用SMAT建立台风暴雨预报模型的试验研究

台风暴雨的灾害性天气预报是科研与业务都特别关注的问题,因此其预报技术方法的研究显得尤为必要.采用综合多级相似预报技术(简记为SMAT),对"浙东南沿海"区域台风过程所引发的暴雨天气进行研究.该技术利用数值模拟结果对样本间的相似程度进行描述,同时将描述样本相似程度的物理量由单因子拓展为因子组合.通过对13年间历史资料的试验,得出了台风暴雨预报模型(SMAT-Ty-phoon).详细介绍了该模型的试验过程和试验结果,给出了重要试验数据参数.台风暴雨的相似试验结果显示,建模时的CSI(forecast successful index)高于0.7,且漏报率为0.在试报阶段,CSI也能保持在0.45以上.此外,台风暴雨预报模型的准确率(0.72)和漏报率(0.26)与业界同行相比,也具有一定优势.在引进数值产品和多因子求相似技术后,试验结果证明SMAT具有较强的平均预报能力,说明了所得到的台风暴雨预报模型是有优势的.最后,通过对试验的分析,得出了对当地台风暴雨发生可能起重要作用的一些物理量,对于这些指标,预报员在业务预报中应给予足够考虑;同时也给出了在做类似相似试验中关键区和相似因子选取时的一些建议.     

综合评估多元判据的大—暴雨相似预报模式

提出一个综合评估多元判据的大—暴雨客观相似预报方案。方案应用细网格资料和数值天气预报产品，构造预报时刻前后的不同尺度天气系统和多层次各种要素的动态变化的客观相似判据。通过定义非线性的相似指数综合评估历史样本在多元判据下的相似程度，从而找到相似样本。应用相似样本对应的天气过程预报大—暴雨的发生与否，并通过相似指数的权重综合，进行大—暴雨的定量预测。预报试验表明该方案对大—暴雨发生具有一定的预报能力。     

多元判据综合评估中期天气客观相似预报模式

提出一个对多元判据综合评估的中期天气客观相似预报模式。模式应用同中期天气过程的时间—空间尺度相适应的经过时间滤波的大气环流背景为客观判据，比较全面地评估了预报时刻前后多层次、多要素的大气环流动态变化的相似，通过定义相似指数综合评估在多元判据下样本的相似程度，从相似时域的历史样本中找到较佳相似的中期过程，预测未来l～10天的中期天气过程。模式检验和预报试验表明该模式具有预报技巧。     

综合相似预报法在短期暴雨预报中的应用

该文选取１９６１－１９９８年４－１１月造成陕西暴雨天气的５８６个个例，用专家预报暴雨经验与多元相似相结合，把每个个例总一组暴雨指标，同时又做为和以相似的历史样本，在有限区域内对陕西暴雨天气进行短期预报，１９８９年７－８月作预报９次，其次确率达７８％。     

密云水库流域性暴雨的短期预报方法研究

为了探索密云水库流域性暴雨的预报，着眼于影响暴雨的天气系统，从数值预报的解释应用入手，试验制作了密云水库流域性暴雨预报方法。通过整理1970-1993年24年间水库流域内20个水文站雨量资料，分析45个暴雨天气样本与历史天气形势和数值预报产品的关系，筛选出预报指标和预报因子，使用数值预报产品的解释应用方法，根据天气环流形势的分型，分别组建了6、7、8月每个月份的未来24小时暴雨天气预报方程。预报检验表明该预报方法是可信的，同时也表明客观划分环流型、筛选预报因子、恰当确定暴雨标准等是预报方法的关键。     

利用动力相似法作梧州地区台风暴雨短期预报

首先计算在台风暴雨出现前24小时，25个探空站相应的24个物理量场，利用相关分析，筛选出能较好地反映暴雨天气系统的物理量场，并用动力相似法作出24小时台风暴雨落区预报。最后用动力因子作出逐步回归预报方程来比较效果。     

