T106与T63 500 hPa数值预报产品对天气系统预报能力的对比分析

目前我国中期数值预报产品已由T63改为T106模式,为分析T106模式对天气系统的顶报能力,并与T63模式的预报能力进行比较,在已对1996年8月T63数值预报产品进行检验的基础上,本文对1997年8月T106 500 hPa24～144h数值预报产品用相同的检验标准进行检验,并与T63产品的检验结果进行比较。     

数值模式预报调整趋势分析

对不同时效预报的调整趋势进行分析,是预估预报误差和对预报进行订正的一种思路。为了系统性检验这一思路的有效性,本文定义了西风槽强度和位置指数,以及西北太平洋副热带高压(简称副高)强度和位置等指数,运用2011年4月以来的500 hPa位势高度场预报资料,研究对比了ECMWF(简称EC)和T639模式对副高和我国不同区域西风槽的位置和强度,72 h时效内对同一时刻不同时效的预报,随预报时效的临近,预报调整趋势之间的相关性和一致性。研究结果显示,EC和T639模式对副高的预报,都存在西脊点偏东、范围偏小、强度偏弱和北界偏南的系统性偏差,且时效越长偏差越大,T639模式的偏差明显大于EC模式,但相关性分析和方差分析表明,不同时效的调整趋势之间并不存在较为显著的相关性,即不同时效的预报并没有较为明显的、一致的调整趋势。另外,副高的预报误差与西脊点所处的经度有关,从东印度洋到菲律宾以东洋面,西脊点越往东,预报误差和系统偏差越小,但西脊点位于不同的经度区间时,不同时效的调整趋势之间同样没有明显的相关性,且整体上以负的协方差为主。对于西风槽,两家模式北方槽的误差都明显大于南方槽的误差,强度的误差较小,且T639的误差明显大于EC模式,相邻时效的调整趋势之间以负的协方差为主,说明随时效的临近,槽的位置并没有较为一致的调整趋势。同时不同时期预报调整趋势之间的相关性分析显示,模式版本的升级,并没有改变调整趋势之间几乎无一致性的特征。     

基于BP人工神经网络的区域温度多模式集成预报试验

基于T213L31、T106L19和欧洲中期预报中心数值预报产品,应用BP人工神经网络技术,建立了850 hPa高度区域温度集成预报模型,并进行了检验.结果表明:该模型能比较准确地预报强冷空气活动过程中冷中心及温度槽脊的位置和强度,预报结果的平均绝对误差明显小于3个子模式,预报场与实况场的相关程度明显高于3个子模式,预...     

T106数值预报产品误差检验和分析

运用国家气象中心数控室提供的T106数值产品资料,分别对1997年夏季(7-8月)预报场中的5个要素、5个时次、3个层次、4个关键区的预报值和分析值进行对比分析,检验结果对于在业务预报中进一步用好T106数值预报产品,指导业务预报,具有重要的意义.     

T63L16气候模式预报能力的空间尺度分布研究

采用球谐谱展开和方差分析方法,利用1970-2003年NCEP再分析500 hPa高度场资料和国家气候中心T63L16月动力延伸预报业务回报1982-2002年的结果,研究了T63L16模式逐日预报可预报能力的空间尺度依赖特征和对于中期预报的可预报稳定分量.分析表明,T63L16模式预报能力在总波数n上具有各向同性,其主要的误差发生在波数为5-10的天气尺度波.基于对T63L16气候模式500 hPa位势高度场球谐系数内部方差和该物理量气候外部方差之比R演变特征的分析,本文定义了模式26-40 d预报的方差比的平均作为R的临界值来定量地确定T63L16模式对不同空间尺度气象场的可预报期限,并引入波能谱为权重系数研究了模式可预报期限与纬向波数和总波数的关系.结果显示该模式的逐日可预报期限与纬向波数和总波数、以及季节均有关系.可预报期限在整体上随着空尺度的减小而逐渐缩短,但并不是纯粹的单调递减;对于纬向2波分量的可预报期限比3-5波要短,町能是由于该模式对表征东亚大槽和北美大槽的2波的刻画相对不够好.另外,对季节平均的中期预报可预报稳定分量的考察表明,就全球而言,对于提前6 d以上的预报,夏季具有的可预报稳定分量为纬向波数小于12或总波数在17以内,其他季节为纬向波数小于7或总波数小于13;对于提前11-15 d的预报,冬夏两季的可预报稳定分量为纬向波数小于5或总波数小于10,春(秋)季节为纬向波数小于3(2)或总波数不大于8(7).这为针对该尺度发展新的预报策略和方法、改进预报效果,提供了依据.     

