2015年5月大气环流和天气分析

对2015年3—5月T639、ECMWF（文中简称EC）及日本数值模式中期预报产品进行了检验和对比。结果表明：三个模式对亚洲中高纬地区大尺度环流和850 hPa温度的演变和调整均具有较好的预报性能,EC模式对西风指数、850 hPa温度转折过程和变化幅度的预报略优于其他两个模式。对2015年3月31日至4月1日北方地区强沙尘暴天气过程的主要影响天气系统,三个模式预报能力相当,121 h时效都较好地预报出了地面冷高压,但强度和范围与实况有一定偏差。     

主流海表风场资料在舟山群岛近海的性能评估

再分析风场资料已广泛应用于我国舟山群岛海域可再生能源评估、海洋灾害预防决策以及港口运维和船舶运输等涉海发展领域,然而不同业务机构所提供的再分析数据在舟山近海的性能表现不一,严重阻碍了此类数据的有效应用。基于2018年全年单点浮标观测资料,综合评价了舟山群岛近海面(10 m)风场的长期变化趋势,并利用误差分析和风玫瑰图等统计工具对6种主流海表风场再分析资料,包括:ECMWF第五代全球大气再分析数据(the 5th generation ECMWF atmospheric reanalysis,ERA5)、NECP第二版全球高分辨率再分析数据(climate forecast system version 2,CFSv2)、美国宇航局物理海洋学分布存档中心的多卫星融合资料(cross-calibrated multi-platform,CCMP)、日本55年再分析数据(Japanese 55-year reanalysis,JRA-55)、第二版现代研究与应用回顾性分析数据(modern-era retrospective analysis for research and applications version 2,MERRA-2)和ECMWF哥白尼大气监测服务再分析数据(the Copernicus Atmosphere Monitoring Service,CAMS)在时间变化特征上进行了对比与评估。研究表明:在综合性能方面,ERA5对风场的再现能力最优,其次为JRA-55;在要素可信度方面,ERA5对风速的再现情况相对较优,而CFSv2的风向再现情况较好;风场产品在不同季节的模拟能力有所差异;不同风场产品在不同风速区间的重构能力也有所不同;在全年风向分布方面,各再分析资料都存在显著的东向偏差。研究结果为不同应用场景下风场资料的选取提供评估依据,并为进一步开发适用于舟山群岛近海的高精度长周期风场数据产品奠定基础。     

ERA-Interim气温数据在中国区域的适用性评估

运用中国756个观测站点的逐月平均气温数据,对比分析了ERA-Interim再分析资料的误差。结果发现:ERA-Interim再分析资料能够很好地反映观测值的年际变化,相关性达到0.955~0.995。ERA-Interim在580个站点的冷偏差或暖偏差小于1℃,占站点总数的76.7%,可信度较高。64个站点的冷偏差或暖偏差大于5℃,可信度较低。ERA-Interim在东部地区的暖偏差多于西部地区,冷偏差的高值主要集中在西部地区的高海拔站点。海拔低于200 m的站点偏差最小,适用性好,多数海拔3 000 m以上的站点呈现较大冷偏差,适用性较差。通过回归分析发现,观测站点与ERA-Interim格点的高度差是导致误差的主要原因,因此通过高程校正能够有效降低误差,提高ERA-Interim适用性。     

ECMWF业务预报模式地面气温预报的不一致性特征研究

为探讨ECMWF业务预报模式(以下简称ECMWF)的地面气温预报不一致性问题,本文利用2015年12月1日—2016年11月30日业务预报中常用的地面气温预报数据,研究ECMWF地面气温预报产品在不同季节里的不一致性指数分布及变化特征。结果表明:各个季节不一致性指数有不同的特点,冬季不一致性指数最大,大值区主要分布在除华南和青藏高原外的大部分区域;而夏季不一致性指数最小,在青藏高原地区不一致性指数相对较大;春、秋两季不一致性指数大小均处于冬、夏季之间。此外,研究还发现冬季地面气温预报不一致性指数单日变化较大,而夏季较小。夏季不同起报时间的地面气温预报比较稳定。     

EC-thin降水预报与极端天气预报指数在浙江暴雨预报中的检验与释用

利用ECMWF模式降水和极端天气指数资料,以及浙江省68个气象站降水观测资料,评估了ECMWF细网格模式(EC-thin)和降水极端天气指数(EFI)对浙江2018—2020年梅汛期暴雨预报效果。研究表明：对于同一预报时效,随着阈值的增加,EC-thin和降水EFI的暴雨预报评分都呈现“先增加、后减小”的趋势,对于不同预报时效都存在某一阈值使得暴雨预报评分达到最大。从24 h时效到72 h时效,EC-thin的降水预报阈值从45 mm逐渐下降到25 mm,而降水EFI的暴雨预报阈值从07下降到06。EC-thin和降水EFI对暴雨预报的空报率随着阈值的增大而减小,漏报率随着阈值的增大而增大。对于不同预报时效,通过合理组合EC-thin降水阈值和降水EFI阈值,可以得到更好的暴雨预报效果,其评分高于单独使用降水EFI阈值或EC-thin降水阈值得到的评分。     

