一次梅汛期强降雨过程的中期时效预报误差分析

2016年6月30日至7月4日,中国长江流域发生了入汛以来最强的一次极端降雨过程,但对雨带位置的预报却出现了显著误差。为此,本文基于欧洲中期天气预报中心的预报资料,利用天气学诊断方法,分析了确定性和集合预报的基本情况,讨论了预报误差产生原因及其演变特征。结果表明：梅雨锋上次天气尺度波动在中国黄淮—辽东半岛到朝鲜半岛—日本东部一带呈“负—正—负”的分布,它的强弱对雨带位置的变化起着重要影响。当该波动偏强时,有利于低层季风向北伸展,加之冷空气强度偏弱,进而造成雨带位置偏北,反之亦然。此外,通过对比集合预报成员中的准确和偏北成员组,发现该次天气尺度波动来源于青藏高原东北部的初始误差场。伴随着中纬度西风波动的向东传播,该误差在中低层沿着梅雨锋向东移动、并不断增强,最终造成中国长江中下游地区雨带位置明显偏北。     

基于三大全球集合预报系统对内蒙古降水预报能力评估

利用ECMWF、NCEP和CMC中心的1~3天7种降水集合预报产品,同时结合内蒙古119个气象站同期降水观测资料,对降水预报效果基于晴雨、降水等级划分(包括小雨、中雨、大雨以及暴雨)确定性TS评分以及空间分布特点进行了归纳总结,评估了三大全球集合预报系统在内蒙古地区的降水预报能力,为进一步开发模式预报及应用提供技术支撑。研究结果表明,ECMWF集合预报产品对内蒙古降水预报能力明显优于NEPC和CMC中心的产品。ECMWF集合预报产品24h时效下的晴雨及小雨、中雨、大雨以及暴雨预报都具有良好的预报能力,但是随着预报时效的延长至48h、72h,ECMWF集合预报产品预报能力明显降低,预报能力与NCEP和CMC中心的产品接近。24h的ECMWF集合预报产品在呼伦贝尔市、兴安盟、锡林郭勒盟、巴彦淖尔市西部、阿拉善盟地区预报效果明显较好,三大集合预报系统对内蒙古东部地区的预报能力总体偏高。     

强对流临近预警中集合预报成员的即时分析——以陇东一次暴雨过程ECMWF集合预报应用为例

2015年5月31日甘肃陇东地区出现一次暴雨天气过程,ECMWF集合预报系统的降水预报只有1个成员(简称EM-p)预报出暴雨,并且EM-p对预报暴雨落区、量级和降水时段的预报与观测实况基本接近。本文通过对EM-p和集合预报系统控制成员预报效果的对比分析,以及EM-p与实况的对比分析表明,EM-p对产生暴雨的对流参数预报完全符合本地经验指标,虽然对低层急流预报出现一定程度偏差,但对低层辐合区(暴雨落区)位置的预报与观测实况极为接近,因此EM-p成员能够为暴雨的短时预报和临近预警提供可靠的定量依据,可有效提前暴雨预警时间。通过分析,期望为如何利用ECMWF集合预报有效判断低概率但高影响天气的发生提供一些有益的思路。     

镇江地区ECMWF模式高温预报订正方法研究

针对镇江ECMWF模式168 h内高温(t≥35℃)预报结果提出四种后处理订正方案,包括一元线性回归法、差值法、综合法和递减平均法;借助均方根误差等四种检验方法就订正效果进行评估,找寻最优订正方案。结果表明,四种订正方法都明显改善了ECMWF模式高温预报,订正后的均方根误差、平均绝对误差及最大绝对误差较订正前均有所减小,预报准确率显著提高。对于24 h时效内预报,四种订正方法各有优势。对于48～168 h时效预报,一元线性回归法效果更优。采用分时效对ECMWF模式高温预报结果进行后处理,考虑24 h预报订正使用递减平均方法,48～168 h预报订正使用一元线性回归法,可以更大程度地提高预报准确率。     

