2016年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

文章对2016年9—11月T639、ECMWF及日本全球数值模式的中期预报产品进行了分析检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能,其中ECMWF模式预报效果最好。对副热带高压预报,ECMWF模式对脊线位置预报偏差更小,而T639模式对西脊点的位置把握更好。3个模式对850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,其中对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区。此外,3个模式对1614号强台风莫兰蒂中心位置和强度的120 h预报均存在不同程度的偏差,但ECMWF模式在台风发展后期能较好地预报出台风的移动方向。T639模式对寒潮地面冷高压强度的预报效果优于ECMWF模式。     

2016年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2016年6—8月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,其中ECMWF模式预报效果最好。对于副热带高压,ECMWF和T639模式均能较好地预报副热带高压移动趋势,但具体过程存在不同偏差,ECMWF模式偏差较小;3个模式中期时效均能报出四川盆地的持续高温过程,且对北方850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,ECMWF和JP模式对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区,T639模式对南方温度预报偏差较大,ECMWF模式综合预报效果最好。对台风妮妲,ECMWF模式预报与零场较为接近,T639模式误差较大。     

2016年12月至2017年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2016年12月至2017年2月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,其中ECMWF模式预报效果最好。3个模式对850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,对南方地区温度变化的预报能力优于北方地区;T639模式对北方地区的温度预报存在整体偏低的误差,而JP模式对南方地区的温度预报整体偏高,ECMWF预报综合效果最好。对于2017年2月影响全国的寒潮天气过程中地面冷高压的预报,T639模式对地面冷高压中心强度的预报效果优于ECMWF和JP模式,ECMWF模式对高压中心位置预报较为准确,T639和JP模式对高压中心位置预报均存在明显偏差。     

2017年12月至2018年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2017年12月至2018年2月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,其中ECMWF 模式预报效果最好。3个模式对850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,对南方地区温度变化的预报能力优于北方地区;T639模式对北方地区的温度预报存在整体偏低的误差,而JP模式对南方地区的温度预报整体偏高,ECMWF 预报综合效果最好。对于2018年2月全国寒潮天气过程中的地面冷高压预报,T639模式对地面冷高压中心强度的预报效果优于ECMWF和JP模式,ECMWF模式对高压中心位置预报偏弱、偏东,T639和JP模式对高压中心位置预报亦存在明显偏差。     

2017年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2017年9—11月T639、ECMWF及日本(文中简称JP)数值模式的中期预报产品进行了分析和检验,结果表明：三个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。在中期时效内ECMWF能够较好地预报副热带高压的南北摆动和东西移动趋势,T639模式对副热带高压位置的预报易偏北。对850 hPa温度场,ECMWF模式的平均预报误差较小,预报性能较好,T639（JP）模式预报较实况偏低（偏高）。三个模式对台风玛娃中心位置的预报较零场偏西偏南,强度预报均偏弱,其中ECMWF模式对台风转向有所体现。对于冷空气过程中的海平面气压场预报,ECMWF模式对冷高压的强度预报与零场更为一致,而T639和JP模式的预报偏差较大。     

2017年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2017年6—8月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验,结果表明：三个模式对欧亚中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,能较准确地反映出欧亚地区中高纬大尺度环流形势的演变和调整,表现出较好的中期预报能力。ECMWF和T639模式在中期时效能够较好地对副热带高压的南北摆动和东西移动趋势进行预报,其中ECMWF的预报偏差更小且模式对于盛夏副热带高压西伸脊点的预报优于初夏。ECMWF和T639模式对全国大部分地区温度预报偏低,ECMWF模式的预报效果最好,而JP模式温度预报偏差相对较大,各模式对温度的升降波动预报较为准确。对强台风天鸽,三个模式对台风强度的预报均偏弱,其中ECMWF模式相对更准确地把握了台风的强度变化和移动路径,综合预报效果最好。     

2014年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2014年9—11月T639、ECMWF（文中简称EC）及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了对比分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变及850 hPa温度转折性变化具有较好的中期预报性能,但对北方的温度预报偏差明显大于南方。对于副热带高压脊线的位置,T639和EC模式都有较好的预报能力,EC模式比T639模式偏差小。EC模式对于1416号台风凤凰的路径及强度预报效果与零场接近,T639和JP模式预报与实况相差较大。T639和EC模式对有利雾霾发生的静稳天气形势均有较好的中期预报能力,但对驱散雾霾的冷空气,EC模式预报与零场更加一致。     

2016年3—5月T639、ECMWF及日本 模式中期预报性能检验

对2016年3—5月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,其中ECMWF模式预报效果最好。3个模式对850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,其中对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区,ECMWF综合预报效果最好。此外,选取了2016年3月3—5日的沙尘天气过程进行个例分析,发现T639和ECMWF模式对此次过程的地面高压系统的中期预报指示意义较好。     

2017年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

文章对2017年3—5月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：T639模式和ECMWF模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能。T639模式和ECMWF模式对850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,其中对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区,ECMWF综合预报效果最好。此外,选取了2017年5月3—7日的沙尘天气过程进行个例分析,发现ECMWF模式对此次过程的海平面高压系统的中期预报指示意义较好。     

