渤海中南部突发性大风成因分析及预报思考

利用常规资料、自动气象站、风廓线、ERA Interim 0.25°×0.25°再分析资料、EC-thin和TJwrf模式结果,对2017年11月23日夜间渤海突发性大风成因进行了诊断分析,并探讨短期时效的预报失败原因及订正思路。研究表明:(1)高空动量下传是风速快速增长的原因,较强的高层动量下传及风速垂直切变明显增强了近地层风速的突发性和对流性;(2)大风过程冷平流强度的增强直接造成地面增压,前期增温使冷锋过境时锋区强度加大地面气压梯度加强,风速变化与最大变压梯度对应,大风区位于正变压梯度中心;(3)由于前期增温导致补充冷空气过境前层结不稳定伴有上升运动,有利于空气的垂直能量交换;(4)数值模式因对地面高压强度及移速的预报偏差,导致模式对于渤海23日风场预报大幅度偏弱。     

对一个西北太平洋上冷锋结构和锋生过程的分析

为做好海上危险天气系统的预报，利用GMS(Geostationary Meteorology Satellite)-5红外卫星云图和美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的航空FNL(Final Analysis)资料对2003年1月3日至4日发生在西北太平洋上的1个典型冷锋结构和相伴随的锋生过程进行了研究。卫星云图显示，该冷锋于2003年1月3日00UTC形成于西北太平洋上空，与锋面相伴随的云带呈东北-西南走向，东起日本岛西南部，西至台湾岛以西。该冷锋于1月4日04UTC在西北太平洋上空消亡。FNL资料分析表明，在锋区内存在1个较大的水平温度梯度带，水平风切变明显。该冷锋在垂直方向上具有明显的“鼻状”结构，“鼻尖”约在900hPa高度上。分析发现锋生函数呈水平带状分布，其后缘基本上与海洋冷锋相重合。900hPa以下的低空锋区内剪切项起主要的锋生作用，850hPa以上的高空锋区内拉伸项起主要的锋生作用，而扭转项与锋生函数的特征一致——锋生作用在锋前最为显著。     

冷空气过程对黄海东海区域海洋大气边界层结构影响的个例分析

利用一次冷空气过程的14组GPS探空数据,采用位温梯度法确定了冷空气过境前后大气边界层高度,并分析了冷空气过程对大气边界层结构的影响。结果表明:冷锋过境加大了海洋大气边界层的静力不稳定度,使边界层内对流活动增强,且锋面过后距离锋面越近的区域边界层的静力不稳定度越大;冷锋过境使边界层的平均高度升高,边界层顶处逆温梯度增大。结合ERAInterim再分析资料,分析认为大气边界层高度与静力稳定度(海气温差)存在显著的正相关关系(相关系数达0.73),海气温差越大,大气边界层高度越高。     

黄、渤海冷空气海浪场的集合预报试验

利用欧洲集合天气预报系统51个预报风场驱动SWAN海浪模式,对黄、渤海2013年12月-2014年2月期间受冷空气影响的海浪场进行数值模拟试验,并利用浮标观测资料对海浪集合预报结果进行初步检验分析,结果显示:从逐时平均偏差结果可知,24h预报时效内集合平均与控制预报性能相近,48~72h预报时效内,集合平均明显优于控制预报,但均比实况偏小;集合分位值(75、90百分位值和极端值)明显优于集合平均,且预报时效越长,优势越明显,集合预报极端值与实况相当或略偏大;从逐24h平均偏差结果可知,集合分位值(75、90百分位值和极端值)比集合平均和控制预报更接近实况。总的分析表明:集合分位值(75、90百分位值和极端值)对受冷空气影响的海浪场具有较强的分辨能力,可以提高对海浪场的预报水平,且有较好的应用潜力。     

