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。     

POSSIBLE RELATIONSHIP BETWEEN ENSO AND BLOCKING IN KEY REGIONS OF EURASIA

Using reanalysis data provided by the U.S.National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,the potential relationship between the El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) cycle and blocking highs in three key regions of Eurasia (Ural,Baikal,and Okhotsk) from 1950 to 2008 is analyzed.Composite analysis of 500 hPa geopotential height field during different stages of ENSO reveals that in the winters of El Ni?o (EN) years,there is significant negative anomaly of geopotential height in the three key regions.In the winters of La Ni?a (LN) years,on the other hand,significant positive anomaly of geopotential height is observed in Eastern Ural,Baikal,and Okhotsk.In summer,Okhotsk exhibits positive anomaly,which is significant at a confidence level of 90% by Student’s t-test during the developing stage of an LN year.In the developing stage of an EN year,geopotential height field at 500 hPa manifests positive (negative) anomaly in Baikal (Ural and Okhotsk),while the geopotential height field at 500 hPa exhibits positive (negative) anomaly in Ural and Okhotsk (Baikal) during the decaying stage of both EN and LN years.However,these abnormities are insignificant in a developing EN year,decaying EN year,and the summer of a decaying LN year.By analyzing 500 hPa geopotential height field during different phases of the ENSO cycle,it is observed that results of the case study are consistent with those of composite analysis.Annual average blocking is likewise examined during the different stages of ENSO from 1950 to 2008.Combined with composite analysis and case study,results indicate that blockings in the three key regions are suppressed (enhanced) during the winters of EN (LN) years.In summer,the influence of ENSO on the blockings in the three key regions is not as significant as that in winter.Evidently,developing LN may enhance blockings in Okhotsk.Influence factors on blockings are various and complex.This paper indicates that the influence of ENSO on blockings cannot be neglected,and that it is crucial to related operational forecasting as a potential signal.     

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.     

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。     

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。     

2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因分析

为深入理解江淮梅雨持续性强降水的大气演变过程,探讨中期预报技术途径,利用NCEP/NCAR逐日再分析数据和历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因.结果表明:梅汛期,西北太平洋副热带高压稳定和7月中下旬持续偏南,决定了2007年梅汛期降水的时间和地域分布特征.阻塞高压的频繁出现和副热带季风涌的异常强盛为梅雨锋维持和加强提供了有利的动力、热力以及水汽条件;"伊朗型"南亚高压的活动以及东亚上空副热带急流通过高低空耦合动力作用,不仅为持续性暴雨创造了良好的垂直环流结构,也间接抑制了副高北抬.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

2007年淮河暴雨洪涝的气象水文特征

利用常规气象和水文资料, 分析了2007年淮河洪涝期间的气象水文特征, 探讨了淮河暴雨致洪原因。结果表明: 2007年淮河入梅后经历了7次暴雨和大暴雨过程, 其中导致淮河洪涝的强降雨主要出现在2007年6月29日—7月10日的4场强暴雨过程。大尺度的环流分析表明:淮河的强降水出现在大尺度环流形势相对稳定的梅雨形势下, 副热带高压的稳定对于强雨带的建立影响最明显; 淮河干流的水位流量变化呈现出上游水位高, 汛情严重的特征。王家坝的水位经历了两次快速上涨后超过保证水位, 水位的变化与淮河强降雨、尤其是淮河上游强降雨过程有较好的对应关系。与历史上淮河洪涝年比较发现:2007年淮河梅雨期的总降水量低于历史上淮河洪涝年的1954年、1991年和2003年的降水量, 为历史第4位; 淮河干流的水位则超过了1991年和2003年, 为历史第2位, 上游降水量大导致了淮河出现1954年以来的高水位。     

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

2007年淮河流域暴雨期间大气环流特征分析

利用NCAR/NCEP再分析资料及国家气象信息中心30年气候平均降水资料,通过动力诊断与分析手段研究了2007年6—7月发生在我国淮河流域的暴雨。结果表明,淮河流域的环流垂直结构和降水有着非常好的对应关系。暴雨期间,鄂霍茨克海阻高与乌拉尔山阻高这种双阻高形势对于淮河流域的持续降水提供了很好的条件;南亚高压高层(200 hPa)基本为正散度区,低层(850 hPa)为负散度区,上下层强烈的抽吸结构对暴雨的发生也是非常有利的条件,同时,在淮河暴雨期问,南亚高压(200 hPa)与500 hPa西太平洋副热带高压有着相向而行的移动路径;位涡对于分析冷空气的活动,有着比较清晰的意义,暴雨发生前,有明显的正位涡异常从高纬度向低纬度伸展。大气非绝热加热分析结果显示,视热源和视水汽汇两者的高值中心与相应时段暴雨中心位置一致。