CAPPS1和CAPPS2数值预报模式对比分析

对CAPPS1模式和CAPPS2模式预报广西污染物进行了对比分析。主要对比了其污染扩散原理、气象预报模式、操作系统、运行时间、预报时效及预报效果。分析表明：CAPPS1和CAPPS2模式对各种污染物预报的相关系数均在0．44以上，两种模式预报广西空气污染都是可行的；两种模式均对SO2的预报效果最好，NO2次之，PM10相对最差；CAPPS2模式对各种污染物的预报值与实测值相关系数均比CAPPS1高，其中NO2的相关系数提高幅度最大；CAPPS2模式对NO2和PM10的预报准确率比CAPPS1偏高，而对SO2的预报准确率比CAPPS1偏低；CAPPS2预报首要污染物正确率比CAPPS1高出11个百分点，而预报首要污染物等级正确率则高出9个百分点。     

城市空气污染数值预报系统CAPPS及其应用

城市空气污染数值预报系统CAPPS, 是在ADPIC的概念的基础上经过积分求得的大气平流扩散的多尺度箱格预报模型。它不需要污染源的源强资料就可预报出城市空气污染潜势指数 (PPI) 和污染指数 (API), 克服了由污染源调查本身具有的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来的困难。该文对CAPPS系统在北京市和上海市进行数值预报的结果进行了分析检验, 并与国际上几种光化学污染预报模式的预报结果进行比较。结果表明, 就预报值与监测值的线性相关系数来说, CAPPS系统的预报水平与其他发达国家的模式预报水平相当。此外, CAPPS系统的污染指数等级预报准确率 (北京市和上海市) 平均达到61.5%。     

城市空气臭氧污染业务预报方案研究

概述了当前国内外对臭氧浓度预报采取的主要方法，并对各种方法作了简要的分析比较。在IER光化学模式的基础上，提出了城市空气污染数值预报系统CAPPS的臭氧浓度预报方案，初步检验结果表明该方案是可行的。同时，提出了优化搜寻法以解决通常缺少活性有机化合物VOC监测值的问题。     

CAPPS在国家气象中心多城市污染指数数值预报业务系统中的应用

国家气象中心在中国气象科学研究院CAPPS系统的基础上,建立了多城市污染指数数值预报业务系统,同时预报47个重点城市的SO2、NO2和PM10的日均污染指数.从2001年6月21日至7月17日的试验预报表明,总体预报准确率和与监测值的相关都在60%以上,与各城市气象局、环境保护局联合发布的综合预报准确率和与监测值的相关比较接近.说明CAPPS用于国家气象中心多城市污染指数数值预报业务系统,能够为城市空气质量业务预报提供有参考价值的数值预报产品.     

新一代CAPPS系统的开发与推广应用

2002年5月由中国气象局预测减灾司组织,中国气象科学研究院将城市空气质量数值预报系统(CAPPS)第二版发送给全国47个重点城市的气象部门,以取代CAPPS第一版在各城市的空气质量业务预报中应用.与此同时,中国气象科学研究院对47个城市的空气质量预报业务人员进行了培训.CAPPS2以Linux为工作平台在PC机上运行,污染气象预报场由MM5提供,T213资料和常规气象观测资料从MICAPS中获取,可以作48 h的城市污染预报,解决了预报时效问题.CAPPS2还提供各标准等压面上的位势高度、温度、相对湿度、风和降水等气象预报要素场,模式的中心点和网格距可以根据需要随意调整,各省市气象局可以在CAPPS基础上发展适用于本地区的中尺度气象预报、城市污染预报以及其他城市环境气象服务预报模式.     

