一种改进的考虑环流特征的MOS预报方法

利用一种可以考虑天气环流形势场特征的MOS预报因子处理方法进行预报因子的处理,以T106L19模式的预报产品为基础建立云南省32个基本站点的降水和气温预报方程,并与不考虑天气形势场的因子所建立的MOS方程的预报结果进行对比。结果表明,MOS预报的结果对预报因子的变化很敏感,在考虑天气形势后的MOS预报对云南各站点的降水和气温的预报效果均有显著的改进,说明MOS预报因子的处理方法和选取对改进MOS预报效果具有重要的意义。     

集合动力因子暴雨预报方法研究

介绍了广义位温、湿热力平流参数、热力螺旋度、热力散度垂直通量、广义湿位涡、力管涡度、热力力管涡度、二级位涡、对流涡度矢量和波作用密度等宏观物理量的定义及其物理意义。个例分析表明,这些动力因子与降水系统发展演变密切相关,对地面观测降水有一定的指示作用。这主要是因为：（1）这些因子能够描述降水系统的动、热力垂直结构等共性特征;f2）这些因子大部分包含广义位温,而广义位温又与凝结潜热和相对湿度有关,因而这些因子也能描述降水系统的水汽场结构特点。以这些动力因子为基础建立了集合动力因子预报方法,该方法首先建立以GFS预报场资料为基础的单动力因子降水预报方程,然后根据其与观测降水的相关性,定义权重函数,对多个动力因子的降水预报进行权重平均,最后得到集合动力因子的降水预报。该预报方法可以充分发挥多个动力因子的优势,比较全面地反映暴雨过程的共性特征。长时间序列的统计检验表明,集合动力因子的降水预报评分略高于全球预报系统（GFS）模式自身的降水预报评分,表现在降水落区预报方面,集合动力因子的预报效果略优于GFS模式的自身预报,然而,在降水强度预报方面,集合动力因子和GFS模式都略有过度预报。集合动力因子预报方法计算量小,容易移植,可以提供降水预报产品,为预报员做暴雨预报提供支持。     

湿Q矢量释用技术及其在定量降水预报中的应用

新发展了一种湿Q矢量释用技术:利用松弛法迭代求解以非地转干Q矢量散度为强迫项的方程得到垂直运动场ω ₁, 然后由ω ₁计算湿Q矢量散度场, 接着再利用松弛法迭代求解以湿Q矢量散度场为强迫项的ω方程得到垂直运动ω ₂, 最后由ω ₂结合水汽条件进行降水量计算, 得到湿Q矢量释用降水场。结合一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程研究表明, 湿Q矢量释用降水场对同期观测降水场水平分布特征、极端降水强度都具有一定的反映能力, 反映出湿Q矢量释用技术具备实际应用的可行性和一定合理性。将此释用技术应用于华东区域数值预报模式 (基于MM5 V3.6而建立, 以下简称MM5) 产品, 得到湿Q矢量释用定量降水预报 (QPF) 场, 其独立于模式本身输出的QPF场, 但与模式QPF场具有相同的时空分辨率。针对2004年6—8月汛期华东地区一次梅雨锋降水过程和一次登陆台风降水过程, 结合实况雨量资料, 比较分析了湿Q矢量释用QPF场和MM5模式QPF场对实际观测降水场的反映能力, 结果表明, 前者对有无降水、10.0 mm/24 h以上明显降水的反映能力明显优于后者。进一步进行预报统计检验表明, 湿Q矢量释用预报有无降水、小雨及10.0 mm/24 h以上降水的TS评分、正确率都明显高于MM5模式, 而漏报率、空报率则是前者明显低于后者。这也充分反映出湿Q矢量释用技术应用于QPF研究的有效性。最后, 探讨了数值预报产品释用技术对数值预报模式性能的依赖性, 并指出未来对湿Q矢量释用技术进一步改进的方向及其广泛应用前景。     

