2014年6—8月数值模式产品对山东气温预报的检验分析

为检验不同数值模式产品对山东不同站点2m日最高、最低气温24h预报效果,利用2014年6—8月逐3h的WRF-RUC、EnWRF确定性预报、不同集合百分位数、T639、中国气象局下发的T639-MOS解释应用产品以及EC细网格预报进行TS评分、误差等分析。结果表明：EC细网格对内陆最高气温预报准确率最高,EnWRF确定性预报次之,EC细网格和T639-MOS对内陆最低气温预报准确率最高。T639和EC细网格分别对沿海最高和最低气温预报准确率最高。对各模式单站气温预报进行最优模式分析发现,对于最高气温预报最优的模式为EC细网格和EnWRF确定性预报,分别集中在鲁西南和鲁北、鲁中和鲁东南。对于最低气温预报最优的模式为EC细网格和T639-MOS,T639-MOS主要对鲁中山区预报较好,其他地区两个模式预报效果基本相当。     

山东沿海偏北大风的天气学模型和物理量特征

应用观测资料和MICAPS3气象资料显示系统,分析研究了近十年山东沿海7级以上偏北大风的特征。对两年内36次区域性大风个例,以地面影响系统为主,把偏北大风分为四种类型:冷锋型、温带气旋型、回流冷空气型和北上热带气旋型,建立了偏北大风的天气学模型。分月份、分类型统计分析了偏北大风期间地面气压梯度、锋后冷高压强度、锋前低压强度、高低压之间的气压差、850 hPa锋区强度、850hPa偏北风风速、850hPa24h变温,给出了阈值和平均值;分析研究了各类型9级以上偏北大风气象要素的临界值。对各种类型偏北大风的物理量空间结构和形成机理进行了研究,结果表明:冷锋偏北大风在中低层为较强的下沉运动,低层辐散,有高空动量下传,偏北大风主要是快速南下的冷空气、下沉运动造成的辐散风和高空动量下传的共同作用;气旋型偏北大风在高空为正涡度、低层辐合、整层为上升运动,北大风主要取决于快速旋转的气旋性环流和向气旋中心的辐合运动;回流型偏北大风的中高空为上升,近地面层为下沉,偏北大风主要是低层快速南下的冷空气的水平运动。     

地形对门头沟一次大暴雨动力作用的数值研究

2002年6月24—25日,北京门头沟附近发生了一次大暴雨过程。为探讨地形在本次过程中的动力作用,采用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS模式,对大暴雨过程进行了数值试验。控制试验采用27、9 km双重单向嵌套网格,网格覆盖范围约为3000 km×3000 km、900 km×900 km。两层网格均采用全物理过程,使用的都是全球30″的地形资料。在控制试验的基础上,进行了3组敏感性试验:第1组试验采用干过程模拟,即不考虑凝结潜热的作用;第2组试验将地形整体向东/西平移1°;第3组试验是将门头沟西部的局地地形抠除一部分。试验结果表明,在不考虑凝结潜热作用时,东南风气流仍然可以爬升到2 km以上,超过了大气的抬升凝结高度,证实了地形的动力作用是本次大暴雨的触发机制;将地形向东/西平移1°后,由于大气的对流稳定度发生了改变,模拟的降水强度和落区也发生了变化,表明山坡和山顶的对流不稳定大气是导致本次大暴雨的必要条件;抠除局地地形后,模拟的降水量也发生了不同程度的改变,再次证明大暴雨是在多尺度地形以及一定的天气系统配置下产生的。     

“09.4.15”渤海和山东强风过程的动力学诊断分析

2009年4月15日,渤海和山东大部出现了一次强风天气过程。本次过程具有强度大、持续时间短、强风在渤海及山东附近显著加强等特点。为探讨强风的成因,根据常规观测资料以及NCEP分析资料进行了诊断分析。结果表明,本次强风过程是在低层冷锋、高层低涡横槽影响下产生的。冷空气向南推进过程中,冷平流中心由高层向低层传播,850 hPa以下冷平流不断加强,使冷锋不断增强。冷空气到达渤海湾后,锋前的强暖平流与锋后的强冷平流造成低空锋区进一步增强。冷锋次级环流的下沉运动与地面正变压中心对应,变压梯度风与大尺度气压梯度风共同造成强风过程,而强风中的阵风可能与次级环流的强烈脉动有关。     

