多个数值模式对黄、东海入海气旋预报对比分析

通过对T213、T639、ECMWF及WRF中尺度数值模式对2009-2010年3个典型黄海、东海入海气旋预报能力分析发现:T213、T639和ECMWF能提前6～10d预报出入海气旋的生成、移动和发展,但对环流调整时气旋移速突变的预报还存在着很大的差距,所有预报时效基于各模式850 hPa涡度场的路径预报误差和标准差均小于海平面气压场预报,当气旋跳跃式快速移动时,850 hPa涡度场预报优势更加明显,预报中需要更注重中低层形势的预报来把握气旋的移动和发展.3个全球模式比较,ECMWF路径预报、中心气压预报误差及标准差均为最小,T639总体略优于T213.WRF中尺度模式在短期预报时效内(0～72 h时效),对入海气旋造成的大风具有一定的预报能力,但预报风速小于实况风速.个例2在提高了模式分辨率、同化雷达和中尺度站等本地资料后对风速预报有很大的改进.     

2013年12月至2014年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式中期预报产品,对2013年12月至2014年2月T639模式中期预报时效产品进行了天气学检验,并与ECMWF（文中简称EC）和日本模式（文中简称JP）进行了对比分析。结果表明：3个模式均对亚洲中高纬大气环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。对于850 hPa温度场,ECMWF模式的预报误差最小,日本模式次之,T639模式略差;与之前秋季预报结果相比,3个模式对温度场预报能力均有所减弱。对于海平面气压场,ECMWF仍然显示出较好的预报性能。综合看来,ECMWF模式对主要天气系统及气象要素的预报最接近分析场;日本模式和T639模式次之。     

数值模式对强台风“菲特”登陆期间预报能力评述

基于自动站观测和ECMWF再分析资料,针对中国气象局上海台风研究所区域高分辨率台风模式(Shanghai Tropical Cyclone High Resolution Analysis and Prediction System,STI-THRAPS)和业务常用的4个数值模式,即欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,EC)全球模式,美国全球预报系统(The Global Forecast System,GFS),日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)全球模式和我国T639(T639L60)全球模式,对1323号台风"菲特"登陆过程的预报性能进行了综合检验评估。结果显示:对暴雨以上的强降水预报STI-THRAPS有明显优势。仅有该模式对超过500 mm的极端降水做出预报,且各项评分均好于全球模式,漏报率也明显优于其他模式。对暴雨以下的降水预报各个模式差距不大。美国GFS和STI-THRAPS较好地预报了大风区,STI-THRAPS预报的风场与实况的空间相关程度最高。从漏报率上来看,STI-THRAPS模式的风场预报具有明显优势。虽然预报最大风速偏大,但是STI-THRAPS在24 h后的路径预报有较大优势。     

模式分辨率对东北地区近地层风场预报性能的影响

应用WRF模式,以ECMWF全球环流预报场为模式背景场,对辽宁和吉林区域进行了4个典型月的10和3.33km分辨率的预报试验,并基于两个省的47座测风塔同期观测资料,对预报结果进行了常规统计检验、关键区间检验,以及预报误差的分解,探讨不同分辨率对东北地区近地层风场预报性能的影响。结果表明:1)模式水平分辨率对风速频率曲线的影响不大,但在辽宁的预报效果优于吉林;2)全风速段检验结果表明70m高度预报性能优于10m高度;3)模式分辨率的变化对均方根误差分解后各项的贡献率影响不大,但存在模式分辨率越高,位相差略微增加,系统差和幅度差的贡献略微降低的现象;4)分辨率的变化对不同风机工况的预测准确性有一定影响,在冬、春季表现为分辨率越高,无功工况下的预报准确性越高;而在夏、秋季分辨率越高满发工况准确性越高;5)不论哪个季节,分辨率的提高均导致发电工况下的TS评分降低,均方根误差增大,相对误差增大。可见在我国东北地区,并非模式分辨率越高风速预报准确性越高。     

2010年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2010年6—8月T639模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:3家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;对1003号台风灿都(CHANTHU)的路径及强度预报,3家模式的预报效果均不理想,ECMWF模式对其登陆前的预报与零场较接近,而T639模式及日本模式预报相对较差。     

2010年国内外3种数值预报在东北地区的预报检验

对中国国家气象中心T639数值预报、德国降水预报和欧洲中心（ECMWF）数值预报中对中国东北地区的降水、温度和环流模式的预报结果,分别进行检验。结果表明：降水预报中,德国降水预报对中国东北地区的晴雨预报、一般性降水预报效果较好,但T639数值预报的漏报率明显低于德国降水预报,而T639数值预报中24-120 h暴雨预报的TS评分明显高于德国降水预报。温度预报中,T639数值预报对中国东北地区温度预报72 h内基本可用;欧洲中心（ECMWF）数值预报在96 h内效果较好。对于24 h的温度预报准确率,T639数值预报稍高于ECMWF数值预报结果。环流模式方面：48h内T639预报效果好于ECMWF,72 h以后ECMWF预报效果好于T639。     