相似预报法在关中西部强对流预报中的应用和检验

相似预报方法是一种基于历史相似个例的预报方法,在综合考虑天气发生的环境场和气候场的条件下,可实现高时空分辨率强对流天气的客观预报。利用2016—2019年5—9月宝鸡市自动气象监测站逐小时观测资料及ECMWF细网格0.25°×0.25°模式预报资料,应用相似预报方法对宝鸡市2020—2021年5—9月短时暴雨和雷暴大风天气进行预报和检验。结果表明：短时暴雨平均预报成功率和预报成功指数分别为0.852和0.304,14—20时预报效果最好;雷暴大风平均预报成功率和预报成功指数分别为0.837和0.254,20—02时预报效果最好;两类强天气漏报率均低于0.33,空报率均在0.75以下;相较配料法,相似预报法对两类强天气的预报准确率和预报成功指数均有较大提升,且空报率和漏报率也明显降低,能够较好地预报出短时暴雨和雷暴大风未来24 h的对流潜势,在宝鸡地区表现出更高的适用性。     

5天平均高度场在中期趋势预报中的应用

采用相似预报技术,用500 hPa侯平均格点资料作为历史样本资料,国家气象中心下发的侯平均实况资料和侯平均预报资料以及用欧洲数值预报中心的500 hPa格点资料得到的5d平均资料作为3种实时样本资料,通过相似比较得出相似历史个例,最后通过综合判别得出全省各片中期天气趋势预报结果.此方法在2000年汛期用于中期降水趋势预报,3个月的各片平均趋势预报准确率达67%,并且该方法对天气过程有较好的预报能力.     

5天平均高度场在中期趋势预报中的应用

采用相似预报技术，用500hPa侯平均格点资料作为历史样本资料，国家气象中心下发的候平均实产史资料和侯平均预报资料以及用欧洲数值预报中心的500hPa格点资料得到的5d平均资料作为3种寮时样本资料，通过相似比较得出相似历史个例，最后通过综合判别得出全省各片中期天气趋势预报结果，此方法在2000年汛期用于中期降水趋势预报，3个月的各片平均趋势预报准确率达67%，并且该方法对天气过程有较好的预报能力。     

相似方法在新疆强降水短期预报中的应用

利用1975-2005年NCEP再分析资料及ECMWF预报场资料,引入相似指数综合考虑各要素场、形势场对新疆强降水天气的影响建立相似预报模型,并选取一次中等强度天气用该模型进行试报检验。结果表明,该模型综合考虑了形势场、多种物理量场的相互作用,预报效果较好。     

Forecasting Quasi-stationary Front Rainstorm in Southeast China Using Synthetically Multilevel Analog Forecast Technology

The authors use numerical model integral products in a third level forecast of synthetically multi-level analog forecast technology.This is one of the strongest points of this study,which also includes the re-ducing mean vacant-forecast rate method,which pos-sesses many advantages with regard to filtering the analog term.Moreover,the similitude degree between samples is assessed using a combination of meteorological elements,which works better than that described using a single element in earlier analog forecast studies.Based on these techniques,the authors apply the model output,air sounding,surface observation and weather map data from 1990 to 2002 to perform an analog experiment of the quasi-stationary front rainstorm.The most important re-sults are as follows:(1) The forecast successful index is 0.36,and was improved after the forecast model was re-vised.(2) The forecast precise rate (0.59) and the lost-forecast rate (0.33) are also better than those of other methods.(3) Based on the model output data,the syn-thetically multilevel analog forecast technology can pro-duce more accurate forecasts of a quasi-stationary front rainstorm.(4) Optimal analog elements reveal that trig-gering mechanisms are located in the lower troposphere while upper level systems are more important in main-taining the phase of the rainstorm.These variables should be first taken into account in operational forecasts of the quasi-stationary front rainstorm.(5) In addition,experi-ments reveal that the position of the key zone is mainly decided by the position of the system causing the heavy rainfall.     

