NCEP/NCAR再分析资料所揭示的全球季风降水变化

大气模式是研究气候变化的重要工具,当前的大气模式在模拟季风降水时均存在较大偏差,目前尚不清楚该偏差是来自模式环流场还是模式物理过程.再分析资料由于同化了各类观测和卫星资料,其大气环流近似可被视作是“真实”的.再分析资料中的降水场是在基本真实的环流场强迫下,由当前最先进的数值预报模式计算输出的.因此,再分析资料的降水场能...     

(七)中期数值天气预报

有人以为,根据短期数值模式单纯地延长积分时间,数值计算是稳定的,就一直积分下去,直到所需要的时间长度为止,其结果就是中期数值预报,其实不然。原因是短期数值预报模式主要着眼于天气尺度系统的预报,其中各类尺度的天气系统的典型生命周期都小于一星期。中期预报的时限长达15天之久,远远地超出了天气系统的生命史,这就要求中期数值预报模式能真实地表现出大气中动能的产生和耗散的过程,从而能预报一些新系统的产生和原已存在的系统的衰减消失。 下面我们从几个方面来谈谈中期数值预报的现实途径,和关于中期数值预报模式的一些基本问题。     

用探空资料检验中尺度数值模式对强对流天气的诊断分析能力

提高对流天气临近预报准确率的关键问题之一是了解大气的垂直稳定度和垂直风切变。中尺度数值模式产品提供了高时空分辨率的大气稳定度和垂直风切变信息，需要首先检验其精度才能进一步考虑其在对流天气预报中的应用。利用北京加密探空资料检验北京市气象局3km分辨率的MM5模式结果，对强对流天气的背景参数包括温湿风垂直廓线、对流有效位能CAPE和垂直风切变进行模式分析和预报与探空对比检验。结果表明：模式模拟的各种大气廓线中，风廓线和温度廓线都具有一定的参考价值，与实况有较好的一致性，但在廓线出现转折的地方，如：逆温层和风向转折时，模式预报较差。露点（湿度）廓线的预报误差较大，不能反映出真实水汽场的分布。因此，模式预报的深层（地面至500hPa）垂直风切变与探空具有较好的一致性，而模式给出的对流有效位能CAPE由于露点预报结果不理想，其值与实际偏差较大。因此模式输出的对流有效位能CAPE必须经过适当订正才能用于诊断强对流天气发生的可能性。     

主编语

大气运动具有复杂的非线性混沌性质,对初值的微小误差表现出高度敏感性,导致天气过程的演变呈现出难以准确预测的随机动力特征,从而难以消除单一数值模式的预报结果与真实大气运动状态之间存在的不确定性偏差。为了解决这一问题,气象学家提出了"集合预报"的概念,并随之发展了具体技术方法,取得了显著效果。     

多尺度大气数值预报的技术进展

随着计算机和计算理论的发展,数值模式正在向全球化、精细化发展,以适应多尺度、多目的应用的要求,从而模糊了大气环流模式和中尺度数值模式的界限,其主要手段就是改进模式动力框架、离散化手段、计算方法、物理过程的普适性。在实际应用中如何提高模式的多尺度计算性能则是问题关键。该文从模式球面坐标系、网格构造、离散化方法的动力特性、垂直坐标和地形处理以及对物理过程的要求出发,探讨分析多尺度大气数值模式的特点:全球/区域可选、非静力近似、具有良好的频散关系和详细的物理过程,垂直高度坐标和"剪切"地形对多尺度通用模式的改良十分重要。除上述特点外,模式所采用的计算方法也应该最大限度地描述大气动力过程特性,采用高性能计算方案有利于多尺度预报。结合当前多尺度预报的国际研究热点和开发前沿,探讨我国新一代多尺度数值预报系统GRAPES的进一步发展及改进方向。     

GRAPES全球模式的模式误差估计

现代数值天气模式考虑的物理过程和边界条件越来越复杂, 但是它描述的大气状态和真实的大气流体运动轨迹还有一定的差距, 存在模式误差。在以往的研究中, 模式误差往往被忽略, 在集合卡尔曼滤波同化系统中, 如果忽略模式误差会导致滤波发散现象。本文用不同分辨率的模式预报差异估计了GRAPES全球模式的模式误差, 研究发现模式误差随着分辨率降低而线性增加, 而且模式误差随着预报时效的增加呈现线性增长的趋势。     

