中尺度数值模式(MM5V3)在沈阳区域气象中心的试用

简单介绍了沈阳区域气象中心在微机上调试和试用中尺度数值模式MM5V3的情况，MM5V3在前、后处理上使用Fortran90编程，与MM5V2有一定差别，利用T106L19资料和常规探空报形成经、纬网格的初值，预处理场和侧边界，代入模式前处理系统中，模式运行完毕后，预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads系统，进行图形显示，在2000年汛期试用中发现，MM5V3对东北地区的强降水过程有一定的预报能力，预报评分表明，MM5V3的降水预报结果和MM5V2互有优劣，总体来看，MM5V3的预报质量略高于MM5V2。     

高分辨率η模式的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性，本文先后提高了REM的水平和垂直分辨率，并采用包络地形方法处理模式中尺度地形。运用常规报文资料得到初始场，对1993年8月4～5日，1994年7月12～13日的两次大暴雨个例分别进行了数值试验。结果表明，仅提高REM的水平分辨率，对降水预报有一定的改善，但多报出了几个大暴雨中心；而对模式水平及垂直分辨率同时提高后，其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高，虚假降水中心消失。     

A Numerical Study of Sensitivity of the Physical Dissipative Technique to Precipitation Parameterization in a Mesoscale Model

1. IntroductionRecently, the improvement of accuracy in the out-puts of a numerical mesoscale model by the physi-cal dissipative technique is reached (Liu et al., 2002;Liu and Liu, 2003). The effect of improvement ofthis technique differs not only from model to model,but from scheme to scheme of parameterization em-ployed in the same model. The rapid developmentof the computer technology makes possible the com-plicated numerical experiments by a model with highresolution and multiple domains …     

非静力AREM模式设计及其数值模拟I:非静力框架设计

AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）对中国暴雨、台风等中尺度天气系统的模拟、预报能力突出。但是伴随模式分辨率的提高,制约该模式发展的一个问题日渐突出,即"静力平衡近似"的约束。本文通过对原静力平衡系统进行修正,引入高阶订正参数定义第三运动方程来构建该模式的非静力动力框架。我们基于Euler原始方程组,有效结合原静力平衡模式的标准层结扣除及IAP（Institute of Atmospheric Physics）变换方法,推导出了球面余纬坐标下的非静力框架,并在E网格和η坐标下进行了时空离散。采用时间两部分离技术进行积分运算以提高计算效率,并通过"追赶法"结合迭代法计算声波。此框架可方便地继承静力平衡框架的特点,最大限度地保留静力平衡框架的优势。理论推导和数值试验表明,当非静力框架退化为静力平衡框架后,方程形式及其模拟结果一致。在文章第二部分将通过理想和实例试验检验非静力模式性能。     

城市近地面高分辨率快速风场模型构建与应用

介绍了城市近地面高分辨率快速风场模型的构建,以中尺度模式结果作为背景驱动场,5m分辨率建筑物资料作为模型数据输入,通过区块处理、分区函数插值和质量守恒约束,实现了在较短时间(2～3 h)内获得可覆盖城市尺度的高分辨率(10 m左右)的近地面风场。基于该模型对北京四环内主城区(20 km×19 km)在8个典型时刻的10 m分辨率风场进行了模拟和检验,结果如下:(1)在风速方面,模拟值与观测值相比往往会偏大些,夏季4个时刻模拟的准确率在90%以上,冬季4个时刻模拟的准确率在60%以上;在风向方面,8个时刻的准确率均在40%以上。(2)基于该风场模型模拟得到的高分辨率风场能够反映出北京主城区风的山谷风日变化特征;明显的风速大值区往往对应着粗糙度较小的下垫面,而一些密集高层建筑区域始终是流场凌乱的风速小值区。(3)以东二环某一区块为例,该高分辨率风场模型还可对重点街区的精细化风场特征进行展示,可以清晰地反映出流场因建筑物分布产生的分流、汇合、局部环流,以及尾流。综上所述,该城市风场模型为实现短时间内获得覆盖城市尺度的高分辨率近地面风场提供了有效途径。掌握城市尺度的精细化风环境特征,有助于识别亟需改善或限制开发的关键区域,辅助城市通风廊道的合理构建和实施,从而达到优化城市内部通风性能、缓解城市热岛、增加风环境舒适度的最终目标。     

高分辨率降水资料在西南山地的适用性分析

文章以站点资料为观测场,以多源实况融合及GPM-IMERG降水产品为评估场,计算西南山地范围内降水数据的时间、空间技巧评分,并比较了几套资料在描述降水量及强降水频率方面的适用性。结果表明,在2019年汛期的大部分时段内,实况融合降水产品的空间评分较为稳定。三套资料在盆地西北侧及南部边缘地区时间评分均优于其他地区,但在盆地多云区GPM-IMERG产品的时间技巧评分低于实况快速融合降水数据。从强降水频率的描述上看,实况快速融合降水的空间分布与站点实测资料最为相似,但其反映的强降水频率与实测值相比偏小,GPM-IMERG产品则偏大。从降水量值的描述上看,实况快速融合降水与实况值相比偏小,而GPM-IMERG产品与实况值相比则偏大。     

