WRF模式产品精细化预报初探

以新一代中尺度模式WRF模式产品为基础,将各乡镇站点转换成平面坐标,通过反距离加权法插值得到精细化预报要素值。采用GIS系统对各乡镇预报要素进行地图、表格、时序图方式显示,可以直观、精确的得到WRF精细化预报产品。通过个例分析,表明WRF精细化雨量预报在时间、空间、量级上与实况基本一致,对于过程降水、对流性降水的降水趋势、降水分布及过程技术总结都具有一定的指导意义,做到了WRF模式产品与GIS相结合,将预报产品精细化到乡镇。     

WRF模式不同分辨率模拟分析

利用WRF中尺度模式对内蒙古地区2011年降水天气过程进行模拟分析,主要研究模式不同水平分辨率对温度和降水的影响。结果表明:水平分辨率为27km时,模式可以较好的模拟我区的降水落区和强度;不同分辨率下模拟单站降水结果存在差异,分辨率提高,模式空报率下降,但是漏报率却明显增加,TS评分降低;分辨率提高与温度预报准确率无明显的正相关,模式前12h预报准确率明显高于后12h,模式分辨率提高对后12h温度预报准确率结果有明显改善。     

利用WRF模式进行高性能计算机并行计算评测

在大规模集群高性能计算机系统上进行WRF模式并行计算测试,研究WRF模式不同水平分辨率和垂直分辨率与并行计算时间、并行加速比和并行效率的关系。测试结果表明,随着并行计算使用计算核心个数的增加,并行计算时间减少,并行加速比增大,并行效率则降低;在使用计算核心个数相同的情况下,随着水平分辨率的提高,WRF模式并行计算时间增加,并行加速比增大,并行效率也提高。     

LAPS资料在WRF模式中的应用

在分析WRF模式对初始资料需求的基础上,对比分析LAPS资料和NCEP资料的异同,设计LAPS资料应用到WRF模式的流程,实现资料的格式转换及其与模式的衔接。基于这两种资料,以2008年6月12—13日广西大暴雨为例进行模拟试验,并用TS评分和SAL定量评估方法对模拟的降水结果进行检验。结果表明,与NCEP资料相比,LAPS资料可提高暴雨预报的精度,尤其对暴雨落区的预报。      

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1 m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。     

基于WRF模式的雷电潜势预报

用WRF模式对发生在南京市区的两次雷电过程进行了模拟,提取两次模拟过程在南京范围内的格点数据,分别做雷电潜势预报模型建模和检验两组样品。利用江苏省地闪定位资料作参考,选出49个对雷电单体形成有重要影响并且在两组样品中的平均值比较接近的强对流参数进行建模。利用建模样本对预报因子与变量进行多分类Logistic逐步回归统计分析,确定4个对流参数建立Logistic雷电预报模型,最终利用检验样品对预报模型的预报效果进行了检验。结果表明:WRF模式模拟出的强回波区域的形状和面积与实况的相似度较高,但与实况相比,整体向东北方向偏移。考虑此偏差后,建立的雷电预报模型的准确率达到67.32%,技巧评分达到0.466,具有较好的预报效果。WRF模式高时空分辨率的特点,使得其对雷电发生前的气象要素资料的获取更加精确,因此增加模式模拟的精确度,可进一步地提高利用WRF模式进行雷电预警的效果。     

安徽省WRF模式短时强降水的预报检验

利用2005—2015年安徽省内1162个站点观测资料简要分析了短时强降水的时空分布特征,并利用中国气象局CLDAS(CMA Land Data Assimilation System)近实时降水资料检验2012—2015年安徽省WRF(Weather Research and Forecast)模式对短时强降水的预报性能,探讨不同空间插值方法、检验方法对预报效果的影响,以评估模式预报短时强降水的应用价值和使用注意事项。结果表明:短时强降水主要发生在大别山区和皖南山区;一年中发生次数呈单峰分布,集中于6—8月;日变化呈双峰状,强峰为北京时间下午15:00—19:00,弱峰为06:00—09:00,两个低谷分别为01:00、12:00前后。在两分类评分TS(Threat Score)检验中,各个季节评分均十分低,插值方法对TS评分影响不大。邻域法FSS评分(Fractions Skill Score)检验中,春季FSS评分低,最高仅可达15%,空间窗、时间窗、时间超前或滞后变化对FSS评分的影响不如夏季、秋季明显;夏季,不考虑时间窗时,单独的时间超前或滞后不能提高预报准确率;秋季,模式分别滞后1h或滞后2h预报结果优于同期预报,而超前1h或超前2h预报结果低于同期预报,表明秋季WRF模式对短时强降水的预报有一定滞后性。     

用微机集群并行方式运转WRF模式

介绍了集群的基本原理和组成部件,并从实例出发,总结了组建一个4台微机简易集群的流程和操作技巧;将WRF模式在集群环境中进行了并行试验,试验相关数据表明:WRF模式在普通微机构建的Linux集群(PC-Cluster)并行效率较高。用微机集群并行方式运转WRF模式具有成本低、简单易行、运算效率高的特点。     

