民航京沪穗数值预报系统在广州的本地化试验

为了调整优化基于WRF模式的民航京沪穗数值预报系统在广州本地的预报效果,使用3组不同的物理参数化方案和资料同化方案组合,对发生在2011年10月13日~14日广东地区的暴雨过程进行模拟。降水预报结果显示不同物理参数化方案和资料同化方案对降水预报有较大的影响,使用香港城市大学大气研究实验室实时预报系统推荐的参数化方案的降水预报好于加拿大温哥华地区业务运行的参数化方案,使用香港的方案,不同化自动站资料的预报效果好于同化自动站资料。而环流形势场、相对湿度场、水汽通量场和CAPE指数场对不同参数化方案的敏感性要小于降水场,另外还分析了系统连续15天预报结果。最终结果表明,不论是降水场还是形势场,使用香港城市大学的方案并且不同化自动站资料的评分优于其他2种方案,可以作为广州本地业务方案使用。     

FY-3A卫星MWHS资料同化及四川盆地暴雨数值模拟分析

为研究中国FY-3A(风云三号A卫星)资料在数值模式中对暴雨模拟的作用,以2012年07月03日发生在四川盆地的一次暴雨过程为个例。利用WRF(V3.3)模式和三维变分同化系统WRF-3DVAR,对FY-3A的MWHS(微波湿度计)资料进行同化试验研究。研究结果表明:同化MWHS资料后,相比控制试验,(1)同化方案A在降水区出现+3K的正增量中心和+10%的正增量湿中心,改善了大气能量场和湿度场信息;(2)同化方案A提高了降水区垂直速度和涡度场的数值和分布位置,并较好的刻画出风场的辐合辐散区域和水汽通量高值中心,准确模拟出水汽通量的中心位置;(3)对此次暴雨个例试验研究,在中东部、东北部主降水区,同化方案A模拟降水区分布形式较好,尤其是降水强度得到较大提高降水值达230mm,非常接近实况降水值(227mm),同化MWHS资料可以较好提高WRF模式降水预报能力。     

成都市空气质量预报中WRF的本地化参数选取

为更准确的研究气象因素对成都市空气质量的影响,需要进一步提高天气预报模式WRF的模拟效果。设定16种天气预报模式WRF中尺度数值模式的参数化方案与气象信息综合分析处理系统(MICAPs)的气象实测数据进行地表温度(T2m)和海平面气压(Psl)及高空温度的比对,通过统计学方法进行结果评估,选取适用于成都市本地化的天气预报模式WRF参数方案。结果表明:第15组参数化方案模拟结果与气象信息综合分析处理系统(MICAPs)气象实测数据的对比分析效果表现最佳,是为成都市空气质量预报中天气预报模式WRF的最优参数设置,第11组次之。     

GRAPES-Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES-Mesov3.1模式建立的GRAPES-Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行。应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES-Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析。结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16~18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义。预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报。模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温。预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因。对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关。同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大。     

GRAPES_Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES_ Mesov3.1模式建立的GRAPES_ Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行.应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES_ Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析.结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16～18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义.预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报.模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温.预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因.对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关.同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大.     

风廓线雷达资料在降水数值预报中的应用探讨

风场是水汽输送的主要动力,也是影响降水数值预报的重要因子。针对目前常规探空测风的分辨率不高、资料获取时间长、不能及时反映风场中小尺度变化的不足,以及在数值预报中应用受限的问题,采用同化风廓线雷达资料的方法,分析高分辨率的单点风场数据对初始场和预报场的作用。结果表明,把单点风廓线雷达资料在WRF模式中同化是可行的。同化后对风廓线雷达站点初始场的风场、湿度场改善明显,对站点周围一定范围内的流场也有不同程度的影响。同时降水强度和落区的预报结果也有不同程度的改善,尤其是风廓线雷达站下风方向比未同化前更接近实况,在其他方向上距离雷达越近改善效果越明显。另外,同化风廓线资料后,模式预报的涡度散度分布和水汽输送场也有不同程度的改善。     

