北京快速更新循环预报系统(BJ-RUC)模式探空质量评估分析

快速更新循环(Rapid Update Cycle)预报技术在国外已有多年研究并用于日常业务数年。北京市气象局2007年在国内建立了首家快速更新循环预报系统(BJ-RUC),并成功应用于奥运气象保障服务。使用单站(54511)实况探空,检验分析了BJ-RUC系统的探空预报性能。分析结果表明,BJ-RUC预报的模式探空与实况各要素的变化趋势有很好的一致性。其中,温度预报与实况相关性最好,风的预报次之,露点温度(尤其400 hPa以上)最差。对不同层次各要素的预报,中层最好,低层次之,高层较差。系统预报的温度、露点温度和南风分量偏大,风速和西风分量偏小。BJ-RUC对温度和中低层露点温度的预报系统误差明显,可以通过对初始场的订正等方法对其进行系统订正。初始时刻各要素与实况的相关性最好,各预报时效误差分布趋势与初始场的一致。大多数情况下,随着时效的增长预报误差增大。BJ-RUC对基本要素的预报误差使得系统对K指数预报平均偏大、CAPE偏小、高空垂直风切变偏小。但系统对K指数、CAPE和高低空垂直风切变等物理量的变化趋势预报较准确。无论基本要素,还是计算的物理参量,12小时时效内的预报误差较小、与实况的一致性较好,在短时临近预报中具有较高的参考价值。     

新疆快速更新循环数值预报系统预报能力检验评估

对新疆快速更新循环数值预报系统2009年1、12月和2010年1、4、7、10月份的降水量和气温进行了检验,并与不做同化的预报结果进行了对比,得到以下结果：（1）降水Ts评分北疆好于南疆,偏西好于偏东,其中北疆西部、北部、北疆沿天山一带、天山山区、南疆西部山区最好。漏报率的分布表现为北疆沿天山一带、天山山区较小,南疆、东疆较大。空报率的情况为：南疆、东疆普遍较高,北疆沿天山一带较低,其他地区居中。（2）典型个例检验发现降水落区预报有较好的参考价值,但大降水中心位置的预报能力不稳定,和田、巴州南部的空报现象比较突出。（3）温度预报准确率南疆、东疆总体偏低,北疆西部、北部较高,其他地区居中,个别山区站存在较大误差。（4）现行新疆快速更新循环数值预报系统的预报能力不比不采用同化高。     

高分辨率快速循环同化预报系统在内蒙古地区汛期预报性能检验和评估

利用中国气象局制定的中短期天气预报质量检验办法,选择了内蒙古地区119个国家地面气象观测站和12个探空观测站,检验并分析了高分辨率快速循环同化预报系统24h内地面和高空要素预报性能。结果表明:该模式提供的0~24h要素预报有较高的准确性和可用性,降水、温度和探空要素预报在0~12h内一致性最好,模式预报性能随预报时效的延长有减弱趋势,但在业务中具有很好的参考价值。     

快速更新循环同化预报系统的汛期试验与分析

为了支持短时临近预报,利用新一代数值预报技术,结合高时空分辨的新一代探测所提供的观测信息,开发了基于快速更新循环同化的数值预报系统。基于GRAPES预报模式及其三维变分,开发了逐时循环同化,包括雷达、卫星、飞机、常规地面和探空等观测资料的同化模块,并采用nudging技术,引入雷达回波,订正模式的初始云水、雨水等信息,实现快速更新预报。多种测试和汛期连续试验表明,系统运行稳定可靠。逐时同化场合理,与实况基本一致。通过1个月的滚动预报综合分析和个例预报分析均表明,预报稳定有效,与观测分布基本一致,初步具备开展短时临近预报的能力。     