基于雷达外推和中尺度数值模式的定量降水预报的对比分析

应用广东2010年出现的4次暴雨过程的气象资料,检验分析了临近预报系统（SWAN）和华南中尺度数值模式（GZMM）中的定量降水产品对晴雨及不同类型降水的预报效果,在此基础上探讨了临近预报系统和数值模式在0～6 h范围内的预报能力的交叉点。结果表明：首先,对于晴雨预报,SWAN系统中降水产品随着预报时效的增加预报效果呈现出减弱的趋势,且高分辨（0.02°）产品的下降速度要快于低分辨率（0.12°）;GZMM降水产品（0.12°）在1～3 h预报能力逐步提升,在4～6 h维持相对稳定的水平。对于分辨率同为0.12°的SWAN系统和GZMM模式产品,在第1和第2 h,SWAN产品的CSI评分分别为0.504和0.442,高于GZMM的0.306和0.375,但从第3小时开始GZMM产品CSI评分略高于SWAN产品,表明此后华南中尺度数值模式对晴雨的预报能力优于SWAN系统,交叉点介于2～3 h。其次,进一步检验了上述产品对弱降水（1小时雨量为0.1～2 mm）、一般性降水（2～10 mm）和较强降水（超过10 mm）的预报能力。对于弱降水,GZMM产品CSI评分在0～6 h维持在0.23,高于SWAN产品,表明GZMM模式对于弱降水的预报能力在整体上要强于SWAN系统。对于一般性降水,在0～3 h,分辨率为0.12°的SWAN产品CSI评分高于GZMM产品;两者的CSI评分曲线的交叉点介于3～4 h,即从第4小时开始,GZMM降水产品预报效果更好。对于较强降水,无论是SWAN系统还是GZMM模式,预报能力都呈现出明显的减弱;但SWAN系统在整体上对强降水的预报能力要优于GZMM模式。     

Comparison and Analysis of Two Different Calculation Schemes of SLEVE- Hybrid Coordinate in GRAPES_MESO Model

The calculation scheme of the smoothed-level and hybrid (SLEVE-hybrid for short) coordinates in numerical forecasting model is not limited to one. It is divided into the semi-analytical scheme and the finite differential scheme in terms of the various differential methods of the coordinate deformation variables. Comparing the dynamic equation and the long-time batch simulation results of the two schemes, the present study draws the following conclusions. The first- order finite difference accuracy of the coordinate deformation variables in the finite differential scheme is theoretically lower than that in the semi-analytical scheme. The larger the vertical gradient of the layer thickness is, the larger the relative errors of the finite differential scheme are. The long-time batch simulation test in the GRAPES model dynamic core demonstrates that the bias of the temperature and the geopotential height in the semi-analytical scheme is smaller under the default layering, while the simulation difference of the two schemes is greatly reduced when the layering is more uniform.     

天津市中尺度数值预报业务系统的设计与实现

为适应省级中尺度数值预报业务的需要,设计实现了天津市中尺度数值预报业务系统。该系统由高性能计算机系统、中尺度数值预报模式以及业务运行流程组成的,其设计与实现涉及到高性能计算机系统的建设、中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计等多个方面。高性能计算机系统的建设包括系统选型、功能设计和安装调试等部分,中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计是整个系统业务化的关键。天津市中尺度数值预报业务系统通过工程建设和技术开发完成了奥运期间的气象预报服务任务,已投入业务化运行。     

用探空资料检验中尺度数值模式对强对流天气的诊断分析能力

提高对流天气临近预报准确率的关键问题之一是了解大气的垂直稳定度和垂直风切变。中尺度数值模式产品提供了高时空分辨率的大气稳定度和垂直风切变信息,需要首先检验其精度才能进一步考虑其在对流天气预报中的应用。利用北京加密探空资料检验北京市气象局3km分辨率的MM5模式结果,对强对流天气的背景参数包括温湿风垂直廓线、对流有效位能CAPE和垂直风切变进行模式分析和预报与探空对比检验。结果表明：模式模拟的各种大气廓线中,风廓线和温度廓线都具有一定的参考价值,与实况有较好的一致性,但在廓线出现转折的地方,如：逆温层和风向转折时,模式预报较差。露点（湿度）廓线的预报误差较大,不能反映出真实水汽场的分布。因此,模式预报的深层（地面至500hPa）垂直风切变与探空具有较好的一致性,而模式给出的对流有效位能CAPE由于露点预报结果不理想,其值与实际偏差较大。因此模式输出的对流有效位能CAPE必须经过适当订正才能用于诊断强对流天气发生的可能性。     

