鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

中尺度模式风电场风速短期预报能力研究

本文利用内蒙古乌兰察布风电场2009 年观测记录和WRF 数值模式预报,研究了中尺度数值天气模式对风电场风速的短期预报能力。研究表明:不同数值模式参数化方案的预报能力没有实质性的区别,对于不同时效的风场预报各种方案的预报能力不尽相同。在天气演变较为剧烈时,模式预报技巧相对较差。风电场周边主要天气系统对预报准确度有很大影响。就乌兰察布风电场而言,WRF 模式2009 年日平均预报相对误差仅为11.78%,且误差大于20%的日数占研究总天数不超过15%,具有较高的预报技巧。当蒙古气旋、东北气旋剧烈发展或风速迅速减小时风速的预报误差较大。     

湖陆山地复杂地形下近地层风速预报研究

以鄱阳湖区典型湖陆山地复杂地形为试验区域,采用WRF模式MRF和MYJ两种边界层参数化方案,对2010年该区域近地层风速进行高时空分辨率预报,并结合3个测风塔观测资料对预报结果进行检验。结果表明:WRF模式对鄱阳湖区70 m高度风速预报效果较好,预报值能够较好地反映近地层风速变化,且边界层MRF方案预报效果略好于MYJ方案。地形对近地层风速预报影响明显,地形相对平坦的吉山预报效果最好,而地形最为复杂的狮子山预报效果相对较差。不同强度的近地层风速预报效果差异较大,5~25 m·s^-1风速段预报效果明显优于0~5 m·s^-1风速段。位相偏差是造成鄱阳湖区近地层风速预报误差的主要来源,其贡献率在60%以上,而系统偏差和振幅偏差的误差贡献率相对较小,通过线性订正方法可在一定程度上提高该区域风速预报效果。     

用卡尔曼滤波制作河南省冬春季沙尘天气短期预报

在分析河南省冬春季沙尘天气气候特征的基础上，筛选出T213数值预报产品中与风速和能见度相关性较好的预报因子，采用卡尔曼滤波方法，分站建立了河南省冬、春季的风速和能见度短期预报方程，并利用相应的沙尘天气分级量化标准，在一定程度上实现了河南省冬、春季沙尘天气的短期分站、分级预报。业务运行时，又增加了两条判别指标进行后处理，有效地消除了液滴对能见度预报的影响，提高了沙尘天气预报的准确率。     

巢湖流域典型站点的风场特征分析

研究巢湖流域流场特征对于认识该地区热量、水汽交换和水流运动规律具有重要意义。利用2006年合肥、肥东、巢湖、庐江站以及姥山岛自动气象站的风场资料,分析了巢湖流域典型站点的风速和风向变化特征。结果表明,陆面站点年平均风速为2.17m/s,湖面站点风速为2.41m/s。所有站点春夏季风速大于秋冬季,陆上风速具有明显的日变化,白天风速大于夜间,而湖面风速日变化较不显著。陆面站点风向季节变化明显,春夏季以偏南风为主,秋冬季以偏北风为主,春夏季的风向日变化特征较秋冬季明显,湖面站风向没有明显的季节变化。陆面站点不同程度地受到湖陆风的影响,距离湖面较近的站点受到的影响较大。湖面和陆面站点风向差距平与气温差距平的日变化保持一致,表明湖陆温差是影响巢湖流域湖陆风的关键因子。     

风电场两种超短期风速预报方法的效果对比

针对风电场所需的时效在0~4 h,且时间分辨率不低于15 min的超短期风速预报。根据测风塔实时发回的实测风速序列,建立了基于BP神经网络的风电场风速时间序列外延预报模型。另一方面,建立 MM5模式预报风速与实测风速的误差序列,并利用BP神经网络作误差序列的外延预报,从而利用误差的预报值对MM5风速预报值进行订正,获得新的预报值。综合对两种方法的预报效果指标分析以及拟合曲线的比较结果表明:使用BP神经网络对MM5风速预报值进行修订的方法在总体上效果较优,特别是当影响风电场的天气系统变化明显,近地层风速变率较大时,该方法的预报效果更具有明显的优势。     

陆面过程模式研发中的问题

陆面过程研究是充分理解天气/气候/地球系统过程不可或缺的重要主题。本文全面梳理了当前用于数值天气/气候/地球系统模式的陆面过程模式研制的问题,建议了当前陆面过程模式研制中需加强和改进完善的关键内容。特别强调在新一代模式研发中建立包含人类活动的高分辨率全球陆面过程模式;特别强调与其他学科相结合,形成不同行业的预报预测系统或研究方法和工具。建议建设中国的集模式发展、数据分析、模拟方法、高性能计算、数据可视化和应用示范为一体的陆面模拟综合集成平台,为天气/气候/地球系统模式提供陆面过程模式,为开展精细化的全球和区域陆面水文-气象-生态的预报预测提供科技支撑。     

