多模式融合的广东网格定量降水预报方法的研发与评估

基于ECMWF全球集合预报、华南区域GRAPES中尺度模式及短时临近预报模式,对不同模式降水预报在广东气候背景下的应用效果进行分析,发展耦合多种方法的客观释用产品,实现多尺度模式的融合应用.通过个例和批量检验,结果表明:多尺度模式融合是一个有发展前景的模式客观释用技术,利用频率匹配和最优百分位方法发挥集合预报解释在天气...     

CMIP3气候模式对东亚冬季大气环流模拟能力的评估

利用1960—1999年ECMWF月平均再分析资料(ERA40)和耦合模式比较计划(Phase 3 of the CoupledModel Intercomparison Project,简称CMIP3)21个气候耦合模式对20世纪气候模拟试验的模式结果,从气候态和年际变化两个方面,评估了CMIP3气候模式对东亚冬季大气环流的模拟能力。结果表明:(1)模式对东亚地区冬季海平面气压、850 hPa纬向风、经向风和500 hPa高度场气候态的模拟存在不同程度的偏差,但均能较好模拟出上述要素气候态的空间分布特征。总体而言,模式对500 hPa高度场气候态的模拟效果最好,而对850 hPa经向风的模拟效果较差。(2)模式基本上能抓住近40年来东亚地区冬季500 hPa高度场的主要变化特征,但基本上不能模拟出冬季海平面气压、850 hPa纬向风和经向风的变化特征。此外,模式对阿留申低压、蒙古高压和东亚冬季风强度的变化特征几乎没有模拟能力。     

CMIP6火山强迫的气候响应模拟比较计划（VolMIP）概况与评述

为揭示造成火山强迫气候响应模拟不确定性的原因,第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）设立了火山强迫的气候响应模拟比较计划（VolMIP)。该计划由基于历史火山爆发的理想火山扰动试验组成,包括三组主要的试验：第一组关注短期（季节至年际）大气动力响应;第二组关注海气耦合系统的长期（年际至年代际）响应;第三组关注气候系统对火山群的响应。VolMIP旨在通过给定相同的辐射强迫并进行多成员集合模拟,揭示模式对外强迫响应的不确定性,通过设定不同的背景气候态,阐明内部变率和外强迫对气候响应的相对贡献。     

欧洲中期天气预报中心产品的自动处理和六—十天的延伸预报

欧洲中期天气预报中心(简称 ECMWF)的全球原始方程15层模式是目前公认的最佳模式。我台每天经由中央台接收3—5天的北半球500mb高度预告的格点资料。在 ECMWF 产品的应用方面,我们做了两项工作:ECMWF 产品在电子计算机上的自动处理和北半球500mb 高度六—十天的延伸预报。一、ECMWF 产品在电算机上的自动处理目前,中央台逐日向各地气象台、站转发ECMWF 的北半球500mb 2—5天的形势预告图。由于传真图上无高度值,给预报产品的应用带来了许多困难。因此不少气象台站在接收传真图的同     

三种数值模式对四川省汛期降水预报性能的检验

应用国家基本观测站资料,基于MET系统的客观统计检验方法,针对24h降水分别评估SWCWARMS模式、GRAPES模式和ECMWF模式对2017～2019年5～10月四川地区汛期预报能力,得到如下几点结论:(1)SWCWARMS模式小到大暴雨降水范围大于实况,GRAPES模式小到暴雨降水范围大于实况、大暴雨多漏报,ECMWF模式小雨和中雨降水范围大于实况、大到大暴雨多漏报,三个模式无降水或微量降水均少于实况。(2)ECMWF模式对四川雨季小到大雨预报能力优于SWCWARMS和GRAPES模式,SWCWARMS模式在部分时次上暴雨和大暴雨预报优于ECMWF模式,GRAPES模式TS评分略偏低。(3)GRAPES模式在2018年秋季开始中雨及以上量级降水预报上改善大于SWCWARMS和ECMWF模式,SWCWARMS模式2019年空报较2017年和2018年显著降低;3个模式在小雨和中雨预报上不相上下,GRAPES模式优势在2019年大雨和暴雨预报上,ECMWF模式优势在2017年秋季和2018年初夏大雨预报上,SWCWARMS模式大雨和暴雨预报能力介于二者之间。(4)ECMWF和SWCWARMS模式川东预报优于川西,GRAPES模式川西预报优于川东;三个模式存在不同程度空报,川东地区空报略多于川西,其中ECMWF模式空报最多。      