T639和EC模式对内蒙古主要天气系统的预报性能检验

利用2012年T639和EC模式500hPa高度场预报产品及ECMWF客观再分析资料,采用天气学检验方法,对内蒙古主要天气影响系统之西风槽、贝加尔湖冷涡、蒙古冷涡和东北冷涡数值产品的预报性能进行检验。检验结果表明:T639和EC模式产品对内蒙古影响系统具有较好的预报性能,36h内的预报性能更为显著。EC模式产品预报准确率优于T639模式产品,但对内蒙古东部地区影响系统的预报稳定性相对较差。T639模式产品在36h的预报能力比较高,对影响系统的生成时间、槽线位置、移动速度及中心强度4项检验指标预报准确率均在80%以上。EC模式预报产品,48h内对影响系统4项检验指标预报准确率均在80%以上。随着预报时效延长,T639和EC模式产品预报能力均有所下降。两套模式产品与实况相关系数空间分布在各时效均具有显著的相关关系,并且对应相关系数空间分布,T639和EC模式产品标准差的大值中心与相关系数的低值中心基本一致。     

2007年12月至2008年2月T213、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了解中期数值预报模式性能,提高中期预报水平,针对2007年12月至2008年2月T213模式96小时预报产品进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式96小时预报性能进行了对比分析.结果表明,三个模式的96小时预报对亚洲中高纬地区大尺度环流形势演变和重大调整有较强的预报能力,对于转折性天气的预报有较强的指示意义.综合分析来看,ECMWF模式对西风指数、850hPa温度变化、500hPa环流形势及南支槽的预报误差最小,日本模式次之.     

2012年12月至2013年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2012年12月至2013年2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:三家模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有一定的预报性能,但都存在随时效增长的系统性偏差,比较而言,EC模式的预报最接近实况。对于850 hPa温度场,EC模式在北方地区的预报误差小于JP模式,而在南方地区则相反,T639模式在南方和北方的预报误差都是最大的。对于东北地区较弱的冷空气过程,日本模式的预报表现最优,T639模式对冷高压的强度预报明显偏弱,且位置明显偏南,EC模式的预报也较零场略偏弱,位置略偏北。     

T639数值产品对影响新疆主要系统的预报检验评估

使用T639L60模式2009—2010年1°×1°分辨率72 h预报时效内的高度场预报产品及ECMWF客观分析场,采用天气学检验方法,对新疆主要天气影响系统(西西伯利亚低槽、乌拉尔大槽、北方横槽和中亚低值系统)数值产品的预报能力进行检验。主要从影响系统生成时间、中心强度、槽线位置、移动速度4个方面进行检验。检验结果表明:T639模式对新疆影响系统具有较好的预报性能,尤其对48h内的预报能力非常高。但因影响系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,对越深厚的低槽系统,T639模式的预报效果越好;T639产品对西西伯利亚低槽和乌拉尔大槽出现时间预报偏早的较多,而北方横槽和中亚低值系统偏晚的多;对西西伯利亚低槽和中亚低值系统槽线位置预报偏快的较多,而乌拉尔大槽和北方横槽偏慢的多。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅰ:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差,文中在36a NCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了200,300,500和700hPa4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型.对1996年12个月所做的预报试验表明,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T42L9模式动力预报.用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正,则使该谱模式系统性预报误差显著减少,也大大减少了其预报高度场的均方根误差,相应地,高度场距平相关评分也有一定程度的提高,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息.     

