乌鲁木齐区域数值预报业务系统降水预报检验与评估分析

基于乌鲁木齐区域数值预报业务系统,运用Ts和Bias评分方法,对2012年9月1日—2015年8月31日逐日2个起报时次的逐6 h累积降水量的年与季节预报性能进行检验,并从空间上分析了2015年全疆站点逐6 h累积降水量在4个预报时段的评分特征。结果表明:(1)2个起报时次的降水评分相差较小,00 UTC起报略优于12 UTC起报,2015年系统改进了白天大量级降水的空报现象。(2)系统对晴雨预报较为准确,Bias接近1,空报、漏报率很小;随着降水阈值的升高,Ts评分减小,Bias变幅增大,空、漏报率也随之增加。系统对强降水过程以漏报为主。(3)系统的降水预报能力存在季节差异,夏季Ts评分最高,秋季次之,冬季最小;随时间模式对四季降水预报能力均有提高,降低了冬季大量级降水的漏报率和夏季大量级降水的空报率。(4)在新疆地区,08—14 BT(Beijing Time)、14—20 BT、20—次日02 BT空报站点数多于漏报,14—20 BT空报率最高;在02—08 BT整体呈漏报。(5)各站点整体来看,白天Ts评分高于夜间,山区及邻近地区评分高于平原地区;西天山评分略优于东天山,夜间晴雨预报有天山北坡漏报、南坡空报的趋势。     

乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统V2.0 预报性能客观检验

数值预报系统检验结果对预报产品的释用和系统的改进有着重要的作用。基于MET（Model Evaluation Tools）检验工具对乌鲁木齐区域高分辨率数值预报系统V2.0 (Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System—Central Asia V2.0，简称RMAPS-CA V2.0）在2021年各季节中的预报性能进行客观检验评估，主要检验了2m温度、10m风速、高空位势高度等要素，并与RMAPS-CA V1.0同期预报性能进行对比分析。（1）2m温度预报偏差在冬季和春季整体为负偏差，在夏季和秋季整体为正偏差；各个季节的平均预报偏差均在2℃以内，预报性能秋季最优，冬季最差。各个季节10m风速预报整体为正偏差且差异不大，平均误差在0.5-1.0 m/s之间，预报性能秋季最优，春季最差。（2）高空位势高度预报偏差在冬季整体为负偏差，在其余季节整体为正偏差，预报性能冬季最优，春季最差。高空风场预报偏差在冬季和春季400hPa以下为正偏差，400hPa以上为负偏差；夏季和秋季整体为负偏差，预报性能春季最优、夏季最差。高空温度场预报偏差在冬季整体为负偏差，其余季节整体为正偏差，预报性能春季最优、夏季最差。（3）降水晴雨预报效果较好，但除夏季外以空报为主；随降水阈值增大、TS评分减小，多以漏报为主，降水评分在冬季最高、夏季最低。从降水个例检验看，24h累计降水为大量和中量的国家站点预报性能有所提升，逐6h累计降水TS评分略有提升。（4）RMAPS-CA V2.0系统各要素预报偏差的变化特征与RMAPS-CA V1.0相似，预报能力整体上要优于RMAPS-CA V1.0。     

2016年乌鲁木齐区域数值天气预报系统预报性能客观检验

基于MET检验工具对乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS v1.0在2016年各季节中的预报性能进行客观检验评估,主要检验要素有2m温度、10m风、500hPa形势场等,并与2015年同期预报性能进行对比分析,结果表明：(1)2016年该系统对各个季节2m温度预报以冷偏差为主,午间偏低幅度较大;夏季性能最优,冬季性能最差。对10m风预报以正偏差为主,平均误差在1.0m/s以内;各季节预报性能无明显差异。(2)2016年该系统对500hPa位势高度和温度预报以负偏差为主;位势高度预报性能夏季最优、秋季最差;温度预报性能在夏季最优、冬季最差。24h预报时效的预报性能整体优于48h预报时效。(3)2016年晴雨预报效果较好,夏季降水评分最高、冬季最低。随降水阈值增大、TS评分降低,系统对夏季午后至夜间降水预报评分较高。(4)2015年各要素预报偏差的变化特征与2016年相似,2016年预报性能整体优于2015年。     