COMBINATION OF ECMWF REANALYZED DAILY RAINFALL AND PENTAD CMAP IN CHINA

In this study, 16 combinations of the ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecast) reanalyzed daily rainfall and the pentad CMAP in China for the period 1980- 1993( 1May - 31 Dec. ) were calculated. Correlation analysis was used to roughly evaluate daily rainfall for the whole of China and a combination of RPC (rotated principal component) and wavelet analyses was applied to data on observed and combined daily rainfall to obtain a detailed evaluation of the quality of these combined datasets in 6 selected major rainfall regions of eastern China. The results showed that except for intraweekly fluctuation, the best combination was roughly similar to or accorded well with observation in the aspects of space variation patterns and long period rainfall fluctuations related to monsoon onset and serious meteorologic disasters, indicating that this combination yielded better values of long term daily mean and standard deviation through the pentad CMAP ( CPC Merged Analysis of Precipitation), and can also represent rainfall fluctuations through the reanalyzed daily rainfall.     

基于欧洲中心细网格预报资料和观测资料的浙江省春夏降水性质分类指标

利用浙江省2004~2013年3~8月Micaps（气象信息综合分析处理系统）地面填图数据和T-logP数据研究杭州、衢州和台州三市的阵雨和雷雨个例,同时选取能表征雷雨并能区分阵雨与雷雨的气象预报因子:对流有效位能、850 hPa与500 hPa的温差、K指数、地面2 m温度,用临近探空的分析方法和决策树的分类方法初步建立了一个适用于浙江省春夏季降水性质分类指标。利用欧洲中心（ECMWF）细网格预报资料,对历史样本和2016年春、夏季分别作了检验。结果表明:除去有降水预报误差个例后,指标TS（Threat Score）评分超过0.53,雷雨阵雨综合命中率达到71%,空报率阵雨（10%）小于雷雨（43%）,在不同地区和季节稍有区别;同时对浙江省2016年春夏两次典型大范围阵雨雷雨过程进行预报,效果很好。此方法不仅可以依据预报数据在短期内做出精细化降水性质分类预报,在中长期预报上也有表现力。     

两种再分析资料平流层温度场的对比分析

在Lorenz环流分解基础上,比较了全球平流层低层ECMWF和NCEP/NCAR两种再分析资料月平均温度场的差异。结果表明：（1）纬向的平均温度无论DJF季度还是JJA季度100 hPa,30°S～30°N纬带都是冷中心;在该冷纬带ECMWF资料温度均值显著低于NCEP资料,ECWMF资料的年际方差显著小于NCEP资料。（2）30 hPa以上NCEP资料的定常波比较杂乱,在中纬大陆上出现与事实不符的高低中心,而ECMWF资料反映的气温定常波则比较合理。（3）ECMWF资料在100 hPa和10 hPa上气温异常未能充分地反映近50 a来3次强的火山喷发引起的平流层增温。     

南极洲低层两种位势高度再分析资料的比较

比较NCEP/NCAR和ECMWF两种再分析资料南半球低层等压面(700 hPa及以下)的平均位势高度场,结果表明:两者在南极洲差异显著,除12月、1月(南半球夏季)外,NCEP/NCAR资料存在一个虚假的很强的极地高压,而ECMWF资料正常。分析表明该两种再分析资料的上述差异来源于南极洲地面以下虚拟气压场的产生过程;NCEP/NCAR资料较ECMWF少了一个对南极洲过低地面温度的修正。由此得到的NCEP/NCAR资料若用于南半球低层大气环流整体结构的分析,会导致严重的错误。     

1999年欧洲圣诞节风暴数值模拟分析

对1999年圣诞期间发生在欧洲中西部的圣诞节风暴进行了分析,认为4个主要的低气压系统中的第二个给法国北部带来了强风暴雨,巴黎的Orly机场阵风速度〉47m／s;第四个低压系统沿法国西海岸产生相似的恶劣天气,并在西班牙的北部海岸及地中海沿岸国家造成了毁灭性的破坏。在法国中部风暴最剧烈的时候,最大阵风〉41m／s;在法国和德国之间的区域,达55m／s。圣诞节风暴造成欧洲国家大约140人死亡,其他损失包括树木、街道和房屋被毁,电力系统和电话中断时间长达数天,受影响的人数大约为1000万,财产损失大约为80亿美元。由于风暴的极端强度和快速发展速度,欧洲大多数国家的数值预报中心没有对这次剧烈天气提供足够的预警。为此,利用中尺度数值预报系统（RAMS）模拟圣诞节风暴,并与ECMWF分析资料以及实况观测资料进行了对比分析。结果表明,RAMS模式能够准确模拟风暴的主要特性、低气压的演变和位置移动、发展的关键时间点、风暴演化期间的平均风场;模拟的平均风场和气象观测网的观测结果相一致;模拟的风暴移动时间和主要新闻媒体的报道相吻合;模式计算的一些特定地区平均风速的时间趋势显示,在阿尔卑斯山脉地区,无论是上风区还是下风区,风暴的时间都被准确地预测;模拟的第一次风暴最低气压值较实际值偏低。