MM5中尺度模式及其微物理过程

非静力平衡模式MM5，除掉了静力平衡假定，可以将模式格距减小到10km以下。由于在物理过程参数化、网格嵌套、资料四维同化等方面也有许多改进，大大改善了模式性能，扩展了其应用范围。应用MM5对我国中尺度天气系统的大量个例模拟研究及业务预报试验表明，MM5可以较好地模拟预报我国的中小尺度天气系统，适合制作乡镇短期天气要素预报。     

基于非静力模式物理扰动的中尺度集合预报试验

以GRAPES中尺度有限区模式作为试验模式, 从模式的不确定性方面来构造中尺度的集合预报, 重点考虑物理因子与初始条件的扰动作用。针对2004年7月10日北京城区的突发性暴雨过程进行了36 h的集合预报试验。结果表明:GRAPES模式可有效地捕捉到中尺度过程的信息; 中尺度集合预报是可行的, 可改进中尺度暴雨过程落区、强度的预报; 不同集合方案的预报结果各不相同, 同一方案各个成员的预报结果也有差异, 即存在适宜的离散度; 在离散度分析中发现在北京附近存在一个明显大值区, 且在大气中低层的垂直结构表现出一致性, 表明这一区域的预报不确定性很大。从集合检验结果中得到:单纯考虑模式物理扰动来构造中尺度集合预报系统有一定难度, 当加入初始场不确定信息后, 同时考虑模式的不确定性和初始场的不确定性, 有助于捕捉更多的中尺度系统的不确定信息, 有助于构造更为有效的中尺度集合预报系统。     

2013年汛期华中区域业务数值模式降水预报检验

为充分了解华中区域中尺度业务数值预报模式更新为WRF后的预报性能,对该模式2013年汛期24 h和48 h的累积降水预报产品,采用TS评分、预报正确率、漏报率、空报率、偏差及ETS评分等统计量对其进行了较详细的评估。结果表明：从日平均降水率分布来看,24 h预报的降水中心位置和强度与实况更接近,48 h的预报明显偏大、偏强;汛期总体降水检验表明,该模式的降水预报以偏大为主,随着降水量级的增大,TS和ETS评分逐渐减小,且ETS评分逐渐靠近TS;逐月降水检验结果发现,该区域汛期月晴雨预报正确率与雨日率呈正相关;通过梅雨期WRF与GRAPES_Meso的预报对比检验可见,两个模式都表现出了较好的预报性能。值得指出的是,随着降水量级的增大,WRF模式降水预报优势逐渐显现。总的来说,该模式的降水预报产品具有一定的参考价值。     

利用起放电模式开展闪电活动的直接预报试验

利用耦合有起电和放电物理过程的中尺度起电放电模式WRF-Electric,开展了华北地区连续3年（2015—2017年）的闪电活动预报试验。结合全国地闪定位观测资料,针对不同影响范围雷暴类型和预报时间,对数值预报结果开展点对点的定量检验,评估模式对闪电活动的预报能力及特点。结果表明:WRF-Electric中尺度模式具备一定的区域闪电活动预报能力,在起报后的6~12 h对闪电活动区域具有较好的预报效果。雷暴落区预报的点对点定量检验中,模式和业务预报在华北主汛期（6—8月）的预报临界成功指数（CSI）均为0.1,模式对于活动范围较小的局地性雷暴过程的预报更具参考价值。模式预报的闪电活动范围相对集中,闪电活动密度偏高,预报的主要问题存在于放电参数化方案的设计。应当考虑到模式空间分辨率对云内电场强度的影响,合理降低闪电参数化中的放电阈值以扩大预报的闪电活动范围。模式在闪电密度的定量预报上还有较大改进空间,单次放电中和电荷量应当更符合观测事实。     

一种适用于延伸期过程事件预报的检验方法

基于延伸期过程性天气气候事件预报评估的特点,结合实际科研和业务工作的需求,提出了一种适用于延伸期过程预报的检验方法 (简称PPS方法)。该方法参考了常用的预报评分方法准则,借鉴了命中率、假警报率、欧式距离和动态时间弯曲距离等评估检验方法。利用命中率、假警报率和该方法对实际预报中可能出现的有漏报没有空报和既有漏报也有空报这两类情况的多个实例进行对比分析,表明该方法既能考虑大气随着时间的延长预报效果急剧降低的特性,也考虑了相似时间序列度量不精确匹配和形变的问题。利用该方法对1999—2010年冬季冷空气过程业务预报进行检验,结果表明:该方法能清晰表征延伸期预报时段内冷空气过程预报的准确程度,真实反映了目前延伸期预报准确率较低的现状,有较好的适用性。同时,该方法也适用于其他延伸期过程事件预报的评分,具有较好的应用前景。     

