“7．18”暴雨过程的数值预报检验评估

应用T213、MM5、ECMWF、FAX等国内外数值预报模式产品,对2007年7月18日发生在鲁西北的暴雨天气过程的主要天气系统和降水量进行检验分析与评估.结果发现:ECMWF模式的500hPa形势预报好于T213模式的预报;ECMWF模式和T213模式对此次过程的低层切变线、低空急流有一定的预报能力;对地面形势的预报各有特色,ECMWF模式预报黄河气旋的位置好于T213模式预报,而对冷空气的预报,T213模式好于ECMWF模式;T213和MM5模式对暴雨预报能力较强,而对大暴雨落区预报不准确或没有预报能力.     

T213 降水预报订正系统的建立与研究

目前T213降水预报存在一定程度上的系统性误差,为了更好地使用T213降水预报产品,减小系统性误差对主观预报的影响,利用一种统计学方法可以对T213降水预报进行订正,减小T213降水预报的系统性误差。通过对2004年6—11月订正前后的T213降水预报进行统计学和天气学检验分析,检验该订正系统的订正效果。结果表明,订正后的降水预报的预报偏差B值有了显著改善,其他统计检验量也有了不同程度的提高;订正后雨带的位置和轮廓更加接近降水实况。     

台风路径数值预报模式的并行化及路径预报误差分析

国家气象中心台风路径数值预报模式经过串行优化及程序并行, 成功地实现了在国产超级计算机神威上的并行运算, 并可满足业务时效要求。基于并行程序及神威机计算平台的台风路径数值预报业务系统于2002年6月30日投入实时运行, 其初估场与侧边界条件从T106L19模式产品升级为T213L31模式产品 (称为基于T213台风预报系统, 原串行系统称为基于T106台风预报系统)。通过对2002年夏秋季台风路径的检验, 总体来看, 基于T213台风预报系统48 h内的平均路径预报误差小于基于T106台风预报系统的路径预报误差。对西行及西北行登陆的台风, 基于T106台风预报系统的48 h预报好于基于T213台风预报系统的预报。对于转向台风而言, 转向后的预报, 基于T213台风预报系统的预报要好于基于T106台风预报系统的预报, 有效地减小了基于T106台风预报系统对转向台风路径预报的系统性误差:即台风转向后预报路径较实况路径偏西。     

人造台风模型及资料同化对T213L31模式台风路径预报能力的影响

利用2003年台风季节T213L31的12时10天预报分析了国家气象中心全球中期数值预报模式系统T213L31对台风路径的预报能力,并就如何改进其对台风路径的预报能力进行了探讨。结果表明,在台风季节,T213L31模式在近57%的预报中对台风路径有预报,但初始位置误差较大。没有预报的区域主要集中在13～20°N,120°E以东的台风生成较为集中的地方,而此区域恰好不存在常规观测资料。对于目前仍采用OI分析的T213L31中期预报系统,常规观测资料在此区域的匮乏是其在此台风集中生成区预报能力较弱的主要原因。为了改进T213L31对台风路径的预报能力,本文就增加常规观测、加入人造台风模型进行了数值试验。试验结果显示,有限的常规观测对T213L31对台风的预报能力有明显提高。人造台风的加入无疑会改善T213L31在无常规资料区的预报,也会改善T213L31在资料较丰富地区的短期台风路径预报能力(36小时以内预报),而对较长时效预报的影响则有好有坏。     

镇江地区ECMWF模式高温预报订正方法研究

针对镇江ECMWF模式168 h内高温(t≥35℃)预报结果提出四种后处理订正方案,包括一元线性回归法、差值法、综合法和递减平均法;借助均方根误差等四种检验方法就订正效果进行评估,找寻最优订正方案。结果表明,四种订正方法都明显改善了ECMWF模式高温预报,订正后的均方根误差、平均绝对误差及最大绝对误差较订正前均有所减小,预报准确率显著提高。对于24 h时效内预报,四种订正方法各有优势。对于48～168 h时效预报,一元线性回归法效果更优。采用分时效对ECMWF模式高温预报结果进行后处理,考虑24 h预报订正使用递减平均方法,48～168 h预报订正使用一元线性回归法,可以更大程度地提高预报准确率。     