2017年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2017年9—11月T639、ECMWF及日本(文中简称JP)数值模式的中期预报产品进行了分析和检验,结果表明：三个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。在中期时效内ECMWF能够较好地预报副热带高压的南北摆动和东西移动趋势,T639模式对副热带高压位置的预报易偏北。对850 hPa温度场,ECMWF模式的平均预报误差较小,预报性能较好,T639（JP）模式预报较实况偏低（偏高）。三个模式对台风玛娃中心位置的预报较零场偏西偏南,强度预报均偏弱,其中ECMWF模式对台风转向有所体现。对于冷空气过程中的海平面气压场预报,ECMWF模式对冷高压的强度预报与零场更为一致,而T639和JP模式的预报偏差较大。     

阿勒泰地区一次强寒潮天气成因分析

利用常规观测资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)预报产品及T639数值模式的初始场和预报产品,运用天气动力学诊断方法对阿勒泰地区2014年4月23—24日寒潮天气进行诊断分析和检验。结果表明:欧洲脊向西北方向强烈发展,脊前西北急流带建立加强,引导新地岛附近的强冷空气东南下到西西伯利亚地区堆积增强;欧洲脊顶部受冷空气侵袭,快速向南衰退,促使西西伯利亚强冷空气大举南下,形成寒潮天气。850hPa强冷平流及前期地面气温异常偏高是形成强降温的主要原因;强冷平流和高空动量下传是造成强风的主要原因。08时起报的ECMWF 850hPa温度预报较20时的稳定;ECMWF对于96h内850hPa温度预报误差较小;ECMWF对于大风区预报能力较T639的略强,但对于极大风速出现时间、大风的起风时间、大风持续时间的预报,两个模式在实际中均有较高的参考价值。     

2016年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2016年6—8月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变均具有较好的预报性能,其中ECMWF模式预报效果最好。对于副热带高压,ECMWF和T639模式均能较好地预报副热带高压移动趋势,但具体过程存在不同偏差,ECMWF模式偏差较小;3个模式中期时效均能报出四川盆地的持续高温过程,且对北方850 hPa温度的转折性变化趋势均有较好的预报能力,ECMWF和JP模式对南方地区温度变化的预报能力明显优于北方地区,T639模式对南方温度预报偏差较大,ECMWF模式综合预报效果最好。对台风妮妲,ECMWF模式预报与零场较为接近,T639模式误差较大。     

2008年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2008年6-8月T639 模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析.结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能.综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;特别是T639模式对0808号台风凤凰(FUNG-WONG)路径及强度的预报与实况差异较大,而ECMWF及日本模式预报相对准确.     

2008年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2008年9-11月T639模式的96小时预报进行天气学检验,并与ECMWF、日本全球数值模式的产品进行了对比分析.结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的中期预报性能,对转折性、灾害性天气的预报有较强指示意义.综合来看,ECMWF模式对主要天气系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式预报表现稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是对0814号强台风黑格比的96小时预报基本失败.     

2011年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用数值模式中期预报产品,对2011年6—8月T639模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明：三家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对大尺度环流形势、影响天气系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性也不如ECMWF模式。对1109号台风梅花（MUIFA）的路径及强度预报,三家模式的预报效果均不理想,T639模式对＂梅花＂登陆后的预报与零场较接近,而ECMWF模式及日本模式预报相对较差。     

2014年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2014年6—8月T639、ECMWF及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了分析对比和检验。结果表明：3家模式对亚洲中高纬环流形势和850 hPa温度的调整与演变均具有较好的预报性能。对比而言,ECMWF 模式的预报较其他两家模式更接近实况。对副热带高压的变化情况,ECMWF和T639模式较好的体现出了各项指标的变化趋势,但对具体的变化情况均存在不同程度的误差。对于1409号超强台风威马逊（Rammasun）的路径及强度预报,T639模式预报与零场较为接近,ECMWF模式预报台风强度较实况偏弱。     

2009年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2009年9—11月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之;ECMWF模式对0917号热带风暴芭玛(Parma)的预报较为成功,T639模式稳定性较差,而日本模式对"芭玛"的预报无论是路径还是强度都存在较大偏差。     

2012年12月至2013年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2012年12月至2013年2月T639、ECMWF(文中简称EC)及日本(文中简称JP)数值模式的中期预报产品进行了对比分析和检验。结果表明:三家模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有一定的预报性能,但都存在随时效增长的系统性偏差,比较而言,EC模式的预报最接近实况。对于850 hPa温度场,EC模式在北方地区的预报误差小于JP模式,而在南方地区则相反,T639模式在南方和北方的预报误差都是最大的。对于东北地区较弱的冷空气过程,日本模式的预报表现最优,T639模式对冷高压的强度预报明显偏弱,且位置明显偏南,EC模式的预报也较零场略偏弱,位置略偏北。     

