上海中尺度数值预报系统暴雨实时预报分析

简要介绍了最新研制的基于神威—Ⅰ超级计算机上的上海中尺度数值天气预报系统，其最高水平分辨率达到3km，并利用该系统对2002年5月29～30日华东地区的暴雨过程进行了实时预报；根据模式输出结果，分析了大尺度环境流场及各物理诊断量，探讨了该暴雨的主要成因；同时对单个站点的要素预报做了对比分析。结果表明：该数值天气预报系统具备了一定的业务运行能力，可为预报员提供较好的参考依据。     

区域数值天气实时预报系统的研制

主要介绍在自行研制的神箭SJ－100并行计算机机群上建立的实时区域数值天气预报系统。该系统通过国家气象卫星通信网络获取地面、高空气象探测资料和国家气象中心T106数值天气预报产品资料，并引入北半球海温格点场资料和当地地面观测资料；运用美国MM5模式，建立了三重套网格，最高水平分辨率为15km的业务预报模式，并于2001年1月开始投入业务化试用。试验表明：该系统具有较强的短期天气预报能力，尤其是降水预报准确率较高，近地面气温、风、相对湿度等要素预报质量好。所提供的预报产品客观、定时、定量、定点，预报产品丰富，且计算速度快，收到了满意的效果。     

多网格法在长期数值天气预报模式中的应

本文在简要介绍了多网格法的基本思想和本文所用的经改进的地气耦合非定常距平模式的基础上，用多网格法求解地气耦合非定常距平模式中的位势倾向方程—椭圆型方程。通过对1982～1989年6～8月的北半球环流季节预报试验表明，由于使用多网格法，迭代精度提高了，克服了原模式预报的距平场过分光滑振幅偏小的缺点，很好地解出了模式中对长期天气预报起关键作用的大尺度低频信号。在高低两种精度下进行的比较试验表明:多网格法较逐步超松弛法可以使计算速度提高1倍以上。高精度较低精度多网格法更为有效。     

MM5模式移植及业务应用系统

MM5模式是国际上应用比较广泛的一种中尺度气象模式，因为它采用了非静力平衡动力框架、可选择的多种物理过程以及四维同化(FDDA)等先进技术，在气象科研和业务预报领域取得了广泛的应用。由于技术的原因，MM5模式一直运行在UNIX系统之下，直接在Windows系统下运行的个例还不多。作者尝试将MM5模式由UNIX系统移植到Windows系统并据此建立了微机业务应用系统。详细介绍了模式在移植过程中所要注意的几个问题、微机业务技术系统的结构及预报方案。     

基于机器学习的数值天气预报风速订正研究

对风速进行准确预测是精细化天气预报服务(如风能发电、冬季奥运会赛场条件保障等)的重要环节。本文基于三种机器学习算法(LASSO回归、随机森林和深度学习),对数值天气预报模式ECMWF预测的华北地区近地面10 m风速进行订正。首先利用LASSO回归算法提取对10 m风速有重要影响的气象要素特征集,将其作为三种机器学习算法的输入,建立相应模型对ECMWF预测的风速进行订正。用提取后的气象要素特征集建模有助于减少计算量和存储开销,并减小模型的复杂性,从而提高模型的泛化能力。将订正结果与传统订正方法模式输出统计(model output statistics,MOS)得到的订正结果进行对比。结果表明,三种机器学习算法的订正效果均好于MOS方法,显示了机器学习方法在改善局地精准气象预报方面的潜力。     

基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估

为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法.基于我国自主研发的GRAPES区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统.该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂...     

