中国南海台风模式(TRAMS-v2.0)技术特点及其预报性能

中国南海台风模式(TRAMS)是基于GRAPES的非静力中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,并在原模式的基础上,采用三维静力参考大气、非线性项分步计算、物理过程倾向隐式处理及与动力过程耦合等技术,形成新的模式动力过程计算方案。模式物理过程主要包括:长短波辐射、云微物理、湍流和深浅对流和海陆面等下垫面参数化方案,新版南海台风模式重点研发了海陆面参数化方案(SMS方案),改进了积云参数化方案(NSAS方案),并且引入地形重力波拖曳参数化方案(KA95方案)。预报模式的覆盖范围:81~161°E,0~51°N。水平格距为0.18°,垂直方向分65层,时间积分步长为100 s。2015年批量试验结果表明,新版南海台风模式预报性能稳定,误差较小,与EC全球模式同样本比较,发现短时效(如0~24 h)两模式台风路径预报误差水平基本相当,而较长时效(如48~72 h),南海台风模式的预报误差小于EC全球模式,具备较好的业务应用价值。     

两类El Ni?o事件对华南前汛期降水异常的影响

利用观测资料及模式结果探讨了EP/CP El Ni?o事件对华南前汛期（4—6月）降水异常的影响。结果发现,EP和CP型相关的华南前汛期降水异常分布之间存在明显月际差异,表现为4、5月EP（CP）型相关的降水异常以偏多（少）为主;6月则相反,EP（CP）型的降水呈负（正）异常分布。分析表明,EP型相关的4、5月偏强的副热带高压与850 hPa上西北太平洋反气旋异常相配合,有利于水汽从海洋向陆地输送,且两广地区水汽辐合,降水异常偏多;而6月相关的500 hPa异常场上对应偏强的东亚大槽,不利于水汽输送,且广东地区处于水汽辐散区,对应降水偏少。CP型相关的4、5月对应500 hPa上东亚大槽偏强,不利于水汽往陆地输送,且华南为水汽辐散,降水偏少;6月的500 hPa上呈现“+-+”的东亚-太平洋遥相关波列（EAP）型,华南地区为明显的水汽辐合,降水偏多。GFDL模式较好地再现了EP /CP型的4、5月降水异常分布及大气环流形势,但是对6月的模拟存在一定偏差。      

CAPABILITIES AND LIMITATIONS OF GRAPES SIMULATIONS OF EXTREME PRECIPITATION IN THE WARM SECTOR OVER A COMPLEX OROGRAPHY

A comprehensive observational study on a warm sector torrential rain (WSTR) on 20 May 2016 over south China is presented with a pioneering examination of simulation capabilities based on the Global/Regional Assimilation and Prediction System for Tropical Mesoscale Model (GRAPES_TMM). The results show that the meso-scale convective boundary formed between north wind from mountainous areas and the south wind from plain regions as well as the cold outflows boundary both contribute to the convections over Xinyi, and the convections were blocked and stayed stagnant in the trumpet-shaped topography for about 8 hours which eventually caused the torrential rains. Comparative verifications of the observational studies by simulations showed that GRAPES_TMM had better estimations of large-scale frontal precipitation than the local warm-sector torrential rains. The simulations of local torrential rains in the warm sector showed strong biases in precipitation location and amount. GRAPES_TMM also showed overestimated surface winds and a faster moving speed bias, as well as an overall underestimation of the nocturnal surface temperature during the WSTR. This work may lead to several prospective researches of its model improvements on model physics such as land surface process and PBL parameterization.     

地形效应引起的局地扰动对华南降水预报的影响研究

利用中尺度模式对一次华南强降水过程进行模拟分析发现,模式对南岭-武夷山地区的降水存在漏报或预报强度偏弱的现象。通过与提前12 h预报结果的对比看出,引起这种预报误差的主要原因在于本次预报的模式初值中未包含地形强迫造成的小尺度局地扰动信息。对地形重力波拖曳和阻塞流拖曳参数化方案的比较发现,阻塞流拖曳力强度明显强于地形重力波拖曳,它有可能导致雨带位置偏离实况。一系列的初值敏感性试验结果表明,南岭-武夷山地区上空850~500 hPa的风场扰动增量对改进本次降水预报效果的影响最关键。      

岷江上游山地森林生态气候效应

为探讨岷江上游地区山地气候特征及森林生态气候效应,利用岷江上游南、北坡林内外的小气候观测资料,对该地区南、北坡向山地的太阳辐射、气温(1．5m)、地表温、水汽压、相对湿度、风速等小气候特征及森林生态气候效应进行了比较分析,探讨了其分布规律以及彼此间的内在联系。结果表明：不同坡向,不同季节,各山地气候要素分布存在区别;而山地森林具有较显著的生态气候效应,可以降低气温和地表温,增加湿度,减小风速,其生态效应在不同季节和不同坡向存在差异;通过林内、外气象要素的回归分析,得知：林内外的气象要素除4月风速之外,大多数气象要素存在显著的林内外相关关系;其中,以气温和相对湿度的相关性最好。     

