一次连日暴雨精细化预报偏差的原因分析

2010年6月24～28日广东省出现大范围的连日暴雨,由于应用多家数值预报模式对东莞地区在该次强降水过程进行的精细化预报结论(降水强度、出现时段、过程结束日等)与实况出现较大的偏差,社会服务效果极不理想。利用日本、欧洲数值预报模式,结合实时环流形势、卫星云图、多普勒雷达产品及自动站资料,回头跟踪该次连日暴雨的预报与实况的偏差,进一步分析造成偏差的原因。结果表明,数值预报产品模式与实况误差较大是导致偏差的基本原因,而根本原因是:初期暴雨漏报,主要是对高空江淮气旋涡诱发西风低槽移入华南,触发近地层中尺度辐合对流发展,具有突发性和区域性的认识不够;而空报则是对在夹长的低槽区内,水汽汇集抬升辐合区域的分析不细致;中期降水量级偏大主要是由于对降水持续时间及副高加强西伸的动力抬升作用考虑不周。并针对上述分析提出了预报着眼点。     

自然与农田状态下照度计测光的偏差分析

根据色度基本原理，推导并计算了不同天气类型下照度的换算因数，并在不同天气类型下，对自然光和小麦群体不同高度透光情况进行了测定，将照度计实测照度换算出的辐射强度与实测辐射强度进行对比。结果表明：①前两种照度计可以在1、2级日光状况下用于太阳辐射测定而在3、4级日光状况下误差较大。②在作物田中，实测照度换算为辐射光量子数时，内活动面偏差比在0.2左右，而外活动面因光斑阴影作用，偏差较大，实测时应增加重复。     

陕西初夏一次突发性暴雨过程的预报偏差分析

对2006年6月2—3日陕西出现的突发区域性暴雨分析,由于环流、卫星云图征兆和数值模式预报结果均不明显,使预报在强度和范围上与实况偏差较大。结果表明:造成偏差的主要原因是2日20时700 hPa的偏东急流突增所致;孟加拉湾维持稳定的热带风暴对过程强度影响不可忽视;未能较好的释用WRF数值模式预报结果也是预报出现偏差的一个重要因素。     

四川盆地大暴雨降水的日变化模拟偏差成因分析

利用WRF模式模拟了2011年6月16-17日四川盆地的一次大暴雨过程,首先根据24 h累积降水的位置、强度,选取了位于不同地形的3个强降水中心作为代表站,分析其降水日变化的模拟效果。结果表明:模式基本模拟出了位于川东北盆地边缘旺苍地区的降水峰值;而对位于盆中的荣昌站和位于川西高原的越西地区的模拟效果不理想。为了揭示影响逐时降水的因子,对3个代表站不同时刻的模拟效果进行对比分析,发现强降水的模拟效应与对流层中水汽、动力以及热力条件的模拟效果紧密相关。模式对水汽、位势高度、流场、垂直速度及大气层结状况这些物理量在各个时刻的不同模拟效果导致了逐时降水模拟的偏差,模式中盆地周围山地地形高度的偏差同样影响降水的模拟效果。     

哈密北部初秋一次暴雨过程与预报服务偏差分析

利用常规气象观测资料、FY-2E卫星云图及加密自动站降水资料,对2016年8月8-9日哈密地区北部一次暴雨过程及预报服务偏差进行了分析。结果表明:高空低槽和中低层切变是此次暴雨过程的主要影响系统,中低层的西南急流和偏东急流为暴雨提供了充足的水汽条件,低层辐合高层辐散的环流配置、垂直上升运动的加强促使低层水汽迅速向上输送为暴雨提供了动力条件;同时从技术和非技术方面对预报服务偏差进行了分析。     

东疆“7·17”暴雨分析及预报服务偏差总结

对东疆地区2007年的"7.17"暴雨天气进行了分析,结果表明:此次暴雨是由充足的水汽条件和不稳定能量,配合高空槽、切变线产生的,低空急流加强了气流的上升和水汽的输送。对此次预报服务出现偏差的原因进行了分析总结。     

气候系统模式FGOALS模拟的南亚夏季风：偏差和原因分析

本文通过与观测和再分析资料的对比,评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力,并使用水汽收支方程诊断,研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明,两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少,印度半岛附近海域偏多,在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱,而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明,两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量,尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面,夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖,造成向印度半岛的水汽输送偏少;另一方面,对流层温度偏冷,冷中心位于印度半岛北部对流层上层,同时季风槽内总云量偏少,云长波辐射效应偏弱,对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上,观测中南亚夏季风环流和降水指数与Ni?o3.4指数存在负相关关系,但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋,沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强,导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明,若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧,需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差;若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。     

