华南区域大气成分业务数值预报GRACEs模式系统

总结了华南区域大气成分数值预报GRACEs模式系统的业务发展进程,系统介绍了GRACEs模式的计算域、气象驱动场、输入排放源、计算平台与产品应用,报告了GRACEs模式的业务预报性能。概述了国内外大气成分数值预报模式的发展现状与趋势,介绍了新版CMAQ模式Ver5.1的化学机理,及其在光化学、气溶胶化学、源排放、化学与气象双向反馈机制等方面的重要更新。GRACEs模式系统预期将在本地精细化气象模式、污染源本地化、化学机理以及初始场同化等方面进一步研究,深入开展华南区域"一体化"大气成分模式系统的研发与应用。     

区域大气成分数值预报系统（CAPPS-3）在全国推广应用

2005年中国气象局新技术推广项目“区域大气成分数值预报系统”开发了CAPPS第3版，将原来的单箱模式升级为与中尺度数值模式一致的网格化模式，可预报区域范围内的污染浓度分布；为区域气象中心和省级气象业务部门开展区域空气质量预报提供技术方法和业务平台。2006年5月CAPPS-3在中国气象局大气成分中心开始进行全国范围的空气质量业务预报试验，并建立了产品发布平台，每天发布SO2和PMIO的浓度预报图和预报结论，     

北京市城六区2018年空气质量数值预报效果评估

为更好地改进提高模式预报性能,评估了新一代WRF-CMAQ（Weather Research and Forecasting model-Community Multi-scale Air Quality model）模式系统的不同网格分辨率预报产品对2018年北京市城六区空气质量预报结果的影响。分析表明:（1）基于首要污染物为PM2.5的预报数据集,模式系统1 km网格分辨率（BJ01）和3 km网格分辨率（BJ03）等级准确率优于官方预报结果,模式系统BJ01和BJ03区域4天内预报等级准确率均达到50%以上,24 h内准确率达60%以上,官方预报24 h内等级准确率为59%。本文引入预报综合评分法,基于IAQI（Individual Air Quality Index）和等级级别正确性双因素的预报综合评分结果显示,模式系统BJ03得分75.0分最高,BJ01次之,优于官方预报结果,模式9 km网格分辨率（BJ09）得分69.1分最低。（2）基于模式系统2018年长时间序列预报结果分析表明:模式系统预报的PM2.5浓度与实测的变化趋势较为一致,其中模式系统BJ03结果与实测PM2.5浓度相关系数达0.76,覆盖区域较大的BJ03和BJ09对PM2.5浓度峰值模拟较好。中重度污染过程的PM2.5浓度峰值模式预测误差表明,不同分辨率模式预报峰值误差的变化趋势基本一致,覆盖区域更大的粗分辨率模式预报结果高于覆盖区域小的细分辨率模式预报结果。与预报综合评分结果一致,统计分析结果也表明BJ03区域预报效果最好,平均偏差为0.83 μg/m3;而BJ01区域预报整体偏低,BJ09区域预报整体偏高。（3）基于不同网格分辨率预报效果的空间差异性分析表明:同一站点在不同分辨率上表现不一致,BJ01区域中农展馆站表现最好,BJ03区域中万柳站表现最好,BJ09区域中东四站表现最好。     

大气的可预报性与大气模式的设计

本文首先提出了设计数值天气预报模式的基本原则——模式大气的可预报性和实际大气的可预报性相一致。然后依据此原则讨论了目前在设计各种数值预报模式时存在的问题。     

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

华南区域高分辨率数值模式前汛期预报初步评估

基于华南地区自动站逐小时观测资料, 采用传统站点评分、邻域法等评估华南区域高分辨率数值模式(包括GRAPES_GZ_R 1 km模式和GRAPES_GZ 3 km模式)对降水、地面温度和风场等要素的预报能力。结果表明: GRAPES_GZ_R 1 km模式的降水预报技巧优于GRAPES_GZ 3 km模式, 模式预报以正偏差为主。对于不同起报时间的预报, 00时(世界时, 下同)起报的预报效果优于12时。GRAPES_GZ_R 1 km模式的TS评分是GRAPES_GZ 3 km模式的两倍以上, 对不同降水阈值的评分均较高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_GZ_R 1 km模式6 h累计降水预报在0.1 mm、1 mm及5 mm以上的降水均可达到最低预报技巧尺度, 对所检验降水对象的空间位置把握能力更好。2 m气温和10 m风速检验结果表明两个模式均能较好把握广东省温度的分布特征, GRAPES_GZ_R 1 km模式对2 m气温预报结果优于GRAPES_GZ 3 km模式, 预报绝对误差更小; 两个模式对风速的预报整体偏强, 预报偏差在1~4 m/s之间, 但相比之下GRAPES_GZ 3 km模式在风场预报上表现更好。GRAPES_GZ_R 1 km模式的2 m气温和10 m风速预报偏差随降水过程存在明显波动, 强降水过后温度预报整体偏低, 风速预报偏强, 在模式产品订正、使用等需要考虑模式对主要天气系统的预报情况。总的来说, GRAPES_GZ_R 1 km模式的预报产品具有较好的参考价值。      

