WRF模式物理参数化方案对一次局地大暴雨预报的影响研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3Dvar(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36、12、4 km嵌套网格进行快速更新循环同化和不同的微物理及积云对流参数化方案对比试验,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了研究。结果表明,快速更新循环同化地面观测资料是影响模式降水落区预报准确性的关键因素,不同的微物理和积云对流参数化方案主要影响降水强度预报。采用不同的微物理参数化方案和积云对流参数化方案进行降水预报对比试验表明,LIN方案和WSM6(WRF Single-Moment 6-class)微物理参数化方案对降水预报均较好,LIN方案降水预报较WSM6方案略强。4 km网格预报使用K-F (Kain-Fritsch)积云对流参数化方案或不使用积云对流参数化方案,预报的降水均较好。4 km网格使用旧的K-F积云对流参数化方案,预报的近地层大气风场偏弱,导致大气动力抬升作用偏弱,从而造成模式降水预报偏弱。     

贵州中尺度数值预报系统及其模拟试验

主要介绍了贵州中尺度数值预报系统、中尺度模式MM5以及业务情况。业务运行实践证明，系统具有较强的短期天气预报能力，对降水的量级和落区预报效果较好。选取4种积云对流参数化方案和两种边界层参数化方案对贵州汛期11个降水个例进行36h的降水模拟，经检验、分析和比较发现：各种方案预报效果的优劣在不同条件下有所不同，没有哪一种方案的预报效果是绝对最优的，总的来说：对50mm以下的降水，GR方案的预报效果较好，而KF方案则较差；对50mm以上的降水，BM、KF方案的预报效果一般较好；降水的模拟对参数化方案敏感。     

不同模式分辨率和物理过程方案对贵州降水影响的对比试验

利用MM5中尺度数值模式,在20,15和10 km模式分辨率下,采用相同的方案对贵州两次大暴雨过程进行数值模拟试验。然后选用KUO、GRELL、KAIN-FRITSCH和BETTS-MILLER(以下简称KU、GR、KF和BM)4种对流参数化方案,分别在MRF和Blackadar 2种边界层参数化方案下,对贵州汛期16个降水个例进行数值模拟试验,对模拟结果进行对比分析并与实况资料进行比较,结果表明:预报的降水落区对参数化方案敏感。随着分辨率的提高,降水分布与实况更接近。MM5模式的这4种积云参数化方案对环流的模拟较好,但模拟降水的效果有差别:对50 mm以下的降水,GR方案的预报效果较好,KF方案则较差;对50 mm以上的降水,BM、KF方案的预报效果一般较好;选择MRF或Blackadar的边界层参数化方案对降水预报效果区别不大。选择BM或KF积云对流参数化方案、混合相显式水汽方案、MRF边界层参数化方案和云辐射方案的组合,取得了优于其他组合的预报结果。     

东北冷涡背景下数值预报产品对内蒙古地区降水预报的检验和分析

收集2011年有代表性的4次东北冷涡过程的EC和T639模式的数值预报产品资料和常规观测资料及实况,进行形势场的天气学检验;选择T639、德国、日本数值预报模式降水产品,经过数据离散化、统一化处理后,针对东北冷涡天气背景,对内蒙古地区降水预报进行24、48h预报质量检验和分析。结果表明,EC和T639模式的形势场预报具有较高的参考价值,其中EC模式比T639模式稳定;T639、德国、日本模式的降水预报产品对冷涡降水具有一定的预报能力,但对各量级降水预报均存在空报和漏报现象,对中雨及其以上量级降水预报能力较差,各模式对东北冷涡背景下的强降水预报量级偏小。     

湖南省有限区域数值天气预报系统模拟试验

介绍了湖南省有限区域数值天气预报系统，该系统试用结果表明，系统具有较强的稳定性和实用性，降水的时空分布的预报效果较好。数值模拟试验结果表明，模拟降水预报对积云参数化方案、边界层参数化方案、辐射参数化方案等比较敏感。     

WRF中不同湿过程对青岛一次暴雨过程的预报性能检验

基于9 km分辨率的中尺度数值模式WRF,通过TS评分、降水空间分布和降水强度检验评估3种积云对流和7种云微物理参数化方案对2014年5月10日青岛地区的一次暴雨天气的预报性能。结果表明:在分辨率为9 km的模式中考虑KF、GD和BMJ积云对流参数化方案时,能够不同程度提高大雨和暴雨的TS评分,且GD方案模拟的降雨落区和强度更接近实况。7种云微物理方案对暴雨模拟效果相差不大,平均TS评分达到0.64,其中KESSLER方案预报性能最好,TS评分达到0.73,其次是WSM6、LIN和WSM5方案,但也大都表现出暴雨范围偏大、雨量偏强的特点。对于此次降雨过程,积云对流参数化方案的预报性能优于云微物理过程方案的表现。     