分析初值对暴雨数值预报影响的试验

使用统计插值方案,对1990年11月7—9日和1991年7月27—29日两次暴雨过程,形成几种不同资料源和水平分辨率的客观分析初值。通过三重网格预报模式嵌套计算,探讨初值给于我国东部地区48小时暴雨数值预报的影响。     

神威机上集合数值天气预报系统功能概述

文章对自主研制的基于神威巨型机的并行化集合数值天气预报系统的研制背景、系统组成、主要技术特点和应用发展前景作了一简要介绍。     

有利的人工增雨天气过程预测系统

利用实时资料和数值预报产品，建立了有利人工增雨天气过程预测系统。预测系统采用VB6．0设计编程，模拟预报员的天气分析思路，自动判定天气过程，显示资料分析结果。     

Structure of Eigenvalues in the Advection-Diffusion Equation by the Spectral Element Method on a Cubed-Sphere Grid

To fundamentally understand discretized equations and differential operators, this study investigates the eigenvalues of the spherical gradient matrix and spherical Laplacian matrix discretized by the spectral element method (SEM) on the cubed-sphere grid (CS) for solid-body rotation. The gradient matrix with prescribed wind for the solid-body rotation has small positive real numbers in the eigenvalues, which implies that the solutions of the advection equation for solid-body rotation can be unstable and distorted. However, the unstable model can be effectively controlled by the Laplacian matrix, and all eigenvalues of the Laplacian matrix are aligned along the negative part of the real axis. The maximum eigenvalues of the gradient matrix and Laplacian matrix exhibit the characteristic of a linear function of the resolution, which is important to determine the upper limit of the time-step size for stable time integration. This study suggests suitable e-folding time scale of the diffusion using the 6th order for applications of the advection-diffusion equation. Regarding the characteristics of the eigenvalues, the setting of the stable time step is discussed. A method to implement the diffusion operators in the third-order Runge-Kutta time integration scheme in the advection-diffusion model is also discussed.     

面向预报员的精细化数值预报产品应用培训需求研究

伴随高分辨率数值预报、集合预报和人工智能等关键技术的发展,现代气象预报业务已进入精细化、无缝隙、数字化的智能网格预报时代。为提升广大预报员对数值预报的应用水平,提高预报服务综合效果,从精细化网格预报业务发展对预报员能力素养的新要求和预报员能力现状两方面开展数值预报应用的培训需求研究。结果显示,预报员在综合运用多源资料提升精细化数值预报应用水平方面具有迫切培训需求,在培训数值预报技术进展、产品特点、应用方法的基础上,培训需求呈现出向研究型业务和针对性服务发展的趋势。从数值预报应用培训的内容来看,最大培训需求集中在数值预报新技术原理、产品精细化评估和订正、多源资料综合应用策略三个方面。对预报员分层次进行分析,显示新预报员需求较广泛,相对侧重数值预报基础应用,骨干预报员侧重预报产品评估和订正方法等实用技术,首席预报员相对侧重研究性。最后对开发面向预报员的分层分类数值预报应用培训课程提出了建议,为教学策划和课程设计提供参考。     

Evaluation of the Weather Research and Forecast/Urban Model Over Greater Paris

Meteorological modelling in the planetary boundary layer (PBL) over Greater Paris is performed using the Weather Research and Forecast (WRF) numerical model. The simulated meteorological fields are evaluated by comparison with mean diurnal observational data or mean vertical profiles of temperature, wind speed, humidity and boundary-layer height from 6 to 27 May 2005. Different PBL schemes, which parametrize the atmospheric turbulence in the PBL using different turbulence closure schemes, may be used in the WRF model. The sensitivity of the results to four PBL schemes (two non-local closure schemes and two local closure schemes) is estimated. Uncertainties in the PBL schemes are compared to the influence of the urban canopy model (UCM) and the updated Coordination of Information on the Environment (CORINE) land-use data. Using the UCM and the CORINE land-use data produces more realistic modelled meteorological fields. The wind speed, which is overestimated in the simulations without the UCM, is improved below 1,000 m height. Furthermore, the modelled PBL heights during nighttime are strongly modified, with an increase that may be as high as 200 %. At night, the impact of changing the PBL scheme is lower than the impact of using the UCM and the CORINE land-use data.     