中尺度WRF数值模式系统本地化业务试验

利用中尺度WRF数值模式及WRF三维变分同化系统,在对比试验的基础上,选取了适合本地的积云过程、微物理过程和辐射过程的方案组合;选择了NCEP/GFS作为模式的背景场;统计计算了以云南为中心的区域背景误差协方差并替换了三维变分同化系统中原有的背景误差协方差;同时,考虑模式底层高度与地面观测站高度的差异,进行了地面资料地形订正.通过上述试验研究,建立了本地化的中尺度WRF数值预报业务系统,该系统能较好地刻画本地下垫面的动力和热力状况,预报能力有明显改善.     

WRF模式在南京数值天气预报中的应用

利用最新版本的WRFV3.1进行了南京地区的高分辨率的数值天气预报,对预报结果进行了细致的评估,结果表明：模式很好的预报出了温度、相对湿度及风场的逐日变化特征。0~24 h预报的平均温度和实况基本一致,预报的击中率为0.73;预报的平均相对湿度较实况偏高了0.3%,击中率为0.74;模式预报的风场跟实况较为吻合,对风速增大、减小的趋势预报非常准确。另外, 模式对层云降水预报较好,能很好的把握了降水的强度及空间变化,但对积云强降水预报,结果不理想,降水范围、强度均偏小,持续时间偏短。     

美国WRF模式的进展和应用前景

WRF(Weather Research Forecast)模式系统是美国气象界联合开发的新一代中尺度预报模式和同化系统，2004年6月对外发布了第二版和三维变分同化系统。这个模式采用高度模块化、并行化和分层设计技术，集成了迄今为止在中尺度方面的研究成果。模拟和实时预报试验表明，WRF模式系统在预报各种天气中都具有较好的性能，同时实现在线完全嵌套大气化学模式，不仅具有较好的天气预报水平，而且具有预报空气质量的能力，具有广阔的应用前景。     

用微机集群并行方式运转WRF模式

介绍了集群的基本原理和组成部件,并从实例出发,总结了组建一个4台微机简易集群的流程和操作技巧;将WRF模式在集群环境中进行了并行试验,试验相关数据表明：WRF模式在普通微机构建的Linux集群（PC-Cluster）并行效率较高。用微机集群并行方式运转WRF模式具有成本低、简单易行、运算效率高的特点。     

基于WRF模式的对流性降水预报检验

文章挑选了2013年5—10月5个民航机场(乌海市、呼和浩特市、二连浩特市、阿尔山市和满洲里市)出现对流性降水的个例,基于WRF模式对不同格距下单站降水次数、降水评分和降水量级进行检验。结果表明:不同格距下模式模拟的降水均以对流性为主,模式能较好的模拟出降水性质;从降水评分检验来看,9km的模拟结果好于27km,分辨率提高后二连浩特市、呼和浩特市和乌海市3个站的TS评分均明显提高;模式对小雨量级降水的预报准确率最高,达95%以上,对其它级别降水预报量级明显偏小。     

WRF模式对金塔绿洲效应的数值模拟

利用美国NCAR中心的天气研究与预报模式WRF,对金塔绿洲的温度场、环流场、能量场的结构及其日变化特征进行了较为细致的模拟研究。结果表明,WRF模式能较好地模拟出非均匀下垫面上绿洲和戈壁的近地面温度、风场、净辐射、感热和潜热等要素的变化特征及日变化规律,较为完整地呈现出绿洲"冷岛效应",模拟的近地面风向和观测值吻合较好。通过对能量场的时空分析,发现下垫面的植被类型、土壤类型和土壤湿度对绿洲白天感热、潜热、土壤热通量和净辐射等有很大影响,绿洲白天净辐射峰值比戈壁大,潜热通量比感热通量大;白天大气向地面传输热量,绿洲地表获得的热通量大;而夜间地表向上传递热量,绿洲释放的热通量比戈壁大。更加细致地研究这些现象对深入了解绿洲气候的形成和维持机理具有重要的意义。     

WRF模式对西南地区干旱事件的模拟研究

2009—2010年在中国西南地区发生了严重的秋冬春三季持续性干旱,为了评估WRF模式两种陆面方案在中国西南地区干旱事件中的模拟性能,该文采用Noah陆面方案和Pleim_Xiu陆面方案两种WRF模拟方案对西南干旱事件进行模拟研究。两种陆面方案都合理的模拟出了西南地区极端干旱事件中的降水空间分布与时间序列,但与观测资料相比仍然存在一定的误差。两种陆面方案的相互比较表明,在极端干旱事件模拟中,Noah陆面方案在降水模拟中有着一定的改进作用。在对西南干旱时期的蒸发模拟当中,Noah和Px方案相比有着更低的误差,采用Noah陆面方案能更好的模拟蒸发状况。     