加密自动站资料引入中尺度模式初值响应的试验分析

利用MM5中尺度数值模式,针对2004年6月30日成都地区的一次局地大暴雨过程,进行了是否引入加密自动站资料形成模式初值的敏感性试验。结果表明,MM5模式较好地再现了这次强降水过程,初值对预报效果存在不同程度影响。加密自动站资料引入,对降水强度有一定影响,对降水落区有所改善,使各方案模拟的辐合上升运动区范围扩大,相对湿度增大,地面感热与潜热有不同程度增加。初值的差异主要表现在水汽场上。因此,模式初值的改善,特别是水汽场的改善,将对模式降水模拟结果产生较大影响。     

四川盆地雷暴动力及微物理模拟参量与地闪关系的研究

为探讨地闪活动与中尺度数值模式输出量之间的关系,利用新一代中尺度数值模式WRF模拟2011年7月23日四川盆地中的一次强雷暴过程,并对比研究模式输出的动力和微物理场量与地闪频数的关系。结果表明,在WRF模式中采用Kain-Fritsch积云参数化方案和Thompson微物理方案的组合方案能较为成功模拟出此次雷暴过程,模式输出的上升气流和冰相粒子与地闪关系密切,500hPa霰和300hPa冰晶含量在时间上比地闪频数超前约15min,300hPa雪晶含量与地闪频数在时间上基本同步;上升气流速度对冰相粒子的分布起关键作用,上升气流速度较大地区附近相应地闪活动比较频繁。     

温州地区一次暴雨过程分析及数值模拟

针对WRF中尺度数值模式较少应用在地形复杂地区,而在浙江省南部山区的温州地区则更缺乏实际应用的案例,利用WRF模式,对2010年5月13～14日温州地区出现的一次暴雨过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料进行诊断分析.通过分析模拟结果,验证了WRF模式较好地模拟了此次降水过程的时空分布特征,但仍存在着部分区域降水量偏高,暴雨落区偏差等误差.研究结果表明,暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次暴雨爆发的重要机制.暴雨区域高湿高能环境的维持,保证了暴雨过程的能量输送,也是此次暴雨能够长时间地持续发生的必要条件之一.降水量最大区域的中心与对流层中的最大垂直速度中心都出现在同一区域,而在垂直速度最大区域的两侧都存在有一个垂直的次级环流,这些有利条件对维持强烈的上升运动起关键作用.     

温州地区一次暴雨过程分析及数值模拟

针对WRF中尺度数值模式较少应用在地形复杂地区,而在浙江省南部山区的温州地区则更缺乏实际应用的案例,利用WRF模式,对2010年5月13～14日温州地区出现的一次暴雨过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料进行诊断分析.通过分析模拟结果,验证了WRF模式较好地模拟了此次降水过程的时空分布特征,但仍存在着部分区域降水量偏高,暴雨落区偏差等误差.研究结果表明,暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次暴雨爆发的重要机制.暴雨区域高湿高能环境的维持,保证了暴雨过程的能量输送,也是此次暴雨能够长时间地持续发生的必要条件之一.降水量最大区域的中心与对流层中的最大垂直速度中心都出现在同一区域,而在垂直速度最大区域的两侧都存在有一个垂直的次级环流,这些有利条件对维持强烈的上升运动起关键作用.     

FY-3双星MWHS资料对江西暴雨的循环同化试验

为了提高卫星资料在同化系统中使用率及验证同化卫星资料的预报效果,采用循环同化方案并通过江西2012年5月11~14日的暴雨个例进行验证。试验设计了风三卫星MWHS资料的循环同化双星资料方案和单时次同化单星资料方案,并对方案的运行结果进行了分析。结果表明,使用MWHS资料可以改进湿度场和涡度场。相比单时次同化单星MWHS资料,循环同化双星MWHS资料方案能更好地改善湿度场和动力场,模拟的降水落区和强度更接近实况,其TS评分最优。单时次同化单星MWHS资料,选用降水期间探测的卫星资料同化效果更优。     

