CMA-GFS云预报的偏差分布特征

利用2021年3月—2022年2月ERA5再分析数据云量、云水凝物对中国气象局研发的全球数值预报系统CMA-GFS同期云量产品和由云量、云水凝物产品计算的云发生、云水凝物积分的偏差特征进行诊断评估, 初步探讨了CMA-GFS云预报偏差存在的可能原因。结果显示:CMA-GFS云量、云水凝物的分布较为合理, CMA-GFS能够描绘全球云量、云水凝物的分布特征, 并能够反映季节特征;CMA-GFS预报高云和中云的云量偏差大于低云的云量偏差, 而高云和中云的云量均方根误差较低云偏小, 说明模式高云和中云的预报稳定性优于低云;与ERA5再分析数据相比, CMA-GFS液相水凝物积分以负偏差为主, 冰相水凝物积分以正偏差为主;云量、云水凝物的偏差在不同地区成因不同, 在热带地区的偏差与对流参数化和微物理方案不协调有关, 在南北半球中高纬度地区的偏差与相对湿度偏差相关。     

区域大气环境应急响应数值预报系统

介绍了针对国内有毒气体泄漏等突发性大气中污染物扩散问题建立的区域精细大气环境应急响应数值预报业务系统。该系统基于污染扩散模式HYSPLIT_4,利用中尺度模式WRF为其提供气象场,对污染扩散的路径和浓度以及地面沉降进行计算,系统后端开发了基于GIS的产品制作平台对模式产品进行叠加地理信息的处理。为实现快速应急响应的功能,模式业务系统始终处于热准备状态,并可在接到指令后迅速完成产品制作。文中给出一个大气环境应急响应演习应用实例,显示该模式系统对影响范围较大的有毒气体泄漏事件应急响应工作具备一定的指导意义和应用前景。     

全球数值模式中的台风初始化Ⅱ: 业务应用

由于缺少大量有效的观测资料,台风初始化对数值天气预报业务模式而言,仍然是一个悬而末决的难题.中国国家气象中心自从1996年将台风数值预报系统投入业务运行以来,一直使用经验的人造bogus涡旋台风初始化技术.实际上,不同时期的台风有着不同的环流结构,即使同一个台风在不同的生命期也具有不同的结构特征,而这些结构特征的差异并不能依靠现有的bogus涡旋技术体现出来,这种主观方法的统一性与台风在时空上的差异性形成了强烈的反差.最近,基于国家气象中心全球资料分析同化-预报循环系统,设计和发展了一套新的台风初始化业务方案,它主要由初始涡旋形成、涡旋重定位和涡旋调整3部分过程组成.相比于业务中使用的人造bogus涡旋台风初始化方案,新方案在很大程度上减少了人为因素对台风涡旋结构的影响,而更多地是依靠数值模式自身的动力和物理过程来协调约束产生三维空间的涡旋结构.应用新方案,文中对生成于西北太平洋的2006年0605号台风格美(Kaemi)进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风涡旋环流结构的初始化方面效果较好,同时,对台风格美多个时次的预报结果也显示,相比于业务使用的bogus方案而言,新方案对台风路径平均预报误差有了大幅度的降低.     

基于GIT的气象数值模式代码管理平台METCODE

随着气象数值模式的发展完善,已广泛应用于国家级和区域中心,研发力量地理上分散。支撑数值模式运行的高性能计算机系统呈现出异构众核的发展趋势,模式研发的学科交叉衍生性越发明显,分布式模式研发的高效协同共享成为一个亟待解决的问题。本文基于Git建立了一个代码管理协作共享平台METCODE,实现了气象数值模式的代码版本管理、集成协作共享与过程管理,方便地支持分布式团队的合作研发。平台已在气象数值模式的研发中成功应用,应用效益良好。     

基于多种TSM方法的北京国家奥林匹克体育中心2月颗粒物来源解析

利用HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型和ERA_INTERIM数据,计算2013—2017年北京奥林匹克体育中心(以下简称奥体中心)2月期间抵达的72 h后向轨迹,并结合聚类分析方法和污染物浓度数据,分析2月不同轨迹对奥体中心污染物浓度的影响,采用四种不同的轨迹分析方法分析奥体中心污染物来源特征,并通过实例分析了不同轨迹分析方法的优缺点和适用性。结果表明:奥体中心2月主导气流明显,为西北路径,出现概率为55.85%;清洁通道为北向气流,污染来源为南向路径和偏东路径,对应颗粒物浓度最高;通过轨迹统计方法得到奥体中心2月颗粒物主要污染来源为河北地区、山东半岛、黄渤海区域、新疆北部与河西走廊。此外,研究发现潜在源贡献函数和浓度权重轨迹方法适用于近距离污染源的识别;停留时间浓度加权方法采用确定性办法通过迭代可以精准识别出北京奥体中心主要污染物来源;定量传输偏差分析方法引入不确定性概念,适用于大范围确定性污染源识别,但同时会产生虚假的污染物来源。不过,采用RTWC方法和QTBA方法相结合可消除QTBA方法带来的虚假污染源。     