结合SAL方法的四川盆地暴雨过程检验及订正方法

该文利用预报员最常用的数值预报模式产品（ECMWF、SWC-WARM 、GRAPES-MESO、GRAPES-GFS）结合常规观测资料对比分析了2019年四川盆地6次区域性暴雨过程,同时引入SAL方法,通过主观、客观检验方法得出不同类型下各家模式对强降水的预报误差及订正方法。结果表明：ECMWF、SWC-WARM 较GRAPES-MESO、GRAPES-GFS有明显优势,同时:①西部Ⅰ型,ECMWF、SWC-WARM 两家模式预报偏差较小,SWC-WARM 在雨带范围和量级强度上优于ECMWF。②西部Ⅱ型,ECMWF、SWC-WARM两家模式都存在系统偏西导致降水落区偏西、量级偏弱的情况,ECMWF在雨带形态范围上略优于SWC-WARM ,但SWC-WARM能较好的预报出分散的强降水中心,具有一定的指示意义。③东部型,ECMWF、SWC-WARM两家模式预报偏差都较大,除了对系统东西向偏差外还受低涡移动影响存在南北向偏差,ECMWF在雨带形态范围上优于SWC-WARM。     

CMIP5全球气候模式对上海极端气温和降水的情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。     

长江上游流域数值预报产品评价分析

使用宜昌市气象局研制的数值预报产品评价分析和客观订正系统,对ECMWF、T213L31模式分别进行预报误差分析和降水主要影响系统预报能力分析。结果表明:ECMWF模式总体误差水平好于T213L31模式,T213L31模式24 h的总体误差水平接近ECMWF 72 h预报;ECMWF、T213L31对影响长江上游流域暴雨的主要天气系统有不同的预报能力,使用宜昌市气象局所研制的订正系统可从一定程度上改善模式预报的输出结果。     

“7．18”暴雨过程的数值预报检验评估

应用T213、MM5、ECMWF、FAX等国内外数值预报模式产品,对2007年7月18日发生在鲁西北的暴雨天气过程的主要天气系统和降水量进行检验分析与评估.结果发现:ECMWF模式的500hPa形势预报好于T213模式的预报;ECMWF模式和T213模式对此次过程的低层切变线、低空急流有一定的预报能力;对地面形势的预报各有特色,ECMWF模式预报黄河气旋的位置好于T213模式预报,而对冷空气的预报,T213模式好于ECMWF模式;T213和MM5模式对暴雨预报能力较强,而对大暴雨落区预报不准确或没有预报能力.     

全球海-气耦合大环流模式的发展

很早以前人们就相信能够逼真地模拟全球气候、气候变率以及气候变化的许多特征的气候模式,必须从相互影响上表达动力耦合的气候系统的多个主要分量,特别是大气、海洋与冰雪圈。一般来说这方面的工作一直受到计算能力、我们对实测系统的了解以及气候模拟能力的限制。随着巨型计算机的问世,我们对于全球气候过程了解的加深以及大气环流气候模式计算效率的改进,我们已经看见将大气、海洋、海冰耦合在一起的全球气候模拟迅速增加。从60年代后期开始,持续至80年代早期,人们将大气、海洋和海冰的大环流模式耦合起来,让模式非同步运行从而产生可信的对全球气候的各种模拟。这些分量模式中的系统误差后来促使一些模拟研究人员采用通量订正或通量调整,通过调整海-气界面上的一个或若干个变量,可以使模拟更接近实况。在过去的几年中计算能力与气候模拟技术的进一步改进已经使得全球海-气耦合大环流模式能同步运行(也就是说大气与海洋间的交流至少每个模式天一次)。由于计算上的限制,加上需要几十年气候积分,目前仍然只能将相对而言较粗网格的海洋大环流模式与相应的粗网格大气模式耦合(在500km×500km的量级上)。但是,最新一代全球耦合大环流模式的结果已揭示了,实验中二氧化碳逐渐增加时的一些令人感兴趣的、与海洋动力学和全球气候有关的特征。全球耦合大环流模式模拟研究的另一引人注目之处是与厄尔尼诺及南方涛动相联系的一些特征的出现。这些发现,加上同时进行的其它类型的有限域、动力耦合模式方面的研究使人们认识到气候系统中存在着固有不稳定耦合方式,是大气与海洋相互作用耦合的独特产物。所有这些努力正在造就下一代海-气耦合大环流模式。这些模式将在速度更快、存储量更大的计算机上运行,这些模式的海洋部分、大气部分的分辨率将会更高,海冰的表示方式将更加准确,云-辐射方案将得到改善,陆面过程的处理将更加逼真。     

2008年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2008年6-8月T639 模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析.结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能.综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;特别是T639模式对0808号台风凤凰(FUNG-WONG)路径及强度的预报与实况差异较大,而ECMWF及日本模式预报相对准确.     