不完整气象资料下基于作物模型的产量预报方法

针对基于作物模型开展产量实时预报后期气象资料的获取问题,提出通过相似类比,从历史气象资料库中获取替代资料的方案,基于CERES-Rice模型系统评估了平均值处理方案和历史相似类比方案的可预报性和误差分布特征。结果表明:水稻产量对成熟前2个月内的气象条件较为敏感,基于气象资料和作物模型开展产量预测,在5%误差范围内可获得60%以上的预测概率;以多年气候平均值替代起报日后期气象资料,在成熟前2个月起报预测概率约为60%,成熟前1个月约为70%,但预报误差系统性偏高;采用气候相似类比方法,从历史气象资料中获取起报日后期替代资料,可有效降低预报误差的系统偏差,若引入后期气候趋势信息,成熟前2个月起报预测概率可达80%以上,较采用历史平均值有显著提高。研究结果为基于作物模型和气象观测及气候预测信息开展产量预报提供了技术方案。     

利用随机模拟研究极值天气的预报模型试验

将随机过程的交叉理论应用于天气气候极值分析，以长江三角洲地区逐月最高最低气温为例，说明了交叉理论在极值研究中的作用。基于该理论，对上海市近100a一月气温序列，用随机模拟的方法讨论了极端温度出现的频数、持续时间、时间间隔等参数对于气候变化的敏感性，并根据气候变化趋势，预测了未来气候极值统计特征的变化规律。     

卫星探测资料对数值天气分析和预报影响的个例试验

本文用GTS线路的NOAA气象卫星探测并推算到的大气厚度资料,对我国现行的北半球业务数值天气分析和预报系统,进行了卫星探测资料对其影响的个例试验。试验结果表明,这种影响是存在的。同时发现,卫星探测资料对数值天气分析的影响与地区及天气系统有关,在常规资料缺乏的地区及强天气系统附近有较大的影响;对数值天气预报的影响,则与天气系统的演变有关,在发展的系统中有较大的影响。     

雷达资料和数值模式产品融合技术研究

以雷达外推为基础,配合中尺度数值模式产品作为环境场,提出两种新的雷达资料和数值模式融合技术:动态权重融合法和趋势演变叠加法。且在动态权重融合法中提出用正弦权重、双曲正切权重以及实时滚动权重三种方法计算权重。使用上海及周边地区2009年6月21日的一次对流过程进行个例分析及误差检验,结果表明:利用这两种方法进行融合后的预报结果与雷达外推和数值模式预报结果相比均有所改进,特别是动态权重融合法中的正弦权重和双曲正切权重对于预报结果的改进尤为明显,融合后的结果更接近实况,表明动态权重融合法和趋势演变叠加法这两种方法是有效可行的,对短时临近预报技术研究有较高的参考价值。     

路面气象数值预报模型及性能检验

该文基于通用陆面模式 (CoLM) 发展了精细化路面参数数值预报模型 (BJ-ROME)。该模型可以预报路面温度、积雪厚度、积冰厚度以及积水厚度。模型不仅考虑了路面的不透水性、相对较低反照率、低热容以及高热导率等特征,还考虑了城市人为热的影响。模型采用北京市气象局快速更新循环预报系统 (BJ-RUC) 产生的气象强迫场驱动,预报时间跨度为24 h,更新时间为3 h。采用北京地区芬兰Vaisala公司路面观测站2009年8月9—24日路面温度及2010年1月3—4日积雪厚度观测结果对模型预报结果进行验证,同时进行了敏感性试验。结果表明:无论是在晴空还是降水的气象条件下,BJ-ROME均能较准确地预报路面温度极值以及日变化。BJ-ROME还可以较准确地模拟积雪厚度的最大值以及随时间变化情况。     

中尺度对流系统(MCSs)散度场的特殊结构

在城市预报和数值预报产品释用的基础上，建立了120余个预报模型，由计算机模拟专家预报思路自动做出多种环境气象指数预报，在实际业务中发挥了重要作用，效果显著。     

应对气象短信投诉之我见

根据桂林气象短信客服平台多年的工作实践,归类总结气象短信用户投诉的原因,提出相应的处理解决方法,总结如何有效的与用户交流。