基于WRF模式的太阳辐射预报初步试验研究

采用中尺度气象模式WRF(Weather Research Forecast)对北京地区的太阳辐射进行了4个典型月的逐时预报试验,用南郊观象台的辐射观测数据对预报结果进行了对比分析和初步订正试验。结果表明:在现有模式条件下,5 km分辨率的短波辐射预报结果和1 km分辨率预报结果无明显差别;WRF模式对太阳辐射的预报性能在晴天较好,多云天次之,在满云或阴雨天最差;通过误差分解发现,位相偏差、系统偏差及振幅偏差在各月对均方根误差的贡献有明显差异;针对模式预报结果的系统偏差和振幅偏差。经过简单的线性订正可以较明显地改进模式预报结果;双偏订正(DBC)法比线性回归(LR)法对预报误差的改进效果略明显;仅通过简单的线性订正,位相差很难消除,需要针对位相差研究新的订正方法。     

WRF湖泊模型对青藏高原纳木错湖的适用性研究

WRF模式是目前应用最广泛的区域天气模式之一,在其最近的版本里耦合了一维湖泊模型,用于模拟陆面大型水体与底层大气的相互作用。本研究利用中国高时空分辨率气象驱动数据在西藏大湖之一的纳木错对该湖泊模型作离线模拟,并利用MODIS卫星数据、湖温观测数据和湖面能量平衡评估了模型在青藏高原纳木错湖的适用性。结果表明:WRF中的湖泊模型方案并不适用于纳木错,其原因是在模拟深湖时,模型中垂向混合能力不足,导致大量能量堆积在湖水浅层,湖温廓线和湖表能量平衡存在较大误差。通过加大湖体内部的湍流混合能力,模型对湖水未冻结期的湖温和湖表能量平衡的模拟有很大改进。     

山东半岛冷流暴雪的WRF数值模拟方案研究

采用WRF数值模式,选择2005年12月6—7日和21日两次冷流暴雪天气过程进行模拟,通过有Kessler微物理方案和无微物理方案进行了敏感性试验对比分析。结果表明,有Kessler微物理方案对冷流降雪过程模拟效果好,模拟的降雪量和降雪落区更接近于实况,对流层低层温度平流和风场辐合能够揭示冷流暴雪产生的原因。而无微物理方案模拟的山东半岛降雪量较实况明显偏少,850 hPa温度冷平流的绝对值偏小,且风向辐合的交角偏小,辐合强度偏小。     

基于WRF模式的云南短时强降水物理量特征

为了解云南短时强降水发生前本地化中尺度WRF(Weather Research Forecast)模式输出结果的物理量特征及其对短时强降水预报的作用,使用WRF模式对2016年云南主汛期(6—8月)5次短时强降水过程进行模拟,利用模式输出的高时空分辨率资料计算5次过程中85个样本在短时强降水发生前6 h水汽类、动力类及不稳定条件类的部分物理量值,使用箱线图分析各物理量的分布特征及其与短时强降水的关系,应用经验累积分布函数图确定各物理量的阈值。研究表明,水汽类物理量样本数据值分布较为集中,随着短时强降水的临近数值逐渐增大;动力类的6 km垂直风切变中位数值及平均值随时间变化很小,所有时次的6 km垂直风切变阈值均低于12 m/s,表明短时强降水发生前有弱垂直风切变;不稳定条件类中对流有效位能样本数据的离散程度较大,对短时强降水无指示意义;LI指数、K指数和700 hPa假相当位温样本数据离散度较小,其中K指数中位数值、平均值及阈值的上下限在短时强降水发生前1 h有显著增大的特征,且数据集中度达到最高,大的K指数值与短时强降水有较好的对应关系。使用物理量阈值推算短时强降水落点的方法对云南本地化WRF模式短时强降水的预报性能有改进作用。     

基于WRF模式的雅安暴雨数值模拟研究

利用WRF模式对2010年8月21日发生在雅安地区的一次暴雨过程进行了数值模拟。对比分析模拟和实况发现,WRF模式较好的模拟了此次降水过程的时空分布,人而利用模式输出的高时空分辨率模拟资料对此次暴雨进行诊断分析。结果表明,青藏高原地形的阻挡作用使副热带高压西南缘的暖湿气流持续向四川盆地输送,在雅安地区上空700 hPa形成气旋性环流中心;主要降水时段内强降水中心从低层到高层均出现了强烈的上升运动,以及暴雨中心上空维持着高层辐散、低层辐合,高空为负涡度、低空为正涡度,且随暴雨过程发展对流层正涡度的加强作用为暴雨的生成和维持提供了有利的动力条件;对流层中低层接近饱和的空气、强烈的水汽输送以及水汽通量散度高低层的配置,为本次暴雨提供了充足的水汽条件;对流层低层大气存在明显的不稳定层结,中层为中性层结,这种对流性不稳定的维持为暴雨天气的发生提供了热力条件,有利于强降水过程的形成。