民航华北空管两代快速更新循环同化数值预报系统的检验评估

民航华北空管气象中心自主研发了第一代快速更新循环同化数值预报系统（NMC-RAP）和更新的第二代快速循环同化数值预报系统（NMC-HRRR）。针对2020年和2021年6～8月华北区域3次大范围雷雨天气过程的雷达反射率的预报结果,从雷达回波的空间分布、航空雷暴临近预报系统（Aviation Thunderstorm Nowcasting System, ATNS）评分、主要机场对流预警的预报效果等角度,对两代快速更新循环同化数值预报系统的预报性能进行了对比分析。结果表明：1）两代系统均能较好体现雷达回波的空间分布特征,回波强度也与区域雷达拼图实况资料比较接近。对于强回波中心落区这样的关键预报,NMC-HRRR总能体现出更大的优势,与实况更吻合。2）两代系统的弱回波预报的ATNS评分均优于强回波。其中,NMC-HRRR 0～9 h内预报的强、弱回波评分整体较高,特别是0～360 min和第540分钟的强回波预报,显著优于NMC-RAP。3)NMC-HRRR在预报对飞行有影响的回波开始出现的时间方面优势明显。对5个主要机场强对流预警的整体评估,定量证明了NMC-HRRR相较NMC-RAP,...     

针对对流降水预报的BJ-RUC系统1小时更新循环方案研究

为了提高快速更新循环系统的分析和预报水平,在BJ-RUC系统中,发展了针对1小时更新循环的分步同化方案。分步同化的方案有效解决了在现有变分同化系统中如何在分析场中加入更多的对流尺度观测信息,同时保持大尺度背景场平衡的问题。该方案是将大尺度的常规观测和小尺度、高分辨率的观测资料分步同化,从不同尺度的观测中分别提取出大尺度和对流尺度的信息。以2009年北京地区夏季的4次强降水过程为个例进行同化和预报试验。结果表明,该方案在12小时的预报时效内能有效提高降水预报。对飑线个例的详细分析结果显示,分步同化方案可以使分析场中同时保留大尺度和对流尺度的信息,从而使预报的降水位置和强度等方面都更准确,降水预报评分有明显提高。      

快速更新同化预报系统预报性能的检验与分析

利用全省1800多个包括区域自动站在内的站点观测资料,从时间演变、空间分布及统计检验3个方面,其中统计检验不仅包括区域平均评估指标的累加检验,还考察了检验量的空间分布,评价浙江省快速更新同化预报系统对2013年夏季总体预报水平,结果表明,模式能较好预报出2013年夏季降水和温度的时间演变和空间分布。降水预报总体偏强,模式对杭绍地区、浙东南沿海一带、丽水南部的24 h累计降水预报效果优于其它地区。在相同级别的12 h累计降水预报中,预报水平基本随着预报时效的减小而稳步提升。24 h平均2 m气温和24 h最高2 m气温预报普遍存在低估现象。浙北地区、金衢盆地、浙东沿海地区高温事件预报效果相对较好。     

基于BJ-RUC模式预报产品的北京冬半年道面温度预报模型

选用2012年11月1日至2013年3月30日3 km分辨率BJ-RUC模式输出的气象要素与5个道面站数据(A1027,A1325,A1412,A1414,A1512)温度进行统计分析,按不同起报时次(08、14和05时)分别建立三类逐步回归统计模型预报未来24 h逐时道面温度,选出最优模型预报2013年11月至2014年3月道面温度。结果表明:道面温度与RUC输出的2 m温度、短波辐射显著相关,与长波辐射、湿度次相关;有显著气象因子参与的回归模型预报的道面温度好于仅加入前一天对应时刻道面温度的回归模型,预报准确度可提高25%以上,误差减少1℃以上;滚动筛选不同起报时次预报时段可将模型预报误差控制在±3℃以内,且预报早高峰温度好于晚高峰,白天好于夜间,晴天好于其他天气类型。     

西北地区的快速更新循环同化预报系统性能检验和评估

为充分了解西北地区的高分辨率快速循环同化预报系统(Rapid Update Cycle,RUC)的预报性能,对该系统2012年6月2日至7月6日的预报结果进行了检验和评估.利用双线性插值方法将西北RUC系统的预报结果插值到最近的观测站点上,计算500hPa和700 hPa位势高度场、温度场、风向以及风速的平均误差和均方...     

