背景场资料与参数化方案对暴雨预报的影响

利用GRAPES—meso模式和T213资料,对2007年7月18日发生在我国四川盆地和华东地区一次大暴雨过程进行多组数值试验,以分析侧边界资料、驱动资料的垂直分辨率、模式积分区域、云物理参数及边界参数对GRAPES—nleso模式降水预报影响。试验结果表明：（1）侧边界资料对模式降水预报结果影响较小,驱动GRAPES—meso的全球模式产品质量提高,降水预报结果越好;（2）驱动资料垂直分辨率的高低对降水预报结果影响较大,分辨率越高,预报能力越强,反之越弱;（3）模式积分区域对降水预报结果也有明显影响,区域越大,降水预报未必总是最好;（4）物理过程和边界参数试验表明,WSM6方案与KFeta方案组合的24小时降水预报与实况更接近。     

数值天气预报业务模式现状与展望

20 0 4年是数值天气预报理论提出 10 0周年 ,同时也是数值天气预报业务化应用 5 0周年。经过百年的发展历程 ,数值天气预报学科有了飞跃的发展。特别是最近 10多年来 ,大气科学以及地球科学的研究进展 ,高速度、大容量的巨型计算机及网络系统的快速发展 ,更加快了数值天气预报的发展步伐。文中从模式动力框架、物理过程参数化、模式程序软件等方面对数值天气预报业务模式现状进行了简要综述 ,对存在的问题进行了探讨 ,并对数值天气预报业务模式的未来发展作了展望。当前数值天气预报业务模式发展的特点有 :(1) 2 0世纪 90年代中期以来 ,各国的全球和区域模式水平和垂直分辨率都有明显提高 ,且模式物理过程也同步进行改进 ;数值预报业务模式已进入了大规模并行计算的阶段 ;(2 )主要发达国家和中国都正在致力于研发各自的新业务数值预报模式———非静力 (多尺度 )一体化模式或非静力中尺度模式 ,部分国家的新一代天气 气候一体化数值模式已业务运行 ;(3)业务数值预报模式正在朝着不断完善的方向发展。随着模式分辨率的提高 ,云物理过程、陆面过程和湍流过程、考虑坡度 -坡向因子的辐射过程等在模式中的参数化方案 ,以及模式垂直坐标的选择越来越受重视 ,这些物理过程的描述成为业务数值模式改进的重点和     

基于扰动模式的四维变分资料同化系统框架的设计完善和数值试验

为了建立一个应用于区域数值预报的四维变分资料同化（4DVar）系统,在近期开发的扰动预报模式GRAPES_PF基础上,开发完善增量四维变分同化系统框架。该框架中暂不包含物理过程（长短波辐射、边界层过程、对流参数化和云微物理等）。对比业务使用的GRAPES 3DVar系统,增加了温度控制变量。将无量纲Exner气压与流函数的线性风压平衡方程直接在地形追随垂直坐标面上求解,且通过广义共轭余差法（GCR）求解扰动亥姆霍兹（Helmholtz）伴随方程。利用人造“探空”资料对2015年10月台风“彩虹”进行了理想数值试验。试验结果表明,所开发的扰动四维变分同化框架得到了预期的结果,即同化更多资料并反复受到模式约束的四维变分同化系统能有效改善初值质量,进而改善区域数值预报。建立的区域四维变分同化框架合理可行,为进一步发展包含完整物理过程的区域四维变分同化系统奠定了研究基础。      

地基微波辐射计资料的等值线自动绘制方法

利用美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research,NCAR）中尺度模式（WRF-ARW）以及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）三维变分同化系统GSI（Gridpoint StatisticalInterpolation）,对2005年6月20-21日发生在广东省中部的一场致洪暴雨进行了模拟。与雨量计观测的和卫星反演的降水混合资料相比,模式能够成功地模拟出降水的位置和强度。但数值模拟的效果很大程度上取决于3个条件：模式分辨率;物理过程方案;初始条件。在此次暴雨的模拟中,采用Eta Ferrier微物理方案、内层区域4km细分辨率与外层区域12km粗分辨率组成双层嵌套网格和卫星辐射资料同化的初始化方案是非常合适的。     