CAPPS模式在石家庄市应用的效果检验

根据《气象部门空气质量预报质量考核和管理暂行办法》,对CAPPS系统在石家庄市空气质量预报中的应用效果进行检验,对CAPPS1.0和CAPPS2.0的预报能力和产生的误差进行了对比分析。结果表明:CAPPS2.0的整体预报水平高于CAPPS1.0,但其预报值多偏高于监测值,这是导致冬季首要污染物正确性评分偏低、夏季高污染预报能力偏低的主要原因。CAPPS系统对前日污染实况依赖性强,预报结果滞后,对高浓度污染日的预报准确率仅为13%,预报能力偏低。     

海口市基于CAPPS系统的空气质量预报制作平台

对城市大气污染潜势和污染指数预报系统（ＣＡＰＰＳ）的构成、功能、技术要点及运行环境作了详细介绍，通过对ＣＡＰＰＳ系统进行改进和完善，将其集成为一个自动化程度较高的业务系统。     

城市空气污染CAPPS数值模式及本地化应用

介绍城市空气污染数值预报系统CAPPS(City Air Pollution Prediction System)的模式结构、系统构成和结合西安地区的本地化应用及预报效果,结果表明:CAPPS模式预报效果较好.     

区域空气质量数值预报系统CAPPS3在辽宁的应用

利用城市大气污染数值预报系统CAPPS的第三版(CAPPS3),经过安装、调试和本地化、自动化处理,建立起适合于辽宁的区域空气质量数值预报系统,用于预报辽宁的城市污染指数和等级以及各污染物的日均浓度分布.通过模式预报结果与监测资料的对比,发现辽宁14个主要城市SO2、NO2预报准确率的总体水平明显高于PM10.区域污染物浓度分布位置和大小的预报结果与实际情况相符,污染物小时浓度的演变也与实际风场的变化趋势保持一致,表明CAPPS3模式系统能够及时准确地预报出区域污染的形成和发展过程.     

CAPPS3模式在福州市预报效果检验

对2009年7月至2010年6月区域空气质量数值预报模式CAPPS3在福州市的应用进行效果检验,分析各季节CAPPS3预报福州市3种污染物SO2、NO2和PM10的等级预报准确率、转折性天气预报准确率及与监测值的相关系数以及综合评分。结果表明：夏秋季节CAPPS3模式3种污染物等级预报准确率较高,冬季NO2和春季PM10的等级预报准确率较低,错误等级预报多数偏高;转折性天气预报准确率夏秋季最高,春季最低,模式对天气形势的变化反应不灵敏,特别是污染物浓度突变时,预报能力较差,当天气形势稳定时,预报效果较好;CAPPS3模式浓度预报值较监测值有偏大和滞后的缺点;相关系数及综合评分结果夏秋季最高,春季最低。CAPPS3总体预报效果较好,可提供有价值的指导预报,适合业务运行。     

A Statistical-Dynamical Scheme for the Extraseasonal Prediction of Summer Rainfall for 160 Observation Stations across China

The purpose of this study was to design and test a statistical-dynamical scheme for the extraseasonal(one season in advance) prediction of summer rainfall at 160 observation stations across China.The scheme combined both valuable information from the preceding observations and dynamical information from synchronous numerical predictions of atmospheric circulation factors produced by an atmospheric general circulation model.First,the key preceding climatic signals and synchronous atmospheric circulation factors that were not only closely related to summer rainfall but also numerically predictable were identified as the potential predictors.Second,the extraseasonal prediction models of summer rainfall were constructed using a multivariate linear regression analysis for 15 subregions and then 160 stations across China.Cross-validation analyses performed for the period 1983-2008 revealed that the performance of the prediction models was not only high in terms of interannual variation,trend,and sign but also was stable during the whole period.Furthermore,the performance of the scheme was confirmed by the accuracy of the real-time prediction of summer rainfall during 2009 and 2010.     

多层模式中臭氧加热率的计算及其对大气温度场的影响

本文介绍一个简单、经济的适用于各种多层大气环流模式中计算臭氧加热率的参数化方案,利用这一方案,可根据臭氧总量气候观测值及其垂直分布资料计算臭氧加热率,也可以在模式中加入臭氧方程,用预报的臭氧含量计算臭氧加热率.用此方案对单站气候资料试算,结果指出,随着高度的增加,臭氧吸收太阳辐射对大气太阳加热率的贡献逐渐接近、达到并在平流层50hPa附近明显超过其它物质如水汽的贡献.此方案用于九层大气环流模式时,对其辐射加热率的计算有较理想的改进,并使模拟的大气温度垂直分布更符合观测事实.     