陆面参数化方案对两例不同类型暴雨可预报性的影响

以2003年7月3～4日淮河流域平流型暴雨和2003年8月2～3日江西蒸发型暴雨个例为例, 采用模式试验方法, 研究了陆面参数化方案对两种不同类型暴雨的模式可预报性的影响。关闭陆气通量的试验表明, 陆气通量对淮河流域暴雨的贡献很小, 模式预报结果之间的差异较小, 平流型暴雨具有较高的模式可预报性; 而陆气通量对热对流暴雨的贡献很大, 其误差对暴雨的分布和强度影响也较大, 蒸发型暴雨的模式可预报性相对较低。不同陆面过程参数化方案的比较试验表明, 陆气通量误差引起的能量误差仅在特定区域发展。当陆气通量误差超过一定的临界值, 能量误差将在降水区和风速大值区 (急流区) 迅速发展, 能量误差和不稳定能量同源且同时增长。从陆气通量影响天气过程的角度来讲, 模式预报启动时间选择在夜间, 能量误差发展相对缓慢, 可以延长预报时效。     

2011年长江中下游梅雨期强降水延伸期集合预报性能初探

针对2011年长江中下游旱涝转换时期的环流形势、强降雨期间的四次强降雨过程对欧洲中心集合预报进行了预报性能初步分析。结果表明：集合平均预报对延伸期预报时效内的大尺度环流调整具有较好的预报性能,预报提前时效可达10~15 d。对强降水过程期间主要影响系统的预报在不同预报时效具有较好的稳定性。随着预报时效的临近,集合预报各个成员对天气系统预报的发散度逐渐减小。长江中下游强降水的发生与低层850 hPa较大的风速有密切关联,集合预报给出的延伸期预报时效内大风速出现的小概率预报信息是有意义的,可以为延伸期强降雨过程预报提供参考。     

沙尘暴天气数值预报系统及其预报效果检验

沙尘暴天气数值预报系统包括区域大气模式、陆面过程模式、风沙模式(包括风蚀、输送和沉降模式)和地理信息系统。用该系统对2002年3月20日和4月7日2次沙尘天气进行了预报试验,利用地面观测资料和卫星观测资料对模式输出的主要沙尘天气预报产品进行了对比分析。分析结果认为,沙尘暴天气数值预报系统对沙通量、尘通量和垂直积分质量有很好的预报能力,但仍需改进陆面参数和沙尘气溶胶的初始值。     

鄱阳湖地区湖陆风特征及成因分析

利用2006-2010年鄱阳湖地区德安、鄱阳、湖口、进贤和星子站风向、风速常规气象观测资料,分析了鄱阳湖地区湖陆风的特点及季节性变化。结果表明,鄱阳湖地区有湖陆风现象存在。平均而言,东西方向湖陆风强度为0.5~0.7 m·s-1,湖西侧湖陆风转换时间较湖东侧早2 h左右,而南北方向的湖陆风强度相对较弱,为0.3 m·s-1左右,湖北侧的湖陆风转换时间较湖南侧提前近5 h。湖陆风存在季节变化,夏季湖陆风表现得相对更强一些,而秋季表现异于其他季节。利用2010年8月中尺度自动气象站逐时观测资料得到,湖区的湖陆风现象与湖陆热力差异有关。采用浅水波模型对鄱阳湖地区湖陆风形成原因进行了模拟分析,结果与实际现象基本一致,能反映湖陆风的一些特征。     

大连沙尘天气及预报模型分析

通过对位于东北亚沙尘暴天气下游的大连近7年的沙尘天气统计分析,以及应用天气学方法进行预报模型分析,揭示出大连地区沙尘的主要特征和预报着眼点.大连沙尘天气主要出现在春季,变化趋势同全国基本一致;沙尘天气的源地有4个,有三条影响路径.沙尘影响时,平均相对湿度都较低,以西北风为主.西北路径是影响大连地区产生沙尘天气最多的路径.在北路系统影响下,有三种天气类型;西路系统和西北路系统也分别有三种和四种天气类型.大连的沙尘天气预报着眼点首先要关注其上游的起沙情况,然后结合三路影响系统的预报模型进行分析;三路影响系统有不同的起沙关注区和不同的天气系统位置和移动方向.     

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。     

三维湖陆风的数值模式试验

利用地形坐标建立了一个三维湖陆风的预报模式，其中对边界层及模式层顶高度采用预报方程求解，对边界层参数作了较仔细的考虑。计算表明，模式运行十分稳定，对复杂地形条件下的湖陆风扰动系统有着很好的描述能力。     

"070613"广西柳州极端暴雨中尺度环境场特征和预报技术分析

利用实况观测资料、数值预报产品和非常规观测资料,对2007年6月13日柳州极端暴雨天气过程进行诊断分析,在孟加拉湾地区有风暴发展期间,东移加深的高原槽引导低涡切变线和地面弱冷空气影响广西,通过物理量和相似个例的对比,给出了柳州附近极端暴雨时间发生前12~24h的天气系统的概念模型,并给出预报临界值。云图分析表明强降雨落区位于TBB梯度最大靠近冷空气一侧,雷达回波反射率有明显的"列车效应",风廓线和基本速度显示在强降雨发生时低层风速几乎同时加大,强回波在低层风速轴的左侧。     