柳州区域综合法降水客观预报工具

近年来,随着数值预报产品预报质量的逐年提高,利用数值预报产品建立客观预报工具的条件已经成熟。作为一种尝试,作者采用经验回归模型与天气系统订正相结合的综合预报方法,建立了一个客观预报工具。利用2001年12月至2003年2月共14个月T213的3h降水量48h预报、T213的850hPa 48h水汽通量预报、T213的850hPa 48h水汽通量散度预报、日本48h降水预报格点资料、日本700hPa的48h垂直速度预报格点资料、北京24h降水预报资料、等共六个因子作为预选因子。在属于格点数据的因子中均挑选出各预报站点附近的六个格点,通过距离权重插值法将各站附近的点插值到站点,形成新的时间序列。北京24h降水预报资料是MICAPS第14类数据,经过解码后可直接得到站点资料。利用所得到的新的数据序列与对应各站的历史降水资料作逐步回归分析,各站一致通过F=3.0置信检验的因子均为T213的48h水汽通量预报、日本48h降水预报格点资料、北京24h降水预报共三个因子,利用这三个因子建立柳州区域各站24h降水预报共12个方程。利用上述模型对历史资料进行回报,效果较好。对2003年3月下旬至4月的试报发现,该模型对于晴雨定性预报效果较好,但对降水定量预报上有较大误差,特别是对于较大的降水过程预报降水量偏小。为了改变这种情况,作者考虑到利用天气系统来订正的方法,即利用500hPa和850hPa08时中央台天气分析图上的低涡、槽线、切变线和台风位置等天气系统及其位置来订正方程的预报。订正后,经3个月的预报发现,效果明显改观。为便于评分,将预报结果按业务规定以无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨五个量级输出。至此,整个工具建模基本完成。本工具经过八个多月的运行,证明预报效果较好。最好的预报成绩是TS分56分,平均成绩为TS 44分,基本达到人工预报的水平。     

“7.21”暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21~22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS(Equitable Threat Score)评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

“7.21” 暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21～22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS（Equitable Threat Score）评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

诊断分析在数值预报产品释用中的探讨

文章针对地方性天气预报特点，根据现有数值预报产品以及实时探空资料的接收情况，利用中尺度数值预报模式ＭＭ４引入中尺度信息，提出一个实际可行的夏季降水预报方案，以求提高区域范围内具有明显突发性对流降水特征天气过程的预报能力。作法是用ＭＭ４模式计算出１９８４—１９８７年７月、８月逐日的零时刻物理量诊断场，格距为１００公里，使用欧洲中心数值预报产品和诊断物理量共计４１个场作为预报因子场；将内蒙古全区划分为９个气候区和８个代表站；应用典型相关分析法，并结合逐步判别法和逐步回归法，得到相应的９个区域和８个单站降水预报方程。９个分区预报方程降水ＣＳＩ指数在９７．６７％以上，８个单站降水预报方程对中雨以上降水ＣＳＩ指数在８０％以上。方程的实际预报能力令人满意。由于所采用的典型相关分析的典型因子绝大部分取自于中尺度诊断分析量，降水预报方程的因子变量多数为中尺度量。换句话说，方程中包含了大量的中尺度信息，８５０百帕零时刻水平Ｕ分量、温度Ｔ，７００百帕位势高度、涡度、湿球位温，５００百帕位势高度、温度Ｔ、涡度和湿球位温场对降水预报方程的贡献最大。     

T213与T639资料驱动WRF的预报初步检验比较

使用2009年春季和夏季两个时段全国08时24h雨量观测资料,采取累积降水检验、平均误差和均方根误差分析方法,对用T213资料驱动WRF(WRF-T213)和用T639资料驱动WRF(WRF-T639)的预报进行评估检验和比较,并选择一次降水过程作对比分析。主要结果如下:WRF-T639部分雨量级的Ts评分有时略低于WRF-T213,但其空报率和系统偏差比WRF-T213小,从而使其预报效率和ETS评分均高于WRF-T213;分析24、48h的500hPa高度场、850hPa风场和海平面气压预报的平均误差及均方根误差发现,WRF-T639的形势场预报总体上优于WRF-T213;降水个例分析表明,WRF-T213预报的高压脊偏强,西南急流区以及有利的涡度场、散度场和垂直速度位置偏北,这导致其雨区偏北,WRF-T639对高度场、风场等的预报均优于WRF-T213,降水落区的预报和实况接近,其预报的地面低压偏强是造成雨量偏大的原因之一。     