区域空气质量数值预报模型

给出了区域尺度空气质量数值预报模型的基本物理构架, 重点介绍了欧拉型输送／沉降模式对各种物理 （沉降、输送）、化学 （气相化学与液相化学） 过程、初值与边界条件等问题的处理／简化; 利用本模型作了一周的预报实验, 实验结果与分析说明, 区域空气质量数值预报模型能够较好地反映全国重点城市的空气质量以及污染物随时间的演变态势; 最后, 指出了需要进一步完善的工作。     

2017 年乌鲁木齐区域数值预报业务系统预报性能检验和评估

基于乌鲁木齐区域数值预报业务系统,运用MET检验工具,对2017年各季节DOGRAFSv1.0预报性能进行客观检验。结果表明：（1）2m温度日间预报温度整体偏低,夜间多数站点预报温度偏高;冬季预报温度偏高,其他三个季节温度预报整体偏低。10m风速冬季模拟性能最差,春季次之;所有季节风速预报均偏大。（2）夏季、秋季高空温度预报误差小,在3.0℃以内,冬季误差最大,温度预报整体呈冷偏差;不同季节高空位势高度随高度增加误差增大,误差约在6.5～12.0gpm,预报高度比实际高度偏低;不同季节高空U、V风随高度增加误差先增大后减小,均方根误差分别为2.4～6.2m/s和1.8～5.2m/s,U风预报整体比实况偏小,V风预报整体比实况偏大。（3）冬季大阈值降水漏报率较高,12.1mm阈值降水Bias评分仅为0.2,秋季大阈值降水空报率较高,12.1mm阈值降水Bias评分在2.0以上,夏季空、漏报率较低;在新疆地区,四个时段中14～20 BJT 、20～次日02 BJT空报站点数多于漏报,14～20 BJT空报率最高,02～08 BJT漏报率最高,08～14BJT晴雨预报以漏报为主;日间Ts评分高于夜间。     

基于数值预报模式的乡镇温度预报方法研究

利用2015年8月至2017年7月长兴岛站和交流岛站日最高气温、日最低气温实况资料,对ECMWF细网格2 m温度预报值和日本FSFE02(24 h地面形势场预报)、FSFE03(36 h地面形势场预报)进行了检验。结果表明:根据历史回归统计检验,ECMWF细网格模式24 h的2 m最高气温、最低气温预报效果显著,通过了0. 05信度显著性检验。对各月做相关分析,相关性均较好。利用前一日ECMWF细网格2 m温度预报值与长兴岛站实况差值,根据统计的ECMWF细网格2 m温度预报订正值,做出长兴岛站未来24 h的气温预报。交流岛站温度预报是在长兴岛站温度预报的基础上订正做出,经统计分析,交流岛站和长兴岛站的气温差值与地面形势场和风场有较好的对应关系,根据不同类型的地面形势场和风场订正值,做出交流岛站的温度预报。应用Matlab计算机语言的开发功能,提取ECMWF细网格2 m温度预报的最高、最低气温值,并录入当日长兴岛站和交流岛站最高、最低气温实况值,自动预报各站未来24 h最高气温、最低气温。创建可视化预报工作界面,实现乡镇温度预报自动化。     

全球和区域数值模式在甘肃2020年汛期降水预报中的检验评估

2020年汛期6—8月甘肃降水日数多、持续时间长、范围广、强度大,对该时间段内3种全球模式（ECMWF、GRAPES＿GFS和NCEP＿GFS模式）和4种区域模式[GRAPES区域数值预报业务系统（GRAPES＿3 km）、西北区域区域模式（GRAPES＿LZ10 km）、西北区域快速更新循环预报系统（GRAPES＿LZ3 km）和华东区域模式（SMS-WARMS）]24 h累计降水预报性能进行检验评估。结果表明：（1）全球模式中ECMWF模式的预报性能优于其余2个模式,而区域模式中GRAPES＿3 km和SMS-WARMS模式预报性能相对较好,且SMS-WARMS模式预报性能更稳定。（2）区域模式晴雨准确率及小雨和中雨的TS评分、ETS评分、命中率低于全球模式,暴雨优于全球模式;大雨和暴雨的空报率和预报偏差均高于全球模式。（3）根据500 hPa环流形势可将甘肃汛期降水划分为副高边缘型和低槽型2种类型,针对2020年4次副高边缘型和3次低槽型降水进行分类检验评估。全球模式和区域模式均对前者的各个量级降水预报性能优于后者;ECMWF模式和区域模式对2种类型大雨和暴雨预报效果优于NCEP...     