不同物理过程参数化方案对贵州降水预报的敏感性试验

利用我国新一代数值预报模式GRAPES，采用6个不同的参数化方案组合：即选择Kessler、NCEP3_class simple ice和simple ice（developed by LiuQijun，CAMS）微物理过程参数化方案和Kain-Fritseh（new Eta）、Betts-Miller-Janjie积云参数化方案形成6个组合，对2004年贵州汛期的降水过程进行48小时的预报试验，对预报结果进行对比分析并与实况资料进行比较、检验。结果表明：GRAPES模式适合对贵州的降水预报；积云参数化方案对降水的影响比微物理过程参数化方案对降水的影响大。simpleice方案与Betts-Miller-Janjie方案组合对贵州降水的预报较好，这些结果对提高GRAPES模式对贵州降水的预报能力有一定的参考意义。     

有限区域模式中的单调性数位滤波器

在大多数数值模式中,为了消除小尺度（波长接近两倍网格距）的波动,必须使用数值耗散或滤波技术。然而,很少有人意识到,常规的耗散或滤波方案自身会引入噪声。例如,大部分滤波器在对梯度变化剧烈或存在陡峭坡度的气象场进行滤波时会遇到困难,即在其结果中不可避免地出现无意义的高频数值振荡（上冲和下冲）。特别是当耗散或滤波应用于有限区域模式时,错误的边值效应往往会严重破坏模式解。本分析了常用的耗散或滤波方法的优缺点,提出了一种新型的单调性数位滤波器。它可以防止在物理场出现不连续或接近不连续时由于计算激波和吉布斯振荡引起的上冲和下冲现象,与此同时仍能保持滤波的高选择特性。此外,新滤波器还采用了隐式计算方案,因而能够轻而易举地解决有限区域模式中的边界退化问题。     

一个描述小尺度深凹地形大气边界层的数值模式及数值模拟试验

文中针对小尺度深凹地形（深凹露天矿）的特点,建立了一个高分辨率的、三维非静力的大气边界层数值模式,模式中采用能量（E-ε）闭合方案。利用该模式对小尺度深凹地形边界层的三维结构进行了较充分的研究,并且有选择地对影响边界层结构的因子进行了数值试验。     

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

将美国国家大气研究中心（NCAR）的区域气候模式（RegCM2-1996）设置在东亚-西太平洋区域（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题，即：垂直分辨率的影响，侧边界条件（如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料）的重要性等。数值试验结果表明：细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式，但容易引起“数值点暴雨”；RegCM2/EA与不同来源的大尺度侧边界嵌套，模拟的降水会有明显的不同；当用RegCM2/EA模拟较大区域时，应该取较宽的缓冲区；在各种嵌套方案中，指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

青藏高原东部地区降水的定量数值预报初探

运用LASGη坐标有限区域数值预报模式对青藏高原东部的川、渝两省市1988年的18次强降水过程进行了不同方式下的定量降水预报的数值模拟,并根据中国气象局制定的有关规定对模拟预报结果进行了评估.该区域地形复杂,天气系统多变,对数值预报模式有较高的要求,LASGη坐标模式以其比较完善的动力框架和物理过程处理方法获得了较好的预报结果,其对小雨、中雨、大雨预报的TS评分可超过主观预报的水平.     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

青藏高原东部地区降水的定量数值预报初探

运用ＬＡＳＧη坐标有限区域数值预报模式对青藏高原东部的川、渝两省市１９８８年的１８次强降水过程进行了不同方式下的定量降水预报的数值模拟,并根据中国气象局制定的有关规定对模拟预报结果进行了评估。该区域地形复杂,天气系统多变,对数值预报模式有较高的要求,ＬＡＳＧη坐标模式以及其比较完善的动力框架和物理过程处理方法获得了较好的预报结果,其对小雨、中雨、大雨预报的ＴＳ评分可超过主观预报的水平。     

区域空气质量数值预报模型

给出了区域尺度空气质量数值预报模型的基本物理构架, 重点介绍了欧拉型输送／沉降模式对各种物理 （沉降、输送）、化学 （气相化学与液相化学） 过程、初值与边界条件等问题的处理／简化; 利用本模型作了一周的预报实验, 实验结果与分析说明, 区域空气质量数值预报模型能够较好地反映全国重点城市的空气质量以及污染物随时间的演变态势; 最后, 指出了需要进一步完善的工作。     

暴雨中尺度模式的发展历程和研究进展

短期数值天气预报模式的发展,由于具备了对动力辐合、湿物理及边界层等过程和实际地形的刻画能力,在分辨率提高到几十公里尺度时,可以对暴雨进行数值预报。经过近50 a的发展,暴雨中尺度模式经历了静力平衡到非静力平衡、粗分辨率到高分辨率、简单物理过程到细致物理过程、云雨隐式预报到显式预报、简单初始化到复杂同化等的转变。本文从暴雨中尺度模式框架、物理过程和初始化方法三个方面,回顾了国内外主要暴雨中尺度模式的发展历程和重要进展,同时指出了未来模式可能的发展趋势并给予了分析讨论。     