两次华北冷涡降水成因及预报偏差对比分析

利用多种常规及非常规观测资料、美国国家环境预报中心全球模式业务系统分析资料(NCEP/FNL)以及三家全球确定性模式产品对2017年两次华北冷涡降水过程成因及模式预报偏差进行了对比分析。结果表明;个例1(6月22日)降水回波为层-积混合型,对流发展高度低,小时雨强小,先后经历了持续的稳定降水和弱对流降水两个阶段;个例2(7月6日)降水以积云状对流回波为主,对流发展高度高,短历时强降水特点明显。二者对应的环境场差异较大,前者冷涡处在成熟期,副热带高压位置偏南,前期暖区对流冷池降温明显,对流能量及水汽条件一般;后者冷涡为发展期,副热带高压位置偏北,中低纬相互作用明显,水汽与能量充沛。两次过程北京均出现了暴雨及以上量级降水,对应的中尺度对流系统(MCS)特征、对流触发机制以及对流不稳定能量重建过程存在明显差异。前者为层状云中发展的γ中尺度MCS,边界层偏东风增强为MCS提供了触发机制,中低层偏东风暖湿输送以及对流层高层干冷平流有利于对流不稳定能量重建;后者为组织化的β中尺度MCS,列车效应明显,偏南低空急流及其气旋式切变配合地形为MCS发展提供了抬升条件,对流不稳定能量建立与中低层偏南低空急流强暖湿输送有关。各家数值模式对不同类型冷涡降水的预报偏差特征一致,即对冷涡成熟期的降水,因对动力条件预报过强导致空报降水;而对冷涡发展期的降水,由于对槽前暖区辐合及其对流性降水预报不足导致强降水出现漏报。     

BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因

基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心（ECMWF）最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率（约110 km）的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压（阻高）的模拟能力。再分析数据分析结果表明:“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节,夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高预测水平的重要因素。     

台风鲸鱼(1508)路径和降水业务预报偏差原因分析

1508号台风鲸鱼路径和降水业务预报均出现明显偏差,造成该台风预报服务效果很差。本文主要利用常规观测资料、卫星资料、EC模式预报结果和ERA-interim再分析资料(0.25°×0.25°),探讨"鲸鱼"路径和降水业务预报偏差的原因,同时对比分析与"鲸鱼"路径相似的两组夏季台风出现近乎反向的强降水落区的成因。结果表明:(1)"鲸鱼"强度偏弱,业务定位出现较大偏差,同时EC模式对副热带高压预报明显偏弱偏东,是其路径及登陆点预报偏差的主要原因。(2)EC模式较好地预报出副热带西风急流加强、南海海域高层东北风加大的过程,但业务中却忽视了它们通过加强环境风垂直切变对台风非对称结构的作用,从而导致"鲸鱼"路径和降水预报出现偏差。(3)台风路径和降水预报要特别关注副热带西风急流和对流层高层西风槽的演变,副热带西风急流加强东进南落,台风中心附近高层东北风加大,环境风垂直切变随之加大,其南侧对流发展旺盛,台风移动路径偏西分量加大,强降水主要位于其路径左侧;西风槽东移南压,且与台风环流靠近,台风中心附近环境风垂直切变明显减小,其北侧对流发展旺盛,台风移动路径偏北分量加大,强降水主要位于其路径右侧。     

风云二号卫星的冰云光学厚度反演偏差分析

冰云的微物理特性参数反演是云参数反演的难点和热点问题,目前风云二号(FY-2)卫星还没有相关的业务产品。考虑薄卷云覆盖在中低云上的两层云情况,采用六棱柱形状的冰云,在云相态识别基础上,利用FY-2 卫星观测数据,采用双通道算法反演冰云光学厚度。选取2013年8月的EOS/Terra和EOS/Aqua云参数产品对反演的FY-2云光学厚度精度进行比对分析。研究结果表明,联合FY-2的可见光通道和中波红外通道可反演冰云光学厚度。基于匹配得到的34个分析个例,FY-2反演的云光学厚度分布态势与EOS/ MODIS云产品相同,但FY-2云光学厚度反演值小于EOS/MODIS 云光学厚度产品值。FY-2 反演云光学厚度与EOS/MODIS云光学厚度产品的平均偏差为6.41,相关系数平均为0.92,线性拟合平均斜率为0.74。FY-2 与EOS/MODIS云光学厚度值偏差出现原因除了反演算法存在差异外,与反演所用数据的不同存在密切关系,基础观测数据越相近,FY-2 与EOS/MODIS云光学厚度反演结果的偏差越小。     

