如何做好台风加密观测

阐述了如何做好台风加密观测工作和如何保证实时数据及报文能准确、及时无误地编发上传的主要注意事项.     

台风加密观测指令报的自动编发

介绍实现台风加密观测指令报的自动编发方法。     

Nudging地面加密观测改进数值模式对城市效应及其触发对流的模拟:一次夜间个例试验

城市(热力、动力、人类活动等)效应对城市及周边地区强降水有着重要的影响。由于涉及到多方面因素,在数值模式中合理描述城市效应仍然存在许多困难。采用Nudging地面加密观测间接引入城市效应(Nudg)和使用城市冠层模式直接引入城市效应(Urba)两种方式模拟了2017年5月7日发生在广东广州的一次极端降水过程。结果表明Nudging地面加密观测能够有效地在数值模式中引入城市效应,从而合理地再现出城市热岛及其触发的对流和强降水的时空演变,而使用城市冠层模式未能够模拟出城市热岛及其触发的对流和降水。具体而言,Nudg能够维持城市的热岛,在城市热岛的下风方最先触发了对流,对流快速发展并稳定维持,从而在广州城市下风(西北)方形成了强降水。然而,Urba试验中城市热岛迅速减弱消亡,从而未能在城市下风方触发出对流,导致降水模拟的失败;尽管后期在城市下风方边缘及北部山区有零星的雷达回波,但均未能够发展形成组织化的对流单体或系统。对本次强降水事件对流的触发而言,城市热岛的加热作用较城市的摩擦辐合更重要。提出的Nudging地面加密观测间接地引入城市效应的方法可用于与城市下垫面相关的各类天气事件的模拟研究。      

探空加密观测资料对西南地区数值预报的影响分析

应用2013年6月逐日全国探空气象加密观测资料和常规观测资料,WRF模式模拟资料,西南地区地面自动站资料等,采用数值模拟、统计方法和天气学方法,分析了探空气象加密观测资料对数值模拟效果的影响。研究得到:(1)探空资料同化,总体上提高了降水的TS评分值,一定程度降低了降水预报空报率,提高了中雨和大雨的6h累积降水预报准确率。(2)探空资料同化主要使降水区上空位势高度增加,气旋环流减弱,从而影响降水落区和降水强度。(3)探空资料同化减小气象要素分析场和预报场的均方根误差,对高空要素预报的改进在前24h较明显,尤其是前6h,对地面气象要素预报在整个积分时段内总体呈现正效果作用。     

台风加密观测指令报的自动编发

介绍实现台风加密观测指令报的自动编发方法。     

数值预报产品综合判据在天气预报中的评价作用

为适应预报质量评定办法,改善对预报因子潜在信息的评价和提取,该文尝试了应用多种判据综合评价、提取数值预报产品信息。计算从各方面反映预报信息的五个单一判据的加权平均,作为综合评价和提取预报因子潜在信息的客观量级,该方法克服了通用的单一判据的局限性,可以更加全面、客观地评价预报信息,从而提高预报准确率。     

物理初值化在台风数值天气预报中的应用试验

根据P.R.Julian(1984)的物理初值化方法,利用有限区数值预报模式,针对台风系统的预报做了物理初值化试验。结果表明,物理初值化不但可以改善台风、低压和副高区域的初始流场形势以及初始降水率,而且可以改善台风强度的发展变化过程和路径的预报,是一种有效可行的方法。     

中尺度数值天气预报的初步试验

通过用中尺度MM4模式对2004年11月14日到15日天气过程进行数值模拟预报试验，了解MM4模式和用数值预报模式进行天气预报的全过程。对MM4模式的初次应用表明，中尺度数值模拟及预报的研究在一般台站是可行的，中小尺度数值预报模式为今后发展地县精细化预报及中尺度过程诊断分析提供了良好的工具。     

内蒙古区域数值预报对探空和地面观测资料的敏感性试验研究

基于内蒙古睿图预报系统的低分辨率版本和WRFDA-FSO诊断工具,评估2021年7月现有探空和地面观测对内蒙古睿图预报系统预报的影响。该方法计算代价相对低廉,并允许根据观测变量、观测类型、气压层次、地理区域等观测的子集对观测影响进行划分。代价函数为以干总能量为度量的背景场和分析场的预报误差之间的差异。结果表明:观测影响的总体总和为负,观测对预报起正贡献作用。对12 h预报误差减小贡献最大的观测来自探空观测的动力变量(U、V风分量)。而单时次单位数量平均观测影响,探空观测的贡献约为地面观测的1/2。探空观测对12 h预报误差减小从近地面层至模式层顶均保持正贡献作用,并在对流层中低层和对流层高空急流层存在两个极大值区域;地面观测在850 hPa以下低层正贡献占比明显。探空观测在被同化系统同化时均总体具有有利的影响,也反映出探空观测数据稳定、质量较高的特征;地面观测对12 h预报误差减小起正贡献作用次数最多的区域在河套地区尤为显著。同时,探讨了需进一步提高地面观测资料同化率的问题。     