用多普勒雷达反射率调整模式大气的云微物理变量

一种简单云分析方案, 用于由多普勒天气雷达反射率反演中尺度大气模式初值分析中的云微物理变量（云水混合比和雨水混合比）和空气湿度变量（比湿），使模式积分初始场反映出观测空间的云微物理特征以及哪些空间位置上的大气处于饱和状态。应用于2002年6月梅雨期安徽省马鞍山市一次降水过程的临近数值预报试验结果表明，模式预报的大气综合反射率与雷达观测的回波图像相近，由云微物理变量变化表示的模式云系演变与雷达观测的回波图像一致, 伴随模拟的中小尺度云系, 模式大气能很快调整出合理的中小尺度流场辐散、辐合结构；它们明显好于模式初始场不引入雷达反射率时的结果，即这种方法对改进临近数值天气预报准确率是有效的。     

局地暴雨增强数值预报模式的试验研究

局地暴雨增强数值预报模式是建立在适用于地方微机上可实现的区域数值预报业务系统。该模式由兰州高原大气所引进本台并同时开展数值模式的对比试验，并且在１９９４年６月１５日－７月１５日梅汛期中进行试验，结果表明：模式运行正常可靠，计算稳定，对降水具有一定的预报能力。     

大气的可预报性与大气模式的设计

本文首先提出了设计数值天气预报模式的基本原则——模式大气的可预报性和实际大气的可预报性相一致。然后依据此原则讨论了目前在设计各种数值预报模式时存在的问题。     

利用距离平方反比算法对格点数值预报产品进行插值

随着数值模式理论与方法、大气探测技术和计算机技术的快速发展,数值预报模式表现出对预报的巨大潜力,已经成为目前业务预报领域不可替代的可用参考方法。目前黑龙江省台主要用于业务应用的数值模式预报产品有T639、JMA（日本数值模式）、GRE（德国数值模式）3种全球数值预报模式和中尺度数值预报模式WRF、MM5以及Grapes...     

500毫巴月平均环流长期预报的十年试验结果

一、引言 月平均环流预报是目前长期预报的重要组成部分。但是长期数值预报目前投入日常业务使用尚有困难,另一方面建立模式也需要丰富的实际经验。因此尝试用统计方法做月平均环流预报也是很有意义的。这不仅可以作为长期天气预报的重要依据,也有利于认识大气环流长期变化的过程与规律,为长期数值预报积累经验。 我们曾在1972年提出一个500毫巴月平均环流形势的统计预报方案。这个方案是先计算纬圈谐波系数,再用平稳随机过程的自回归模式做系数的预报。但是在应用过程     

长期天气过程的可预报性研究的进展

在数值天气预报中,大气可预报性问题是一个重要的研究课题。它们有的是从数值预报模式初值场误差探讨,即讨论计算过程中的误差增长使得预报与实况差异太大的时间。这段时间一般为两周,它称为大气可预报的时间。这是短期天气过程可预报性问题。长期天气过程的可预报性,大多是从天气变化稳定性进行探讨。短期天气过程与长期天气过程的关系以及长期天气过程的可预报性问题一直是近十余年来气象学者十分关心的研究课题,本文将着重介绍有关长期天气过程可预报性研究的进展。     

海雾预报研究综述

从统计预报和数值模拟预报两方面回顾了过去几十年国内在海雾预报技术上的主要研究进展。统计预报方法是中国沿海气象台站预报海雾的除天气学方法外的主要工具,一定程度上能提高海雾预报准确率,但无法摆脱自身经验统计的缺陷。随着计算机技术的飞速发展,海雾数值模拟和预报应用越来越广泛,并将成为海雾预报主流方法。海雾数值预报模式的发展经历了从一维到三维、从单一大气模式到海气耦合模式的过程。而研发先进的数据同化技术,同化更好的卫星资料弥补海上观测缺少的不足,选择最合适的边界层与微物理参数化方案,进行高分辨率三维数值模式集合预报,将使海雾预报准确率明显提高。     

卫星资料的非线性反演同化与一次强降水预报试验

利用地球同步气象卫星红外资料,通过优选BP人工神经网络和最优拟合回归这两种非线性方法,建立了反演宁夏大气相对湿度场的数学模型。反演湿度场经过变分同化与质量控制后,代入中尺度数值预报模式MM5,对一次突发性强降水过程进行了预报试验。结果表明,使用该资料后,数值预报模式对这次突发强降水过程的预报能力明显提高,模式输出产品具有预报指示意义,spin-up问题得到了一定程度的改进。     