基于小波分析的西北区智能网格气温客观预报方法的检验评估

基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及滑动训练、最优融合等技术对模式误差序列进行时频处理,实现了对模式系统误差和局地误差的订正,发展了西北区智能网格气温客观预报方法(northwest intelligent grid temperature objective prediction method,NWTM)。以2017年3月—2018年2月数据作为训练样本,对2018年3月—2019年1月西北区239个国家基本站进行检验。结果表明:1)NWTM对CMA和ECMWF两种模式产品的气温预报能力有显著的提升;随着预报时效增长,两种模式订正产品的误差增大。2)NWTM对ECMWF西北区最高气温的订正效果要明显优于CMA,但就最低气温而言,NWTM对CMA的订正效果更为显著。其中,就24 h最高气温而言,ECMWF在宁夏的订正效果最好,CMA在青海的订正效果最好;而对于24 h最低气温的预报,CMA在西北4省的订正效果相差不大,ECMWF在陕西的订正效果最好。3)空间误差检验表明:针对最高气温的预报,ECMWF订正产品的订正能力明显优于CMA,特别是在甘肃河西走廊和中东部、陕西北部和南部、宁夏中南部及青海大部。就最低气温的预报而言,ECMWF和CMA对甘肃河东和陕西南部的订正能力较好;ECMWF订正产品在宁夏中南部及青海南部的订正能力高于CMA,而CMA订正产品在陕西中部的订正能力更优。     

数值预报产品检索系统的研制

本系统对T213和ECMWF的部分数值预报产品进行处理,使预报员检索更加方便直观,T213降水和ECMWF温度经过分县插值处理订正预报后,对中短期预报有较好的参考作用.     

T213全球集合预报系统性误差订正研究

针对模式系统性误差一直存在的现状,研究使用卡尔曼滤波的自适应误差订正方法对国家气象中心业务全球集合预报系统的系统性误差进行估计和订正.本文主要介绍这种方法及其原理,其优点是需要的样本量比较小,能够快速经济地对模式产品进行有效的误差估计和订正.使用这种方法对全球T213集合预报系统500 hPa高度场、850 hPa温度场和2 m温度的预报产品进行一阶偏差订正,对订正前后集合预报产品进行检验分析和对比,结果表明,订正后的高层形势场集合预报和2 m温度集合预报的均一性、集合平均的均方根误差和距平相关系数都得到了改善,系统性偏差得到了不同程度的订正,对于存在较大系统性误差的2 m温度预报,订正效果尤其显著.     

数值预报产品检索系统的研制

本系统对T213和ECMWF的部分数值预报产品进行处理，使预报员检索更加方便直观，T213降水和ECMWF温度经过分县插值处理订正预报后，对中短期预报有较好的参考作用。     

T213与T639模式热带气旋预报误差对比

应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213) 及其升级版本T639L60(简称T639) 对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24～120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。     

2006年9—11月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了验证T213模式秋季中期预报产品的性能与质量，对2006年9—11月T213模式96小时中期数值预报产品进行了天气学检验，并与ECMWF、日本模式96小时预报性能做了对比分析检验。结果表明，T213、ECMWF、日本模式对亚洲中高纬度地区大尺度环流形势演变和重大调整过程的96小时预报能力均较强，因此对重大灾害性天气的预报有较好的指示意义。三种模式相比，ECMWF模式对西风指数、850hPa温度、南支槽东移的预报较为准确；2006年11月4—6日的过程预报以日本模式最为吻合；T213模式对具体影响系统的强度、位置、影响时间的预报还存在一定误差。     

2006年9—11月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了验证T213模式秋季中期预报产品的性能与质量,对2006年9-11月T213模式96小时中期数值预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式96小时预报性能做了对比分析检验.结果表明,T213、ECMWF、日本模式对亚洲中高纬度地区大尺度环流形势演变和重大调整过程的96小时预报能力均较强,因此对重大灾害性天气的预报有较好的指示意义.三种模式相比,ECMWF模式对西风指数、850hPa温度、南支槽东移的预报较为准确;2006年11月4-6日的过程预报以日本模式最为吻合;T213模式对具体影响系统的强度、位置、影响时间的预报还存在一定误差.     