CMA-BJ 2.0版逐时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用Ⅰ：资料同化及系统构建

介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐时更新循环预报产品的时效性要求;通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题;在资料同化方面,实现了中国全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果;此外,在CMA-BJ 2.0版系统中实现了中国全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。     

北京城市集中供热节能气象预报系统研制

以气象-热力试验数据建立的供热气象节能模式、指标体系为依据,依托常规气象业务系统,选取ACCESS2000作为数据库系统,利用FORTRAN和VC计算机语言的混合编程技术,开发了北京城市集中供热节能气象预报系统,并于2002～2003年采暖季在北京市专业气象台和北京市热力集团公司投入应用,为实时供热调度提供依据。着重介绍系统的组成、研制内容和系统运行情况。     

国家气象中心新一代业务中期预报系统T213L31

介绍了国家气象中心现行中期数值预报业务系统；介绍了预报模式的基本控制方程，在SP计算机上的实现过程；介绍了全球分析的并行处理方法和全球资料同化系统、后处理系统以及与之相关的配套系统。     

2012—2015年北京市空气质量指数变化及其与气象要素的关系

根据2012—2015年的空气质量指数（AQI）日报数据与同时段的气象数据,采用统计方法和广义加性模型（GAM）对空气质量指数的时间变化及其与气象要素的关系进行了分析,结果表明：2012—2015年北京市空气质量整体呈现下降趋势,冬春季空气质量较差,夏秋季的较好,冬季容易产生重污染天气,春季污染天气频发。北京空气质量存在一定程度的周末效应,表现为周末空气质量较差,工作日相对较好。整体上空气质量指数与风速、日照时数、降水量、平均气温和最高气温呈负相关,与湿度呈正相关,不同季节和不同级别空气质量下的AQI与气象要素相关性差异较大。通过广义加性模型得到AQI与降水量呈线性关系而与其他气象要素均呈非线性关系,气象要素在不同数值范围内对AQI的影响趋势和程度存在显著差异。     

郑州市麦蚜发生气象条件分析及预报研究

以郑州市1998-2009年的麦蚜发生情况、气象观测资料为依据,结合麦蚜自身生物学特性,分析了郑州地区麦蚜发生特点和规律及其与光、温、水等环境气象条件之间的关系,并利用相关系数法进行因子普查,筛选出影响郑州市麦蚜发生和流行的主要地面气象因子为1月上旬平均气温、2月上旬降水、5月下旬日照和5月温雨系数。据此,利用当年上述地面气象因子预报值,建立了年度预报模型。模型历史拟合准确率为95.0%,对2010和2011年郑州市麦蚜发生程度的预报精度分别为92.2%和90.0%。     

南方三类云系云结构预报和增雨作业条件分析

2013年夏季,我国南方出现了大范围高温干旱天气。8月1—22日,中国气象局人工影响天气中心利用人影数值模式为南方高温旱区开展云结构预报和人工增雨作业条件分析服务工作。文章简要回顾了2013年8月的旱情和天气过程,重点对2013年8月南方三类云系的云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析。8月1—22日,我国南方高温旱区降水过程可分为3种类型。1—4日为台风外围云系降水;5—13日为副热带高压控制下局地对流性降水;14—22日为台风登陆后低压环流云系降水。人影模式对台风外围云系和低压环流云系降水的范围和强度基本预报正确,对云系影响时段和局地对流降水位置的预报略有偏差。利用卫星反演光学厚度、实测雨量和雷达回波检验模式预报结果,大范围云系与实况卫星反演结果比较吻合,而且能够预报出局地对流云团,以及与实况接近的云层性质和垂直结构。综合分析云带、过冷水、云垂直结构、降水等产品可知,台风外围云系和低压环流云系既有暖云降水、也有冷暖混合云降水,冷暖混合云中有最大值为0.3 g·kg-1过冷水,位于-10～0℃,冰晶数浓度较小,可能有较好的冷云催化增雨潜力;副热带高压内部局地对流云团基本为冷暖混合云降水,在初始发展阶段会出现最大值为1 g·kg-1过冷水,冰晶数浓度很少,上升运动大值区位于过冷水层下方,可能有很好的冷云催化增雨潜力。针对南方夏季积层混合云以及对流云的微物理结构和增雨条件的研究以及预报准确率还需加强和提高。     

