L9 model. At last,the nudging was made. On account of a variety of error accumulation, the pentad zonal components of the monthly height at isobar levels output by T42L9 model were replaced by the corresponding nonlinear results once more when integration was over. Multiple case experiments showed that such combination of two kinds of prediction made an improvement in the wave component as a result of wave-flow nonlinear interaction while reducing the systematical forecast errors. Namely the monthly-mean height anomaly correlation coe cients over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the Southern Hemisphere and over the globe increased respectively from 0.249 to 0.347, from 0.286 to 0.387, and from 0.343 to 0.414 (relative changes of 31.5%, 41.0%, and 18.3%).The monthly-mean root-mean-square error (RMSE) of T42L9 model over the three areas was considerably decreased, the relative change over the globe reached 44.2%. The monthly-mean anomaly correlation coefficients of wave 4-9 over the areas were up to 0.392, 0.200, and 0.295, with the relative change of 53.8%, 94.1%,and 61.2%, and correspondingly their RMSEs were decreased respectively with the rate of 8.5%, 6.3%, and 8.1%. At the same time the monthly-mean pattern of parts of cases were presented better.     

Monthly Extended Predicting Experiments with Nonlinear Regional Prediction.PartⅡ:Improvement of Wave Component Prediction

Based on Chen et al. (2006), the scheme of the combination of the pentad-mean zonal height departure nonlinear prediction with the T42L9 model prediction was designed, in which the pentad zonal heights at all the 12-initial-value-input isobar levels from 50 hPa to 1000 hPa except 200, 300, 500, and 700 hPa were derived from nonlinear forecasts of the four levels by means of a good correlation between neighboring levels. Then the above pentad zonal heights at 12 isobar-levels were transformed to the spectrum coefficients of the temperature at each integration step of T42L9 model. At last, the nudging was made. On account of a variety of error accumulation, the pentad zonal components of the monthly height at isobar levels output by T42L9 model were replaced by the corresponding nonlinear results once more when integration was over. Multiple case experiments showed that such combination of two kinds of prediction made an improvement in the wave component as a result of wave-flow nonlinear interaction while reducing the systematical forecast errors. Namely the monthly-mean height anomaly correlation coefficients over the high- and mid-latitudes of the Northern Hemisphere, over the Southern Hemisphere and over the globe increased respectively from 0.249 to 0.347, from 0.286 to 0.387, and from 0.343 to 0.414 (relative changes of 31.5%, 41.0%, and 18.3%). The monthly-mean root-mean-square error (RMSE) of T42L9 model over the three areas was considerably decreased, the relative change over the globe reached 44.2%. The monthly-mean anomaly correlation coefficients of wave 4-9 over the areas were up to 0.392, 0.200, and 0.295, with the relative change of 53.8%, 94.1%, and 61.2%, and correspondingly their RMSEs were decreased respectively with the rate of 8.5%, 6.3%, and 8.1%. At the same time the monthly-mean pattern of parts of cases were presented better.     

T63模式月动力延伸预报高度场的改进实验

为克服T63模式月动力延伸预报中纬向平均环流的系统性误差较大的情形,文章利用NCEP/NCAR逐候再分析500 hPa高度场资料和非线性时空序列预测理论的局域近似法进行逐候纬向平均高度距平场预报.近30组个例的预报效果分析表明,就1～3旬总体而言,非线性时空序列预测方法对纬向平均高度距平场的预报优于持续性预报和模式动力延伸预报,体现了改善纬向平均高度场的能力.尤其是第3旬的预报,当持续性预报偏差与实况偏差明显增大、动力预报技巧相对于第1旬和第2旬降低时,相空间重构结果仍然保持一定的优势.     

区域暴雨增强数值预报业务系统及其预报效果分析

该文介绍了区域暴雨增强数值预业务系统的设计思想，主体结构及主要的关键技术，并总结了该系统业务试验的情况和效果。该系统以ＹＨ模式为基础，对其从坐标系、水平和垂直分辨率及物理过程等方面进行了改进，并结合实时资料处理系统，图形处理等形成了一个比较完整的数值预报业务体系。     

青藏高原对莫东北侧初夏干旱天气影响的数值研究

本文利用改进的Ｔ４２Ｌ９模式，以１９７９年６月１４日１２时的ＦＧＧＥ－Ⅲｂ资料为初始场，分别在有地形非绝热，有地形绝热以及无地形绝热情形下进行了五天数值预报试验，研究了青藏高原的热力和动力作用对高原东北侧干旱天气的影响，模拟结果指出，在初夏夏季风爆发期间，青藏高原有利于其东侧（包括甘肃南部和陕西南部一带）进入雨季，但也有利于其北侧的河西走廊地区维持干旱，高原的动力和热力作用对高原北侧的初夏干旱天气有着重要的影响。     

THE LIMITED AREA ANALYSIS AND FORECAST SYSTEM AND ITS OPERATIONAL APPLICATION

The limited area analysis and forecast system(LAFS)was developed and has been put intooperational use at National Meteorological Center since January 1991.This system can be regardedas a branch system attached to the global assimilation and medium-range forecast system which isbased on a spectral model T42L9.The main advancements as an upgrade operational system are asfollows:the use of a regional fine mesh optimum interpolation(OI)analysis scheme:the realiza-tion of the nonlinear normal mode initialization for the regional model:the development of a 15L-spherical grid primitive equation model(with real topography and enstrophy conservation)and itsnesting forecast with the spectral model T42L9.