正压大气动能梯度与地转偏差的关系及其对暴雨的诊断

本文从正压大气原始方程组出发,分析了不同尺度天气系统中动能梯度与地转偏差之间的关系。结果表明:在天气尺度和α中尺度运动中,动能梯度的模与地转偏差的模大致成正比。对天气尺度该比例系数为地转参数,且与运动本身无关。对较小尺度天气系统,该比例系数与运动本身密切相关。在β中尺度运动中,动能梯度的模小于等于两项之和,两项中的第一项与地转偏差的模成比例,第二项则是地转偏差时间导数的模。在动能梯度的高值区,运动的非平衡性和暴发性强。本文还以上海"08.8.25"暴雨过程为例,对500 hPa上的动能梯度做了诊断,发现动能梯度大值区与强降水的分布有很好的对应关系,并与以上理论分析相一致,这对暴雨等灾害性天气预报具有应用价值。     

FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析

开展卫星反演云量的精度评估是业务应用的基础,也是充分发挥卫星观测效益的前提。利用同类卫星产品EOS Aqua/MODIS云产品,选取2015年6月和12月共80个个例,包括43个白天个例,37个夜间个例。采用交叉比对方法对FY-2G云量产品进行相对偏差分析。结果表明:FY-2G与Aqua/MODIS计算云量总体趋势相当,无论从时间分布（白天和夜间）还是季节分布（6月和12月）上看,FY-2G与Aqua云量相对偏差较为稳定,FY-2G反演云量小于Aqua/MODIS反演云量。匹配个例中FY-2G平均云量为72.81%,Aqua/MODIS平均云量是76.19%,两者相关系数为0.74。两者绝对偏差小于5%的像元比例为72.34%;云量偏差绝对值小于15%的像元比例为79.51%。FY-2G与Aqua/MODIS云量偏差主要来自各自卫星的观测能力与所采用的云检测算法。与具有36个探测通道、星下点最低空间分辨率为0.01°×0.01°的Aqua/MODIS观测数据相比,FY-2G所具有的5通道、星下点最高空间分辨率为0.05°×0.05°的观测数据会出现对云,尤其是破碎云和薄卷云的漏检。两种具有不同时空属性的数据在匹配处理时采用的不同算法也会在比对分析中引入偏差。     

自动站与人工站气象要数偏差原因分析和处理

针对台站平行观测中出现的一些常见异常气象要数,对自动站和人工站要数差异原因进行分析,结合台站经验,提出处理方法.     

江淮地区一次特大暴雨过程预报偏差分析

利用加密自动气象观测站资料、ERA5 再分析资料和欧洲中心 ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）模式、中国气象局 CMA-MESO（China Meteorological Administration Mesoscale Model）模式产品,对 2020 年 7 月 17—18 日江淮地区一次特大暴雨过程的预报效果进行检验与分析,并对数值模式降水预报出现偏差的可能原因进行了讨论。 结果表明：低涡切变和低层急流的共同影响,为强降水提供了充沛的水汽和有利的动力条件。高空干冷空气叠加在低层暖 区之上形成的位势不稳定层结和垂直风切变为强降水的发生提供了不稳定条件。17日20时—19日08时CMA-MESO模式 逐12 h暴雨、大暴雨以及暴雨以上量级降水的TS评分均优于ECMWF模式,但2种模式对18日08—20时暖区降水的预报结 果均较差。CMA-MESO模式预报的降水区域和实况区域重叠面积的比例均显著高于ECMWF模式,预报形态也与实况更为 接近。模式对冷空气强度预报偏弱造成了冷切辐合偏北,对中层湿舌的位置预报偏北,水汽强度预报偏弱,与强降水落区 预报偏北相对应,可能是降水预报出现明显偏差的原因。     