基于误差权重的站点降水订正预报方法研究

基于2018—2020年逐日修水国家基本气象站降水实况和模式降水预报数据,对ECWMF、NCEP、JMA、CMA-GFS、CMA-SH9等5种模式24 h及48 h降水预报进行了误差分析及检验。结果表明,总体上各模式24 h、48 h降水预报误差均以一个量级的正误差为主;各模式24 h降水预报误差小于48 h;CMA-SH9、JMA模式24 h、48 h预报误差均较小;总体上各模式24 h预报评分优于48 h;华东模式、日本模式24 h、48 h晴雨准确率均较高;CMA-SH9、ECMWF、NCEP模式24 h、48 h降水预报各量级风险评分均较高;JMA模式对24 h暴雨及以上量级降水可能具有一定的预报指示意义;总体上各模式24 h、48 h降水预报风险评分随量级增大而降低,空报率、漏报率随量级增大而增大;总体上各模式24 h、48 h小雨预报性能较优,中雨均易空报,大雨均易漏报,暴雨及以上降水均易空报与漏报。进一步通过引入滑动训练期,并基于平均绝对误差权重的多模式集成订正方案对降水预报进行订正,且对订正预报结果进行了整体及分季节评估检验。结果表明,相对多数模式,经订正后24 h、48 h降水预报性能总体上均有所提升,即提高了预报准确率,减小了预报误差,改进了晴雨准确率,提升了小雨—中雨的预报评分,提高了夏季48 h暴雨及以上降水的风险评分,并降低了其空报率;48 h降水订正预报效果总体优于24 h,春季及秋季降水订正预报效果总体优于夏季及冬季。     

基于WRF不同边界层方案的陕西气象要素预报检验

利用陕西省区域数值模式系统,通过对比WRF中两种大气边界层方案(MJY和YSU),对陕西省2021年7月地面和高空要素预报开展了对比试验。结果表明:地面要素预报上,MYJ方案的24 h累积降水量预报的空报率和漏报率都更低,TS评分更高,预报效果更好,逐小时降水量预报的BIAS评分随预报时效的增加变化更小,空报率、漏报率和TS评分也整体优于YSU方案,表明MYJ方案对降水预报的稳定性更好。两个方案的2 m温度和10 m风场预报存在正偏差,2 m比湿预报存在负偏差,即预报场的温度偏高、风速偏大、湿度偏干,YSU方案在2 m温度和10 m风场预报上效果更好,而MYJ方案在2 m比湿预报上效果更好。高空要素预报上,两个方案在各个高度层上对各个要素的预报各有优劣,其中YSU方案在高空风速预报上较MYJ方案更稳定。     

西北区域数值预报业务试验系统基本要素预报效果检验

利用全国地面及高空站点观测资料,对西北区域数值预报业务试验系统(northwest mesoscale numerical prediction system,NW-MNPS)2015年5月1日至2016年4月31日的预报结果进行检验分析,评估NW-MNPS模式对西北区域地面、高空要素及降水的预报效果。结果表明:NW-MNPS模式对西北区域气象要素预报整体效果较好,误差均在合理范围内。其中,对地面2 m温度预报白天偏低,夜晚偏高,昼夜差偏小;对2 m比湿预报白天偏高,夜晚偏低,昼夜差偏大;对10 m风速预报整体偏大。该模式对高空温度预报偏低,比湿预报偏高,风速预报低层偏大、高层偏小;对24 h降水预报,小雨、中雨的预报普遍偏多,而对大雨及以上量级的预报普遍偏少,尤其是大暴雨的预报。     

ECMWF极端天气指数在新疆强降水预报中的检验评估

使用2015年10月—2018年9月欧洲中期天气预报中心集合预报系统(ECMWF EPS)逐日降水极端天气指数(EFI)预报资料,分析新疆区域降水EFI产品与强降水的对应关系并得到预报阈值。结果表明:预报的EFI与实况降水量存在正相关关系,随着降水量增加,EFI预报结果具有线性增加趋势,说明EFI对强降水有一定的指示意义。各量级降水预报的最高TS评分随着预报时效的增加而减小,且随着降水量等级的增大而减小。不同季节暴量降水发生站次为夏季最多,冬季最少,对应的EFI阈值大都在0.4～0.6,夏季EFI值范围在0.2～0.7,夏季更易发生暴量降水。随着预报时效增加,暴量降水发生站点频次最多所对应的EFI值逐渐减小。随着降水量级增加,空报率减小幅度不大,但漏报率增加。     