2007年3—5月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

我国3—5月冷空气活动频繁,温度变化剧烈,且沙尘天气频发。为检验数值模式的预报效果,积累预报经验,对T213模式96小时预报产品进行检验分析,并与ECMWF及日本模式的预报结果进行对比分析。结果表明:T213、ECMWF及日本模式的中期预报性能均较好。相对地,ECMWF在对中高纬度大型环流的调整及副热带高压主体的预报方面,日本模式在对850hPa温度的预报方面能力稍强。另外,选取2007年5月8—10日发生在我国的一次沙尘天气个例,分析发现T213与ECMWF模式对于引发此次沙尘天气的地面强风的中期预报指示意义较好,日本模式稍差。     

国家气象中心T213L31数值预报运行监控方案及预报效果评估

T213L31系统是我国新一代中期数值预报业务系统，该文介绍了该系统的实时业务运行流程，着重阐述了实时运行监控方法的设计和实施。通过对整个运行流程的解析、运行相关信息和异常事件的说明以及功能的介绍，使读者可以对T213L31运行监控和维护方法有一个较完整的认识。文章还对T213L31系统准业务和业务运行期间的预报效果进行了较为全面的检验与评估，结果显示:T213系统较国家气象中心的原数值预报业务系统T106L19的预报效果有了明显改进，可用预报时效延长了约1天。但与世界领先的ECMWF的中期数值预报产品相比还存在一定差距，特别是中期时效的预报差距比较明显，还有待于进一步的改进和提高。     

2007年6—8月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2007年6—8月T213模式进行天气学检验,并与欧洲中心ECMWF模式及日本模式进行了比较。结果表明:3种模式对亚洲中高纬环流形势的调整演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报误差最小,最接近实况,日本模式和T213模式稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是T213模式对0709号台风圣帕路径及强度的预报与实况相差较大,而ECMWF模式及日本模式预报较为准确。     

2007年9—11月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

2007年9-11月冷空气频繁,气温变幅大,热带气旋活跃,给中期天气预报增加了一定的难度.为积累预报经验,提高中期预报准确率,对9-11月T213模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行对比分析.结果表明,T213、ECMWF和日本模式对亚洲中高纬大气环流调整具有较好的中期预报性能,对转折性、灾害性天气的预报有较强指示意义.综合来看,ECMWF对天气系统和要素的预报误差最小,T213模式误差最大,日本模式温度预报性能与ECMWF相当.对0713号台风登陆前的位置和移速,ECMWF预报较为准确,T213模式对台风登陆前移速预报偏慢,对台风登陆后的位置预报偏差最小,日本模式对台风位置和强度预报较为失败.     

2006年12月至2007年2月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

针对2006年12月至2007年1月T213模式96小时中期数值预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式96小时预报性能做了对比分析。结果表明,T213、ECMWF、日本模式对亚洲中高纬度地区大尺度环流形势演变和重大调整过程均有较好的预报能力,因此对重大灾害性天气的预报有较好的指示意义。三种模式相比,ECMWF模式对西风指数、850hPa温度、南支槽东移的预报较为准确。     

中期数值预报系统T213L31在IBM/SP高性能计算机上的建立

在引进欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 的全球谱模式的基础上，通过对原模式的分析改造，首次以分布与共享相结合的方式在国家气象中心IBM/SP高性能计算机上实现了全球谱模式的高效运行。采用调整向量长度、优化程序设计、完善消息传递机制和实现MPI与OpenMP的混合并行编程等方法，减少模式的通信量、计算量和内存的使用量，提高了计算效率。实现了在T213L31分辨率条件下，10天预报可以在3 h之内完成，达到业务对时限的要求。建立了与T213L31全球谱模式相配套的最优插值（OI）并行处理分析系统，解决了由于观测站点在全球不均匀分布所带来的计算负载不均衡问题。在此基础上，实现了T213L31全球资料同化与预报系统并建立了相应的自动作业监控系统。     

2013年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式中期预报产品,对2013年3—5月T639模式中期预报时效产品进行了天气学检验,并与:ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:三家模式均对亚洲环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合看来,ECMWF模式对主要系统及气象要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2013年3月8—9日的沙尘天气过程进行检验,发现ECMWF模式对于引发此次沙尘天气的地面高压系统中期预报指示意义最好。     

2006年6—8月T213与ECMWF模式中期预报性能检验

6—8月是我国高温干旱、暴雨洪涝等气象灾害最为严重的季节。该季节天气系统变化快，活动剧烈，天气预报难度大，最能考验数值预报模式的预报性能。为更好地应用T213模式中期预报产品，对2006年6—8月T213模式中期96小时数值预报产品进行了统计和天气学检验，并与ECMWF模式同类产品进行了对比分析。结果表明，T213和ECMWF模式对中高纬度大型环流的调整、副高及850hPa温度等均有较好的预报能力，对台风路径也都有一定的预报能力，但T213模式台风移速预报过快，登陆偏早，而ECMWF模式预报相反。