对流参数主分量旋转法在西昌地区雷暴预报中的应用

为研究对流参数主分量旋转方案对西昌地区雷暴预报的影响,利用2006~2008年雨季(6~9月)T213模式输出产品,采用F-分值法和主分量旋转法,分别初选和精选因子,并结合二元Logistic回归分析,建立了西昌北郊某站的雷暴释用预报的模型,并对该站2010年雨季雷暴进行预报试验。试验结果表明:精选因子的KMO检验值在0.65~0.85,且Bartlett球形度检验显著,说明该站的雷暴对流参数适用于因子分析;极大方差旋转能够较好地分离因子载荷,对雷暴信息的提取能力较强;试报的TS评分在0.3左右,24小时预报的Hedike评分可达0.337,模型的预报准确率较高,持续性较好。综上所述,采用主分量旋转法对雷暴的MOS预报有一定的改善效果。     

西藏那曲一次特大冰雹的数值模拟研究

针对数值模式在模拟高原强对流天气时,如何选取各种微物理过程方案及表征量的问题。采用中尺度天气模式WRF,对2010年9月25日青藏高原那曲地区的一次午后热力雷暴及其带来的冰雹过程进行数值模拟,探讨了不同微物理过程方案在高原地区的适用性,以及高时空分辨率的诊断量对雷暴的反映。将模拟结果与实况卫星云图对比,显示当模式中微物理过程采用WSM3方案时,模拟效果较为准确。模式输出的高分辨率中尺度要素场能较准确地反映雷暴云团的位置情况,模式输出的各种参量(如CAPE,KIm,假相当位温等)随时间的变化情况,均能较准确地描述热力雷暴发生发展过程。     

基于WRF模式的陕西两次区域性秋季暴雨的数值模拟

2005年陕西秋淋天气明显且偏晚,通过WRF模式对秋淋期间的两次区域性暴雨模拟结果显示,暴雨雨带走向、强降雨中心位置以及强降水出现的时间段等都与实况基本吻合,预报时效可达36-48小时;模式能成功地模拟出暴雨的主要影响系统和不同时段的风场演变变化.分析表明,利用该模式可以对不同类型暴雨进行机理分析和研究,能够作为未来客观预报陕西转折性天气和暴雨天气一种新的技术手段和工具.     

应用多普勒天气雷达资料对四川“7·3”暴雨的变分同化试验

针对2011年7月3日四川地区一次强降雨过程,以NECP/NCAR 1°×1°再分析资料为背景场,采用中尺度数值天气预报模式WRF及其三维变分同化系统3DVAR,同时对多普勒天气雷达的径向速度和反射率因子进行了三维变分同化对暴雨模拟效果影响的研究.结果表明:同化了雷达资料后的初始场能够更加精细的刻画初始风场和水汽通量场的分布与数值,能展现出风场的辐合辐散区域,对水汽通量的中心位置有较大影响,大风速区域和水汽通量高值中心有较好的对应关系;同化了多普勒雷达资料后能较为明显的改变降雨落区及强度的预报精度,前6h有明显的改善作用,随着时间的增加改善作用逐渐减小,前9小时改进作用仍很明显,对比24小时实况降雨仍存在一定的改善作用;经过质量控制后的雷达资料对暴雨预报的改善作用要优于未进行质量控制的雷达资料以及每隔一小时加入一次雷达资料要优于每隔半小时加入雷达资料对于暴雨预报的改善作用.     

应用多普勒天气雷达资料对四川“7·3”暴雨的变分同化试验

针对2011年7月3日四川地区一次强降雨过程,以NECP/NCAR l°×1°再分析资料为背景场,采用中尺度数值天气预报模式WRF及其三维变分同化系统3DVAR,同时对多普勒天气雷达的径向速度和反射率因子进行了三维变分同化对暴雨模拟效果影响的研究.结果表明:同化了雷达资料后的初始场能够更加精细的刻画初始风场和水汽通量场的分布与数值,能展现出风场的辐合辐散区域,对水汽通量的中心位置有较大影响,大风速区域和水汽通量高值中心有较好的对应关系;同化了多普勒雷达资料后能较为明显的改变降雨落区及强度的预报精度,前6h有明显的改善作用,随着时间的增加改善作用逐渐减小,前9小时改进作用仍很明显,对比24小时实况降雨仍存在一定的改善作用;经过质量控制后的雷达资料对暴雨预报的改善作用要优于未进行质量控制的雷达资料以及每隔一小时加入一次雷达资料要优于每隔半小时加入雷达资料对于暴雨预报的改善作用.     

