我国无缝隙精细化网格天气预报技术进展与挑战

本文总结了2014年以来我国无缝隙精细化网格天气预报业务的技术进展,讨论了未来发展所面临的关键技术难点。无缝隙精细化网格预报技术的发展,得益于综合气象观测数据和多源资料融合分析网格实况产品的支撑,更依赖于多尺度数值预报模式和实时快速更新同化预报系统的快速发展。经过近5年的探索和努力,我国已经初步建立了针对不同预报时效的无缝隙精细化网格预报技术体系。对于0～4 h预报时效,主要基于全国雷达拼图和GRAPES-Meso模式预报,发展临近分钟级滚动外推预报技术;对于4 h到30 d预报时效,主要通过对区域或全球不同时空分辨率模式预报进行偏差订正、客观解释应用以及降尺度分析,提高预报的准确度和精细度。与此同时,研发了自动化、智能化的交互式预报制作平台,以满足客观高效制作与预报员对极端或高影响天气主观预报优势相结合的需求。发展了以格点实况分析场为参照的空间分析检验方法,初步实现了对高分辨率网格预报的质量跟踪和性能评估。未来的网格预报技术体系,需要吸纳前沿的技术研究成果,包括人工智能应用技术、高级多模式统计后处理技术和协调一致性关键技术等,并且建立统一完整的技术架构和开发标准等。     

The Relationship Between Abnormal Meiyu and Medium-Term Scale Wave Perturbation Energy Propagation Along the East Asian Subtropical Westerly Jet

The East Asian subtropical westerly jet(EASWJ) is one of the most important factors modulating the Meiyu rainfall in the Yangtze-Huaihe River Basin, China. This article analyzed periods of the medium-term EASWJ variation,wave packet distribution and energy propagation of Rossby waves along the EASWJ during Meiyu season, and investigated their possible influence on abnormal Meiyu rain. The results showed that during the medium-term scale atmospheric dynamic process, the evolution of the EASWJ in Meiyu season was mainly characterized by the changes of3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves. The strong perturbation wave packet and energy propagation of the 3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves are mostly concentrated in the East Asian region of 90°-150°E, where the two wave trains of perturbation wave packets and wave-activity flux divergence coexist in zonal and meridional directions, and converge on the EASWJ. Besides, the wave trains of perturbation wave packet and wave-activity flux divergence in wet Meiyu years are more systematically westward than those in dry Meiyu years, and they are shown in the inverse phases between each other. In wet(dry) Meiyu year, the perturbation wave packet high-value area of the 10-15 d low-frequency variability is located between the Aral Sea and the Lake Balkhash(in the northeastern part of China), while over eastern China the wave-activity flux is convergent and strong(divergent and weak), and the high-level jets are strong and southward(weak and northward). Because of the coupling of high and low level atmosphere and high-level strong(weak) divergence on the south side of the jet over the Yangtze-Huaihe River Basin, the low-level southwest wind and vertically ascending motion are strengthened(weakened), which is(is not)conducive to precipitation increase in the Yangtze-Huaihe River Basin. These findings would help to better understand the impact mechanisms of the EASWJ activities on abnormal Meiyu from the perspective of medium-term scale Rossby wave energy propagation.     

2013年夏季我国南方区域性高温天气的极端性分析

提利用1960-2013年我国南方10省（市）733个站点的日最高、最低气温和日平均气温资料,对2013年夏季我国南方高温天气的极端性进行了系统的分析。分析结果显示：2013年夏季我国南方高温天气具有显著的群发性特征,覆盖了长江中下游以及重庆等八个省、两个直辖市;也具有以高温天气过程重现构成的持续性特征,主要经历了4次高温天气过程,其中,7月22日至8月21日的第三次高温天气过程,强度最强、范围最广。重点围绕区域性高温在历史上的极端性做进一步分析,结果表明：所研究高温区域的夏季平均气温、平均最高气温、平均最低气温均破历史纪录,为近50年新高;平均高温日数和强度也超过了历年平均高温日数和强度的极值,属历史罕见;高温日数和高温强度的高值区域范围比历年向北扩展,且高值中心值超过历史最高纪录,极端性突出;2013年极端高温事件的发生次数突破了历史纪录,其中8月的极端高温事件十分突出。     