一种利用浮标站资料改进海浪模式有效波高预报的方法

基于浮标站海浪历史数据,利用回归分析方法建立了海浪数值模式有效波高预报产品的一元二次回归方程订正统计模型。通过2017年7月1日-2018年10月10日期间业务试运行结果发现:订正方程能有效改善有效波高数值预报产品的预报精度,且预报时效越短订正效果越显著。其中,第6~11 h预报时效内的订正前后平均绝对误差值减小0.17~0. 241 m,第6~18 h预报时效内订正前后均方根误差减小幅度为0.103~0. 28 m。这说明应用订正统计模型对海浪模式输出产品进行订正,也是改进海浪模式预报准确率的一种有效途径。     

“130318”渤海强风天气成因分析

应用国家自动气象观测站资料、常规观测资料和NCEP 1°×1°气候预测系统再分析资料,分析了2013年3月18日发生在渤海海域的一次强风天气过程,并剖析了其成因。结果表明:此过程为冷锋影响下的偏北大风,大风影响过程中,自上而下形成了冷平流的传输通道,冷空气向低层迅速传播,造成近地面层强冷平流,是强风产生的重要原因,同时冷空气影响时,强烈变压引起的变压风是强风产生的另一重要原因。另外,前期增温使得冷锋来临时锋区强度加大,从而引发强风。当冷锋过境,垂直锋面的次级环流导致强烈的动量下传也是造成瞬时强烈阵风的重要原因之一。     

几个风暴潮预报模型的实例

对给定的地点,可应用几种定型的模型正确地预报潮位。然而,在风暴条件下,潮位的观测值和预报值之间存在着差值,这个差值称作风暴潮。对位于塞纳河河口的勒阿弗尔港,同时用二种风暴潮预报模型:自回归模型和一种需用当地风、气压资料的模型。 自回归模型能用来作时效为5小时的预报;用勒阿弗尔气象台36小时内的风,气压的预报值,便可用第二种预报模型,给出39小时时效的风暴潮预报。     

基于POMgcs模式中国海及邻近海域三维温盐流数值预报海面温度的检验分析

对基于POMgcs海洋模式建立中国海及邻近海域三维温盐流数值预报系统的海面温度产品,进行检验分析。利用2011年预报的月平均海面温度数据同卫星观测的月平均海面温度资料相比较,发现三维温盐流数值预报系统预报偏高。此外,分别利用2011年GTS海洋观测海面温度数据和2012年2、3、4月份卫星融合海面温度数据,与该系统海面温度预报逐日产品进行检验分析。检验结果表明:预报精度随着预报时效逐渐降低;预报海面温度高于观测值1℃~2℃。     

台风“海马”对吕宋海峡附近暖涡的影响及其动力机制

台风和海洋涡旋相互作用,对台风路径和强度的预报和预警具有重要的意义。本文根据2016年第22号超强台风"海马"登陆前后在吕宋海峡附近海域的水文要素现场观测,结合卫星遥感资料,分析了台风过境前后位于吕宋海峡北部的中尺度暖涡内海洋物理要素的分布及其对台风的响应特征。结果表明,处于台风边缘的暖涡并没有因为台风过境产生的强冷抽吸作用而被削弱;反而因台风边缘产生的较强的负风应力旋度异常,导致此区域上层暖海水辐聚下沉、混合层厚度增加,从而增强了该暖涡。台风过境前后,暖涡内热含量的变化也证实了该涡旋的增强。而离台风中心较近的暖涡,则受到强的正风应力旋度产生的冷抽吸作用而被削弱。此次观测研究丰富了台风和涡旋的相互作用物理机制探索,为台风预测预警提供了现场观测数据支持。     