WRF模式对浙江2011年夏季降水和温度预报评估及其湿过程敏感性分析

检验评估是数值天气预报的一个重要组成部分,评估结果是模式改进及其产品解释应用的重要依据。利用全省1500多个包括区域自动站在内的站点观测资料,采用要素的空间分布、时间演变和统计检验3种方法评价了WRF模式对浙江省2011年夏季（6—8月）降水和温度的整体预报性能;在此基础上,进一步对比分析了不同湿过程参数化方案对梅雨典型过程的预报效果,探讨了不同微物理参数化方案和积云参数化方案对模式预报降水的影响。结果表明,WRF模式能基本预报出降水和气温的细致空间分布形态及整体演变趋势,对于主要降水落区、高温区具有较好的指示性;就浙江省区域平均而言,在实况出现较大降水期间模式预报误差较小,而在实况出现小到中雨期间误差较大,主要表现为降水量的高估和气温的低估;模式湿过程中积云参数化方案对降水影响明显,它可以导致整体雨带偏移,采用Betts-Miller-Janjic积云对流参数化方案的预报降水更接近实况。这些信息对改进模式的精细化预报能力和高分辨率数值产品的解释应用具有一定的参考作用。     

不同物理过程参数化方案对贵州降水预报的敏感性试验

利用我国新一代数值预报模式GRAPES，采用6个不同的参数化方案组合：即选择Kessler、NCEP3_class simple ice和simple ice（developed by LiuQijun，CAMS）微物理过程参数化方案和Kain-Fritseh（new Eta）、Betts-Miller-Janjie积云参数化方案形成6个组合，对2004年贵州汛期的降水过程进行48小时的预报试验，对预报结果进行对比分析并与实况资料进行比较、检验。结果表明：GRAPES模式适合对贵州的降水预报；积云参数化方案对降水的影响比微物理过程参数化方案对降水的影响大。simpleice方案与Betts-Miller-Janjie方案组合对贵州降水的预报较好，这些结果对提高GRAPES模式对贵州降水的预报能力有一定的参考意义。     

不同物理过程组合对台风“尼格”的降水预报试验

以2011年第19号台风"尼格"造成的海南岛强降水为研究对象,选取WRF3.0版本中多种不同积云参数化、微物理过程,边界层和陆面过程方案等多种组合进行敏感试验,采用TS和RMS评分检验,通过分析得到结论:积云对流化参数方案的选择对于海南岛的降水模拟影响最敏感,当积云参数化方案固定时与其他各种方案组合,选取WS3,WS5,WS6微物理过程方案时,相对效果较好,陆面过程和边界层方案的选取对降水模拟效果的影响相对较小。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。     

一次短期集合预报试验

数值模式中物理过程描述不准确是造成数值预报误差的主要来源之一，采用数值模式中不同物理过程的集合预报方案是减小模式预报误差的有效方法。本文结合一个典型的夏季东北冷涡型降水天气过程，选用不同的积云对流参数化方案、显式降水方案、辐射方案以及模式采用不同的地表分辨率构成10集合预报成员，进行了48h的预报。结果显示集合预报在总体预报效果上比各个集合成员的预报效果好，简单的集合平均就可以提高模式形势场和降水要素场的预报准确率。在集合平均提高预报准确率的同时，采用天气系统移动路径图、面条图以及降水概率预报等方法，可以增强小概率事件的预报能力。     

基于“配料法”的东北冷涡暴雨预报研究

利用1961—2014年中国东北地区200个气象站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了东北冷涡暴雨的气候特征,分析了低空急流、切变对冷涡暴雨的影响;诊断分析了可表征冷涡暴雨过程中水汽条件、动力条件、热力不稳定条件的比湿、水汽通量、水汽通量散度、散度、垂直速度、K指数等物理参数,研究了东北冷涡暴雨发生时上述各物理参数需要达到的阈值指标,利用研究的物理参数阈值指标以及低空急流和切变等配料因子构建了东北冷涡暴雨的"配料法"预报模型,结合ECMWF模式和T639模式数值预报产品将"配料法"暴雨预报模型进行了业务化应用试验及效果评估。结果表明,东北冷涡有66%会产生暴雨,冷涡暴雨多发生在7—8月;低空急流和切变对冷涡暴雨有触发作用,91.2%的冷涡暴雨发生时对流层低层存在急流或切变;基于"配料法"的冷涡暴雨预报TS评分比ECMWF模式和T639模式暴雨预报评分提高了7.4%和11.1%,且明显减少了暴雨的漏报率。     

MM5在上海区域气象中心数值预报中的改进和应用

以国家气象中心数值预报产品为依托, 根据上海区域气象中心计算机资源配置情况, 用NCAR-PSU/MM5V2作为动力框架, 确定了侧边界嵌套方案、积云参数化方案和边界层参数化方案, 研制了资料分析同化方法和预报结果后处理方法及产品显示软件, 建立了上海区域气象中心第五代数值预报业务系统, 可提供华东地区138个城市每3 h一次的地面要素预报.半年多准业务运行表明, 预报效果较好, 对区域内气象台站的业务预报有良好的参考价值.     