区域中尺度模式对西南地区一次强降水过程的预报分析

为了认识区域数值模式对西南地区降水预报能力,探索降水预报误差原因,本文应用MICAP资料,NCEP再分析资料,FY-2E辐射亮温资料,自动站资料,西南涡加密观测资料等,针对2012年7月2～5日西南地区一次强降水过程,分析了西南区域中心运行的WRF模式和GRAPES中尺度模式的预报能力,得到：（1）两模式不同程度反映了本次强降水过程.相对而言,WRF模式的预报略好于GRAPES,得益于WRF模式对对流层中低层温度、水汽、流场等演变的较好反映.（2）两模式预报对流层中低层温度偏差总体呈现正偏差,GRAPES模式呈现较大的温度偏差,正偏差特征更显著.两模式不同程度出现空报降水,特别是在高原东南坡.GRAPES模式空报雨区特征更明显.（3）两模式预报近地层湿度较实况大,都预报高原南坡,特别是高原东南坡风场辐合、水汽场辐合偏强,可能是造成虚假降水的主要原因.（4）较实况,WRF模式预报对流层高层的高压和对流层中低层的低压系统偏强,GRAPES模式预报西南低空急流偏强（可能是引起温度正偏差的原因）,两个模式预报的对流层正涡度较深厚,辐合上升运动强,这些可能是造成降水预报偏差的原因.     

ECMWF集合预报系统对秦岭周边地区降水确定性预报的性能分析

尽管确定性预报不是集合预报系统(EPS)的主要目的和应用方向,但其每一个成员的预报表现决定了集合预报系统的预报性能,集合平均也是实际预报业务的一个重要参考指标。为此,利用2013~2015年5~10月的欧洲中期天气预报中心(ECMWF)集合预报系统的降水预报资料,CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与全国3×10~4余个自动气象观测站的逐小时降水量融合资料,研究ECMWF集合预报系统对秦岭周边地区逐日降水的控制预报、成员预报、集合平均的预报能力,并探索提高降水集合平均预报性能的有效方法。主要结论如下:(1)无论是集合平均还是控制预报,整体上都较好的刻画了秦岭周边地区降水的空间形态,比较而言,控制预报能够更好的表现了降水的方差变化。(2)泰勒分析表明,集合平均的降水方差随预报时效增加单调减小,控制预报的方差变化随预报时效的增长振荡较小,其相关系数略优于集合平均。(3)技巧评分表明,集合平均使小雨(降水发生频次)的预报偏差显著增加,增大了空报率;使大雨以上的降水预报偏差减小,增大了漏报率,从而使得大多数情况下,集合平均TS(Threat Score)、ETS(Equitable Threat Score)评分低于控制及扰动成员预报。分析认为这主要是由于降水这一要素的偏态分布特性引起的。(4)集合平均的显著贡献在于能够较好的指示可能发生降水的空间位置。通过阈值限定,调整预报偏差,减少(增大)其对小雨(暴雨)的预报频率,能够使集合平均的TS、ETS评分大幅度提升,预报技巧显著优于成员预报和控制预报。目前,预报偏差Bias订正方法已成功应用于陕西省精细化格点预报系统中。     

一次梅汛期连续暴雨过程分析

通过对1999年梅汛期6月24日－7月1日连续暴雨过程分析，发现850hPa安庆附近低涡中心不断的发展东移和重建、西南和东北偏东两支低空急流加强导致的切变辐合加强，为连续暴雨的产生提供了明显的辐合条件、源源不断的水汽和能量。同时发现：暴雨的雨强变化与副热带高压的南北摆动、中低层冷空气的活动密切相关。     

北京一次冬季极端降水过程中相态转换预报的误差分析

应用多种常规和非常规观测气象资料以及再分析资料对2020年2月13日夜间至14日白天北京地区一次极端雨雪过程的成因进行了分析,并重点探讨了模式降水相态预报的误差及其原因.结果表明:(1)本次降水过程中,低涡系统深厚,强度异常强,移速慢,影响时间长,导致北京地区部分站点降水持续12?h左右.异常偏强的东南风急流向北京西部...     

