天气分析预报中的时空尺度问题

大气中存在着各种时空尺度的扰动。天气分析和预报中,不同时效的预报,必须恰当地选取预报量和预报因子的时空尺度。在统计预报中,很多作者强调预报因子的物理意义,我们在实践中体会到,预报量和预报因子之间的时空尺度的“统一”,是解决这个问题的重要环节之一。 一、“时空尺度”影响的事实和分析 天气系统的时间尺度往往是就其生命史长短而言,而空间尺度则泛指其水平和垂直方向范围的大小。研究表明,长、中、短期天气预报主要是以分析判别长、中、短期天气过程的演变为依据的。以长期预报为例,它的预报对象是长期天气过程变化的产物,因此和一种大范围、长时间的大型天气过程相联系。湖南省气象台发现,当9月和9—11月乌拉尔山地区500毫巴为高值区时,来年雨季结束早,否则迟     

基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验

针对对流尺度天气系统的高度非线性特征和高分辨率模式预报结果存在时、空不确定性现象,以及当前邻域概率法主要考虑高分辨率预报结果的空间位移误差,而不能有效解决预报结果存在时间超前与滞后问题,将时间因素引入到邻域概率法中,结合一次强飑线过程进行对流尺度集合预报试验,并基于改进后的新型邻域概率法与分数技巧评分,对降水预报进行了不同时、空尺度的效果评估检验。结果表明:（1）邻域集合概率法和概率匹配平均法在极端降水的分数技巧评分远高于传统集合平均,弥补了集合平均对极端降水预报能力偏低的缺陷。（2）对于此类飑线过程的对流尺度天气系统而言,邻域半径为15—45 km的空间尺度能够改善降水位移误差的空间不确定性,并使其预报效果达到最优,其中15—30 km的邻域半径对于尺度更小的大量级降水事件预报能力更强。（3）对流尺度降水预报考虑时间尺度与降水强度存在着对应关系,不同时间尺度可以捕获到不同量级降水的时间不确定性。同时,时间尺度与空间尺度对于降水预报效果的影响是相互关联的。（4）改进的邻域概率法能够同时体现高分辨率模式预报结果在对流尺度降水事件上存在的时、空不确定性,实现了对流尺度降水在时、空尺度上的综合评估,并能为不同量级降水提供与其时、空尺度相匹配的概率预报结果。      

春季中期天气过程MOS预报方法

一、前言本文应用谐波分析方法,将 ECMWF 输出的500hpa 高度预报值分解成纬圈谱。以波参数谱、物理量谱和超长波、长波、合成波高度为预报因子,对春季连阴雨天气过程、强降温天气过程及逐日晴雨天气过程,用逐步回归的方法,建立 MOS 预报方程。预报方程在1986年3—4月投入业务使用,波谱因子在时间尺度与空间尺度上与中期天气过程一致,有较明确的天气学意义,因此,其组成的预报方程对中期天气过程有一定的预报能     

副高面积指数在县站长期预报中的应用

一、县站长期预报因子的选择长期预报研究长期天气过程的演变规律。王绍武等指出,长期天气变化的谱幅主要集中在以下三个频率带: 1.指数循环尺度过程(3—5星期)。 2.韵律尺度过程(5—6个月)。     

天气预报相关因子的选择和使用

1引言预报因子的选择是天气预报中最关键的问题，预报因子选择成功与否决定预报的成败。目前，由于大气变化本身的复杂性和人们对大气变化规律认识的局限性，特别对于长期天气形成的前期物理机制还了解很少，加之长期预报的空间和时间尺度大，预报量和预报因子相隔几个月以上或     

尺度分解技术在定量降水临近预报检验中的应用

采用2004年Casati提出的强度-尺度检验技术,选取2008年汛期代表不同类型降水(对流云降水、层状云降水、混合云降水)的4个降水过程,从尺度分解角度入手,对"世界气象组织天气研究计划——北京奥运会预报示范项目"(WWRP B08FDP)项目中4个I临近预报参加系统(BJANC,GRAPES-SWIFT,STEPS,CARDS)的1h定量降水预报进行时空尺度分解检验,研究降水预报技巧与降水时空尺度和强度之间的关系。结果表明:尽管目前国际先进的临近预报系统的水平分辨率已高达1～2km,但其有技巧的临近预报能力主要集中于空间尺度大于32km、时间尺度大于1h的降水系统,而对小于这些尺度的降水系统预报能力仍非常有限;在不同时空尺度的临近预报降水误差中,60%以上的误差来自于空间尺度小于8km的降水,85%以上的误差来自于时间尺度小于1h的降水,传统的外推技术不能满足这些较小时空尺度降水预报的需求,要发展有效的预报方法来提高较小时空尺度降水的预报能力。将基于外推的临近预报和基于稠密观测资料、快速更新的数值预报的潜势预报相结合可能是一条有效的解决途径。     