基于集合卡尔曼变换的区域集合预报初步研究

为了深入研究集合卡尔曼变换(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)初值扰动方法,提高集合预报质量,从全球大集合预报资料中提取初始扰动场,建立区域模式的ETKF初值扰动方案,对2008年7月22日发生在中国东部的一次暴雨过程进行集合预报试验,并分析ETKF方案构造的扰动场特征和集合预报效果。结果表明,由ETKF初始扰动方案产生的扰动场大小与分布合理,能够反映观测站点的空间分布,能够保持所有正交、不相关方向的误差方差。集合预报降水落区相对控制预报有所改善,集合平均小雨和中雨TS评分和BS评分总体优于控制预报。24h集合预报的Talagrand分布优于36h预报。试验结果揭示了ETKF初值扰动方案的基本性质及利用ETKF方法进行区域集合预报的可行性。     

利用GPS水汽资料对重庆一次暴雨过程的综合分析

为了更好地预报重庆地区暴雨发生的时间和落区,利用重庆地区基于GPS得到的GPS-PWV(Precipitable Water Vapor)资料结合WRF数值模拟对2012年一次暴雨过程进行综合分析,分析此次过程中重庆地区GPS-PWV的变化特征、不稳定能量以及动力抬升条件与降水的关系。研究结果表明:此次过程在降水之前有18小时到35小时的水汽聚集过程,在接近水汽通道的迎风坡面降水量转化率较高。综合分析不稳定能量和水汽通量散度的变化结合GPS-PWV提供的水汽场能够更好地预报降水发生的时间和落区。     

5·15广东大暴雨数值模拟及中尺度分析

利用WRF3.5模式对2013年5月15-17日发生在广东的大暴雨进行了数值模拟,并对大暴雨强降水时段中尺度系统的动力机制、热力条件及演变做了进一步的分析。结果表明:WRF3.5模式能较好地模拟出大暴雨过程的强降水中心、降水强度及雨带分布的变化趋势。稳定的"两槽一脊"形势是大暴雨发生的有利背景条件。高空辐散、低空辐合的有利配置及其耦合产生次级环流,同时地形对迎风坡的西南气流有阻滞和抬升,是大暴雨过程的主要动力机制。爆发的南海夏季风输送的充沛水汽在强垂直运动和弱冷空气作用下释放的大量能量是此次大暴雨过程的热力条件。中高层弱冷空气在次级环流的作用下向低层侵入,与上升的暖湿空气相互作用,促使斜压不稳定和对流不稳定的释放和发展,是大暴雨的触发机制。     

湖南“6.19＂暴雨过程的中尺度特征分析

针对2010年6月19～20日湖南一次大范围暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2E卫星TBB资料、NCEP1°×1°格点资料及WRF模式输出的高分辨率资料,采用数值模拟和诊断分析相结合的方法,综合分析了此次暴雨过程.结果表明：东移短波槽及低层低涡是此次暴雨的主要影响系统;卫星资料分析显示,α中尺度对流云团前部不断有β中尺度扰动分裂和发展;WRF模式模拟结果表明,此次大范围暴雨过程是多尺度系统影响的结果,在有利的大尺度环流背景下,激发了中小尺度对流系统的活动,导致强降水带中出现了多个中尺度扰动和与此对应的中尺度雨团有组织的活动,是暴雨发生的主要原因;中尺度雨团对应着强上升气流柱、正涡度柱和低层强辐合、高层强辐散的散度结构.