基于对流尺度集合预报方法对一次暴雨过程预报的分析

为了更加直观和深入地理解对流尺度集合预报中的降水集合预报产品,以便进一步向预报员推广应用,本文开展了基于对流尺度集合预报方法对2021年8月28—29日的一次暴雨过程的预报性能分析,对集合预报的暴雨和大暴雨量级降水预报技巧进行了综合分析。结果表明：(1)不同集合成员降水预报结果的差异随着降水量级的增大越发明显,预报最优和最差的成员的TS评分相差0.3以上。(2)概率匹配平均预报对于暴雨和大暴雨量级降水的预报技巧优于控制预报,也优于集合平均。集合平均由于集合成员预报的平滑作用导致其对极端降水不敏感,因此,简单的集合平均不适合于大暴雨以上量级的极端降水预报。(3)从最小值预报到最大值预报,随着集合百分位的增大,命中率、空报率和频率偏差均逐渐增大,70%或者80%集合百分位预报的预报技巧最优,且优于集合平均和概率匹配平均预报。(4)对于重庆东北部偏西地区出现的大暴雨量级降水,较长预报时效集合概率预报均预报出了一定的降水概率,最长提前60 h,相应的最优的集合成员的降水预报与实况也较为接近。     

基于CRA技术的华南前汛期强降水EC模式预报误差分析

利用CRA空间检验技术对ECMWF模式36 h时效预报的2016-2018年华南前汛期(4-6月)69个降水目标进行了检验及误差统计分析,并将预报落区偏差相似个例的环流形势及天气尺度影响系统进行了分析.(1)87％的强降水目标存在明显落区预报偏差,最大偏差为2.75 °.偏差以经向偏差为主,其中偏北的目标多于偏南的目标...     

“21·7”河南特大暴雨气象和水文雨量观测对比

2021年“21·7”河南特大暴雨打破我国大陆小时气象观测纪录,该极端天气事件位列2021年中国十大天气气候事件第2位。已有研究使用气象地面站雨量观测资料对此次过程进行雨情分析和极值统计,但降水时空分布不均匀,单一来源资料存在不确定性。通过对比气象站和水文站雨量资料,分析两套业务观测系统记录“21·7”河南特大暴雨过程的异同,发现气象站和水文站雨量在时间和空间分布上具有很好的一致性,两者不同等级的累积降雨落区、逐日和逐时降雨演变趋势均一致性强,但累积雨量和雨强极值的空间分布和数值存在差异,两套资料在暴雨中心（过程雨量大于600 mm）的系统性偏差小于1%。气象站和水文站的融合资料呈现比单一资料更细致的降雨分布、更全面的演变特征。此外,基于融合资料发现累积雨量排名前3位的城市（郑州、鹤壁、新乡）均具有累积雨量大、小时雨强极强、强降雨集中、雨强突然增长的特征,鹤壁和新乡最强降雨时段分别比郑州晚26 h和28 h。     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8-10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,嬲评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。     

New Algorithm for Rain Cell Identification and Tracking in Rainfall Event Analysis

利用湖北省2008—2017年4—9月逐小时降水量资料挑选出141个区域性暴雨个例,在此基础上运用OPTICS空间聚类算法识别出2 586个降水聚集区并处理得到936个雨团,根据中尺度雨团定义识别出489个中尺度雨团,包括314个中尺度静止雨团和175个中尺度移动雨团,分析中尺度雨团特征得到：1）中尺度静止雨团的持续时间频数比随时间增加而减少,峰值是2 h,中尺度移动雨团的持续时间呈单峰型,多集中在3~6 h;2）中尺度静止雨团大值区为恩施自治州以及武汉市,次大值在宜昌市和咸宁市北部,中尺度移动雨团分布主要武汉市和孝感市交界处、恩施自治州、宜昌市;3）对中尺度移动雨团路径进行k-mean聚类得出,中尺度移动雨团路径可分为东部型、西南型和西北型三种,其多向东北东南方向移动。

     