贵州西部一次秋季暴雨预报偏差分析

2021年9月16日预报夜间贵州西部将出现暴雨-大暴雨天气,实况以小到中雨、分散暴雨为主,本文利用常规及加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、ECMWF、CMA-GD、CMA-SH9等模式预报产品,对这次暴雨空报的原因进行探讨,结果如下：(1)本次暴雨-大暴雨空报的主要原因：副高夜间略北推增强,有利下沉气流增强,阻止切变线南下且消弱低层切变的强度;整体动力条件较差,低层辐合厚度、强度不够,且迅速转为辐散,涡度平流由正转负、上升运动较弱。(2)模式出现较明显误差：ECMWF错误预报副高夜间位置,切变线位置预报也有偏差,CMA-GD模式错误预报切变线位置;5家数值模式预报量级均偏大,其中CMA-GD、CMA-SH9及贵州WRF偏大明显,ECMWF的量级及落区预报和实况更为接近。(3)预报员过度相信ECMWF对切变线的位置预报、过度相信CMA-GD对极端降水的把握,忽视副高略北推增强、动力条件差导致的触发难度迅速加大,主观预报的优势没有发挥出来。     

风云二号卫星的冰云光学厚度反演偏差分析北大核心CSCD

冰云的微物理特性参数反演是云参数反演的难点和热点问题,目前风云二号(FY-2)卫星还没有相关的业务产品。考虑薄卷云覆盖在中低云上的两层云情况,采用六棱柱形状的冰云,在云相态识别基础上,利用FY-2卫星观测数据,采用双通道算法反演冰云光学厚度。选取2013年8月的EOS/Terra和EOS/Aqua云参数产品对反演的FY-2云光学厚度精度进行比对分析。研究结果表明,联合FY-2的可见光通道和中波红外通道可反演冰云光学厚度。基于匹配得到的34个分析个例,FY-2反演的云光学厚度分布态势与EOS/MODIS云产品相同,但FY-2云光学厚度反演值小于EOS/MODIS云光学厚度产品值。FY-2反演云光学厚度与EOS/MODIS云光学厚度产品的平均偏差为6.41,相关系数平均为0.92,线性拟合平均斜率为0.74。FY-2与EOS/MODIS云光学厚度值偏差出现原因除了反演算法存在差异外,与反演所用数据的不同存在密切关系,基础观测数据越相近,FY-2与EOS/MODIS云光学厚度反演结果的偏差越小。     

区域极轨卫星ATOVS辐射偏差订正方法研究

近年来,卫星辐射资料在数值天气预报(NWP)系统中的直接同化研究取得了长足进展.为了利用TIROS业务垂直探测器(ATOVS)的辐射资料,必须对卫星观测辐射值的系统性偏差进行订正.在ECMWF原全球TOVS辐射偏差订正方案基础上,结合ATOVS资料特征和中国的实际情况,建立了适用于区域NOAA-15/16/17极轨气象卫星ATOVS辐射资料的偏差订正方案.该方案偏差订正分两步进行:首先进行扫描偏差订正,然后进行气团偏差订正.扫描偏差是临边测量相对于星下点测量的系统偏差,统计显示该种偏差具有一定的纬度依赖性,所以订正时按每10度的纬度带分别进行订正.气团偏差订正主要就是根据当时的天气条件进行订正,而天气条件一般用预报因子来定量表示.文中从中国国家气象中心T213背景场导出预报因子:(1) 1000-300 hPa的厚度,(2) 200-50 hPa的厚度,(3) 模式地表温度,(4) 总可降水量.模式预报因子的使用从观念上将对观测值的订正变为对计算前向辐射值的订正问题.试验结果表明,订正结果显著.     

偏差订正方法在IASI辐射率资料同化中的应用研究

根据IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)的资料特征和GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)同化系统的具体情况,建立了适用于业务使用的关于IASI辐射率资料的偏差订正方案,该方案包括扫描偏差订正和气团偏差订正。统计表明,IASI资料的扫描偏差不像微波资料一样具有明显的纬度依赖性,但在2x2的像元内存在某种特殊的扫描偏差,临边测量相对于星下点的扫描偏差可以用"扫描角"作为自变量而消除,而2x2的像元内的偏差只能通过稀疏化来规避;气团偏差主要根据当时的天气条件进行订正,利用模式背景场作为预报因子定量给出天气条件,采用1 000~300 h Pa的厚度、200~50 h Pa的厚度、50~20 h Pa的厚度以及模式地表温度作为预报因子。订正方案的试验结果显示,偏差能够长时间维持在比较低的稳定水平,订正结果显著。