中尺度模式MM4对高精度水汽输送#C$算法的敏感性试验

水汽输送的算法精度对中尺度模式的预报能力起有重要作用。本文在MM4的基础上用高精度的平流格式改进模式的水汽输送格式，使改进后的模式包含了对多种高精度的水汽输送格式的选择，如Prather格式和Bott格式。这些格式都是正定的，在理想风场的数值实验中几乎无数值耗散，无计算频散。我们在B网格中央差格式（原MM4中的格式）、Upstream格式和 Prather格式等模式选择项下，对1982年6月的一次梅雨期暴雨过程进行了数值对比实验。结果表明:1）模式的预报能力对水汽输送格式的精度较敏感， 2）高精度的水汽输送格式（Prather格式） 提高了模式对暴雨区、降水场结构、雨团活动的预报能力，较真实地模拟出了尺度较小的降水系统的活动。 高精度的水汽输送算法有助于提高中尺度模式的预报精度。     

广州中尺度模式局地要素预报性能分析

该文简要介绍了华南中尺度模式的地表要素的预报诊断方案, 站点要素时间序列预报情况.用适合站点要素时间序列预报的检验方法, 检验并分析了各要素时间序列预报的性能.表明该中尺度模式的地表要素时间序列预报方案是有效的, 预报具有较高的准确性和应用价值.     

中尺度自忆模式在强降水预报中的应用

根据大气自忆性原理提出的回溯时间积分格式应用于中尺度格点模式MM5,构建了中尺度自忆模式SMM5并做了短期强降水预报的实验.结果表明,SMM5模式与MM5模式相比,由于使用了多个时刻的场资料,预报精度有了明显的提高, SMM5预报的最大雨区的中心位置与降水量也比MM5更接近实际观测场.     

各种非绝热物理过程在中尺度模式中的作用

随着中尺度模式水平分辨率的不断提高,考虑加入尽可能合理的各种非绝热物理过程极为重要。如积云参数化需包括湿下沉气流、中上层的云卷出和非降水性浅对流。显式云物理方案需同时加入含有水相和冰相的预报方程,以计入水负荷、凝结蒸发、冻结融化和凝华升华的影响。本文首先从实测角度介绍上述物理过程在产生中β尺度环流结构的作用,然后通过一些敏感性数值试验来阐述它们如何帮助成功模拟不同的中尺度对流系统。这些物理过程的相对作用取决于网格距大小或可分辨尺度垂直运动的强度。当网格距在20～50 km之间,本文特别强调积云参数化和显式云物理方案的同时使用。最后对各种非绝热物理过程的耦合以及中尺度模式的局限性作了适当讨论。     

中尺度数值模式MM5V2评介

由于中尺度数值模式ＭＭ５Ｖ２本身的进步和目前能提供给中尺度数值模式的资料越来越多,使中尺度数值模式系统在灾害天气的预报方面成为一个重要的手段。从ＭＭ５Ｖ２的两大部分,模式初始化和预报模式出发,全面分析和总结中尺度数值模式的特点,并对中尺度数值模式未来发展做一些有益的探讨。     

月数值天气预报的试验研究

用中国科学院大气物理研究所二室的全球谱模式做了多个例子的月预报试验，结果表明，500 hPa月平均预报高度场不仅明显优于持续性预报，也优于气候预报。文章还就如何从逐日的瞬时动力预报中提取对月预报有用的信息进行了讨论，并指出，用加权平均代替通常使用的算术平均求得平均月预报显著地提高了预报效果。     

中尺度模式MM5在山西预报业务中的应用

介绍了山西省气象台在微机上调试和试用中尺度数值模式MM5V3的情况，包括模式的特点，运行状况，以及对2002年汛期降水个例的预报检验，并对6月和9月的降水预报分量级评分，分析模式预报优劣。     

兰州有限区域中尺度数值模式业务系统及应用

以国家气象中心数值T213资料为基础,结合业务和服务的实际需要,建立了基于MM5的兰州有限区域中尺度数值模式业务系统,该系统前后处理程序成熟,每天都能提供大量的数值预报产品,已经成为预报业务和服务的重要参考依据,在精细化预报、暴雨等灾害性天气预报和地质灾害气象等级预报中发挥了重要作用.     

重庆中尺度集合预报系统预报性能分析

本文利用2017年6～8月重庆中尺度集合预报系统逐日20时起报的预报资料及相应的观测资料对该系统的预报性能进行了综合分析,结果表明：500hPa位势高度、850hPa温度和2m温度的集合平均预报的均方根误差均优于控制预报,集合离散度均明显低于集合平均的均方根误差,Talagrand分布均呈现出“J型”或“U型”分布,500hPa位势高度和850hPa温度Outlier评分介于0.26～0.32,2m温度的Outlier评分普遍较高,总体介于0.33～0.67;降水预报方面,集合平均和概率匹配平均相对于控制预报表现出了较为明显的优势;小雨和中雨量级降水集合平均的TS评分明显优于概率匹配平均;大雨和暴雨量级的降水概率匹配平均的TS评分明显优于集合平均;0～24小时和24～48小时累计降水的Talagrand分布呈现出一定的“U型”分布且0～24小时更为明显,其余时效较为理想,Outlier评分随预报时效的延长而减小,最高0.31,最低0.20;降水概率预报检验方面,各个降水量级的Brier评分和相对作用特征技巧评分AROC均较为理想。总体而言,该系统相对于单一的确定性预报表现出了一定的优势。