GRAPES_TYM模式对TC路径及环境引导气流预报检验分析

对2012—2013年GRAPES_TYM模式热带气旋路径预报结果进行检验,结果表明:模式对所有类型路径预报在24h、48h和72h预报时效的平均距离误差分别为94.3km,143.7km和260.8km,并且存在偏北的系统性偏差;对于南海TC,模式对TC移向预报较实况偏右,移速误差较小,移向偏差是路径偏差的主要原因;另外统计得到模式对TC移向的预报偏差与对其环境引导气流预报偏差有密切的关系,以1213号台风"启德"为例进一步通过移向误差诊断方程探讨了环境引导气流预报偏差(包括环境风场预报偏差、环境引导气流半径偏差及环境引导气流厚度偏差)对TC移向偏差的影响,而环境引导气流预报误差来源与模式对大尺度天气系统、TC大小及强度的预报偏差有关。     

雷达资料同化在局地强对流预报中的应用

采用ARPS模式的资料分析系统ADAS同化多普勒雷达径向速度和反射率因子资料,分析两者对初始场的改进作用,并应用于WRF中尺度模式中对2012年8月21日江西省一次局地强对流过程进行了模拟试验。分析结果表明:（1）ADAS同化系统能够利用雷达径向速度和反射率因子资料有效增加初始场中的中小尺度风场信息和云、水物质含量,并通过湿绝热或非绝热初始化对温度场、湿度场和风场进行调整,使初始场在动力和热力上达到平衡。（2）同化径向速度后对改善模式初始场的动力场有重要贡献,而对大气水凝物和降水的预报影响较小;同化反射率因子的主要作用是调整初始场中的水凝物场和热力场,有效缩短了模式的“ spin-up”时间,明显改进了定量降水预报;同时同化雷达径向速度和反射率因子后,初始场中快速调整出了中小尺度风场水平辐合、垂直运动以及合理的温、湿分布,对3小时内雨带形状、降水落区及定量降水的预报与实况更接近。（3）模拟试验表明,同时同化径向速度和反射率因子能成功模拟出本次对流单体风暴的中β尺度三维空间分布结构及其演变过程,中低层切变线的辐合抬升强迫作用是对流单体风暴组织、发展和维持的主要动力机制之一,对流凝结潜热加热在对流单体风暴的发生发展中发挥了重要作用。因此,雷达资料同化对提高临近数值天气预报的准确率以及对强对流天气系统的模拟能力具有重要意义。     

GRAPES_GZ 3 km模式对2019年海南岛暖季非台风降水预报的时空检验

利用基于目标诊断的空间检验方法(MODE)和时空检验方法(MTD)评估了华南3 km高分辨率区域数值模式(GRAPES_GZ3 km)对2019年海南岛暖季非台降水预报性能, 结果显示: (1)模式24 h累积降水预报的空间分布范围偏大、降水强度偏强; (2)模式逐小时降水预报的平均质心总体偏西和偏北, 降水出现时间总体偏早1~3 h, 结束时间总体偏晚2~4 h, 降水持续时间偏长; 预报的降水目标数量偏多, 与实况一致均存在着主峰和次峰形态的昼夜分布特征, 但预报的昼间主峰出现时间比实况偏早2 h; 预报的短时强降水出现频次总体偏多。相对于传统的预报和观测点对点检验评估方法, MODE和MTD方法具有捕捉模式预报偏差特征的优势。      

T213L31模式热带气旋路径数值预报误差分析

应用国家气象中心的T213L31模式对2006—2009年热带气旋路径数值预报的结果从平均距离误差、距离误差分布、模式系统性偏差、平均全移速误差、模式对背景场的预报偏差进行全面检验分析表明:对于不同走向的热带气旋 (简称TC) 路径预报而言,预报误差最小的是西行路径TC,预报误差最大的是东北行路径TC。按照TC强度进行分类统计发现,TC强度强比强度弱的路径预报平均距离误差小。T213对所有样本的平均预报而言,存在西北偏西向的系统性偏差,不同类型路径TC存在不同的系统性偏差。通过计算平均全移速可以看出,对于西北行、西行、北上类型路径在整个预报时效中移速偏差较小,而对于所有转向类路径移速偏差较大,即偏慢较明显。对T213模式预报2009年TC路径误差较大的个例 (0904,0906,0907号热带气旋) 检验模式对背景场的预报偏差,个例分析表明:模式对中高纬度西风槽预报偏强、对TC环境风场垂直切变预报偏大、对两个相近的TC预报更容易发生藤原效应,这些因素是导致TC路径偏差的主要原因。     