地形对一次粤北暖区暴雨的影响研究

地形对暖区暴雨的发生发展有着重要影响。以粤北一次暖区暴雨为例,从大尺度背景、中尺度特征及预报难点等方面分析了地形的作用,并利用CMA-GD模式进行了地形敏感性试验。结果表明:此次暴雨在副高与西风槽之间的双低空急流下发生,南岭地形对低空急流的动力作用、对θ_se舌和水汽的阻滞拦截作用,为暴雨出现在粤北创造有利条件;地形热力作用下产生的中尺度辐合线是对流触发的机制。敏感性试验显示南岭地形对暖区暴雨的落区影响显著,降水落区随南岭地形升高(降低)而往南(北)偏移。西南急流在经过南岭时,低层风速、散度、温度以及垂直速度都会随地形改变而发生明显变化。当南岭地形高度降低时,正面阻挡和摩擦作用减弱,急流、辐合及上升运动区向北推进到西风槽附近,导致雨区往北偏移;南岭地形高度升高时,地形阻挡和摩擦作用增强,辐合及上升运动区被阻隔在南岭南侧,暖区对流提前触发,雨区发生在粤北。可见,此次暴雨过程主要来自大尺度环流背景的影响,但其落区与南岭地形密切相关。     

基于多神经网络的动态权重集成温度预报订正研究

基于CMA-GD模式预报数据,利用多神经网络的动态权重集成方法,开展了贵州省温度预报订正研究,最终获得本地化温度预报订正产品。结果表明：(1) 在对历史数据检验评估的基础上,利用多种神经网络方法可有效降低模式系统误差,通过BP、BP_GA、WAVENN、GRNN、LSTM等神经网络订正,2020年贵州省0～72 h预报时效的温度平均绝对误差较模式降低0.01～0.17 ℃;(2) 考虑到不同神经网络订正结果的差异性,采用动态权重方案对订正结果进行优势集成可显著提升预报可靠性。经集成后的温度预报效果优于模式直接输出和各神经网络订正结果,2020年贵州省0～72 h预报时效的温度平均绝对误差较模式降低14.93%,预报准确率提升8.24%。此外,动态权重集成后的订正结果还表现出较好的稳定性。基于该方法形成的本地化客观预报订正产品可为提升贵州复杂地形下温度预报质量以及精细化预报服务水平提供参考依据。     

Development of 1km-Scale Operational Model in South China

To support short-range weather forecast, a high-resolution model (1km) is developed and technicallyupgraded in the South China Regional Center, including the improvement of the 3D reference scheme and predictor-corrector method for Semi-Implicit and Semi-Lagrangian (SISL) in model dynamical core, as well as the improvementof physical parameterization. Furthermore, the multi-process parallel I/O and parallel nudging techniques are developedand have facilitated rapid updating in the assimilation prediction system and fast-output post processing process. Theexperimental results show that the improved 3D reference scheme and upgraded physic schemes can effectively improvethe prediction accuracy and stability with a longer integration time step. The batch test shows that the precipitationforecast performance of 1-km model is significantly better than that of 3-km model. The 1-km model is in operation withrapidly updating cycle at 12-minute intervals, which can be applied to short-range forecast and nowcasting application.     

对流参数化方案的改进对GRAPES模式台风预报的影响研究

将由NCEP改进之后的SAS(Simplified Arakawa-Shubert Scheme)对流参数化方案（NSAS方案）应用到GRAPES模式中,并对“启德”台风进行模拟,通过和原来SAS方案的预报结果进行比较,发现新方案对台风路径预报有显著改进。通过对NSAS方案中几个新增加的因素进行敏感性试验,发现其中对由于对流引发的扰动气压场如何影响动量输送这个问题的处理使得台风路径预报效果变差,采用动量的水平混合代替风场切变来对扰动气压场进行参数化以后,可有效改进该方案的预报效果。考虑动量的水平混合系数随高度变化可进一步改善预报结果。通过比较多个台风的预报结果发现,这种改进对台风路径预报的改进较稳定      

广州CINRAD/SA雷达双偏振升级及数据质量分析

介绍广州CINRAD/SA雷达双偏振升级改造后的主要性能指标,并以观测到的一次层状云降水过程为例,分析了降水强度ZH与差分反射率ZDR、差分相移率KDP的一致性,信噪比SNR与差分反射率ZDR、相关系数CC的关系以及ZDR系统偏差的稳定性,结果表明:弱降水的ZDR和KDP接近于0,随着ZH的增加均呈上升趋势;SNR<15 d B时,ZDR和CC受噪声影响很大,存在明显误差,业务中建议将SNR>15 d B作为双偏振产品的可用阈值;ZDR的系统偏差随时间变化保持稳定,变化幅度<0.2d B;KDP在CC<0.9时没有被计算和显示。