2016-2020年广东省定量降水预报检验评估

对2016-2020年全球模式ECMWF和区域模式GZ_GRAPES、基于模式的解释应用和广东省气象局发布的定量降水预报(QPF)进行检验和评估.结果表明:ECMWF和GZ_GRAPES模式对一般性降水预报技巧在逐年提升,对大雨或以上的降水预报技巧的提升缓慢.GZ_GRAPES对大雨以上降水的预报技巧和定量降水预报的精...     

利用地面气象资料进行福州市空气质量日预报

空气污染预报是建筑在空气污染与气象条件关系的基础之上的。利用福州市1995－1997年地面气象预测资料，运用统计学方法，探讨污染物浓度与气象因子（温度、气压、风、湿度、大气稳定度、降水等）分布规律，建立气象预报指标及统计预报方程，在1999年2－8月进行福州市空气污染物浓度等级试预报。结果表明运用统计模式开展城市空气污染浓度等级预报是切合实际并且可行的。     

MULTIMODEL CONSENSUS FORECASTING OF LOW TEMPERATURE AND ICY WEATHER OVER CENTRAL AND SOUTHERN CHINA IN EARLY 2008

Based on the daily mean temperature and 24-h accumulated total precipitation over central and southern China, the features and the possible causes of the extreme weather events with low temperature and icing conditions,which occurred in the southern part of China during early 2008, are investigated in this study. In addition, multimodel consensus forecasting experiments are conducted by using the ensemble forecasts of ECMWF, JMA, NCEP and CMA taken from the TIGGE archives. Results show that more than a third of the stations in the southern part of China were covered by the extremely abundant precipitation with a 50-a return period, and extremely low temperature with a 50-a return period occurred in the Guizhou and western Hunan province as well. For the 24- to 216-h surface temperature forecasts, the bias-removed multimodel ensemble mean with running training period(R-BREM) has the highest forecast skill of all individual models and multimodel consensus techniques. Taking the RMSEs of the ECMWF 96-h forecasts as the criterion, the forecast time of the surface temperature may be prolonged to 192 h over the southeastern coast of China by using the R-BREM technique. For the sprinkle forecasts over central and southern China, the R-BREM technique has the best performance in terms of threat scores(TS) for the 24- to 192-h forecasts except for the 72-h forecasts among all individual models and multimodel consensus techniques. For the moderate rain, the forecast skill of the R-BREM technique is superior to those of individual models and multimodel ensemble mean.     

PM2.5监测及评价研究进展

综合阐述了近年来国内外PM2.5的监测方法、观测站网建设发展,以及PM2.5对人体健康、大气环境及天气、气候等方面的影响研究,并对国内外PM2.5空气质量标准差异进行了比较分析,提出了加强PM2.5监测及影响评价的建议。     

Influence of Tropical Cyclones on Hong Kong Air Quality

Tropical cyclones(TCs) constitute one of the major atmospheric activities affecting the air quality of the Pearl River Delta region. In this study, the impact of TCs on air quality in Hong Kong during the TC active season(July–October) from 2000 to 2015 is investigated. It is found that 57.5% of days with concentration of particulate matter with an aerodynamic diameter 10 μm(PM_(10)) above the 90th percentile are related to TC activity. TCs in three regions, located to the east, southeast, and southwest of Hong Kong, have obvious impacts on pollutant concentration. When TCs are located east of Hong Kong near Taiwan, 65.5%/38.7% of the days have high or extremely high PM_(10)/ozone(O_3) levels, which are associated with northerly wind, sinking motion, and relatively low precipitation. When TCs are located southeast of Hong Kong, 48.1%/58.2% of the days have high pollution levels, associated mainly with continental air mass transport. When TCs are south or west of Hong Kong, only 20.8%/16.9% of the days have high PM_(10)/O_3 levels, and the air quality in Hong Kong is generally good or normal due to TC-associated precipitation, oceanic air mass transport, and an enhanced rising motion. The higher chance of high O_3 days when TCs are present between Hong Kong and Taiwan, possibly due to lower-than-normal precipitation along the east coast of China under TC circulation. The results in this study highlight the important influence of TC position and associated atmospheric circulations on the air quality in Hong Kong.     