GRAPES_GFS在西南地区的预报稳定性 及其误差与地形的关系

根据地形特征,将西南地区划分为高原区、边坡区和盆地区,引入统计学"不稳定度"定量描述模式预报稳定性,对2016年6月—2017年9月全球中期天气预报(GRAPES_GFS)和欧洲中期天气预报中心(EC)在西南地区的高层形势场、主要的天气影响系统和地面要素预报性能进行了主客观检验,一定程度揭示了GRAPES_GFS和EC在西南地区的预报稳定性、地形的影响以及二模式预报性能的异同。结果显示:GRAPES_GFS高空高度场、温度场预报不稳定度分布呈北高南低型,相对湿度、风速预报不稳定度大值区在高原边缘;各要素预报不稳定度季节性周期最为显著,其位相和振幅因要素不同而有所不同;地形主要影响温度和风向预报误差值,但对相对湿度和风速预报的影响则体现在误差随时效的增长速率差异上;"漏报"是模式对西南地区天气系统的主要预报误差源,"低报"则是模式对西南地区2 m温度预报误差的最大来源;模式对西南地区降水落区预报有效率大约为50%,但强度预报通常偏低。EC与GRAPES_GFS的误差特征没有本质区别,但EC误差更小,稳定性更高。     

大理近地层山谷盆地湖陆风及湍流特征分析

研究湖陆风特征不仅能够为提高天气气候的预测能力奠定基础,而且对风能资源的开发利用等具有重要的实用意义。利用大理国家气候观象台近地面通量观测系统的2007年3月－2008年5月资料,采用涡动相关法等分析了大理近地层中湖陆风、峡谷风特征及形成原因和影响因素。结果表明：大理地区白天以东风和东南风为主,夜间以西风和西南风为主。进一步对湍流和湍流通量特征分析发现,大理地区白天不稳定层结多于夜间;湍流强度白天强于夜间,并且随着风速的增大而减小;湍流通量具有明显的日变化特征,热量交换形式以潜热为主。     

陆面过程对2007年淮河流域强降水数值预报的影响分析

基于GRAPES中尺度数值天气预报模式,研究了不同复杂程度陆面过程和不同土壤初始条件对2007年中国夏季淮河流域降水数值预报的影响。重点分析了下垫面非均匀性对造成我国夏季强降水的中小尺度对流系统的启动和发展的影响,探讨了中小尺度对流发生发展中陆气相互作用的可能影响。对2007年7月8日发生在淮河流域的一次对流过程采用两组敏感性试验进行研究,结果表明对流启动对陆面过程有很强的敏感性。Noah陆面模式能合理地模拟出对流的启动,而Slab陆面模式模拟的对流会延迟1～2小时,这与Noah陆面模式能合理描述地表感、潜热通量有关。GLDAS初始土壤资料能更加合理地描述实际土壤温湿的分布状况,有利于更加准确地模拟出对流降水的启动和分布位置。另外,对2007年7月淮河流域的持续性强降水天气过程进行了对比模拟,研究表明:不同复杂程度陆面过程对连续强降水数值预报有明显的影响。使用Noah陆面模式能提高对强降水预报的能力,而且随着模式分辨率的提高,降水的TS评分也在提高,Noah的TS评分总体上高于Slab。     

2011-05-01强对流天气过程中数值预报产品的释用

该文利用高空、地面及自动观测站资料,对ECMWF、T639等数值预报产品在2011年4月30日—5月2日贵州发生大范围的强对流天气过程进行检验分析。分析结果表明：数值预报产品对此次强对流天气过程的影响系统、影响时间、影响区域等都进行了较准确的预报,其中24 h预报场普遍精于48 h预报,且20：00时初始场的48 h预报较08：00时的更准确。在日常预报工作中,可结合前日及当日08：00时起报场进行分析,是跟踪影响系统和分析系统影响时间的必备条件,对提高强对流天气预报的准确率有重要作用。     

海面风精细化集成预报系统在青岛奥帆赛期间的应用

2008年第29届奥运会帆船赛(奥帆赛)在青岛市浮山湾至石老人湾附近的海域举行。8月份正是青岛的汛期,天气复杂多变,而且赛区周边地形复杂。奥帆赛需要提供50km2海域内4个浮标站逐时风向、风速的定量预报。为此,开发、引进了以MM5、WRF等多种模式建立了海面风精细化预报系统(图2),并在多种模式的基础上形成一套适应奥帆赛赛区复杂天气、复杂地形特征的集成预报产品。实践表明,集成预报产品为预报员提供了良好的技术支撑,在奥帆赛期间风速预报平均绝对误差仅为1.2m.s-1、风向预报平均绝对误差仅为36°。