海洋在长期天气过程中的地位

一、长期天气过程的时间尺度大气这部热机,其运动状态在时间上是多频的:从几秒钟到一分钟量级的微尺度湍流,几分钟量级的声重力振荡,几分钟到一小时量级的对流活动以及几天量级的天气系统(气旋、反气旋),甚至还有时间尺度长到以月、季、年和世纪性为特征的长周期振动。不同频率运动状态的物理本质是不同的,控制各类运动状态的主要物理因子也是不同的。因此,在讨论长期天气过程的物理性质和控制它们发展的物理因子之前,首先需要明确多长时间尺度的运动     

短期气候可预报期限的时空分布

在非线性误差增长理论的基础上,研究了位势高度场与温度场月和季节时间尺度可预报期限的时空分布特征,结果表明:(1)在500 hPa位势高度场上,年平均月和季节尺度可预报期限的空间分布都存在明显的南北经向性差异,其中在热带地区月和季节尺度可预报期限都为最大,月尺度可预报期限都在6个月以上, 其中最高值超过了9个月,而季节尺度可预报期限基本上都在8个月以上,其中最高值超过了11个月;从热带地区到南北半球中纬度地区,随着纬度的升高,月和季节尺度可预报期限也迅速减少。(2)在500 hPa位势高度场上,月和季节尺度可预报期限的空间分布都有明显的季节变化。冬季月和季节尺度可预报期限除了在热带地区较大外,在北太平洋和邻近的北美西北部地区、北大西洋地区以及南极地区,冬季月和季节尺度可预报期限也相对周围地区较高。夏季除了北非和西亚地区月和季节尺度可预报期明显大于冬季以外,大部分地区月和季节尺度可预报期限比冬季明显减少。(3)500 hPa温度场月和季节尺度可预报期限的空间分布以及随季节的变化特征基本上与高度场相同,只是在热带大部分地区,高度场相对温度场来说月和季节尺度可预报性更高,更适合用来作长期预报。     

第三讲:滤波

大气中存在各种不同规模的运动和运动系统,水平尺度从几十米至几千公里,时间尺度从数十分钟至数月。根据运动的水平尺度一般将大气运动分成三类:水平尺度在千公里及其以上的运动系统称大尺度天气系统,如大气长波、超长波、气旋、反气旋、高空急流及副热带高压等天气系统;水平尺度在数十公里以内的为小尺度天气系统,如龙卷、局地     

鲁西南地区夏季旱涝的亚欧500毫巴环流特征分析

本文试图从亚欧500毫巴月平均环流的角度探讨鲁西南地区夏季早涝时期及其前期的环流特征,以便为旱涝的长期预报提供参考依据。 根据可预报性原理和时空尺度理论,我们改变了以往的小时间尺度的单点资料分析方法,对降水量进行了时间和空间的平均,     

不同随机物理扰动方案在一次暴雨集合预报中的对比研究

天气预报系统对模式本身的误差非常敏感,尤其是次网格物理参数化过程的不确定性对天气预报系统的准确性具有重要影响。由于风暴尺度系统时间尺度较小、发展剧烈以及高度非线性,传统的中期集合预报方法不再适用。本文将随机物理扰动方案(Stochastic Perturbed Parameterization Tendencies scheme,SPPT)、随机动能补偿方案(Stochastic Kinetic-Energy Backscatter scheme,SKEB)以及混合模式扰动方案(SKEB+SPPT)引入风暴尺度集合预报系统,对2014年5月31日安徽的一次强对流天气过程进行数值模拟,并评估集合预报效果和分析扰动特征及能量变化特征。结果表明:适用于本次天气过程的SPPT方案的时空尺度分别为3 h和60 km;混合模式扰动方案提高了SPPT方案和SKEB方案的集合预报离散度,减小了预报误差,且提高了预报的准确性;混合模式扰动方案减少了SPPT方案和SKEB方案对降水的空报和漏报;混合模式扰动方案的扰动空间分布在预报初期与SPPT方案类似,随着预报时间的推移,其扰动空间形态分布转换为与SKEB方案类似;混合模式扰动方案的扰动动能在所有尺度上都要明显大于其他两种方案,表明两种随机物理扰动方案的结合可以有效弥补两者在不同尺度上的能量缺失。     