中尺度数值天气预报的初步试验

通过用中尺度MM4模式对2004年11月14日到15日天气过程进行数值模拟预报试验,了解MM4模式和用数值预报模式进行天气预报的全过程。对MM4模式的初次应用表明,中尺度数值模拟及预报的研究在一般台站是可行的,中小尺度数值预报模式为今后发展地县精细化预报及中尺度过程诊断分析提供了良好的工具。     

异构平台上数值天气预报系统业务化运行环境

该文阐述了在CRAY/VAX分布式系统和异构网络平台上建立数值天气预报系统业务化运行环境过程中遇到的困难和解决的方法,并指出目前业务运行环境中仍存在的一些问题。     

基于改进Noah LSM和数值天气预报耦合模式对表层土壤湿度在典型暴雨过程中的模拟

Surface soil moisture has great impact on both meso- and microscale atmospheric processes, especially on severe local convection processes and on the dynamics of short-lived torrential rains. To promote the performance of the land surface model (LSM) in surface soil moisture simulations, a hybrid hydrologic runoff parameterization scheme based upon the essential modeling theories of the Xin’anjiang model and TOPography based hydrological MODEL (TOPMODEL) was developed in preference to the simple water balance model (SWB) in the Noah LSM. Using a strategy for coupling and integrating this modified Noah LSM to the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES) analogous to that used with the standard Noah LSM, a simulation of atmosphere-land surface interactions for a torrential event during 2007 in Shandong was attempted. The results suggested that the surface, 10-cm depth soil moisture simulated by GRAPES using the modified hydrologic approach agrees well with the observations. Improvements from the simulated results were found, especially over eastern Shandong. The simulated results, compared with the products of the Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System (AMSR-E) soil moisture datasets, indicated a consistent spatial pattern over all of China. The temporal variation of surface soil moisture was validated with the data at an observation station, also demonstrated that GRAPES with modified Noah LSM exhibits a more reasonable response to precipitation events, even though biases and systematic trends may still exist.     

观测资料与模式的协调性对同化效果的影响

针对资料同化时模式与观测资料不协调导致的同化失效问题, 利用国家气候中心NCCo简化海气耦合模式, 基于一种提取观测资料中与模式相协调信息分量 (也称模式可协调信息) 的资料重构方法, 探讨了观测资料和模式的协调性对资料同化效果的影响。结果发现: 利用简单海气耦合模式同化海表温度距平资料时, 由于模式与资料不匹配使同化后的初始场中产生与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 这些小扰动在预报阶段会迅速增长, 污染预报结果, 使得预报失败。研究还发现, 无论在耦合或不耦合同化形式下, 对海温资料中的模式可协调分量进行同化时, 预报效果明显好于对原观测资料的同化。其缘于对观测海温中模式可协调信息分量同化生成的初始场中, 消除了与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 突出了原始资料中与模式协调的ENSO尺度信息分量, 改善了初始场与模式的协调性, 从而提高了模式的预报技巧。     

地面观测资料同化初步研究

通过对比分析当前两种地面观测资料同化方案(Ruggiero方案和郭永润方案),对其优缺点进行初步分析研究。结果表明:两种同化方案同化地面观测资料后都是从模式低层到高层对分析场产生影响,中低层高度影响比较大,高层影响较小,并且对24 h模拟结果产生一定的影响。Ruggiero方案考虑了模式地形与观测站地形高度差异,但资料剔除较多,且模式分辨率越高,资料剔除对分析场的影响越明显。郭永润方案不考虑模式地形与观测站地形高度差异,假定所有地面观测资料位于模式面,因此无论模式分辨率如何,资料都能得到充分利用,但模式地形与实际观测站地形高度差异大小在地面观测资料同化分析中的影响不可忽略,因此郭永润方案有待改进,适当考虑这两种地形高度差异时效果更好。     