“罗莎”(0716)台风对071005北京秋季大雨的影响研究

2007年10月5—6日,北京地区在通常干爽的秋季出现了大雨过程。采用WRF模式进行数值模拟和敏感性试验发现,北京这次大雨天气在很大程度上受到东南沿海“罗莎”(0716)台风的远距离影响。主要表现在:(1) 台风外围环流波动在对流层顶向北传播,在北京上空与西风带波动叠加,形成对流层上层强辐散;(2) 台风北侧东风环流将东海和黄海的水汽汇聚于长江中下游地区,之后沿着副高边缘向北输送至40 °N附近的北京地区;(3) 受“罗莎”台风影响对流层中低层水汽辐合带向北推移1.5个纬距,形成北京地区的水汽辐合。动力分析显示,北京地区上空对流层500 hPa以下强辐合,500 hPa以上尤其是300～200 hPa强辐散,形成几乎整层的上升运动和600 hPa以下水汽的辐合,对大雨的产生十分有利。此外,大雨期间对流层顶长时间强的冷平流和对流层中低层的暖平流,在一定程度上对降水的维持起到了积极作用。敏感性试验同时表明,没有“罗莎”台风的影响,北京地区上空上述动力条件基本不存在。      

数值预报业务系统移动监控平台的设计与实现

针对目前数值预报业务系统缺少移动终端监控的问题,设计并实现数值预报业务系统移动监控平台。该平台使用消息中间件技术实时获取业务系统运行状态,采用剪枝算法提高数据处理效率。开发适合移动终端的Web网站,方便运维人员通过手机等移动设备实时获取业务系统的运行情况。通过存储出错任务列表,提供对历史异常状态的查看。基于微信公众平台企业号的消息推送接口,开发报警推送功能,能够实时发送业务系统运行出错信息。该平台针对移动互联网和移动终端进行优化,同时使用单向数据流和强制使用HTTPS协议等技术,提高整个平台的安全性。该平台已在数值预报中心业务运维值班中实际应用,取得良好效果。     

日本福岛核事故对我国辐射环境影响的监测与分析

2011年3月11日,日本东北海域发生9.0级地震并引发海啸,受此影响日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。3月26日,我国黑龙江监测站首次在空气样品中监测到来自日本福岛的放射性元素I 131,监测持续近一个月。基于我国31个省(区、市)的大气放射性浓度监测记录,综合利用Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model(HYSPLIT)模式的扩散轨迹模拟技术和大气环流形势,分析讨论了日本福岛核事故泄漏期间我国大气放射性环境水平。整个监测期间,我国I 131的浓度最大值位于吉林省8.01 mBq·m-3,发生在4月7日左右,与在此期间我国东部地区的持续东风紧密相关;此外,华北、东北和西北的整体I 131相对浓度较高。Cs 137和Cs 134的最大值均发生在新疆地区,浓度分别为1.55和1.42 mBq·m3;与此同时,其全国平均浓度呈双峰型变化,峰值分别发生在4月4日和9日左右,其结果反映了大气环流和排放速率变化的综合影响。我国西北和华北的监测浓度值较高。此外,还就Cs 137/I 131和Cs 134/Cs 137的比值与其他国家的监测结果进行了对比分析,结果表明,我国监测到的Cs 137/I 131比值在0.04～0.9之间,其值变化范围较大,且整体呈上升趋势,与此同时,整个监测期间Cs 134/Cs 137比值在1附近摆动。     

大气扩散集合预报技术和确定性预报技术在日本福岛核事故全球扩散中的对比分析

将集合预报技术引入到大气扩散数值模拟中,这是提高大气扩散数值模拟能力的一种新的、有效的手段。2011年3月受日本东北部9.0级大地震影响,日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。以此次核泄漏事故的全球扩散为研究对象,通过运用不同的大气扩散预报技术（集合预报和确定性预报）,模拟了福岛核泄漏释放出来的放射性物质在全球的扩散过程,并利用监测资料对模拟结果进行了对比分析和评估。文中采用的集合预报技术共三种,分别为气象场扰动技术MET、湍流扰动技术TUR和基于大气扩散物理过程参数化方案的集合预报技术PHY。模拟结果显示：集合预报的扩散轨迹模拟技术能更好地模拟粒子随大气环流扩散的过程;此外,与MET和TUR相比,确定性预报和集合预报PHY模拟扩散范围偏小,扩散速度偏慢,且无法模拟出4月初日本福岛核放射物质向我国东部海域扩散的过程。这是因为MET和TUR技术核心是对平均速度和湍流速度进行扰动,这种三维扰动,会促使污染物向更远方向进行扩散,水平方向扩散连续也更符合监测情况;PHY主要是对扩散物理过程参数进行扰动,以垂直速度的扰动为主,造成扩散范围偏小、水平方向扩散不连续。此外,监测站点与模拟结果的时间序列对比分析结果表明：模拟结果均能较好反应浓度趋势演变,不过模拟浓度偏低,尤其是确定性预报和PHY试验;此外,通过与监测站点的比较得出：与PHY相比,MET和TUR在平均浓度和最大浓度出现概率上具有更大优势。本文的研究结果对于丰富大气扩散数值模拟研究,提高环境应急响应水平具有参考意义。     

国家气象中心T213L31数值预报运行监控方案及预报效果评估

T213L31系统是我国新一代中期数值预报业务系统，该文介绍了该系统的实时业务运行流程，着重阐述了实时运行监控方法的设计和实施。通过对整个运行流程的解析、运行相关信息和异常事件的说明以及功能的介绍，使读者可以对T213L31运行监控和维护方法有一个较完整的认识。文章还对T213L31系统准业务和业务运行期间的预报效果进行了较为全面的检验与评估，结果显示:T213系统较国家气象中心的原数值预报业务系统T106L19的预报效果有了明显改进，可用预报时效延长了约1天。但与世界领先的ECMWF的中期数值预报产品相比还存在一定差距，特别是中期时效的预报差距比较明显，还有待于进一步的改进和提高。