东北冷涡背景下EC-HR数值预报产品对吉林省降水预报的检验分析

利用自动站逐时降水资料和EC-HR数值模式预报结果,检验了2019年5-8月6次东北冷涡背景下该模式对吉林省降水的预报效果.结果表明:EC-HR模式结果对冷涡天气过程的累计降水、降水阶段性和降水强度都有一定的参考价值;模式逐3小时晴雨准确率在吉林省的6个代表站均达到了70％以上,西部较高,东部和中部较低;大多数情况下模式降水起始时间提前于实况,误差多在6h以内;空报率高于漏报率,且漏报和空报的多为持续时间较短的降水阶段;模式对区域平均降水预报能力较强,比较有参考价值,模式对最大降水量的预报整体偏小.     

GRAPES_Meso V3.0模式预报效果检验

应用国家气象中心模式检验方法对GRAPES_Meso V3.0模式2008年2月-2009年3月的试验预报产品,如降水、中低层高度、温度和风场预报进行统计检验。检验结果表明:V3.0模式降水预报性能得到明显改善,年及四季平均的各级降水TS评分显著提高,除了秋、冬季的48h中雨和暴雨预报外,TS评分明显高于V2.5模式,但V3.0模式的预报偏差偏大,中雨以上偏大更明显。从预报的季节平均降水率分布来看,对秋、冬季我国东部24h降水预报偏小改进明显,对春、夏季强降水中心位置及强度预报也好于V2.5模式,但是48h降水预报明显偏大,逐日降水率演变图也印证了这一点。此外,V3.0模式对500hPa高度和风场及48h预报的850hPa风场和温度场改进显著,对于850hPa高度和温度的24h预报,除夏季外,其他季节预报效果优于业务模式。     

2002年冬季日本降水预报与咸宁同期降水实况的对比

读取2002年冬季(2002年12月至2003年2月)日本20时和08时12～24h、24～36h、24～48h、48～72h的降水预报结果(咸宁市温泉站)，并从定性和定量两方面与温泉站实况进行对比分析，结果表明：日本降水预报产品的预报正确率较高，具有一定的指导意义；相对而言，其空报少、漏报多；预报量级低于实况的要比预报量级高于实况的概率多；对强度较大的降水(大雨以上)不太敏感。     

两种模式在风电场风速预测应用中的对比

利用2011年12月至2012年11月贺兰山风电场测风塔实测资料和同期WRF、BJ-RUC模式预测结果,对2种模式在风速预测中的应用进行对比分析。结果发现,月尺度上,2种模式预测的风速月均值普遍较实测值高,且WRF较BJ-RUC更接近实测值;WRF预测的月平均风速标准差普遍较实测低,而BJ-RUC普遍比实测大;春季WRF预测效果整体上较BJ-RUC好,其它季节WRF预测的月平均风速均方根误差较BJ-RUC的小,但与实测风速的相关性较BJ-RUC与实测风速相关性差。日尺度上,凌晨至中午前后和傍晚至前半夜2个时段,2种模式预测风速普遍比实测值大,而中午至傍晚时分正相反,预测值普遍较实测小。2种模式对〉12 m·s^-1风速预测的均方根误差最小,其次是3~12 m·s^-1,〈3 m·s^-1风速预测的均方根误差最大,但BJ-RUC对3~12 m·s^-1范围风速的变化趋势把握能力较好。WRF和BJ-RUC都普遍低估了1~4 m·s^-1风速段的频次,对5~10 m·s^-1范围频次普遍明显高估,对10 m·s^-1以上风速,WRF预测频次较实测低,而BJ-RUC预测频次则较实测高。BJ-RUC对该区风向的预测能力较WRF好。     

T63月动力延伸预报产品的检验

采用NCEP/NCAR再分析资料和T63谱模式月动力延伸预报产品资料,对200、500hPa高度场及200hPa、700hPaU、V风场进行相关系数、距平、距平同号率、距平相关系数的分析,得出如下结论:月动力延伸预报产品对极涡、南亚高压、副热带高压预报能力较强,夏季副热带系统预报偏强,西风带系统预报偏弱;冬季西风带系统预报偏强,副热带系统预报偏弱。西风带和副热带系统的距平误差基本反映出影响我国年季气候变化主导系统的进退及预报误差。      