一个载水预报模式的业务预报应用试验

该文在国家气象中心现行有限区域业务预报模式（LAM）的基础上,把模式的水平分辨率由1°×1°提高到0.5°×0.5°经纬度网格,垂直层次由15层变为20层。在原有物理过程中引入显式降水方案,并使用HLAFS业务系统的实时资料对1997年8月的一次登陆台风造成的强降水过程进行了个例预报试验,取得了较为合理的预报效果。     

基于遗传算法的神经网络短期气候预测模型

用遗传算法优化神经网络的连接权和网络结构,并在遗传进化过程中采取保留最佳个体的方法,进行短期气候预测建模研究。该方法克服了由于神经网络初始权值的随机性和网络结构确定过程中所带来的网络振荡,以及网络极易陷入局部解问题。作为应用实例,以广西全区4月份平均降水作为预报量及前期500hPa月平均高度场,海温场高相关区作为预报因子,建立基于遗传算法的神经网络短期气候预测模型。将这种方法与传统的逐步回归方法作对比分析,结果表明,该方法具有预报精度高,稳定性好的特点。     

阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型

在相关普查及分析各因子物理意义的基础上,建立阿勒泰地区夏季降水概念模型及预测模型,结果表明：夏季500hPa高度场,若极涡偏南、偏强,欧洲到里成海、贝湖到蒙古为脊区,西西伯利亚到巴湖为槽区,西太副高西伸北挺明显,北非副高东伸以及伊朗副高北挺明显,有ElNino或LaNina现象出现,加上前期5月降水量偏多,则该地区夏季降水易偏多,反之易偏少。     

AREM模式中引入MYJ边界层方案介绍及其试验

业务实践表明,AREM模式对中国暴雨有较好的模拟能力。当前AREM模式中可供选择的边界层参数化方案比较单一,而不同边界层方案对暴雨的模拟差异较大,所以在AREM中引入一种新的边界层方案是提高其性能的一个重要方面。本文介绍了在AREM模式中引入Mellor-Yamada-Janjić(MYJ)边界层方案的关键技术与流程,并对MYJ方案的模拟能力进行了评估。模式对2008年四川暴雨的模拟结果表明,MYJ方案有助于改善模式预报的降雨落区位置。     

AREM模式中引入MYJ边界层方案介绍及其试验

业务实践表明,AREM模式对中国暴雨有较好的模拟能力。当前AREM模式中可供选择的边界层参数化方案比较单一,而不同边界层方案对暴雨的模拟差异较大,所以在AREM中引入一种新的边界层方案是提高其性能的一个重要方面。本文介绍了在AREM模式中引入Mellor-Yamada-Janjic′（MYJ）边界层方案的关键技术与流程,并对MYJ方案的模拟能力进行了评估。模式对2008年四川暴雨的模拟结果表明,MYJ方案有助于改善模式预报的降雨落区位置。     

广州区域数值预报模式并行化计算

采用消息传递方式 (MPI) 对最近发展的广州区域数值预报模式进行了并行化计算研究。根据模式的结构和计算过程特点, 模式适合采用水平分区方案进行并行计算处理。在曙光3000并行计算机上分别采用一维和二维分区并行方案实现了模式的并行化计算, 并对模式的并行效率、并行加速比和并行通讯时间百分比等做了测试。对测试结果的分析表明:采用8个CPU时, 两种方案都能在1 h内完成72 h的预报, 一维分区方案的并行效率则保持在90 %左右, 可以满足业务运行需要。当模式使用8个以上CPU时, 通讯时间迅速增加并超过了计算时间的50%, 模式并行效率明显下降。CPU相同时, 模式一维分区并行方案比二维分区并行方案并行效率高且实现起来简单。     

平均经圈环流质量流函数简化计算方案的应用

用一个简化计算方案，求得了1948-1999年52a逐月平均经圈环流质量流函数。用它分析了平均经圈环流的气候态及20世纪80年代和90年代最强El Nino事件的气候异常态。结果表明：它很好地给出了平均经圈环流的气候态的季节变化及气候异常态与SSTA的物理联系。上述结果与通常迭代法计算结果基本一致。