不同 AMDAR资料同化时间窗对台风“摩羯”预报影响研究

2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发（aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR）资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明：加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。     

山东WRF集合概率预报对台风“麦德姆”逐6h精细化预报检验

用山东WRF集合预报72h预报时效内逐6h概率预报产品对2014年7月24—26日台风"麦德姆"影响山东期间产生的强降水和大风进行了检验。结果表明:WRF集合对强降水和大风有较好的预报能力,总体预报效果较好。强降水和大风的概率都是初期预报概率偏小,后期预报概率较高,开始和结束时间比实况滞后6~18h,前期漏报率高,后期空报率高,总体来说23日20时的预报优于08时的预报。台风低压中心强度和移动路径与实况基本一致,但移速偏慢,这是导致强降水和大风前期漏报后期空报的主要原因。     

WRF集合预报对济南暴雨过程的检验与分析

为了将WRF集合预报更好地应用于济南大城市精细化预报,提高暴雨预报准确率,利用2013—2014年汛期济南龟山观测站和市区及历城区36个区域自动观测站的降水资料,检验WRF集合预报24h确定性降水量对暴雨的TS评分、空报率、漏报率以及平均绝对误差和均方根误差,并且检验24h暴雨概率的可信度。2013年和2014年的空报率和漏报率均较高,2013年暴雨预报TS评分明显好于2014年。确定性预报24h降水量达到30mm以上,且天气形势和各物理量满足产生暴雨的条件时,可考虑预报暴雨;低层湿度大时确定性降水最易出现暴雨空报;24h暴雨概率预报对济南局地性较强的暴雨有较好的指示意义。     

ECMWF和华东WARMS模式对山东半岛汛期暴雨的预报能力检验

利用欧洲中期天气预报中心细网格模式(以下简称ECMWF-Thin)产品和模式水平分辨率为9 km的华东区域气象中心中尺度数值预报模式V1.0(以下简称SMS-WARMS)产品,对山东半岛2016—2017年汛期35个暴雨日(26次过程)的暴雨预报能力进行检验。结果表明:1)对于降水强度,ECMWF-Thin预报偏弱导致暴雨和大暴雨漏报率偏高,大暴雨几乎全部漏报,当其预报有50mm以上降水时出现暴雨的概率达90%以上,SMS-WARMS则预报降水量偏强、空报率较高,SMSWARMS降水强度量级预报总体优于ECMWF-Thin,24 h预报能力最佳; 2)对于强降水开始时间的预报,两家模式均表现为偏晚为主,且偏晚3 h以内的概率较大,在参考其预报结论的基础上可适当提前3 h; 3)对于强降水落区,ECMWF-Thin略优于SMS-WARMS,SMS-WARMS对台风暴雨的落区预报较为精准,而其他类型暴雨的落区ECMWF-Thin预报多偏南或偏向西南1°以内,因此预报员需向偏东或东北1°范围内的区域调整; 4)对于强降水范围大小的预报,ECMWF-Thin预报暴雨范围偏小的概率较大,而SMS-WARMS预报范围偏大的概率较大,因此需综合考虑两种数值预报结论进行折中预报。     

山东省2015年春季(2015年3—5月)数值预报产品检验

根据短期天气预报质量检验办法,对2015年3月—2015年5月T639,EC细网格、WRF-RUC,WRF确定性预报(En WRF)及不同集合百分位、上海区域模式(BCSH)以及T639-MOS在山东省陆地120站和沿海12个精细海区的降水、日最大风速以及日最高最低气温预报进行检验,分析了不同数值模式产品的预报能力。     

山东省2015年夏季(6—8月)数值预报产品检验

根据短期天气预报质量检验办法,对2015年6—8月T639、EC细网格、WRF确定性预报(En WRF)12km和4km分辨率及不同集合百分位、上海区域模式(BCSH)以及T639-MOS在山东省陆地120站和沿海12个精细海区的降水、日最大风速以及日最高最低气温预报进行检验,分析了不同数值模式产品的预报能力。     

山东省2015年秋季(9—11月)数值预报产品检验

根据中短期天气预报质量检验办法,对2015年9—11月T639、EC细网格、WRF确定性预报(En WRF)12km和4km分辨率及不同集合百分位、上海区域模式(BCSH)以及T639-MOS在山东省陆地120站和沿海12个精细海区的降水、日最大风以及日最高最低气温预报进行检验,分析了不同数值模式产品的预报能力。     