环渤海区域强风的特征及变化分析

利用2000—2012年环渤海区域57个台站大风资料,首先在确定区域强风天气标准的基础上,利用天气学分型方法分析了环渤海区域强风的特征等。结果表明:环渤海区域强风主要集中在冬半年,其中3—4月为多发月份。强风一般持续半天到两天。强风最大风速多为北风,主要集中在渤海西部天津到河北南部和渤海海峡到成山头一线两个区域。影响环渤海区域强风的天气类型主要有低槽冷锋、温带气旋、东高西低和台风4类,其中以低槽冷锋最为常见,温带气旋类次之。北路低槽冷锋和黄河气旋在强风过程发生初期往往高(低)压天气系统强度较弱,但造成的强风天气不可忽视。最后对低槽冷锋类区域强风的天气图预报指标进行了分析。     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner(SW)方案与Forecast Systems Laboratory (FSL)方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环(hourly update cycle,HUC)业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示:在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差(mean absolute error,MAE)降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility(CVIS)方案要优于其他两种改进方案。     

用Matlab中的Neural Network Toolbox仿真赤道东太平洋SST的预报模型

基于ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ再分析资料和ＣＯＡＤＳ海洋资料中的全球月平均海平面气压场、８５０hPa纬向风场及海洋温度场，利用Ｍatlab中的Ｎeural Network Toolbox仿真环境和ＢＰ模型改进算法比较准确地仿真和反演出了南方涛动指数、赤道纬向风指数和滞后的赤道东太平洋海温之间的动力结构和预报模型。该模型具有很好的拟合精度和可行的预报效果。可在一定时效内预测赤道东太平洋月平均海温的变化趋势。由于所建系统是具有直接因果关系的预报模型，因此不仅可直接用于预测，而且可有效避免类拟非线性微分方程组在积分过程中由于对初值敏感性而可能产生的对预报结果的不确定性。     

基于海浪谱分解与重构的资料同化试验

针对有效波高资料提出一种海浪谱分解与重构的资料同化方案:利用历史时段内的有效波高观测资料和模式计算波高场,采用最优插值方法得到分析波高场;在WAVEWATCH-Ⅲ模式的波浪能量密度谱和有效波高分析值之间引入一个变异系数矩阵,描述模式的误差,以此为状态向量构建卡尔曼滤波系统,对分解过的海浪谱进行修正和重构,得到同化后的海浪谱初始场。利用美国阿拉斯加湾北部海域的7个浮标站进行同化和72 h预报试验,对连续1个月的预报结果进行统计表明:采用该同化方案后24 h预报结果的有效波高均方根误差比未同化的结果降低了0.13 m;同化方案对预报效果的影响可持续36 h左右,随着预报时效延长,同化的效果减弱。     

南海海浪业务化数值预报系统检验

为检验南海海浪业务化数值预报系统的预报效果,利用2010年和2011年3-11月的观测资料,通过计算预报值和观测值的绝对误差、相对误差等统计参数和线性回归分析对南海海浪业务化数值预报系统进行检验.统计结果显示有效波高和平均周期的预报误差24 h＜48 h＜72 h,有效波高的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.5 m,平均周期的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.8 s;预报误差有明显的季节变化,10月和11月的预报误差显著小于其它各月;回归分析结果显示预报值与观测值存在中度高度线性相关关系,随着预报时效的增长相关度逐渐递减,预报值较观测值偏大.总体来说,该系统的预报误差在可接受的范围之内,满足业务化预报的要求,但与欧洲气象中心等发达国家的预报系统比较来看,该系统还存在较大差距.     

东亚地区春季一氧化碳的输送特征研究

以ECMWF ERA-40再分析资料构建的气象场为驱动场,利用全球三维大气化学模式MOZART-2,模拟了2001年3月大气污染物浓度的全球时空分布,并以一氧化碳(CO)作为示踪剂分析了春季东亚污染物向西太平洋地区输送的路线和机制.为了检验模拟结果的合理性,对TRACE-P 期间典型天气过程下的模拟结果与观测结果进行了比较.比较结果显示,模拟结果可以较好地再现2001年春季冷锋过境期间与东南亚深对流运动加强的天气形势下,东亚污染物向西太平洋地区输送的2大主要路径及其特征:(1) 污染物被冷锋系统提升后,在对流层中层向西太平洋快速传输;(2) 强烈的大气对流运动可以导致东南亚生物质燃烧产生的污染物在对流层上层向西太平洋输送.     