T639模式对2008年长江流域重大灾害性降水天气过程预报性能的检验分析

利用在国家气象中心业务运行的T639模式、常规观测资料以及NCEP分析资料(1°×1°),对2008年汛期(5-9月)发生在长江流域的重要降水天气过程进行了模拟和检验,结果表明:T639模式对一般性降水的雨区范围、位置及移动趋势都做出了较正确的预报,24 h小雨预报TS评分为56;对主要影响系统如高原槽、低空西南急流及西南涡和亚欧中高纬大尺度环流背景均有较准确的刻画;在各种物理量场检验中,反映暴雨动力结构的涡度场、散度场及全风速的模式预报性能稍差,反映水汽条件的比湿及水汽通量散度场预报效果较好。此工作对该模式的应用及进一步改进提供一些有意义的参考依据。     

用T213产品动力过程相似释用法制作暴雨预报

用MICAPS平台中的T213产品场与暴雨发生的初始、中间、结束过程相对应的三维空间物理量场的相似程度,根据场相似的数量综合判别分析作出有无区域暴雨的预报。预报因子选取涡度、散度、垂直速度和水汽通量散度,空间使用850、700、500hPa,时间上选取12、24、36h预报场。该方法实现了区域暴雨预报的客观化和程序化。根据天气过程分类建立的两类模型以场平均距离为依据,作出的暴雨预报检验效果令人满意,2004—2010年的5—10月7年平均预报准确率超过33%,具有较好的实践参考指导作用。     

河南省分县要素预报业务系统

本系统利用Ｔ１０６数值预报产品提供的１°×１°的预报场格点值。综合了诊断分析、回归分析、判别分析等多种预报技术，制作了河南省１１７个县站预报时效为２４～１２０ｈ的分级降水、最高温度、最低温度、风向、风速的预报方程，并在１９９９年和２０００年投入业务运行。     

淮河流域冬春季土壤温湿度异常对夏季降水的影响及其应用的研究

夏季降水异常与前期环流、下垫面异常有密切的关系 ,文中重点研究了淮河流域前期下垫土壤温、湿度异常对夏季降水的影响。提出了一种动力与统计相结合寻找影响降水的因子的方法 ,通过将大气中的热量、水汽收支方程与一个简化的两层土壤温度、湿度方程相结合 ,并依据月尺度大气环流的演变特征 ,推导出月降水距平与 5 0 0hPa月平均高度距平场、土壤深浅两层温、湿度的关系 ;并利用台站观测资料 ,使用统计反演方法确定方程中各项的系数和量级 ,从而找出影响降水的主要土壤温、湿度因子 ;利用统计方法建立这些因子与淮河流域夏季降水异常之间的简单线性预报方程 ,并对 1982～ 2 0 0 0年淮河流域夏季降水趋势进行回报 ,结果表明 :对淮河流域夏季降水趋势的预测有很好的效果 ,且更加明确了土壤温、湿度因子与降水异常之间的动力学联系。     

应用北半球大气环流系统预测中国降水量和气温

在普查影响中国降水量和气温的大气环流系统及其指数的基础上,选取高相关、独立性强的大气环流系统指数作为预测因子,采用过滤式的筛选因子方法,动态建立线性回归方法,构建区域月气候预测模型(Regional Monthly Climate Forecast Model,RMCFM),自主开发操作系统,设置人机交互界面,实现人机交流操作方式,并通过解释应用方法做出中国160个台站的月降水量和月气温预测。实践证明,RMCFM具备天气气候专家系统概念,具有运算速度快,结构清晰易操作等特点,预测准确率较高,应用RMCFM可提高区域气候预测能力。     

一个改进的汛期降水预报的热力学模式

本文在地气系统热平衡方程、土壤热传导方程和Ｇ．Ｗ．Ｐａｌｔｒｉｄｇｅ关于行星大气等效红外辐射温度参数化公式三个方程的基础上,建立了一个用于汛期（４－９月）降水预报的区域模式。它有效地修正了汤懋苍等提出的“一个长期降水预报的热力学模式”中存在的一些问题。     

分县客观定量降水预报微机自动化处理系统

本系统着重于T106数据预报产品的应用，采用最优子集回归方程，从气象卫星网上下发的T106数值预报产品中选取最优因子，建立了长治地区11个县市24h、48h降水预报多元回归方程。该系统采用VB5编程，建立了实时资料自动处理、分县客观定量降水预报自动制作、预报结果文本、图形输出等模块。该系统可直接挂接于MICAPS系统下，定时自动运行，无需人工干预。预报结果输出图文并茂，可供预报员参考。     