北京地区夏季多模式降水预报的降尺度集成应用

以2008—2010年5—9月日本、德国、T639数值预报模式降水产品为基础,采取反距离插值的统计降尺度分析方法,将数值预报模式降水格点数据插值到北京西北、东北、西南、东南区域的延庆、密云、房山、观象台4个典型代表站点上;再结合统计分析,将夏季产生降水的天气系统分为西来槽、东北低涡、蒙古低涡、其他系统4种类型,采用预报准确率定级方法对各家模式配以不等权权重系数,从而建立北京地区夏季多模式集成降水预报模型,并用独立的样本对预报模型进行了业务试运行检验,检验结果表明:所建模型对降水预报的改进效果较好,优于单个数值模式降水预报。该模型的建立和应用方法为其他区域本地释用数值模式降水预报产品提供了一定的客观参考。     

短期集合预报技术在梅雨降水预报中的试验研究

数值预报的误差来源于初始场和模式的误差,集合预报技术是减小这些误差的有效方法。该文以MM5模式作为试验模式框架,模式的积云参数化方案分别取Anthes-Kuo、Grell、Kain-Fritsch和Betts-Miller方案,边界层参数化方案分别取MRF和Eta方案,通过组合4种积云参数化方案和两种边界层参数化方案产生8个集合成员,对1999年华东地区梅雨期间3个降水个例进行48 h集合预报试验。结果显示不同集合成员的预报结果各不相同,积云参数化方案对降水的影响比边界层参数化方案对降水的影响大;不同集合成员预报降水的偏差也各不相同,大多存在湿偏差,量级小的降水的湿偏差程度比量级大的降水的湿偏差程度小;对于不同个例,各成员中预报效果相对较好的成员是不同的,集合平均后可以得到一个比较稳定的预报结果;从集合预报结果中还能得到客观化和定量化的降水概率预报,它能对可能发生的天气现象发出信号。     

2008年T213与德国降水数值预报产品对比检验分析

为了解各种数值预报的误差特点,更好地在预报过程中选择数值预报产品作为参考依据,将中国国家气象中心的T213降水预报和德国降水预报分别进行晴雨预报检验,对2008年5—8月期间东北地区降水资料进行对比分析。结果表明：两种模式24—120h预报正确率为60%—70%左右,随着预报时效的增加,正确率呈下降趋势,德国降水预报的正确率高于T213,两种预报漏报率均明显小于空报率,T213漏报率较低,为5%左右,德国降水预报空报率较低,为20%左右。对2008年4—6月出现东北冷涡过程的两种模式降水预报进行对比分析,发现德国降水预报正确率明显高于T213预报,对冷涡降水预报有一定的指示意义。     

2015年北京田径世锦赛开幕式天气的精细化预报与方法

重大活动关键时段的定点预报一直是天气预报服务的难点,因此对2015年北京田径世锦赛开幕式天气的预报思路和方法进行分析总结,结果表明开幕式天气采取了时间、空间逐步递进的精细化预报思路,每个阶段的预报重点、使用的预报方法和信息资料是不同的。短期预报以天气诊断和数值预报方法为主,应用多尺度数值模式和集合预报产品,预报出开幕式当天在东北冷涡背景下北京东部的强对流天气和鸟巢出现弱降水的可能性;短时临近预报依据高时空分辨率的探测资料、快速更新的同化产品和中尺度模式,采用多资料融合技术,对稳定度、水汽和阵风锋等多要素综合分析,预判雷暴的生消变化,跟进预报了开幕式鸟巢地区无降水,保障活动顺利举行。     

中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。      

2008年T213与德国降水数值预报产品对比检验

为了解各种数值预报的误差特点,更好地在预报过程中选择数值预报产品作为参考依据,将中国国家气象中心的T213降水预报与德国降水预报分别进行晴雨预报检验,对2008年5—8月东北地区降水资料进行对比分析。结果表明：两种模式24-120h预报正确率为60％-70％,随着预报时效的增加,正确率呈下降趋势,德国降水预报的正确率高于T213,两种预报漏报率均明显小于空报率,T213漏报率较低,为5％左右,德国降水预报空报率较低,为20％左右。对2008年4-6月出现东北冷涡过程的两种模式降水预报进行对比分析,发现德国降水预报正确率明显高于T213预报,对冷涡降水预报有一定的指示意义。