数值天气预报模式产品在预报业务中的应用

介绍了数值预报模式产品性能的基本特征,讨论了模式产品误差的地理、季节和层次分布、不同尺度模式产品的可预报性、模式输出要素及物理量、指数的误差特点,并根据目前业务中常见的错误预报思路探讨了应用数值预报模式产品的合理思路,指出现代预报业务中预报员的作用。认为现代预报员应该了解几种基本的数值预报模式的特性及基本原理,集合各种模式的优点,综合本地预报经验,有效利用海量数值预报产品,做出更高质量的预报结果。     

强对流天气监测预报预警技术进展

强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。     

2013年暖季试验概述

2013年,国家气象中心联合中国气象科学研究院、南京大学、中国科学院大气物理研究所开展暖季试验,探索业务单位与科研单位合作的新途径,以实现对业务相关研究的促进并加速有应用前景的技术向业务转化。本文介绍支持暖季试验的仿真业务环境、强天气联合会商及凝练的科学技术问题以及新技术应用测试转化结果。通过暖季试验,搭建起能对业务数据和被测试转化成果产品实时保障的仿真业务数据环境、完全仿业务定量降水预报和强对流天气预报的仿真业务分析预报交互平台以及能实时评估业务数值模式和测试模式产品的客观检验系统。定期联合会商为预报员和科学家提供了面对面的交流平台,使得科学家更加了解业务需求并通过分析研究解决部分会商中提出的科学技术问题。新技术应用测试转化试验表明： 高分辨率中尺度数值模式对提升强对流和暴雨天气的预报水平有积极意义,雷达风场反演技术、卫星天气应用平台对中尺度天气的快速分析有意义。而预报员与科技成果研发人员能否密切合作是影响科技成果业务转化的重要因素。     

中国雾的业务预报和应用

回顾了我国雾业务预报发展的三个阶段(经验预报、主客观相结合的雾预报和精细雾监测预报)的情况及进展,并指出雾预报的发展方向是建立包含先进资料同化系统的高分辨率区域模式系统,在近期仍然需要发展数值预报产品解释应用技术,预报员的经验在提高对大雾这种灾害性天气的预报准确率方面仍然有用武之地。     

武汉气象中心数值天气预报释用系统的研制

随着计算机技术的飞速发展和人们对大气运动过程的深入了解,特别是随着近年来中尺度数值天气预报的业务化,高分辨率的包含复杂物理过程的中尺度业务预报模式已成为1990年以来数值天气预报发展的方向.预报员在实际业务工作中可参考的指导产品不仅有大尺度的天气形势信息,还包括各种中尺度及地面气象要素在内的大气运动的物理参数,从而以数值天气预报产品为基础的数值天气预报释用水平也得以提高.这不仅使得预报员能更方便地利用数值天气预报产品制作当地的各种天气及要素预报,而且使得气象服务更加准确及时.该文对武汉气象中心数值天气预报释用系统(以下简称系统)的开发环境、特点、技术方法和应用情况作了介绍.     

面向预报员的精细化数值预报产品应用培训需求研究

伴随高分辨率数值预报、集合预报和人工智能等关键技术的发展,现代气象预报业务已进入精细化、无缝隙、数字化的智能网格预报时代。为提升广大预报员对数值预报的应用水平,提高预报服务综合效果,从精细化网格预报业务发展对预报员能力素养的新要求和预报员能力现状两方面开展数值预报应用的培训需求研究。结果显示,预报员在综合运用多源资料提升精细化数值预报应用水平方面具有迫切培训需求,在培训数值预报技术进展、产品特点、应用方法的基础上,培训需求呈现出向研究型业务和针对性服务发展的趋势。从数值预报应用培训的内容来看,最大培训需求集中在数值预报新技术原理、产品精细化评估和订正、多源资料综合应用策略三个方面。对预报员分层次进行分析,显示新预报员需求较广泛,相对侧重数值预报基础应用,骨干预报员侧重预报产品评估和订正方法等实用技术,首席预报员相对侧重研究性。最后对开发面向预报员的分层分类数值预报应用培训课程提出了建议,为教学策划和课程设计提供参考。     