区间概率函数在晋城市降水概率预报中的应用研究

本文主要应用区间概率函数转换预报因子，经过相关比筛选。进行因子回归，构建分量级降水概率预报方程，同时应用T213L31数值预报产品统计释用方法，结合最优子集回归构造分时刻预报方程，最后进行概率预报。我们根据晋城气候区划，设计平川和山区两种降水概率预报方程。为晋城市开展降水概率预报提供了基础。     

广西分县逐日滚动温度预报业务系统研究

利用 T10 6数值预报产品及实时温度 ,建立用卡尔曼滤波方法制作全区 89站 2 4 - 72小时最高、最低温度预报业务系统 ,对使用结果进行分析并探讨成败的原因。     

客观预报方程中因子的选取及应用效果分析

利用因子选取及方程建立人机交互平台,建立了云南省125个气象站的降水、温度客观要素预报方程.对比试验表明,绝大多数组合因子都优于单因子,组合因子预报方程的质量普遍比单因子预报方程好.预报检验结果显示,干季的降水预报尚未达到可用程度,雨季小雨及中雨、大雨的预报有一定业务指导意义,对于反映中小尺度系统的暴雨天气预报效果较差,在因子的选择上还需要做大量细致的工作.温度预报具有一定的参考价值,但还有待进一步改进.     

集合动力因子对登陆台风“莫拉克”(0908)暴雨 落区的诊断与预报研究

“莫拉克”是2009年登陆我国热带气旋中影响范围最广、造成损失最大的台风.“莫拉克”带来的强降水导致台湾南部发生50年来最严重的水灾,福建、浙江等省的部分站点过程雨量超过50年一遇.因此,在台风暴雨(强降水)预报中,能否准确把握其落区就显得尤为重要.本文首先利用中尺度非静力数值模式WRF对台风“莫拉克”进行高分辨率数值模拟(三层嵌套,最高分辨率为2 km).模式较好地再现了台风中心的移动路径、强度;模拟的降水分布区域与实况也较为相符.利用再分析资料及模拟的高分辨率资料对暴雨成因进行诊断分析,表明造成此次强降水过程的水汽主要由西南季风输送,并且垂直运动旺盛,贯穿整个对流层.根据集合动力因子预报方法,运用广义湿位温、对流涡度矢量垂直分量及水汽散度通量对暴雨落区进行了诊断和预报,发现广义湿位温等值线的“漏斗状”区域与暴雨落区对应关系显著;基于NCEP-GFS每日四次的预报场资料,利用对流涡度矢量和水汽散度通量做出的降水落区预报表明,二者对降水落区均有一定的指示意义.强降水主要位于对流层中低层对流涡度矢量垂直积分量的梯度大值区附近,其时间演变与观测降水的演变具有相当高的一致性;水汽通量散度抓住了垂直运动和水汽散度这两个引发暴雨的关键因子,对降水的发生范围和强降水极值中心的判断更为准确.这三个动力因子都可以为“莫拉克”台风暴雨(强降水)落区提供信号,对台风暴雨落区具有一定的诊断和预报意义.     

基于特定因子的河南省干热风客观预报方法

利用2000—2014年5月1日到6月10日河南省121个气象观测站点的逐日观测数据、欧洲中心模式预报资料,对河南省干热风天气进行分析,总结了干热风天气形势分类模型,同时利用多元回归法建立了河南省干热风天气的客观预报方法。分析结果得出:河南省干热风天气发生主要形势为西北气流型、高压脊型和纬向环流型3类;通过多元回归分析筛选出日最高温度预报因子为前一日最高气温、当日最低气温、08:00气温、EC850hPa 24h温度预报,相对湿度预报因子为EC850hPa 24h相对湿度预报、前一日14:00相对湿度、当日08:00露点温度,风速预报因子为EC细网格过去3h10m阵风预报,建立温度、湿度和风速3要素的预报方程;利用预报方程对2014年预报时段的天气进行检验,结果表明,对于轻干热风预报的TS评分为62%,重干热风预报的TS评分为64%。