Logistic判别模型在强降水预报中的应用

利用Logistiv判别模型进行强降水预报,并设计3种方案进行对比分析。方案1直接使用14个影响因子进行判别预报,受因子共线性作用及噪音信号影响,虽然拟合效果较好,但预报效果明显下降。方案2对14个影响因子进行主成分分析,利用前6个主成分建模,虽然拟合效果较方案1降低,但由于消除了因子共线性作用以及噪音信号影响,预报效果较方案1提高。方案3运用Bootstrap抽样技术得到符干样本并建模计算模型参数,打乱了原有时间序列中的波动,仪保留平稳信息,拟合自由度进一步降低,导致拟合效果较方案案2下降,但预报效果却是3种方案中最好且最稳定的。在上述研究基础上,利用欧洲中心数值预报模式的预报场资料,建立基于Logistic判别模型的强降水客观预报系统,并在中央气象台业务运行。2013和2014年连续两年汛期预报检验结果表明,概模型对强降水预报的TS评分高于数值模式本身,具有一定的业务参考价值。     

10～30 d延伸期预报研究进展和业务现状

10～30 d延伸期预报在气象业务发展和国民经济服务中具有重要的作用。本文回顾了关于延伸期预报的相关理论和技术研究进展,概要介绍了国内外开展延伸期预报业务现状;结合目前气象科技发展水平,进一步分析和阐述了现阶段我国开展延伸期预报业务亟待解决的关键技术问题,旨在共同探讨和推动延伸期预报业务的发展。     

近31年登陆北上台风特征及其成因分析

为探讨对我国产生严重影响的登陆北上台风的成因，利用1975—2005年台风资料及NCEP／NCAR逐日再分析等资料，分析了登陆北上台风的气候特征及其大尺度环流和物理量分布特征。结果发现，不仅西北太平洋副热带高压位置和强度变化对台风登陆北上起决定性作用，而且西风带系统和南亚高压活动有利于台风登陆后北折和持续北上也有不可忽视的影响。总结归纳台风登陆北上的预报着眼点，希望有助于提高此类台风的预报预警能力。     

川渝地区夏季旱涝与海温异常浅析

利用1951—2006年6—8月降水资料计算了川渝地区旱涝指数Z指数,确定出该区域旱涝等级及其对应年份,分析这一带历年旱涝情况及年际变化特征,并用相关和合成分析法分析旱涝与海温的关系。结果表明,1950年代末至1970年代前期,这一带地区以旱为主,3个重旱年有2年出现在这个时段内;1970年代末至2003年,旱涝年均有,但以涝为主,2006年则出现了1951年以来最旱的年份。旱涝指数与SST的相关分析显示Z指数与前期SST,特别是1—3月SST有较好的相关关系,Z指数与赤道中东太平洋SST显著正相关。重涝年赤道中东太平洋广大海域SST呈明显的正距平,而重旱年则为大范围SST负距平。2006年1—3月赤道中东太平洋海温呈明显负距平、南太平洋20°S以南到40°S之间海域海温呈显著正距平有利于川渝地区出现严重干旱。     

基于Ward聚类法的中国业务集合预报系统的产品开发

为开发中国新一代业务集合预报系统的聚类产品,系统地介绍了集合预报技术先进国家的集合预报聚类分析方法,并采用Ward聚类法开发了中国集合预报系统的聚类产品。针对重大天气过程初步分析了中国集合预报系统的聚类产品的业务预报能力。结果表明,Ward聚类法以凝练预报信息和给出发生概率的形式,有效地划分出最有可能出现的环流形势类型,为预报员提供了有价值的预报参考信息,也为科学合理地使用集合预报产品提供方便。     

长江中下游旱涝中期预报方法及其业务应用

介绍了双层多因子综合相似的长江中下游旱涝中期预报模型。该模型引入了具有明确动力学和热力学意义的地转西风动量经向输送和经向温度梯度诊断量，同时强调了西太平洋副热带高压对长江中下游夏季降水的关键作用，并考虑了对流层中、低层500hPa高度和850hPa温度的大尺度环流背景场。与过去业务应用的单层相似预报模型相比较，不仅物理意义和天气学含义明确，而且更符合对具有复杂动力和热力机制的降水预报的考虑。5年的预报试验和业务应用结果表明，该方法对长江中下游地区旱涝的中期趋势预报有较好的预报能力。     

两次区域性暴雨过程副高三维结构对比分析

为探讨夏季不同大气环流背景下区域性暴雨过程副高结构特征及其对降水的贡献，利用2005年6-7月降水量和NCEP／NCAR逐日再分析等资料，采用特征指数分析和物理量诊断方法，对比分析了2005年夏季两次区域性暴雨的副高三维结构特征。结果发现，夏季不同的大气环流背景下，两次区域性暴雨过程副高结构性质分别表现为热力性高压脊和动力性高压脊特征，从而导致两次暴雨过程的水汽供应条件和产生强烈上升运动的大尺度背景场存在差异。