基于观测系统模拟试验的海表气象观测站点布局方案研究

为了科学设计黄渤海海洋气象边界层观测站网并研究观测网布局对数值天气预报模式的影响,本文采用模式误差、海洋气象要素特征区域资料统计分析和观测系统模拟试验（OSSE）方法,根据边界层雾、层云降水、小风与中等风速天气条件设计布局方案,并分析站点观测要素对数值预报模式的要素预报的影响。模拟试验数据使用了每6 h NCEP再分析资料FNL（NCEP Final Operational Global Analysis data）、NCEP每天平均的高分辨率海温资料RTG_SST（Real-Time Global Sea Surface Temperature）和石油平台、浮标站等每小时实况观测资料,评估了黄渤海海洋气象站网布局各个方案的优缺点。评估结果表明,湿度和风的要素预报受实况风向风速条件影响,偏东和偏北风个例湿度要素预报较好。然而,在偏南中等风速个例中,风场预报要素更接近实况。温度场的分析综合结果显示,在海气相互作用影响较大的天气过程中,特征区域布站能明显提高温度要素的预报准确率。最后,综合分析多项模拟试验的结果,给出了改进数值预报准确率的海洋布站建议。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。     

数值天气预报并行计算模式的设计与可行性讨论

使用TRANSPUTER并行计算机，设计数值天气预报的三种并行计算方案，并且利用二阶和四阶扩散模式，讨论这几种方案的可行性，分析它们的特点和应用范围。其结果为在TRANSPUTER并行计算上实现数值天气预报并行计算模式提供参考。     

Numerical Assessing Experiments on the Individual Component Impact of the Meteorological Observation Network on the ＂July 2000＂ Torrential Rain in Beijing

In an effort to assess the impact of the individual component of meteorological observations (ground-based GPS precipitable water vapor,automatic and conventional meteorological observations) on the torrential rain event in 4-5 July 2000 in Beijing (with the 24-h accumulated precipitation reaching 240 mm),24-h observation system experiments are conducted numerically by using the MM5/WRF 3DVAR system and the nonhydrostatic MM5 model.Results indicate that,because the non-conventional GPS observations are directly assimilated into the initial analyses by 3DVAR system,better initial fields and 24-h simulation for the severe precipitation event are achieved than those under the MM5/Litter_R objective analysis scheme. Further analysis also shows that the individual component of meteorological observation network plays their special positive role in the improvement of initial field analysis and forecasting skills.3DVAR scheme with or without radiosonde and pilot observation has the most significant influence on numerical simulation,and automatic and conventional surface meteorological observations rank second.After acquiring the supplement information from the other meteorological observations,the ground-based GPS precipitable water vapor data can more obviously reflect initial field assimilation and precipitation forecast.By incorporating the ground- based GPS precipitable water vapor data into the 3DVAR analyses at the initial time,the threat scores (TS) with thresholds of 1,5,10,and 20 mm are increased by 1%-8% for 6- and 24-h accumulated precipitation observations,respectively.This work gives one helpful example that assesses the impact of individual component of the existing meteorological observation network on the high influence weather event using 3DVAR numerical system.     

自动站与人工站气温观测资料分析

通过对河南省65个自动站在2年平行观测期间人工站与自动站气温（平均、最高、最低）观测资料的差值平均值、差值标准差进行综合分析,得出以下结论：自动站观测值比人工站观测值整体偏低,但差值集中在-0．4～0．4之间。所以自动观测代替人工观测后,对河南省气温长期观测资料的序列没有太大的影响。排除引起数据变化异常的主、客观原因后,自动站与人工站气温观测资料一致性良好。     

Chen-Chao Koo and the Early Numerical Weather Prediction Experiments in China

Although the first successful numerical weather prediction(NWP)project led by Charney and von Neumann is widely known,little is known by the international community about the development of NWP during the 1950s in China.Here,a detailed historical perspective on the early NWP experiments in China is provided.The leadership in NWP of the late Professor Chen-Chao Koo,a protége of C.G.Rossby at the University of Stockholm during the late 1940s and a key leader of modern meteorology(particularly of atmospheric dynamics and physics)in China during the 1950s?70s,is highlighted.The unique contributions to NWP by Koo and his students,such as the ideas of formulating NWP as an“evolution”problem,in which the past data over multiple time steps are utilized,rather than an initial-value problem,and on the cybernetic aspects of atmospheric processes,i.e.,regarding the motion of the atmosphere at various time scales as an optimal control system,are also emphasized.