伊盟地区冰雹活动及其产生的气象条件

冰雹天气系统具有水平尺度小,时间尺度短等许多不同于大尺度天气系统的特点,因此,需要对过去个例的统计分析,找出它的活动规律及降雹前的天气形势、影响系统和气象要素特征,建立判别模型,提高冰雹预报的准确率。     

基于WRF模式的对流尺度边界层方案参数随机扰动方法研究

边界层参数化方案的准确性会影响模式对近地面变量和大气低层热动力结构的模拟,对雷暴等强对流天气的预报非常重要,但边界层方案内在的不确定性使得单一预报具有局限性。为了提高对流尺度数值模式中边界层方案的预报效果,基于WRF（The Weather Research and Forecasting Model）模式,应用随机参数扰动（SPP）方法对Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino（MYNN）边界层方案中重要的3个不确定参数进行扰动,探究了该方法对北京地区一次雷暴过程模拟的影响。同时考虑了对流尺度集合预报系统的特点,调整随机参数扰动方法的3个参量（去相关时间尺度、空间尺度和格点标准差）探究了对流尺度中对MYNN方案参数进行扰动的最优设置。结果显示:随机扰动MYNN边界层方案参数（SPPM）方法可以有效提高近地面变量和700 hPa以下低层变量的离散度,同时提高了短时强降水位置和强度的预报技巧。3个参量的试验说明,去相关时间尺度增大到12 h集合离散度有明显提高;格点标准差增大到0.20,预报技巧也略有提高;去相关空间尺度维持在默认值700 km较好,尺度过小（150 km）预报技巧明显降低。上述结果表明,在对流尺度中SPPM方法可以有效表达边界层参数化方案的不确定性,提高集合预报系统的预报技巧。      

天气和气候的可预报性

从理论和实际角度描述了天气和气候可预报性的认识过程.天气和气候的可预报性,特别是10～30天预报依赖于空间和时间尺度,预报包含了可预报分量和混沌分量.可预报性研究的最大挑战,来自气象极端事件的可预报性问题.     

各种时间尺度的预报技术综述

大气的运动状态可以划分成各种不同的时间尺度(或空间范围的系统尺度)运动系统。尽管这种划分的界限不是绝对的或唯一的,但是不同时段预报所使用的预报技术是明显不同的。因此世界气象组织的基本系统委员会大体统一了一个关于时间尺度和预报时段的规定,这就可以在一个统一的概念上     

时间依赖的多尺度背景误差协方差研究II——应用

将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很大的分析增量,既很好地保留大尺度背景场信息,也使局地观测信息被很好保留并有效提取。不同尺度分析增量的共同作用最终导致分析场调整出更符合天气系统尺度特征的增量,从而更大程度地调整不同尺度天气系统的结构,并进一步改进相应的降水预报。另外,将观测资料按空间分布密度高低分别同化,能更有效提取不同分布密度观测资料中不同尺度的信息。为期一个月的批量试验表明,该协方差对应的前12 h降水预报效果改善明显,尤其是强降水预报。      

随机物理倾向扰动方案在西部山地对流尺度集合预报中的研究

为了研究随机物理倾向扰动(SPPT)方法在复杂地形条件下对对流尺度集合预报中的影响,针对SPPT随机扰动场的时间尺度、空间尺度和格点标准差三个参数进行敏感性试验,分析扰动变化规律,探讨其预报效果.结果表明:空间尺度90 km、时间尺度3 h和格点标准差0.525参数构造的SPPT随机扰动场结构对西部山地对流尺度集合预报...     

地面自动站要素实时收集系统

短时临近预报必须有在时间和空间上进行加密的实况信息,因为短时灾害性天气都是中小尺度天气系统造成的,中小尺度天气系统具有生命史短、空间尺度小特点,只有在时间和空间上足够小的网格才能对中小尺度天气系统识别、跟踪,并对其进行短时临近预测。     

各种时间尺度的预报技术综述

大气的运动状态可以划分成各种不同的时间尺度(或空间范围的系统尺度)运动系统。尽管这种划分的界限不是绝对的或唯一的,但是不同时段预报所使用的预报技术是明显不同的。因此世界气象组织的基本系统委员会大体统一了一个关于时间尺度和预报时段的规定,这就可以在一个统一的概念上讨论预报技术的发展。当然,讨论某种时间     

线性回归集成在汛期降水预报中的应用

长期天气预报以什么作为预报因子更妥些?这里我们仅从某地区长期天气过程的演变,与大气环流中某些影响该地区长期天气过程变化的主要活动系统的变化,及其相互制约上来考虑问题。在500毫巴月平均图上,在亚欧范围内选取前期1—12月份各月500毫巴月平均图上十个关键区作预报因子,以此来表示主要活动系统,某地预报对象到底与前期那个月的500毫巴月平均图上