广州市区与增城市气象要素差异性分析

利用广州市区和增城市1982—2013年的气象观测资料,应用数据对比和相关分析的方法,从年际和季节变化两个角度,分析了两地气象要素的差异性;运用拉格朗日模式,模拟了2个个例的水汽来源,分析两站降水量差异性的可能原因。结果表明:城市热岛效应导致广州市区温度高于增城市,而相对湿度低于增城市;城市冠层作用使得广州市区风速明显低于增城市。差异性存在明显的季节不同,温度和相对湿度在秋季差异最明显,风速在冬季差异最明显,而降水量在夏季差异最明显。通过相关性分析得到两站的温度以及相对湿度的相关系数达到0.99和0.89,可利用经验公式联系两地的预报结果。HYSPLIT模式模拟水汽来源表明,不同的水汽来源可以导致广州市区和增城市降水先后顺序以及降水量的差异。     

MM5中尺度模式及其微物理过程

非静力平衡模式MM5，除掉了静力平衡假定，可以将模式格距减小到10km以下。由于在物理过程参数化、网格嵌套、资料四维同化等方面也有许多改进，大大改善了模式性能，扩展了其应用范围。应用MM5对我国中尺度天气系统的大量个例模拟研究及业务预报试验表明，MM5可以较好地模拟预报我国的中小尺度天气系统，适合制作乡镇短期天气要素预报。     

雨雾、雪雾共生天气气象要素分析

利用多通道微波辐射计、边界层风廓线仪及自动/人工气象站等观测资料, 分析了2007年秋冬季北京地区雨雾和雪雾两次共生天气形成与维持过程中地面和高空气象要素伴随降雨、 降雪过程的变化。结果显示:(1) 高湿和小风是雨雾、雪雾生成并造成地面低能见度的主要气象条件。大雾形成与维持过程中, 地面水平能见度与相对湿度的反相关关系非常显著。能见度越低时, 雾的含水量也越高。 (2) 较弱的降雨和降雪可以促使雾含水量减少, 提高能见度, 但降雨或降雪蒸发增湿又利于雾的维持。 (3) 雨雾在降雨过程中高层气温经历大幅增降, 除可能受天气系统影响外, 与云层中水汽凝结释放的大量潜热和含水量大幅度增加也有关系。雪雾在降雪过程中高层温度总体随着时间趋于降低且变化幅度较小。 (4) 在降雨、降雪过程中雨雾和雪雾低层一直存在水汽饱和层, 且饱和层的顶部随降雨和降雪强度的加大而抬升, 厚度不断加大, 造成地面水平能见度进一步下降。结合催化剂人工消雾与共生雾降水 (降雨或降雪) 相似的原理, 个例分析结果初步表明较弱的降雨或降雪过程对消除暖雾、冷雾的影响有限, 对改善地面水平能见度并不显著, 这对人工消雾技术研究具有一定的启发作用。     

气象台天气分析预报技术发展走向和对策研究--气象台天气分析预报技术走向研究之二

气象台预报位于天气预报服务第一线，加快发展气象台业务预报技术为当前急需。本文继时省地气象台预报技术现状的评估之后，利用新一代业务技术体制专题研究报告和国外考察报告作二次分析研究，试图理清气象台业务预报技术今后发展的环境、发展的前景和基本框架及某些发展规律，并就其中某些重要技术工作展开讨论。