辽宁地区“8.16”特大暴雨过程数值预报产品检验

利用地面气象站和探空观测资料,对2013年8月16日辽宁地区特大暴雨过程数值模式预报的产品进行检验和对比分析,主要包括降水、500 h Pa位势高度场和副热带高压指数等。结果表明:一般性降水预报准确率T639模式整体优于EC模式,暴雨预报平均准确率EC模式略高于T639模式,T639模式和EC模式降水预报正负距平出现位置近似。多个数值模式对清原站主要降水时段(8月16日11—23时)的降水预报明显偏弱,WRF模式预报的全省3 h最大降水量远大于实况,T639模式和EC模式预报的降水量级均明显小于实况。EC模式和多模式集成72 h内降水落区与强降水中心位置的预报相对较稳定,过去15 d的滑动平均检验结果对降水预报具有一定的指示意义,72 h内EC模式的特征线预报一致性明显高于T639模式,对于辽宁省大部地区及上游高空槽附近EC模式降水预报的离散度小于T639模式。     

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。     

台风路径数值预报模式的并行化及路径预报误差分析

国家气象中心台风路径数值预报模式经过串行优化及程序并行, 成功地实现了在国产超级计算机神威上的并行运算, 并可满足业务时效要求。基于并行程序及神威机计算平台的台风路径数值预报业务系统于2002年6月30日投入实时运行, 其初估场与侧边界条件从T106L19模式产品升级为T213L31模式产品 (称为基于T213台风预报系统, 原串行系统称为基于T106台风预报系统)。通过对2002年夏秋季台风路径的检验, 总体来看, 基于T213台风预报系统48 h内的平均路径预报误差小于基于T106台风预报系统的路径预报误差。对西行及西北行登陆的台风, 基于T106台风预报系统的48 h预报好于基于T213台风预报系统的预报。对于转向台风而言, 转向后的预报, 基于T213台风预报系统的预报要好于基于T106台风预报系统的预报, 有效地减小了基于T106台风预报系统对转向台风路径预报的系统性误差:即台风转向后预报路径较实况路径偏西。     

长治市高温天气分析预报

对长治市1977～2004年6～8月大于等于35℃高温天气的地理分布特征、时间和强度等进行统计,给出了高温天气的气候背景。从500hPa环流着手,分析了造成高温天气的4种环流形势(两槽一脊型、纬向环流型、大陆暖高型、副高控制型)和风、云、降水等气象要素与高温天气的内在联系。通过850hPa高温预报指标站的选取及数值预报产品的统计分析,给出了高温天气的综合预报模型,在防灾减灾中起到了积极的气象保障作用。     

基于Kalman滤波的副热带高压数值预报误差修正

利用Kalman滤波方法，对T106数值预报产品进行了误差修正和预报优化。用1995-1996年夏季（5-8月）T106数值预报产品资料建立预报模型，并提供递推参数初始值，其后以1997年夏季（5-8月）T106资料为独立样本对副高面积指数和脊线指数进行动态订正预报。预报效果的对比分析表明，Kalman滤波方法较其它统计预报方法的自适应能力更强。能够对预报对象提供更为准确、有效的跟踪和描述。对数值预报产品的副高预报误差修正效果良好。     

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.     

2011年12月至2012年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2011年12月至2012年2月T639、ECMWF及日本模式的中期预报产品的预报性能进行天气学检验和对比分析。结果表明：三家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整、演变及对流层中低层温度变化具有较好的预报能力。EC模式对西风指数和850 hPa温度的预报最接近零场;日本和T639模式次之。对冬季南支槽的预报,EC模式效果较好,T639和日本模式预报强度偏弱。三家模式对地面冷高压中心强度的预报均存在不同程度的偏弱,日本模式预报误差最小,T639模式和EC模式误差相对较大。     

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。     

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。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验I:纬向平均环流的预报

为克服数值模式普遍存在的纬向平均环流预报误差 ,文中在 3 6aNCEP/NCAR再分析高度场资料的基础上 ,应用非线性时空序列预测理论的局域近似法构建了 2 0 0 ,3 0 0 ,50 0和 70 0hPa 4个等压面上的月尺度逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报模型。对 1996年 12个月所做的预报试验表明 ,无论是南、北半球中高纬度地区还是低纬度地区 ,非线性模型的候纬向平均高度预报结果均优于持续性预报、气候预报和T 42L9模式动力预报。用非线性结果对T42L9模式月平均高度场预报结果进行订正 ,则使该谱模式系统性预报误差显著减少 ,也大大减少了其预报高度场的均方根误差 ,相应地 ,高度场距平相关评分也有一定程度的提高 ,表明纬向平均高度的非线性预报比谱模式动力预报包含了更多的有用信息