智能网络预报业务发展前景下预报员作用的思考

利用MICAPS常规数据,陕西现代气象一体化智能网格预报平台预报检验数据,以及陕西天气业务实时评估平台预报评分数据,选取2017年1—6月省级预报员综合主观预报结果与智能网格平台的多模式集成结果进行对比分析,同时选取2017年8月11—14日在西安周边发生的一次分散性强对流天气的预报服务作为个案分析,研究在智能预报发展前景下,预报员在预报业务体系中的位置与作用。研究结果表明,智能预报体系中预报员的作用是不可取代的,但是,预报员的职能将根据气象业务现代化的推进实现角色的转变,常规精细化预报产品将越来越不需要预报员的人工干预,预报员需要更加快速准确地进行灾害性天气的精细化订正,制作针对性服务产品,深入研究灾害性天气的机理,总结预报经验,改进数值预报模型的算法,为提高人工智能的效果提出建议和方法;对预报员的评价体系应该从预报准确率评分转变为灾害性天气订正技巧评分,以订正技巧来衡量一个预报员的业务水平。     

数值预报产品检验及误差分析方法简介

1　引言随着气象业务现代化建设的迅速发展,通信条件的改善,可为广大预报员提供的数值预报产品越来越多。国内从1991年北半球数值模式(T42),发展到1997年高分辨率的有限区模式(HLAFS)和全球模式(T213)。国外目前应用欧洲中心全球谱模式(T319L60)、日本谱展开模式(T213L30)。数值预报产品在内容、时效、层次上不断增多,已经成为广大预报员在日常天气预报中的主要参考依据。然而,数值模式的运行由于诸多原因还不十分稳定,数值预报与零场还不吻合,存在一定误差。预报员应用数值预报产品时,对国内或国外数值模式预报的形式场、要素场在时效…     

智能网格预报业务发展前景下预报员作用的思考

利用MICAPS常规数据,陕西现代气象一体化智能网格预报平台预报检验数据,以及陕西天气业务实时评估平台预报评分数据,选取2017年1—6月省级预报员综合主观预报结果与智能网格平台的多模式集成结果进行对比分析,同时选取2017年8月11—14日在西安周边发生的一次分散性强对流天气的预报服务作为个案分析,研究在智能预报发展前景下,预报员在预报业务体系中的位置与作用。研究结果表明,智能预报体系中预报员的作用是不可取代的,但是,预报员的职能将根据气象业务现代化的推进实现角色的转变,常规精细化预报产品将越来越不需要预报员的人工干预,预报员需要更加快速准确地进行灾害性天气的精细化订正,制作针对性服务产品,深入研究灾害性天气的机理,总结预报经验,改进数值预报模型的算法,为提高人工智能的效果提出建议和方法;对预报员的评价体系应该从预报准确率评分转变为灾害性天气订正技巧评分,以订正技巧来衡量一个预报员的业务水平。     

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。     

对T106分析／预报场可预报性的初步分析

本文围绕日常天气预报的需求和为区域数值天气预报模式定义天气背景场和初值场的需要，针对9210工程MICAPS系统中T106谱模式的客观分析场和预报场的可预报性进行了初步诊断，定量分析比较了T106、欧洲中心ECMWT、华盛顿KEBC和日本JAPAN数值模式对天气环流形势和预报的统计误差，并初步探讨了模式误差的自身预报问题。文中指出了T106模式的误差源主要来自于其客观分析场的固定误差，提出了以集成客观分析场作为客观分析，提供预报员预报参考或作为数值预报的背景初值场。     

“7·20”郑州特大暴雨的多模式对比及高分辨率区域模式预报分析

7月20日郑州遭遇特大暴雨，郑州站单日降水量（552.5 mm）和1 h降水量（201.9 mm）皆打破了该站建站以来的历史纪录。本文采用地面降水观测、静止卫星观测、再分析资料和数值模式预报数据对此次过程开展了多模式预报偏差原因分析和江苏省精细化天气分析和预报系统（Precision Weather Analysis and Forecasting System，PWAFS）的极端强降水预报能力分析。主要结论：1）此次暴雨过程因副热带高压西伸与台风”烟花”加强使二者之间的东风急流加强，并叠加地形的抬升作用而引起，前者提供了大尺度水汽条件，后者提供了局部动力条件；2）欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-range Weather Forecasts，ECMWF）模式和美国国家环境预报中心全球预报系统（Global Forecast System，GFS）的降水落区较好，中心略偏北，但强度显著偏低。PWAFS模式预报的降水量级高于全球模式，且具有沿地形分布的特征，但存在降水位置偏西和降水范围更为孤立等问题。3）结合再分析资料和PWAFS预报，对应此次强降水区域，7月20日白天存在中低层切变发展成闭合低压系统的过程，为对流发展提供了动力条件。     