山东WRF集合预报系统对“麦德姆”台风预报检验

2014年第10号台风"麦德姆"登陆北上,对山东造成较大的影响。此文对业务上常用的各种数值模式对于"麦德姆"台风的预报情况进行了对比检验,重点检验了山东WRF集合预报系统对此次台风的预报性能。结果表明,山东WRF集合预报系统对于此次台风预报具有较高的参考价值。WRF确定性预报台风路径预报类似EC细网格预报,在23日20时以前预报较好,23日20时后预报最好的为T639。WRF集合预报对于台风路径预报具有较好的指示意义。WRF确定性预报02时、14时更新预报效果好于其前面6h起报结果,体现了HYBRID-3DVAR集合混合同化对于改进预报效果的作用。通过中尺度模式与其外层全球背景场模式预报对比发现,由于中尺度模式具有自身的物理参数化方案和同化系统,其对于台风路径的预报效果可以显著优于其全球背景场模式。WRF确定性预报对于"麦德姆"台风降水预报与实况最为接近。对于台风大风预报,WRF集合预报最大值最好。     

2008年8月两次强降水天气过程对比分析

2008年8月17～18日以及21～22日,受黄淮气旋影响,山东境内相继两次发生强降水天气过程。本文采用大尺度特征分析和数值产品应用和检验的方法,对两次过程进行了对比分析。发现(1)二者产生强降水的雨强和范围不同;(2)海上副高的强度和位置不同。前者位置偏北、偏强,形状为块状,对降水有很好的阻挡作用;后者副高偏弱、偏南,呈带状,对降水系统的阻挡作用较弱;(3)地面气旋移动路径和气旋附近强降水位置不同。前者东北移动,强降水区位于气旋移动方向的第一、第二象限;后者先东移然后向东北移动,强降水区基本位于第一象限;(4)两次强降水区与低空低涡切变线前部的急流区有很好的对应关系;(5)数值预报产品对第一次强降水的预报可参考性较强,对第二次预报量级偏大,需要预报员对形势准确分析的基础上,作出订正预报。     

WRF Hybrid方法同化HY-2A散射计风资料在台风“菲特”预报中的应用

选取台风"菲特"(Fitow,201323)临近登陆过程为试验个例,在WRF模式基础上,采用4种不同的初始化方案,对台风"菲特"进行了72 h预报试验,并分析了模式的初始化对预报效果的影响。试验结果表明,对于台风路径的预报,使用集合平均作为初始场进行预报,预报结果相对直接使用GFS资料作为初始场进行预报的结果有明显改善,使用3DVAR同化方法,将HY-2A卫星散射计风场资料同化到集合平均的初始场中,台风路径预报进一步有所改善,而使用Hybrid同化方法将HY-2A卫星散射计风场资料同化到集合平均的初始场中,台风路径进而又有明显改善;但是在台风强度方面的预报,4种初始化方案效果不相上下。     

基于GPU技术的风暴潮集合预报

台风预报的准确性在风暴潮预报中起着重要作用。台风强度和路径的不确定性意味着使用集合模式来预报风暴潮。本文利用中央气象台的最优路径台风参数驱动国家海洋环境预报中心业务化的水动力学模型,开展华南沿海的风暴潮模拟,模式模拟结果与实测吻合较好。为了改进计算效率,采用CUDA Fortran 语言对模型进行了改造,改造后的模型在计算结果与原模型基本一致的基础上,计算时间缩短了99%以上。通过融合欧洲中期天气预报中心（ECWMF）的50条路径与3种可能台风强度构造出了150个台风事件,并用150个台风事件驱动改进的风暴潮数值模型,计算结果可以提供集合预报产品和概率预报产品。通过“山竹”台风风暴潮过程可以发现集合平均预报结果和概率预报结果与实测吻合较好。改进的数值模型可以运行普通工作站上,非常适合风暴潮集合预报,并且可以提供更好的决策产品。     

山东省2014年冬季(2014年12月—2015年2月)数值预报产品检验

根据短期天气预报质量检验办法,对2014年12月—2015年2月T639、EC细网格、MM5、逐3h的WRF-RUC、WRF确定性预报(En WRF)及不同集合百分位、上海区域模式(BCSH)、T639-MOS在山东省陆地120站和沿海12个精细海区的日最大风速、最高最低气温预报,以及济南和青岛的逐6h内最大风速和6h内最高最低气温预报进行检验,分析了不同数值模式产品的预报能力。     

基于多源数据的台风风暴潮概率预报研究：数值预报系统

采用台风集合构建方案,基于WRF中尺度气象模型和FVCOM三维海洋模型建立了一套适用于长江口的风暴潮概率预报系统。以1909号台风"利奇马"为例,应用该概率预报系统得到丰富的预报信息,如最大和最小可能增水、平均增水及其标准差、概率增水值及增水概率值等。预报系统还能够确定不同发生概率的增水范围,为风暴潮防灾减灾工作提供更系统的技术支持和决策参考。     

WRF模式同化系统在“碧利斯”台风暴雨数值模拟中的应用

利用美国高分辨率中尺度模式WRF(weacherResearch and Forccast)式和、WRF三维同化系统(WRF 3DVAR),以2006年"碧利斯"台风低压引发的暴雨天气过程为例,通过控制试验和同化试验的对比分析,探讨了高空和地面实况资料同化对台风低压"碧利斯"暴雨过程分析和预报的影响.初步的结果显示,同化高空和地面实况资料后对模式的初始场有明显的改进、对暴雨过程的降水落区和强度有不同程度的正反馈,更接近实况的降水.     

