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。     

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。      

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,...     

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。     

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。     

华东区域快速更新同化试验

基于GRAPES模式,使用快速更新循环同化技术,对华东地区五种观测资料（常规的探空资料TEMP、地面报SYNOP、飞机报AIREP、船舶报SHIPS和非常规的雷达VAD风资料）进行同化分析,通过2008年6月、7月和8月三个月的连续试验以及个例分析,初步检验GRAPES_RUC系统在上海的本地化情况。试验结果表明,GRAPES_RUC系统对小雨和中雨的预报较好,对暴雨（大于50 mm）几乎没有预报能力,这与参与评定的样本数有较大关系;GRAPES_RUC系统对形势场有较好的把握能力,总体上与NCEP分析场较为一致。总体而言,基于GRAPES模式建立的快速循环同化系统预报基本稳定可靠,且具有一定的预报能力和指导意义。模式基本能对强对流系统做出预报,但强度偏弱;而对于突发性较强的强对流系统,临近预报能得到较好的预报效果。      

BJ-RUC系统模式地面气象要素预报效果评估

利用自动气象站逐小时地面观测资料,采用客观检验方法对北京市气象局快速更新循环预报 (BJ-RUC) 系统在2008—2010年5—9月的预报结果进行检验,初步评估了BJ-RUC系统对地面气象要素的业务预报性能。结果表明:BJ-RUC系统对地面气象要素预报与实况的变化趋势有很好的一致性。其中,2 m温度预报整体偏高,误差范围为-1.5~1.5℃,早上和傍晚偏大,正午偏小;2 m相对湿度的预报整体偏低,误差为-25%~0,白天偏大,夜间偏小;10 m风速预报明显偏大,午后尤为显著,误差为0.6~1.2 m·s-1;6 h累积降水的晴雨预报效果较好,TS评分可达到0.4。系统在初始起报时次的稳定性较差,从第3个起报时次开始逐渐稳定,但预报误差随着预报时效的增长逐渐增大,12 h内的预报误差较小,预报结果较可靠,在短时临近预报中具有参考价值。     

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。     

非常规气象要素在紫外线预报中的应用

利用吉林省业务运行的WRF模式,计算了与紫外线指数相关的气温、湿度、云量、风速等常规气象要素和地表向下的短波辐射通量、地面热通量、反照率等非常规气象要素,利用长春市紫外线观测资料,分析了紫外线辐射与常规和非常规气象要素的相关性。基于长春市紫外线观测实况,以常规气象要素、非常规气象要素、混合气象要素为因子,利用相同的统计建模方法,分别建立紫外线预报模型。结果表明:大气短波辐射等非常规气象要素与紫外线指数的相关性,明显高于气温、云量、比湿、风速等常规气象要素;应用非常规气象要素和混合气象要素的紫外线预报方程,显著优于常规气象要素;基于混合气象要素的紫外线预报方程,与基于非常规气象要素的预报方程比较,预报性能差异不大。此外,应用常规气象要素建立的分季节紫外线预报方程,其预报效果明显优于全年预报方程。应用非常规气象要素建立的分季节紫外线预报方程,与全年预报方程相比,预报效果差异不大。     

互联网气象信息搜集与显示系统的开发

利用VB技术,将互联网公开发布的对日常天气预报工作有价值的气象信息,如数值天气预报产品、实况天气图、卫星云图、天气雷达回波图等,进行搜集、整理,定时自动下载到本地,通过开发可移植性强的显示平台,作为局域网MICAPS系统的补充,在资料缺失时辅助天气预报工作,并可用于居家办公。同时软件设置自动更新和批量传输功能,利用非预报关键时段自动下载、更新资源,在重要时段可以实现零滞后调用,提高工作效率。     

墨玉气象站迁移前后观测要素对比分析

选取墨玉新旧站2017年逐小时气温、相对湿度、风速3个气象观测要素进行差值分析,同时选择旧站1966—2013年与新站2014—2021年的月平均数据做t检验。结果表明：(1)墨玉新旧站气温、相对湿度和风速差值均呈偏态分布,气温差值分布较分散,仅有38.68%的差值在-1～1℃,相对湿度和风速差值分布较集中,58.91%的相对湿度差值在-10%～10%,79%的风速差值在-1～1 m·s^-1。(2)新站平均气温低于旧站,全年平均气温差值为-1.7℃;新站平均相对湿度和平均风速大于旧站,全年平均相对湿度差和平均风速差分别为11%和0.3 m·s^-1。(3)经t检验,在0.05的显著性条件下,3种要素均存在断点,需进一步订正。平均气温在1、2、7、9月连续,平均相对湿度在1—3月和10—12月连续,平均风速仅3月连续。     

宁夏精细化预报产品显示与评价业务系统

介绍了一个建立在微机平台上的宁夏精细化预报产品显示与评价业务系统。该系统从宁夏气象骨干网获取宁夏本地精细化预报产品、本地有限区中尺度数值预报产品及天气实况资料，通过不同方式进行显示输出，并对预报产品进行多种客观评价。该系统为宁夏气象台发布精细化天气预报提供了技术支持。     

消化系统疾病的气象影响分析和预报

利用统计学方法，结合气象学、预防医学和临床医学原理，对1990～1999年受气象条件影响的消化系统疾病进行分析和分类。利用组合气象要素为因子建立疾病指数逐步回归预报方程，其效果明显优于以独立气象要素为因子的逐步回归预报方程。     

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。