作物模型参数敏感性分析现状与展望

作物模型作为作物产量预测等方面应用广泛、作用巨大的重要工具,其参数的校正和优化等工作是模型模拟的前提。普通的试错法缺乏客观性且效率低下,对作物模型的输入参数进行敏感性分析,识别模拟过程中参数的敏感程度,能够有效识别关键参数并减少率定的参数量,为后续模型参数优化和校正工作奠定基础。本文主要分析了作物模型的局部敏感性分析方法和全局敏感性方法的利弊及其适应条件,涵盖傅立叶幅度灵敏度检验法(FAST)、Morris法、LH-OAT法、普适似然不确定性估计法(GLUE)、Sobol法以及扩展傅立叶幅度灵敏度检验法(EFAST)等,回顾各方法在作物模型中的研究现状,并对作物模型参数敏感性分析方法提出了展望。     

北京一次强降水过程的数值模拟

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.3和1°×1°的NCEP气象再分析资料,对2011年7月24日北京强降水天气过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料进行诊断分析。结果表明：WRF模式能较好地模拟出这次强降水过程。该过程不仅受到对流层中低层长波低槽和地面辐合区系统性的动力抬升作用,还受到对流层高层辐散的强迫作用。在这种配置下,中低层大尺度动力抬升与高层强辐散呈现出垂直耦合状态,有利于强降水区垂直环流和对流的发展。同时北京地区上空500 hPa以下相对湿度大于70 %,在降水区形成了深厚的高湿环境,为降水的产生、加强和维系提供了充沛的水汽条件。从大气稳定度方面看,北京市全境均处于K指数高值区,高峰值为42.5 ℃,反映了大气层结非常不稳定。从动力作用分析发现,高空辐散、低空辐合的流场特征促进了降水的产生,螺旋度低层正值、高层负值的耦合结构是触发并维持降水的动力机制。     

高,低分辨率模式对典型个例的对比预报试验

利用实时观测资料Ｔ６３模式预报产品资料，对１９９５年７－８月发生在西北地区的３次大雨、暴雨天气过程进行了高、低分痃率数值预报模式的对比预报试验。     

自适应网格模式在暴雨数值模拟中的应用

基于变分原理，自适应网格技术能根据数值模式的特点，在模式解梯度大的地区自动加密网格，提高模式的分辨率。将其应用于MM4模式中，采用多重网格法以加速自适应网格的生成。对1996年8月4日至5日发生在华北的特大台风暴雨过程，用自适应网格模式和均匀网格模式进行了数值模拟和动力诊断分析，以研究自适应网格模式在天气预报和模拟应用中的特点。试验表明，采用自适应网格后计算稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度均高于均匀网格模式，对形势场、风场的模拟精度也有明显改善。     

NUMERICAL SIMULATION EXPERIMENTS BY NESTING HYDROLOGY MODEL DHSVM WITH REGIONAL CLIMATE MODEL RegCM2/CHINA

Based on improvement of a distributed hydrology-soil-vegetation model (DHSVM for short)and its application to North China,a nested regional climatic-hydrologic model system is developedby connecting DHSVM with RegCM2/China.The simulated climate scenarios,including controland 2×CO_2 outputs,are downscaled to 8 stations in Luanhe River and Sanggan River Basins todrive the hydrology model.According to simulation results,under double CO_2 scenarios,annualmean temperature and evapotranspiration will increase 2.8C and 29 mm,respectively;precipitation also increase but with different value for each basin,6 mm for Luanhe River Basinwhile 46 mm for Sanggan River Basin;runoff change for the two basins is different too,27 mmdecrease for Luanhe River Basin while 26 mm increase for Sanggan River Basin.As a result,therunoff in future for Luanhe River Basin and Sanggan River Basin will be 74 mm and 71 mm,respectively,which is approximately a quarter of annual mean runoff(284 mm)of the wholecountry.Total streamflow for the two basins will decrease about 2.5×10~8m~3.All these indicatethat the warm and dry trend will continue in the two river basins under double CO_2 scenarios.Thenested model system,with both climatic and hydrologic prediction ability,could also be applied toother basins in China by parameter adjustment.     

中期数值模式客观分析质量评估

通过多种方法对不同分辨率中期数值模式客观分析结果进行诊断分析,考查国家气象中心不同版本模式分析同国际优质版本在分析质量上存在的差异。结果表明,国家气象中心中期数值模式客观分析结果同ＥＣＭＷＦ优质版本相比,差异显著地域为：高纬度近极区、我国青藏高原大地形区和太平洋地区。另外,由于模式分辨率的提升,升级版本Ｔ１０６模式比Ｔ６３模式客观分析质量有明显改进。     

甘肃中部春夏干旱气候分析与预测系统

利用甘肃中部13个测站历年4～6月的旬降水、温度资料，分析了干旱年、月、(旬)降水量、平均温度等气候变化特征及其空间分布。在此基础上，建立了相应的春、夏干旱短期气候预测系统模型。经业务使用，准确率较高。