中尺度大气数值模式发展现状和应用前景

对国内外当前一些先进的中尺度大气数值模式的发展现状,应用前景及发展趋势作了概要综述。其内容包括：模式动力学的改进,叫就度模拟系统特征,区域谱模 发展积云参数化和显式云物理方案,行星边界层参数化,大气辐射参数、四维资料同化,区域实时数值天气预报,中尺度数值天气预报应用前景及新一代中尺度模式发展趋势。     

“雅安天漏”研究II．数值预报试验

本文建立了一个用于研究“雅安天漏”的有限区域数值预报模式，并用该模式对１０个“雅安天漏”个例进行了数值预报试验，取得了较满意的结果。该模式动力框架的主要特点是：（１）模式的基本方程组便于构造出完全能量守恒的差分格式；（２）采用了静力扣除；（３）模式的垂直坐标选用了η坐标；（４）选用Ｅ网格作为变量的水平分布形式；（５）位势高度与其他预报量在垂直方向交错分布；（６）对Ｅ网格的波解分离问题采取了特殊的处理技巧；（７）首次采用“半格距”差分解决了矩形Ｅ网格及球坐标Ｅ网格沿对角线的差分计算；（８）采用显示分解的时间积分方案；（９）尽量保留初始场信息。模式的物理过程主要包括：（１）大尺度凝结降水；（２）对流调整及对流降水；（３）水平扩散和垂直通量输送；（４）地面辐射收支和边界层参数化。试报降水的主要降水中心及降水范围与观测分析比较相似。大于１０ｍｍ和２５ｍｎ降水的ＴＳ平均评分分别为０．４１和０．３２。     

东亚区域极端气候事件变化的数值模拟试验

使用ResCM2区域气候模式,嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海气耦合模式,进行了温室效应（二氧化碳加倍）对东亚（主要是中国区域）极端气候事件影响的数值试验。控制试验的结果表明,区域模式能够较好地模拟中国区域的极端气候事件。对温室效应引起的它们的变化进行了信度检验,分析结果表明,温室效应将引起日最高和最低气温增加,日较差减小;使得高温天气增多,低温日数减少。降水日数和大雨日数在一些地区将增加。同时还会引起影响中国的台风活动的变化。     

全球和区域数值模式在甘肃2020年汛期降水预报中的检验评估

2020年汛期6—8月甘肃降水日数多、持续时间长、范围广、强度大,对该时间段内3种全球模式（ECMWF、GRAPES＿GFS和NCEP＿GFS模式）和4种区域模式[GRAPES区域数值预报业务系统（GRAPES＿3 km）、西北区域区域模式（GRAPES＿LZ10 km）、西北区域快速更新循环预报系统（GRAPES＿LZ3 km）和华东区域模式（SMS-WARMS）]24 h累计降水预报性能进行检验评估。结果表明：（1）全球模式中ECMWF模式的预报性能优于其余2个模式,而区域模式中GRAPES＿3 km和SMS-WARMS模式预报性能相对较好,且SMS-WARMS模式预报性能更稳定。（2）区域模式晴雨准确率及小雨和中雨的TS评分、ETS评分、命中率低于全球模式,暴雨优于全球模式;大雨和暴雨的空报率和预报偏差均高于全球模式。（3）根据500 hPa环流形势可将甘肃汛期降水划分为副高边缘型和低槽型2种类型,针对2020年4次副高边缘型和3次低槽型降水进行分类检验评估。全球模式和区域模式均对前者的各个量级降水预报性能优于后者;ECMWF模式和区域模式对2种类型大雨和暴雨预报效果优于NCEP...     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

近45年El Nino发生前后珠江口季风强度与海平面异常分析

介绍了一个局地自适应多级模式降水预报系统、以及各级模式对1998年6月9日降水的预报结果，并相互比较。预报结果是：广州区域中心业务模式（75km水平格距）较好地反映了这次降水过程，依托其上的局地各级模式（分别为25km,5km水平格距）能够逐级进一步细致地描述降水过程的空间和时间的分布。这表明自适应多级模式是局地降水预报客观、定量化的有效方法。结果也有利于实际预报人员进一步了解各级模式性能，以便更合理有效地应用数值模拟所提供的信息。