青岛地区夏季降水特征分析

本文通过对1977～1999年青岛市夏季降水资料的统计，并对降雨量较大的过程进行分析，总结出降雨量较大的几个时间段内，引起强降水的主要天气形势。对夏季暴雨的预报很有帮助，对预报员的工作有一定的参考价值。     

一次黄海海雾的集合预报试验

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其杂合三维变分(Hybird-3DVAR)同化模块,对2006年3月发生的一次大范围黄海海雾进行了集合预报尝试。详细分析了其预报效果,并与决定性预报结果作了比较。研究揭示:集合预报50%概率雾区预报的公正预兆得分(Equitable threat score,ETS)优于决定性预报大约29%;集合预报中加入海温扰动非常必要,对浓雾预报改善作用明显,ETS提高至少10%;在集合预报中混用YSU与MYNN边界层方案的做法,可以降低只使用其中之一可能导致的预报误差。研究表明,借助Hybrid-3DVAR开展黄海海雾的集合预报技术上可行,集合预报将成为黄海海雾数值预报的一种有希望的途径。     

WRF模式中台风"启德"模拟对 参数化方案的敏感性分析

为准确模拟台风路径和强度,采用WRF模式比较不同微物理过程和积云对流过程参数化方案对台风路径和强度模拟的影响,并基于集合预报方法考虑对台风预报系统误差进行优化。选用4种微物理过程方案和3种积云对流参数化方案,针对1213号台风“启德”进行模拟,结果表明不同的参数化方案对台风路径和强度的预报结果有明显影响,积云对流过程参数化方案相对于微物理过程参数化方案更加敏感。基于不同参数化方案扰动成员的集合平均预报方法,对于台风路径和强度的模拟误差均有明显改善,台风路径误差随时间增幅较小,其结果优于全部12个单方案试验的模拟结果;从台风强度方面来看,基于集合预报方法模拟得到的台风强度变化趋势与实况结果一致,且误差较小,优于大多数试验方案。结果表明:采用不同微物理过程和积云对流过程参数化方案的组合构建的集合预报模型,对于台风路径和强度的模拟均有一定程度改善,减小了采用不同参数化方案产生的路径不确定性,使其在台风“启德”的路径模拟上与实况更为接近,可为提升台风预报能力提供科学参考。     

山东省城镇天气预报质量评估检验

根据中国气象局全国城镇天气业务产品检验评估报告和山东省预报质量评估系统检验结果,对2007年1月—2015年2月山东省城镇天气预报质量进行了总结分析。结果表明:(1)山东省晴雨(雪)和气温预报准确率、提高幅度均高于全国平均,降水预报准确率低于全国平均,技巧评分处于全国平均水平。(2)山东省内晴雨(雪)、最高气温、最低气温预报准确率最高的区域分别是鲁南、鲁西北和半岛,降水预报准确率半岛和鲁南明显高于鲁中和鲁西北地区。(3)山东省晴雨(雪)预报正确率夏季最低,冬季最高;气温预报准确率春季最低,最高气温预报准确率秋季最高,最低气温预报准确率夏季最高。(4)各市气象台预报相对省气象台指导预报有正的订正技巧,晴雨(雪)预报技巧评分鲁中地区相对偏低。     

国外海洋预报动态

1 欧洲中期天气预报中心预报与分析系统更新换代 欧洲中期天气预报中心ECMWF新一代预报分析系统Cycle38r1于2012年6月19日投入应用.新系统在预报模型和同化系统上做了一些改进,将会对高分辨率预报、分析,集合资料同化(EDA),集合预报系统(包括月预报)产生积极影响. 新系统降低了热带和温带降水率预报误差.2米气温预报值降低了大约0.1-0.2度,热带和温带的2米气温预报误差也降低了.集合概率技术和高分辨率预报也得到了显著改进.     

青岛市供热期最高与最低气温的客观预报方法研究

冬季最高与最低气温的准确预报可以让供热公司调节燃煤使用量,达到节能减排的目的。首先基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式构建一个区域大气实时预报系统,然后建立客观预报方程对WRF预报气温进行修订,利用2011—2012年供热期(12月—3月)预报与观测数据开展青岛站最高与最低气温客观预报方法研究。供热期内气象部门日最高与最低气温预报的均方根误差(RMSE)平均为3.6℃,而WRF预报平均约为2.0℃,减小了44.4%;地面风与温度平流的相关性分析确定温度平流是导致WRF预报气温误差的一个显著因素,利用统计获取的南北方向温度平流和RMSE建立方程并应用于2011年供热期,相对于气象部门预报,1—3月RMSE改进率基本在50.0%以上。文中提出的客观预报方法可以运用于其它站点进行不同供热片区的温度预报服务。