定点海洋气象要素预报技术及自动化发布平台

本文以MM5模式运算结果为基础资料,引进海上定点实况气象要素资料与之建立统计模型,最终得到高质量的定点、定时、定量的时效为72 h的客观天气预报。建立可视化操作平台,使其结果得到业务化运行,有效提高日常预报业务化能力和水平。     

HY-2卫星高度计波高资料在集合最优插值同化中的应用研究——以台风“Lipee”为例

基于海浪模式SWAN（Simulating Waves Nearshore）,以台风“Lipee”为例,开展了集合最优插值（EnOI）同化HY-2卫星高度计有效波高（SWH）资料的台风浪数值预报影响研究。结果表明,利用HY-2卫星高度计波高资料结合EnOI方法进行同化,可有效改善海浪初始场质量,同化对绝对误差的改进可达15%,均方根误差改进14%。同化对预报误差、均方根误差都有一定程度的改进,其中在0~24 h预报时效内的改进最为明显,绝对误差可改进12%,均方根误差改进13%。研究结果不仅可为海洋预报、同化提供参考,而且可为进一步加强HY-2卫星高度计资料的应用提供技术支持。     

青岛地区夏季冷锋暴雨的预报方法

用天气动力学和统计学相结合的方法。以地面影响系统为主要依据。对1983-2000年6-8月青岛地区的40次暴雨进行分型，分为气旋，台风和冷锋三种类型，根据预报经验，选取相应的预报因子，建立0-1权重回归方程，预报青岛地区未来24h的暴雨，对于冷锋类暴雨，本文认为来自低纬度西南低空急流是水汽，涡度的输送通道，它向暴雨区提供了暴雨所需的水汽和能量，因此把它列为起始场条件，因子选取了代表水汽，位势不稳定，能量的物理因子。统计得出；冷锋类暴雨方程的准确率为13/14（92.9%)。用此方法对1980年6-8月进行试报。没有出现空漏报现象，效果较好。     

台风过境前后南海北部水体浮游有孔虫群落变化

通过2008年8月南海北部浮游有孔虫拖网调查,对12号台风“鹦鹉”过境前后南海北部水体中的活体浮游有孔虫群落进行了对比分析,结合海洋环境参数,初步探讨了台风对水体浮游有孔虫群落分布的影响,以增加对浮游有孔虫群落的环境生态的了解,为古环境重建积累基础资料.结果显示,台风过境后的浮游有孔虫丰度较台风来临前有明显降低,优势属种Globigerinoides sacculifer的相对百分含量在台风过境后有明显的降低,而生活在次表层水体中的Globigerina calida和Globigerinella aequilateralis的相对百分含量则在台风过境后明显上升.研究认为台风过境造成的水体垂直混合增强可能是导致浮游有孔虫群落变化的主要因素.     

台风“梅花”(2212)的主要特点和路径预报难点分析

对2022年第12号台风“梅花”的主要特点、路径预报难点问题和路径预报误差特征进行分析,研究主要结论显示:(1)“梅花”登陆次数多、登陆强度强,是首个4次登陆不同省(市)的台风,也是2022年最强登陆台风,造成华东与东北地区长时间、大范围的风雨影响。(2)台风生成初期的中长期时效路径预报是路径预报难点之一,模式对台风主要影响系统的长时效预报存在明显偏差,针对模式的及时检验和订正对预报调整非常重要。(3)双台风或多涡旋情景下,集合预报发散度大,“梅花”陆上路径预报偏西偏慢,其东侧“南玛都”的强度和位置差异对其路径有明显影响。(4)台风变性过程中的移速误差是路径预报极大误差的来源,关注台风是否处于变性过程可作为调整台风移速预报的参考。未来开展多模式交叉实时检验,基于集合预报研发针对转向变性台风路径预报订正技术可为主观预报提供支撑。