GRAPES区域集合预报对2019年中国汛期降水预报评估

2019年,数值预报中心开发了以GRAPES全球模式为驱动场,集合变换卡尔曼滤波为初值扰动方法,随机物理过程倾向项为模式扰动方法的10 km水平分辨率GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式,并投入业务运行。基于该模式,作者开展了2019年7～9月夏季降水不确定性的集合预报实时试验,并从统计检验和个例分析角度,与GRAPES-REPS V2.0和ECMWF全球集合预报模式进行对比,由此对GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式的降水预报能力给予客观评价,并分析了引起中尺度强降水预报不确定性的物理机制,研究结论可为诊断集合预报模式及改进集合预报方法提供依据。结果表明:(1)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统的降水ETS评分在所有预报时效和量级内均优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式,降水成员具有明显等同性,且概率预报技巧FSS评分较高,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式降水预报效果全面优于GRAPES-REPS V2.0区域集合预报模式。(2)GRAPES-REPS V3.0区域集合预报的集合平均降水BIAS评分及小雨和暴雨ETS评分均明显优于ECMWF全球集合预报系统,降水概率预报与ECMWF降水概率具有一定可比性。(3)个例分析结果表明,不同集合预报模式通过刻画中尺度特征物理量不确定性来捕捉降水预报不确定性,初始时刻,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式和ECMWF全球集合预报模式环流形势分布较为相似,随预报时效演变,GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式对中尺度动力、热力场捕捉更为准确,相应地对降水落区与量级预报较好,概率预报技巧较优。(4)与ECMWF全球集合预报模式相比,GRAPES区域集合预报模式集合成员能很好地预报降水发生、发展、消亡整个过程,故GRAPES-REPS V3.0区域集合预报系统对中国汛期降水具有较强的预报能力。     

海气耦合模式FGOALS-s2模拟东亚气候的能力分析

该文采用FGOALS-s2模式两个20 a积分试验的结果,一个是海气自由耦合的控制试验,另一个是由控制试验产生的月平均海温强迫大气的海温强迫试验,通过比较两个试验结果的气候态和标准差,研究海气耦合模式FGOALS-s2模拟东亚气候变率的能力。结果表明:FGOALS-s2模式控制试验能够很好的再现降水和大气环流场的气候特征。与海温强迫试验相比:耦合模式能更好的模拟东亚地区气候态,200~500 h Pa垂直积分的气温整体偏低,850 h Pa上的东亚夏季风和南亚夏季风均偏弱,青藏高原附近的降水显著偏少,阿拉伯海、孟加拉湾、南海区域降水偏多,副高减弱偏南;耦合模式模拟的东亚气候标准差,在青藏高原上空200~500 h Pa上垂直积分气温变率偏大,阿拉伯海、孟加拉湾以及南海和西北太平洋降水变率均偏少;两种试验均能较好地模拟中国雨带从华南到长江流域再到华北的季节演变过程,控制试验模拟的降水北进过程中雨带偏南,而南退过程缓慢。     

BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因

基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心（ECMWF）最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率（约110 km）的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压（阻高）的模拟能力。再分析数据分析结果表明:“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节,夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高预测水平的重要因素。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