第三讲 数值天气预报的控制方程组

几乎一切天气现象都与大气运动息息相关。大气运动遵循一定的流体力学和热力学规律,在数学上表示为所谓大气运动控制方程组。数值天气预报是采用数值方法求解这组控制方程,从而预报出未来的天气要素场。     

大气污染物非线性回归模型构建

本文基于重庆主城区（沙坪坝站）2014—2018年逐日同期同步观测的气象要素和环境空气质量监测数据进行分析。首先通过对不同大气污染物与各种气象要素进行相关性分析，剔除影响预报模型共性的气象因子，明确显著影响空气质量的气象要素；然后结合污染物排放、大气扩散过程和湿沉降作用机理；最后构建乘幂与线性叠加的混合模式的空气质量预报方程。结果表明：构建的非线性回归方程能较为真实地反映主要大气污染物与气象要素的相互影响关系，回归模型预报检验准确率高（预报评分达87.6）。     

用细网格数值模式的产品制作短时降水预报的探讨

通过模式计算结果和实况的对比分析,说明使用中国科学院大气物理所有限区域细网格数值模式的降水预报结果,有助亍制作湖北省的暴雨短时预报。同时给出了几个使用其它模式数值预报产品制作区域暴雨预报的例子。     

不同垂直坐标系对垂直速度计算的影响

近年来，随着高精度中尺度数值预报模式和多尺度统一模式的发展，与之相关的一些非静力中尺度模式技术也随之提了出来，垂直坐标系的影响问题就是其中之一。本文借助于高精度美国新一代数值预报模式WRF(Weather Reseach and Forecast)，模拟分析了两种不同的坐标系对模式大气中垂直速度计算的影响。试验结果表明，不同的坐标系对大气垂直速度大小计算存在着差异，特别是当分辨率提高时，不同垂直坐标系对大气垂直结构的刻画的差别更加明显。由于垂直速度与降雨过程密切相关，垂直速度的计算差异必然影响模式对降雨过程的描述。理想试验结果表明，在气压地形追随坐标中气压梯度力的计算对地表气压计算很敏感。     

10~30 d延伸期可预报性与预报方法研究进展

10~30 d延伸期的可预报性既依赖于初始条件,也与缓变的下垫面有关,寻找延伸期时段内可预报性较高的低频特征,识别延伸期的可预报性来源及影响的物理机制是提高延伸期预报水平的关键。近年延伸期可预报性来源、热带大气季节内振荡监测预测和影响等领域的研究取得较大进展,提出和应用了动力统计相结合以及大气低频信号释用等新的延伸期预报方法。对延伸期可预报性来源及其与初值和外强迫异常的关系分析表明,海气相互作用能提高亚洲和西太平洋区域延伸期时段大气环流和要素的可预报性。热带大气季节内振荡、平流层爆发性增温以及各种次季节尺度的海气、陆气耦合作用和大气响应均为延伸期预报提供了重要的可预报性来源。由于数值模式延伸期时段的预报性能与实际业务需求还存在一定距离,基于动力统计相结合和物理统计的延伸期预报方法被广泛应用于业务预报,表现出一定的预报技巧。     

区域数值模式对两次暴雨过程的降水模拟比较

分析了应用于西南地区的MM5、GRAEPS、AREM和成都区域业务运行数值模式(η)4个区域模式对2004年6月29~30日成都邻近地区和9月2~6日四川盆地东北部的暴雨降水过程进行了模拟。模拟结果表明,4个区域模式对这两次强降水过程有不同程度的反映。MM5、GRAPES和AREM显示了较好的预报能力,特别是MM5和AREM模式的预报在落区、强度和降水演变上与实况较一致。AREM模式预报的雨区清晰,但降水强度偏弱;MM5模式在预报出强降水的同时,出现较多的虚假降水,对持续时间长的降水过程预报较好,GRAPES预报的雨区较不稳定,但对持续时间短的过程有较好的反映;η模式降水预报偏小太多,对6月30日的过程在盆地的预报无明显反映。因此,有必要加大区域模式本地化工作,发展适合西南地区的数值模式,开展数值集合预报技术研究,整体提高成都区域中心数值预报水平。