2011年梅汛期两次强降雨过程对比分析

用NCEP 2.5°×2.5°的日平均资料和实况雨量资料,对2011年梅雨期中两次强降雨过程进行了对比分析.结果表明:①200 hPa西风急流在长江中下游上空的位相相反,前者处于高压脊底部的偏西气流,后者处于槽前的西南气流.500 hPa高纬地区的两槽一脊型位置不同,前者南支槽比较浅,而后者比较深.700 hPa前者江淮切变线是偏北风与西南风构成的切变线,而后者是偏东风与西南风构成的切变线.②前者的水汽由孟加拉湾的偏西气流和副高西侧的东南气流共同提供,而后者水汽主要来源于孟加拉湾的偏西气流.③梅雨锋结构主要表现为湿度对比、温度梯度较小,锋区都有先北抬后南压的过程,前者锋区位置偏南,北抬后稳定维持时间长,而后者锋区位置偏北,稳定维持的时间短.前者干冷空气低层弱,高层强,主要来源于对流层中高层,同时锋面北侧没有明显的冷空气补充,而后者干冷空气主要来源于对流层高层,同时锋面北侧还存在冷锋锋区.     

江门一次降水过程预报失误的分析

通过分析前期数值预报产品和常规资料,显示2009年4月19~20日高空有大槽东移,中低层有切变线南压,地面有弱冷空气南下影响,而江门本地17到18日实况资料显示水汽条件充沛,前期积蓄了充足的热量,所有因素都对产生强降水十分有利,因而预报江门地区4月19到20日有一次大范围强降水过程,达到暴雨量级,但事实预报结论与实况相差甚大。通过分析原因,结果发现,500 hPa高空槽偏北、偏东;850 hPa南北向的切变线并没有南压,而是擦过粤北;西南低涡在发展成江淮气旋过程中,其移动路径一直在我省偏北、偏西,这些都是不利于造成广东大范围暴雨。数值预报必须充分考虑数值预报所预报的天气系统的影响程度,这对提出数值预报的释用更高的要求。     

一次梅雨锋特大暴雨过程分析及数值模拟

利用常规观测资料、NCEP、卫星、雷达和地面加密观测等资料,对2010年6月1 7 20日江西北部一次罕见大暴雨过程进行天气动力学诊断分析、中尺度分析和WRF模式模拟分析。结果表明：（1）这次罕见大暴雨是一次典型梅雨锋暴雨,是在极为有利的天气形势下导致的强β中尺度系统强烈发展所致。500hPa东亚大槽槽后冷平流与强盛稳定的副高西北侧西南气流汇合,导致冷暖交汇带在江南北部维持。（2）冷暖交汇带的稳定和西南暖湿气流的异常强盛,使暴雨的水汽、动力、热力条件十分充足,非常有利于触发中小尺度对流系统强烈发展。（3）强盛水汽及辐合上升运动、低层西南急流加强、中层弱冷空气活动、对流不稳定层结加剧、地面辐合线维持少动、β中尺度强低涡形成并维持、高层强辐散等多种因素的共同组合叠加作用导致了特大暴雨发生。（4）数值模拟分析显示,19日08时β中尺度低涡形成与暖湿气流和弱冷空气共同作用有关;该低涡垂直厚度在550～950hPa之间,850和900hPa最强;并在该低涡南侧出现一串近东西向排列的30～60km更小尺度的强对流系统,它们与特大暴雨区相吻合。     

2020年梅汛期强降水事件的预报误差来源分析

基于WRF模式（Weather Research and Forecasting Model）分析2020年超长梅汛期内11次强降水事件的预报误差来源。分别以FNL（Final Global Data Assimilation System）、TIGGE_EC（THORPEX Interactive Grand Global Ensemble from European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）作为初始场进行预报,对比预报结果发现,TIGGE_EC初始场的预报结果普遍优于FNL,这说明初始条件的不确定性对预报结果有重要影响。进一步探究初始条件不确定性（初始误差）来源的区域（敏感区）和变量（敏感变量）发现,敏感区集中分布于降水区西侧上游,相对应的敏感变量为水汽场。分别考察动能、有效位能以及比湿能在初始误差总能量中的占比,结果表明,扰动比湿能占比最小,但敏感性试验 表明比湿场扰动对预报效果的影响最大。选取比湿场扰动对预报效果影响最大且WRF_EC具有更好预报效果的6个暴雨事件,通过HYSPLIT后向轨迹模式分别追踪其累计降水量最大值点的水汽来源及路径发现,有6个事件均有向降水区西侧上游延伸的水汽来源通道,进一步表明了敏感区的初始水汽场的准确性对暴雨预报的影响。因此降水区西侧上游的水汽场的误差是这11次梅汛期暴雨过程重要的预报误差来源,对其准确描述可有助于预报效果的提升。     