STUDY OF THE VERTICAL WIND FIELD STRUCTURE AND ITS RELATIONSHIP WITH PM2.5 AIR POLLUTION OVER THE PEARL RIVER DELTA IN AUTUMN

Meteorological conditions, particularly the vertical wind field structure, have a direct influence on the PM2.5 concentrations over the Pearl River Delta (PRD). In October 2012, an exceptional air pollution event occurred in the PRD, and a high concentration of PM2.5 was registered at some stations. During days with PM2.5 air pollution, the wind speed was less than 3 m s-1 at the surface, and the vertical wind field featured a weak wind layer (WWL) with a thickness of approximately 1000 m. The mean atmospheric boundary layer height was less than 500 m during pollution days, but it was greater than 1400 m during non-pollution days. A strong negative correlation was detected between the PM2.5 concentration and the ventilation index (VI). The VI was less than 2000 m2 s?1 during PM2.5 air pollution days. Because of the weak wind, sea–land breezes occurred frequently, the recirculation factor (RF) values were small at a height of 800 m during pollution days, and the zones with the lowest RF values always occurred between the heights of 300 and 600 m. The RF values during PM2.5 pollution days were approximately 0.4 to 0.6 below a height of 800 m, reducing the transportation capacity of the wind field to only 40% to 60%. The RF and wind profile characteristics indicated that sea–land breezes were highly important in the accumulation of PM2.5 air pollution in the PRD. The sea breezes may transport pollutants back inland and may result in the peak PM2.5 concentrations at night.     

影响上海市空气质量的地面天气类型及气象要素分析

地面天气形势及气象要素的变化在空气污染潜势预报中具有很好的指示作用。利用天气学原理将地面天气系统进行分型,探索研究不同地面天气类型对上海空气质量变化的影响。整理、分析2003—2005年地面天气类型和气象要素与空气质量的关系,发现:(1)上海秋冬季以大陆冷性高压系统移动为主,而夏季主要以副热带高压和台风影响为主,春季是冬季与夏季之间的过渡,天气系统转换较为频繁。(2)春、秋、冬季易引起上海市空气污染的天气类型有L型高压、高压、高压前和均压场4种地面天气类型,与空气质量优等级相对应的天气类型是低压槽、高压底和高压后。夏季空气质量优等级对应的天气类型主要有台风、高压(副高)和低压槽。(3)秋冬季节典型天气过程一般经历高压前(或冷空气)→L型高压→高压→高压后(或高压底)→低压槽的转换,PM10浓度变化也表现为先升后降。(4)气象要素的变化也与空气污染存在密切联系,气压与空气污染物的关系为正相关,而气温、相对湿度和风速与空气污染物浓度呈负相关。     

浙江省大气扩散能力的时空分布特征

利用以美国环保部推荐的经典高斯扩散模型为基础建立的大气扩散能力定量评估方法,研究浙江省大气扩散能力分布及年际变化特征。研究结果表明,浙江省大气扩散能力呈北部较南部强、沿海较内陆强的分布特点,不同设区市大气扩散指数从大到小的顺序为舟山(3.25)>台州(2.69)>嘉兴(2.22)>宁波(2.19)>衢州(1.75)>金华(1.70)>绍兴(1.67)>湖州(1.46)>杭州(1.34)>温州(1.27)>丽水(0.59)。不同时间尺度大气扩散能力特征为:7月大气扩散指数最大,达到4.19,2月最小,为1.51;夏季大气扩散指数最大,为3.37,秋季次之,为2.73,春季第三,为2.44,冬季最小,为1.94;1980—2014年年均大气扩散指数呈明显的下降趋势,下降了1.40,下降幅度达到58.33 %,而且2000年之后的下降速率较之前大。不同设区市大气扩散指数年际变化特征存在较大差异,表现最明显的有:温州地区大气扩散指数下降幅度最大,舟山地区大气扩散指数虽然一直较其它地区大,但近几年下降幅度比较大;丽水地区大气扩散指数一直最小,但其降幅也最小。      

黄海中部近海海域海洋气象预报服务系统

本文在多年试验研究的基础上，研制了一套较为完善的黄海中部近海海域海洋气象预报服务的专门系统，本系统可进行海上大风、海水表层温度、以及风浪预报，并具备海上天气的实时监测和动态决策服务的能力。