2014年6—8月数值模式产品对山东气温预报的检验分析

为检验不同数值模式产品对山东不同站点2m日最高、最低气温24h预报效果,利用2014年6—8月逐3h的WRF-RUC、EnWRF确定性预报、不同集合百分位数、T639、中国气象局下发的T639-MOS解释应用产品以及EC细网格预报进行TS评分、误差等分析。结果表明：EC细网格对内陆最高气温预报准确率最高,EnWRF确定性预报次之,EC细网格和T639-MOS对内陆最低气温预报准确率最高。T639和EC细网格分别对沿海最高和最低气温预报准确率最高。对各模式单站气温预报进行最优模式分析发现,对于最高气温预报最优的模式为EC细网格和EnWRF确定性预报,分别集中在鲁西南和鲁北、鲁中和鲁东南。对于最低气温预报最优的模式为EC细网格和T639-MOS,T639-MOS主要对鲁中山区预报较好,其他地区两个模式预报效果基本相当。     

2011年12月至2012年2月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2011年12月至2012年2月T639、ECMWF及日本模式的中期预报产品的预报性能进行天气学检验和对比分析。结果表明：三家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整、演变及对流层中低层温度变化具有较好的预报能力。EC模式对西风指数和850 hPa温度的预报最接近零场;日本和T639模式次之。对冬季南支槽的预报,EC模式效果较好,T639和日本模式预报强度偏弱。三家模式对地面冷高压中心强度的预报均存在不同程度的偏弱,日本模式预报误差最小,T639模式和EC模式误差相对较大。     

湖陆山地复杂地形下近地层风速预报研究

以鄱阳湖区典型湖陆山地复杂地形为试验区域,采用WRF模式MRF和MYJ两种边界层参数化方案,对2010年该区域近地层风速进行高时空分辨率预报,并结合3个测风塔观测资料对预报结果进行检验。结果表明:WRF模式对鄱阳湖区70 m高度风速预报效果较好,预报值能够较好地反映近地层风速变化,且边界层MRF方案预报效果略好于MYJ方案。地形对近地层风速预报影响明显,地形相对平坦的吉山预报效果最好,而地形最为复杂的狮子山预报效果相对较差。不同强度的近地层风速预报效果差异较大,5~25 m·s^-1风速段预报效果明显优于0~5 m·s^-1风速段。位相偏差是造成鄱阳湖区近地层风速预报误差的主要来源,其贡献率在60%以上,而系统偏差和振幅偏差的误差贡献率相对较小,通过线性订正方法可在一定程度上提高该区域风速预报效果。     

基于多种算法优化SVM模型的 乌东德水电站降水量预报

基于粒子群优化(PSO)算法和遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)的核函数及主要参数进行训练优化,分别建立PSO算法、GA的支持向量机模型(PSO_SVM、GA_SVM)。选用ECMWF及T639数值预报产品资料和乌东德水电站降水资料,普查最优预报因子,构建包含各种类型降水过程的训练样本和测试样本。比较分析SVM模型RBF和Sigmoid核函数优劣。尝试先分段寻找局部最优,再选择全局最优的参数优化方法。通过增大训练样本集、降低交叉验证准确率、迭代次数截断和控制惩罚系数范围的方法,提高模型的稳定性和泛化能力,防止过拟合和收敛缓慢现象。利用测试样本对SVM、PSO_SVM和GA_SVM三种方案进行对比检验,优化的GA_SVM预报效果较好且稳定。经2018年试报表明,GA_SVM逐3 h累计降水量预报TS评分在50%以上,漏报率在15%以下,与ECMWF和T639比较,该模型TS评分提高1. 4%。     

中国区域多种数值模式资料的地面气象要素评估

利用中国气象局国家级自动站(2421个站)的观测资料,分别对2010年7月1日至2013年6月30日的欧洲中期数值预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)和美国国家海洋大气局的全球预测系统(GFS)数值模式资料的地面气温、相对湿度和风速在中国区域的适用性进行了比较研究。结果表明,3种数值模式资料都能在一定程度上反映观测资料所具有的时间和空间分布特征,东部地区的适用性要高于西部地区。不同的地面气象要素,差异较大:对于地面气温和地面相对湿度,ECMWF比JMA和GFS更接近实际观测,ECMWF和JMA的分析场数据质量要好于预报场;ECMWF和JMA地面气温在冬季与观测差异最大,GFS地面气温在夏季与观测差异最大;3种数值模式资料的地面相对湿度在秋季和冬季与观测差异最大;对于地面风速,在江淮流域和华南等东部区域JMA与实际观测差异最小,在北部和西部区域ECMWF最好,JMA和GFS地面风速在冬季与实际观测差异最大。