基于多模式2015年江西省汛期区域性暴雨的检验

利用24 h降水实况资料和高空实况形势场资料、ECMWF模式形势场预报资料及ECMWF、JMA、T639模式降水预报资料,对2015年江西省汛期(4月上旬至7月上旬)区域性暴雨的时空分布特征进行分析,并对2015年江西省汛期区域性暴雨的影响系统和降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:ECMWF模式对江西省汛期暴雨天气系统的调整和演变具有一定的预报能力,如对副热带高压和西南急流的预报;但随着预报时效增加,预报误差增大。ECMWF模式预报的48 h和72 h副热带高压强度较实况明显偏弱,预报的副热带高压西脊点位置偏东,随着季节转变预报的副热带高压强度明显偏弱,其中24 h预报的准确率较高。ECMWF模式对高空槽的预报基本准确;ECMWF模式对切变线移动的总体预报效果较好,72 h预报的切变线移动偏慢;ECMWF模式对700 hPa西南急流强度的预报易偏弱,对850 hPa和925 hPa西南急流的预报易偏强;ECMWF模式预报的急流轴位置多数偏北;ECMWF模式对低层比湿的预报较实况偏强。随着预报时效临近,ECMWF、JMA和T639等3种数值模式对江西省汛期区域性暴雨的预报具有较强的调整能力;JMA模式预报的暴雨与实况最接近,表现出对雨带分布具有较强的预报性能,但对降水量级预报偏弱;ECMWF模式对降水强度的预报性能较好,预报的降水分布总体偏北;T639模式预报的主雨带范围较实况偏大,3个模式均存在对暴雨以上量级降水漏报的问题。     

气候变化综合评估模型的损失函数研究进展

该研究从综合评估模型(IAM)的模型耦合视角出发,介绍了当前损失函数的研究进展,主要从损失函数的构建方法、损失函数与IAM气候模块和经济模块的耦合以及IAM与气候模式的耦合角度分析了损失函数的耦合功能及其存在的科学问题,探讨了损失函数的改进方向。通过文献梳理发现,损失函数的构建方法上,主要采用专家判断法、元分析法和统计学方法,但各有优缺点;与气候模式的耦合功能上,损失函数多以温升为气候变化因素,降水等气候变化信息无法表达,且由全球尺度的年平均值进行标定,不能体现区域的差异和季节的变化,无法直接描述极端气候事件造成的巨大损失;与经济模块的耦合功能上,基于生产部门的损失函数缺乏间接损失评估功能,缺乏对经济增长的动态影响机制。针对上述IAM中气候变化对经济影响的反馈机制的不足,需重点从细化区域气候变化因素影响和细分经济产业部门两个方向重构损失函数,紧密连接气候模式与经济模块,全面评估气候变化经济损失,并需要从技术上解决损失函数在耦合经济模块与气候模式时出现的时空尺度不匹配问题,最终为IAM与气候模式甚至地球系统模式的耦合提供重要的解决方案。     

CMIP6高分辨率模式比较计划（HighResMIP）概况与评述

高分辨率模式比较计划(HighResMIP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的新增计划,旨在研究水平分辨率提高后对气候模式模拟性能的改进,并借助多模式集合的方法降低模拟的不确定性。中国有5个模式团队在CMIP6 GitHub上注册参加HighResMIP。文中对HighResMIP的科学背景、试验设计和参与模式等方面进行了简要介绍,为需要了解该计划的科研人员提供参考。     

2010年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2010年6—8月T639模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:3家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;对1003号台风灿都(CHANTHU)的路径及强度预报,3家模式的预报效果均不理想,ECMWF模式对其登陆前的预报与零场较接近,而T639模式及日本模式预报相对较差。     

NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述

总结了目前最具代表性的3个全球集合预报系统（global ensemble forecast system,GEFS）——美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）和加拿大气象中心（Canadian Meteoro-logical Centre,CMC）建成至今的发展概况。由于计算资源的不断扩展,各中心集合预报系统的模式分辨率、集合成员数也随之增加。同时各中心都在不断地致力于发展和完善初始和模式扰动方法,来更好地估计与初值和模式有关的不确定性,促进预报技巧的提高。其中初始扰动方法从最初的奇异向量法（ECMWF）、增殖向量法（NCEP）和观测扰动法（CMC）更新为现在的集合资料同化—奇异向量法（ECMWF）、重新尺度化集合转换法（NCEP）和集合卡尔曼滤波（CMC）。在估计模式不确定性方面,ECMWF和CMC都修订了各自的随机参数化方案和多参数化方案,NCEP最近也在模式中加入了随机全倾向扰动。为提高全球高影响天气预报的准确率,TIGGE计划（the THORPEX interactive grand global ensemble）的提出增进了国际间对多模式、多中心集合预报的合作研究,北美集合预报系统（North American ensemble forecast system,NAEFS）为建立全球多模式集合预报系统提供了业务框架,这都将有助于未来全球交互式业务预报系统的构建