高精度高空风预报技术探讨

针对航天气象保障中高分辨率高空风的预报需求，利用欧洲数值预报、GRAPESGFS、导航探空数据，通过WRF模式直接输出、高空风模式产品融合、动力统计订正等方法实现了20 km以下逐250 m的高空风短期预报，并选择2019年11月—2020年3月进行试验，结果表明：U风预报好于V风；5～14 km高空风预报效果好于其它层次；在模式产品融合基础上进行的动力统计订正，预报效果最好，对于同层U、V风，4 m/s偏差内预报准确率为77.4%,6 m/s偏差内预报准确率为93.2%。     

CCSM4.0的长期积分试验及其对东亚和中国气候模拟的评估

本文利用通用气候系统模式CCSM4.0的低分辨率 (T31, 约3.75° × 3.75°) 版本进行了700年的长期积分试验, 将中国地表气温、降水及东亚海平面气压、500 hPa和100 hPa位势高度、850 hPa风场的最后100年模拟结果与观测和再分析资料进行了定性比较, 并对前三个要素的不同统计量值进行了定量计算, 系统评估了CCSM4.0对东亚及我国气候的模拟能力。结果表明, 模式能够合理模拟各变量的基本分布形态, 但幅度与观测有所差别, 其中地表气温的模拟效果最好, 降水的相对最差。具体而言, 地表气温空间分布型与观测一致, 但全年青藏高原地表气温模拟值偏高, 位于塔里木盆地的暖中心未能模拟出来; 降水空间分布型模拟较差, 除冬季不明显之外, 我国中南部全年都存在一个虚假降水中心, 并在夏季达到最强; 冬季东亚地区海陆热力对比大于观测, 夏季海平面气压场整体模拟效果不如冬季; 模式对冬、夏季500 hPa东亚大槽和西北太平洋副热带高压的主要特征刻画较好, 但模拟结果整体比观测偏强; 夏季100 hPa南亚高压强度与观测接近, 但高压范围及中心位置存在偏差; 850 hPa东亚冬季风和夏季风环流模拟较好, 但冬季西北气流偏强, 夏季索马里越赤道气流偏弱、我国东部西南气流偏强。总的来说, CCSM4.0对东亚和我国大尺度气候特征具备合理的模拟能力, 尽管在定量上还存在着不足。     

21个气候模式对东亚夏季环流模拟的评估Ｉ：气候态.

利用欧洲中期天气预报中心的40 a再分析资料(ERA40),评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCC AR4)的21个全球海气耦合模式对东亚地区夏季大气环流气候态的模拟能力.结果表明:(1)尽管各模式模拟性能差异较大,但模式对东亚地区海平面气压场(SLP)、850 hPa风场及500 hPa位势高度场的气候态均有较好模拟;整体来说,500 hPa位势高度场模拟效果最好,SLP场模拟相对较差;(2)SLP在高原上模拟存在明显不足;多数模式能较好模拟850 hPa纬向、经向风场的基本特征;500 hPa位势高度场各模式模拟偏差一致性的区域性差异不明显;(3)模式对东亚地区夏季两大环流系统模拟整体偏弱,西太平洋副热带高压模拟明显偏弱.     

东疆黑戈壁近地大气边界层气象要素季节变化规律

利用东疆红柳河黑戈壁下垫面陆气相互作用观测站2017年近地大气边界层梯度探测资料和红柳河气象站天气现象观测数据,分析该地区典型晴天条件下的近地层风速、温度和比湿的四季廓线特征。结果表明:四季近地层风廓线变化规律明显。典型晴天条件下,在0.5～4 m高度内风速随高度的增加而变大的速度较快,在4～32 m范围内,白天风速随高度增大较缓慢,但夜间出现快速增大;存在明显的夜间逆温,逆温层主要集中在4～32 m,冬季逆温强于夏季,晨间0.5～32 m间的温度差可达4.6℃,且红柳河四季的气温日较差均较大,秋季可达到15.7℃;夜间比湿高于白天,秋、冬季夜间逆湿层出现在10～32 m,其比湿差为0.15 g/kg左右,夏季无逆湿现象。