武汉地区少梅年一次局地强降水中尺度系统 特征的分析

2000年以来长江流域未见到很典型的梅雨暴雨,尽管如此,所谓"不典型"的区域性致洪暴雨仍时有发生,甚至造成严重洪涝。利用NCEP资料、常规和SCHeREX计划期间的6h一次的高空探测资料和大量的地面自动站资料、多普勒雷达、FY-2C卫星黑体温度资料及NOAA的CMORPH资料,分析了2009年6月29日00:00(协调世界时,下同)至30日00:00引发武汉严重洪涝的强降水。结果表明,尽管中高纬环流和槽脊系统有"错位"现象,但东亚地区鞍形场的存在有利于高原东侧中尺度低压(扰动)的发生发展。随着高原槽东移和西太平洋副热带高压突然西伸,在四川—重庆地区诱生出中尺度涡旋及明显的低空急流,同时上层冷干、下层暖湿空气叠置而形成较强的位势不稳定层结,在低层辐合场的触发下,使致洪暴雨得以发生。该年有较好的水汽输送条件,主要源地在南中国海。因此,即使在大尺度环流不是非常"典型"的情况下,一旦武汉地区存在有利的天气尺度和中尺度系统,且有足够的水汽供应,暴雨仍有可能发生。     

一次“梅中返春”稳定性持续暴雨过程的预报失误分析

使用NCEP-FNL资料对杭州湾一次稳定性持续暴雨过程进行分析,发现冷暖气流在浙江不断交绥形成持续降雨,低层冷空气和东南暖湿气流的不断增强,使大气斜压扰动发展,锋区降雨增强,暴雨发生。此次过程,由于数值模式预报出现偏差而导致杭州湾24h大雨、暴雨预报出现较大失误。检验结果,GFS模式36h预报时效内对冷暖系统预报较好,但对低层锋区的风场预报有偏差,从而对中低层辐合、水平锋生和水汽输送产生影响,大雨、暴雨落区出现偏差。另外,模式对杭州湾南岸冷空气影响预报偏弱也是暴雨漏报的一个重要因素。稳定性降雨预报中,预报员需重视模式在预报临近时刻的调整,根据实况监测和雨带的移动、演变对冷暖气流影响作甄别,从而及时调整降雨落区和影响时间,对预报做出有益修正。     

“6.23”梅雨锋西段贵州南部大暴雨诊断分析

利用贵州国家观测站和区域自动站数据,结合NCEP再分析资料、FY-2G卫星云图及多普勒雷达资料,对2020年6月23~24日在贵州南部地区发生的梅雨锋西段持续特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：（1）此次持续特大暴雨过程是在南亚高压控制、西太平洋副热带高压北界稳定维持在华南北部背景下,短波槽东传及中低层切变和梅雨锋共同影响的结果;（2）来自孟加拉湾的西南暖湿气流与副高西侧的偏南气流在贵州中东部到长江流域一带交汇,促使低空急流建立,为持续性暴雨天气提供充足的水汽输送;（3）高空辐散、中低层切变线南侧与低空急流北侧的正垂直螺旋度为中尺度涡旋迅速发展和水汽辐合抬升凝结提供了动力条件;（4）高原槽引导弱冷空气南下有利于梅雨锋锋生,午后至傍晚生成若干γ、β尺度的中尺度对流系统导致了此次降水过程的发生;（5）暴雨过程中存在明显“列车效应”,贵州南部受对流系统叠加影响形成较强降水。