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现:（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。      

海南岛中部山地地形对天气气候的影响

正海南岛地形呈中间高、四周低的环形层状分布,由中部最高峰五指山(主峰海拔1867 m)向外由山地、丘陵、台地、平原、海涂逐级递降。独特的地形地貌造就了海南岛气候资源的多样性,为丰富的热带农作物种植提供有利的气象条件,岛上不同区域的旅游特色也因气候差异而各有千秋。     

强台风“山神”外围超级单体引发的龙卷分析

利用雷达、探空、自动站等资料及数值模拟对2012年10月南海强台风“山神”引发龙卷的外围雨带中超级单体的结构特征和环境场特征进行分析,结果表明:⑴ 超级单体既有大陆性超级单体特征(有弱回波区、强的回波悬垂和中气旋等),又有热带对流回波特征(回波质心高度和强的回波高度低);⑵ 当超级单体发展时,云内有较强的倾斜下沉气流,下沉气流向前流出有利于右后侧气流的流入,使得单体进一步发展,同时下沉气流使得云底高度下降,加大发生龙卷的概率;⑶ 龙卷发生前的环境场中层有干冷空气侵入,增加了大气不稳定度,同时低层具备较强的垂直风切变和低的抬升凝结高度的有利条件;⑷ 除地形摩擦辐合抬升有利于垂直涡度增加外,局地的三角洲地形也有利于局地垂直涡度增加,大大增加发生龙卷的概率。      

影响广西的两个非对称结构TC对比分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、NCEP再分析资料,从环流背景、物理量场、地形作用等方面对两个路径不同,但造成广西南部强降水却相似的云系呈非对称分布的热带气旋(TC)“温比亚”(1306)和“科罗旺”(0312)进行对比分析。结果表明:(1) “温比亚”过程发生在500 hPa副热带高压(以下简称副高)稳定的环流背景下,副高位于TC的东北侧有利于“温比亚”西北行,“科罗旺”过程发生在副高减弱东退的环流形势下,副高位于TC的北侧,造成“科罗旺”西北偏西行,在琼州海峡附近登陆后“科罗旺”移动路径比“温比亚”偏南。(2) 200 hPa强盛的南亚高压影响下TC的流出气流中心偏于TC中心的南侧,是两次过程TC非对称结构的根本动力原因。(3) 两次过程TC中心南侧低层强辐合与高层强辐散的配置,整层水汽通量散度辐合大值区主要分布在TC中心的南侧,决定了云系的非对称分布。(4) 两个TC的假相当位温(θse)、相对湿度(RH)均呈准对称分布,表明热力因子不是其非对称结构的主要因子。(5) “温比亚”影响广西时,广西南部处在其移动路径的左侧,受偏西气流影响,东北-西南向分布的地形作用不明显,强降水由偏于TC中心南侧的云系造成;“科罗旺”影响广西时,广西南部位于其中心北侧少云区,处于其移动路径的右侧,东南气流与山脉垂直,强降水由地形抬升作用引起的新生强对流云团引起。      

南海中北部秋季低空偏东急流分布特征及其形成的机制

借助Biot-Savart定律和二维涡度方程以及美国国家环境预报中心的数据资料,分析了海陆分布的下垫面热力差异与南海中北部低空急流发生和发展的关系。分析结果表明:南海中北部的低空急流由秋季出现在海陆交界处的偏东强风带南移加强而致,最大风速层出现在925 hPa附近,其形成与海陆热力差异增大有关。进入秋季后,由于太阳辐射的季节变化及北下冷空气的双重作用,东亚大陆近地层的温度下降迅速,而南海洋面温度变化极小,南北温差加剧。两地近地层温度的相对变化,加大了大气上升和下沉运动,使得东亚大陆负相对涡度及南海地区的正相对涡度均得以增强。由Biot-Savart定律可知,东亚大陆和南海地区之间相对涡度通量的加大必将于南海中北部对流层低层诱导出强的辐合风速,形成带状偏东风急流。由于南海南部的涡通量大于东亚大陆地区,因此南海南部高温正涡中心所诱导出的水平速度是构成南海中北部低空急流的最主要分量,而来自东亚大陆低温负涡中心的贡献居次。      

T213与T639模式热带气旋预报误差对比

应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213) 及其升级版本T639L60(简称T639) 对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24～120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。