2009年5月9—10日山东大暴雨天气分析

利用常规气象观测分析资料和卫星、雷达资料,采取天气学诊断方法,从大尺度环流背景、降水天气影响系统、物理量场、急流等方面,初步分析了山东省2009年5月9-10日大暴雨天气的成因.结果表明:此次大暴雨是在稳定大尺度环流背景下、低层中尺度切变线在华北南部稳定少动造成的;大暴雨落区位于低空急流的左前方、高空急流轴的右后方、低空切变线以南、地面冷锋以北的交汇区;从南海到山东省中北部的水汽通道为这次大暴雨提供了充足的水汽来源;地面冷锋是这次大暴雨不稳定能量释放的触发机制;中尺度对流复合体(MCC)的自西向东移动是产生区域性大暴雨的直接原因.     

一次冷锋过境后的海风三维结构数值模拟

为研究大尺度系统风对海风的影响以及海风三维结构特征,利用山东省123个地面自动站资料、青岛地区三十多个内陆及沿海、海岛观测站以及奥帆赛场3个浮标站资料,对2006年8月21日青岛一次海风个例进行了分析,并利用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS(the Advanced Regional Prediction System)模式,对海风过程进行了数值模拟研究。结果发现:在较强的离岸风背景下,当内陆气温高于海面气温2℃左右时,海风也可以发生。海风首先在海岸线附近的海上开始,发展的同时向内陆及远海地区推进。海风低层环流很浅,主要位于500 m以下。在较强的偏北离岸风下,海风向内陆推进的距离很短。偏北的大尺度系统风由于渤海冷下垫面的影响,不利于青岛海风的维持。海风开始时,在1500～2500 m高度处同时有反环流出现,但直到傍晚前后,海风的垂直环流圈才发展得比较清晰,其高度也更接近地面。海风消亡后,高层的垂直环流圈及反环流维持3 h左右才逐渐消亡。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其3DVAR（3-Dimentional Variational）资料同化系统,采用36 km、12 km 、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 hPa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 hPa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

黄、渤海沿海大风变化特征及影响系统

利用1981—2010年黄、渤海沿海44个气象站大风资料,根据中央气象台对近海海区的划分,分析了近30 a黄、渤海近海5海区大风的气候特征,以及通过天气分型对2008—2012年黄、渤海沿海大风的影响系统进行了统计,结果表明:近30 a黄、渤海沿海5海区日最大风速≥6级和≥8级日数呈递减趋势,1980s大风日数较多,各海区≥6级大风在1981年和1987年前后均有两个峰值。≥6级大风日数随季节变化的峰值,渤海海区出现在春季,黄海南部海区是春季、夏季8月和秋季11月,渤海海峡、黄海北部和中部海区则主要是春季和冬季。渤海海区以偏北风和南南西风为主导风向,与其他海区以北或西北风为主的特征明显不同。冷锋是黄、渤海沿海大风最主要的影响系统,其次是气旋型和高低压型大风。另外以850 h Pa温度平流的强度、冷/暖中心的强度、等温线密集带梯度、地面高/低压强度、地面大风前3 h/24 h最强变压中心强度和地面气压梯度等要素为着眼点,对不同类型的大风指标进行了分析。     

山东省多模式预报要素综合检验系统

为了对多种数值模式产品进行综合对比检验,开发了山东省多模式预报要素综合检验系统。该系统利用FORTRAN、C#编程语言和.NET技术实现了预报要素与实况的对比、绝对误差分布、TS评分三个功能。系统利用山东省大气监测站、区域站、石油平台站、浮标站等台站观测数据实现对T639,MM5和WRF-RUC模式在全省122个国家级气象观测站和10个精细海区代表站插值的风、温、压、湿、降水等6个预报要素进行综合检验,并提供检验结果。     

山东省沿海冬春季海陆大风对比分析

利用山东省划分的沿海12个海区代表站和部分海岛站资料,6艘渤海和黄海救助船资料,验证了2010年11月以来冬春季海区大风过程(≥6级)中,烟台北部沿海和威海南部沿海站大风资料的可用性,并对渤海湾、渤海中部海区、黄海北部海区和山东沿海大风进行了对比分析,得到以下结论:(1)渤海湾海区,滨州北部和东营北部沿海站均比海面风速偏小。(2)渤海中部海区,当天气系统为低槽冷锋时,东营东部、潍坊北部、烟台北部和烟台西部沿海站均比海面风速偏小。(3)黄海北部海区,在统计时段内,成山头站非常接近海面风速,其次是长岛县大黑山比海面风速小3 m·s-1左右。