基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。     

2016年夏季DOGRAFS系统站点24h降水量级预报检验

随着精细化降水预报的要求和发展,模式对站点定量降水预报已成为天气预报业务的主要参考依据之一。本文对乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS v1.0在2016年夏季全疆105个站点的24h累积降水量的预报性能进行统计检验。结果表明：(1)除山区外,全疆晴天预报准确率达到85%以上,其中南疆盆地、吐鄯托盆地晴天预报准确率达到95%以上。(2)对于小雨出现较多的站点,预报准确率达到55%以上、部分站点达到70%,同时上述区域存在15%左右的报强率;对于降水较少的南疆盆地和吐鄯托盆地整体以漏报为主,漏报率在80%以上。(3)北疆大部分地区和南疆西部山区的中雨预报准确率整体在30%左右;中雨日数较多的中天山及其两侧预报准确率约60%,该区域也存在20%左右的报强率;其他地区预报降水较实况以偏弱为主。(4)大雨及以上量级降水,模式预报整体表现为偏弱,对于大降水出现较多的地区预报平均准确率为25-30%。     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

博州近45年气温变化特征分析

用博州4个气象站1960～2004年的月平均气温资料,分析了博州3个气候区域近45a来的气温变化特征.结果表明：45a来博州地区气候逐渐变暖,特剐是上世纪80年代中期以来增温尤为明显,中部博河河谷区及东部平原增温幅度明显大于博州山区.博州山区的夏季气温略有下降.上世纪60年代异常冷冬、凉夏事件最多,80年代异常冷暖事件最少.     

新疆博州地区近46年来的气候变化特征

根据新疆博尔塔拉蒙古自治州(简称博州,下同)四个气象代表站点的气温及降水资料,利用线性趋势函数及t检验法分析了该地区近46年的气候变化。结果表明,博州年平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈上升趋势,而且平均最低气温上升的幅度远大于平均最高气温的上升幅度。年平均气温及年平均最低气温约在20世纪80年代中期出现了显著的均值突变,而年平均最高气温在80年代末出现突变;除春、夏季平均最高气温无明显变化趋势外,其它各季平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈上升趋势,其中均以冬季增幅最大,秋季次之;80年代冬夜升温最强劲,90年代则明显减弱;夏季的平均气温与平均最低气温均在70年代中期出现突变,比其它任何突变时间都早;暖温年多发生在80年代后,冷温年多发生在20世纪60年代、70年代。年降水量略呈上升趋势,少雨年多在60年代、70年代,多雨年多在近20年,除春季外,其余各季降水略有上升趋势。     

RegCM4.6两种积云参数化方案在东亚模拟结果的评估

新一代区域气候模式RegCM4.6引进了Mix积云参数化方案,可以将之前版本中的Emanuel和Grell方案结合在一起,以弥补单个参数化方案的不足。利用2016年MODIS(Moderate-resolution imaging spectroradiometer)数据对RegCM4.6中Mix和Emanuel积云参数化方案模拟的东亚云量(Cloud fraction,CF)、冰水柱含量(Ice water path,IWP)和液水柱含量(Liquid water path,LWP)进行初步评估,计算了相关系数(r)、平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)、平均偏差(Mean bias error,MBE)和均方根误差(Root mean square error,RMSE),以便为相关研究选取积云参数化方案提供参考依据。结果表明：(1)模拟的CF的MBE大致以胡焕庸线为界,西北部为轻微高估,东南部通常为低估。2种方案在夏季的模拟效果最好,冬季最差。Mix方案的MAE、MBE和RMSE的绝对值在四季普遍小于Emanuel方案。(2)模式明显低估了东亚的IWP,...     