2018年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2018年3—5月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：三个模式对欧亚中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,能较准确地反映出欧亚地区中高纬大尺度环流形势的演变和调整,表现出较好的中期预报能力。在副热带高压偏弱的背景下,ECMWF和T639模式在中期时效能够较好地对副热带高压的南北摆动进行预报。三个模式对我国南方和北方的温度预报偏高,其中春季前期温度变化较大,预报效果较差,4月下旬至5月气温变化平稳,预报效果略好。整体而言,各模式对温度的升降波动预报较为准确,ECMWF模式的预报效果最好。对3月27—29日的沙尘天气过程进行分析发现,ECMWF模式对此次过程低压中心和后部冷高压的中期预报指示意义较好。     

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。     

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。     

中尺度和云模式嵌套试验

利用嵌套Mesoscale Analysisand Process System（MAPS）模式提供离作业时间最近的湖北省77个县站大气层结状况，以弥补积云模式对于探空层结信息的需求；根据天气类型分析，获取湖北全省县站级一维积云模式初始扰动参数。20次嵌套试验统计表明：中尺度MAPS模式和积云模式的嵌套实现了多站点积云群的模拟，县站级降水预报和实际雨量偏差小于20％的站点数占到总数的58．2％；以2003年7月9日湖北省降水为例，利用嵌套模式对全省77个县站进行嵌套试验，结果表明：模式嵌套尤其有利于午后积云降水模拟，通过自然模拟计算和多站点积云群催化对比分析，能够较好地提供县站级增雨潜势量化预测。     

通城县一次暴雨洪涝淹没个例的模拟与检验

依据蓄满产流平衡原理,分析通城县2011年6月10日的致灾面雨量.以致灾面雨量、DEM数据为基础数据,利用GIS暴雨洪涝淹没模型,对通城县6月10日强降水造成的洪涝淹没水深、范围进行模拟,并利用实际灾情对模拟结果进行检验分析.结果表明,通城县全县均有不同程度的淹没,淹没区主要分布在沿河道两旁及地势低洼地区;淹没水深集中在0.5～2 m,占总淹没面积的35％,淹没模拟结果与实际灾情较为吻合.     

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。     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

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.     

4种蒸发波导模型的对比与分析

蒸发波导模型常用来计算海上蒸发波导高度。为了认识当前不同蒸发波导模型之间的差异和方法,本文选取了目前使用广泛的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行对比和分析。本文首先探讨了在理想情况下它们对气象要素的敏感性,随后并利用我国南海近海大气层观测试验数据对比了这4种模型的蒸发波导高度计算结果。分析表明:相对湿度、风速和气—海温差的变化对4种模型的计算都有着较大的影响,特别是在不稳定层结状况下,4种模型计算得到的蒸发波导高度都随着相对湿度的增大而降低、随着风速的增大而增高。Babin模型和NPS模型计算的波导高度较为一致,伪折射率模型与前两种模型的计算结果存在差异,而P-J模型与其他3种模型存在较明显的偏差。基于南海气象数据的计算结果表明,不同蒸发波导模型在该海域蒸发波导的模拟结果略有不同,但4种模型计算得到的波导高度日变化变化趋势较为一致,波导高度极低值常出现在早晨,而极高值常出现在傍晚。     

系统辨识(8):耦合辨识概念与方法

耦合辨识是系统辨识的一个重要分支,是新近发展和提炼形成的一种辨识概念,主要用于研究结构复杂的参数耦合线性和非线性多变量系统的辨识问题.辅助模型辨识思想、多新息辨识理论、递阶辨识原理、耦合辨识概念是本文作者提出的一些新的辨识研究思路、理念和方法,分别能够用于研究存在未知过程变量的不可测系统的辨识,能够提高辨识方法的收敛速度和参数估计精度,能够解决结构复杂、大规模多变量系统及参数耦合多变量系统的辨识问题、减小辨识算法的计算量.首先介绍多变量系统耦合辨识概念,在此基础上讨论多变量系统的几种(全)耦合最小二乘辨识方法、(全)耦合随机梯度辨识方法、部分耦合随机梯度辨识方法、部分耦合最小二乘辨识方法等,最后说明耦合辨识方法可推广用于有色噪声干扰多变量系统的辨识,并列出了一些多变量系统模型结构,阐述了耦合辨识概念可以结合辅助模型辨识思想、多新息辨识理论、递阶辨识原理、迭代搜索原理(梯度迭代、最小二乘迭代、牛顿迭代)等来研究线性或非线性多变量系统的辨识问题.     

数值预报产品检验和评估

通过国家级数值预报T213模式、EC模式下发产品对影响海南的热带气旋主观性检验结果表明,T213模式不管是对稳定路径还是转折路径的热带气旋在生成、移动路径以及登陆点都与实况相差很大;而EC模式对不管是转折还是稳定路径的热带气旋,都能够对移动路径、登陆点以及转折点都能够做出准确的预报;而在客观性检验的结果中也可看出T213模式和EC模式的预报能力的优劣性。因此,总体来说,在热带气旋的数值预报产品中,EC模式的预报能力明显比T213模式强,具有很高的参考意义。另外在温度场的预报中,T213模式相对于MM5模式,其预报能力具有一定的可信度,在日常预报中具有参考价值。