T42模式产品在南昌地区大—暴雨中的统计学解释应用

使用1990—1991年5—6月的T_(42)模式产品,采用样本正态化消空剔除手段,分别建立了中雨、大雨的消空方程y_1、y_2及大-暴雨判别方程y_3。y_1、y_2减少空报,y_3减少漏报。3个方程配套使用比用单个方程的效果好,成功界限指数有明显的提高,1992年试用效果较好。     

国家级强对流天气综合业务支撑体系建设

国家级强对流天气预报业务正在从以短期预报为主调整到短期和短时预报并重的业务格局。文章从强对流天气预报技术发展与服务需求的角度,重点介绍了国家级强对流天气综合业务支撑平台及其核心技术。该平台以气象数据组织和图形化表达两个核心要求为牵引,发展了数据分析处理系统、自动气象绘图系统和WEB检索与显示系统。数据分析处理系统基于多源观测资料、中尺度数值预报和全球数值预报,发展了集约、高效的强对流天气监测和临近预报、短时预报和短期预报等数据分析处理技术,是整个平台的核心;主要核心技术包括:从不稳定与能量、水汽、抬升与垂直风切变等条件出发,以归纳总结的分类强对流天气概念模型为基础的分类强对流短期预报分析技术;应用"配料法"发展的分类分等级的强对流天气客观概率预报技术;强对流短时预报技术包括高分辨率数值预报释用、多模式预报集成、对流尺度分析、实况和模式探空分析等多项技术,重点实现了从过去3 h实况到未来12 h预报的无缝隙衔接;强对流的监测和临近预报技术在基于多源资料的强对流天气实况与强对流系统监测技术基础上,发展了基于雷达特征量、强对流实况、各类强对流指数和预警信号等多源信息的报警技术。自动气象绘图系统实现了高效、便捷地接入多种数据、自动进行数据分析和制图等多项功能。在预报服务方面,基于WebGIS发展了县级分类强对流预警信号和国家级分类强对流预警预报产品共享技术,实现强对流短时预报业务的高交互性与上下互通的功能。     

BJ-RUC系统模式地面气象要素预报效果评估

利用自动气象站逐小时地面观测资料,采用客观检验方法对北京市气象局快速更新循环预报 (BJ-RUC) 系统在2008—2010年5—9月的预报结果进行检验,初步评估了BJ-RUC系统对地面气象要素的业务预报性能。结果表明:BJ-RUC系统对地面气象要素预报与实况的变化趋势有很好的一致性。其中,2 m温度预报整体偏高,误差范围为-1.5~1.5℃,早上和傍晚偏大,正午偏小;2 m相对湿度的预报整体偏低,误差为-25%~0,白天偏大,夜间偏小;10 m风速预报明显偏大,午后尤为显著,误差为0.6~1.2 m·s-1;6 h累积降水的晴雨预报效果较好,TS评分可达到0.4。系统在初始起报时次的稳定性较差,从第3个起报时次开始逐渐稳定,但预报误差随着预报时效的增长逐渐增大,12 h内的预报误差较小,预报结果较可靠,在短时临近预报中具有参考价值。     

基于T213物理量产品的闽北冰雹客观预报方法

利用2003—2005年闽北冰雹出现站数与实况物理量求相关,得到与闽北不同季节(春季3—4月、汛期5—6月)降雹相关密切的物理量因子。利用T213数值预报物理量产品与福建省多年预报经验总结的实况物理量产品相结合,运用指标叠加法来建立闽北不同季节(春季3—4月、汛期5—6月)冰雹客观预报系统,该系统在2008—2010年近3年的应用中,取得了很好的效果:3年中未出现冰雹漏报,且该模式运用独具特色的消空条件后,空报率也较低。