模式不同分辨率对新疆达坂城—小草湖风区地面风场模拟结果的分析

使用非静力平衡中尺度MM5V3模式及NCEP/GFS 1°×1°再分析资料,对新疆达坂城-小草湖风区2006年4～9月10m高度的风况进行了3km×3km与1km×1km的模拟试验。结果表明:(1)3km与1km分辨率模拟的平均风速的大小分布特征整体一致,仅在复杂地形处以及风速大小值中心区域的强弱上存在细微差别,1km高分辨率对风速大小区域分布的模拟比3km分辨率更细致,且风速大、小值之间的变化梯度更明显。(2)3km与1km分辨率的模拟试验均较真实地反映了地形比较平坦、地貌比较单一区域的日平均风速与逐时平均风速的变化特征,但分辨率的提高并不能完全减小模拟误差。对于地形、地貌特征相对复杂区域而言,水平分辨率的提高,反而会加大模拟偏差。(3)两种分辨率的模拟误差在7、8月最大,4、9月份最小;对逐时平均风速的模拟误差均与距初始场时刻的长短无关。(4)两种分辨率对柴窝堡站点的模拟偏差过大,这很可能与模式中定义的水体、植被等参数与实际相距过大,以及该处地形陡峭,恰好位于绿洲与水体之间的荒漠过渡带有关。     

新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨

参照新疆105个气象台站＂元数据＂,在对12个辐射站逐月日照百分率与月总辐射资料序列进行质量控制检验的基础上,对无效值与缺测值进行了插补订正,继而以Potter非均一性客观检验方法对资料序列进行了非均一性检测,同时以SNTH方法对产生间断的序列进行了相应的非均一化订正。在均一化的月总辐射与月日照百分率资料序列基础上,探...     

GPSRO同化对天山暴雪影响的模拟研究

GPS掩星资料(GPSRO)业务同化的正效果已经在多个国家的数值预报中心得到证实,但在新疆数值预报业务中尚未应用。为验证GPSRO同化对天山暴雪预报的影响,本文以GFS数据为背景场,用WRFDA同化了GPS掩星事件反演的折射率和温湿廓线,评估了其对2014年12月07日08时到09日08时的天山暴雪过程预报效果的影响,对比分析了两者同化产生的影响半径。研究发现,GPS掩星温湿廓线和折射率同化对此次天山暴雪过程预报均有正效果,改善幅度前者劣于后者。同化后风场U、V分量沿风向方向的影响半径均大于垂直风向方向,其增量极值中心位置向下风方向偏移。温度、湿度场的分析增量分布均接近各向同性,增量极值中心位置与掩星事件位置相对应。同化后温度分析均以增暖为主,湿度分析以增湿为主,气压分析以减压为主。温湿廓线同化产生的资料影响半径平均大于折射率同化产生的影响半径。并且,在任何网格点,无论是温度场还是比湿场,温湿廓线同化产生的分析差的绝对值大于折射率同化。温湿廓线与折射率同化后风场的分析增量整体上均随着高度的增加先减后增,温度场分析增量整体上随高度升高而增大,气压分析增量随高度升高单调递增, 比湿分析增量绝对值的大值区主要集中在500hPa以下的低空,其最大值位于700hPa附近。     

GTS同化对DOGRAFS预报新疆区域一次特大暴雪的影响

受欧洲脊发展和乌拉尔低槽东移影响,2015年12月9日20时到12月13日08时,新疆大部出现了大暴雪、寒潮和大风天气过程,其中乌鲁木齐、米东区、小渠子、白杨沟等站日降雪量均突破当日历史记录值。为定量评估新疆数值天气预报业务系统DOGRAFS(DesertOasis-Gobi Rapid AnalysisForecast System)对此次暴雪过程的预报准确率,以NCEP的GFS(Global Forecast System)预报场作为背景场,基于WRFv3.5.1和WRFDAv3.5.1同化WMO的常规观测资料GTS(Global Telecommunications System)进行积分预报。结果表明,DOGRAFS预报的逐24 h累计降水在北疆的落区和量级均与实况接近,GTS同化对暴雪极值中心乌鲁木齐站的逐1 h降水预报为负效果。对DOGRAFS预报区域内的所有站点而言,2 m温度预报的平均偏差在-3~4.2℃,绝对偏差在-1.6~2.5℃。高空温度场预报的绝对误差小于3.5℃。加入GTS后,乌鲁木齐站温度预报偏差大幅度增大,预报效果明显变差,不同化GTS预报的乌鲁木齐单站逐小时2 m温度及其变化趋势与实况非常接近。