中尺度数值预报模式预报水汽与GPS观测的比较研究

利用建立在长江三角洲地区的GPS观测网中4个站点资料,进行2002年梅雨期(6月18日～7月11日)MM5模式24小时预报结果与GPS观测资料的比较研究.研究结果表明:2002年梅雨期,不同的GPS站点可降水量的变化与梅雨带的移动和走向有直接的关系.提高模式分辨率能减小模式初始场对湿度的分析误差,但对可降水量的预报能力改善不明显.尽管MM5模式积分一开始对可降水量的预报就存在5%～10%的偏差,但积分前10小时模式对可降水量表现了较好的预报能力.积分20小时后,模式对可降水量的预报偏差明显增长.研究还表明:GPS对可降水量的测量与探空观测有较高的一致性.相距43 km时,两者仍有一定的可比性.GPS测量的可降水量资料可能存在系统误差, 同化GPS资料时应关注GPS资料本身的可靠性.     

中尺度模式的四维伴随同化系统及其同化试验

以中尺度模式MM4为基础，利用伴随码技术改进、完善了MM4伴随模式同化系统，并利用该系统进行了常规资料和非常规资料的伴随模式同化试验，例如加入了可降水量资料等。试验表明：在伴随模式同化系统中加入常规和非常规资料，可以改进初始场，从而改善预报场。     

中尺度数值模式业务预报系统

中尺度数值模式业务预报系统是在美国大气研究中心（NCAR）提供的中尺度数值模式（简称MMT）的基础上,结合当地的特殊地形和天气特点进行修改而完成的。系统采用T106资料作为第一猜测场,用实时资料作为初始场进行积分计算,预报未来48小时的天气情况。系统直接从省台的NT网上读取所需资料,计算结果以图形的格式存放在省台的NT网上。系统运行自动化程度高,计算稳定,预报结果较令人满意,为业务天气预报提供了客观定量的预报指标。     

中尺度业务预报试验数值模式系统

以引进的美国Penn State/NCAR中尺度模式（MM2和MM4）为基础,按照实时业务预报需要和我国资料特点,在PC/386微机上研制了中尺度业务预报试验数值模式系统。在1989—1990年进行的实时业务预报试验中,该系统运行稳定,预报时效能满足实时业务预报要求,预报结果对12—24小时短期天气预报具有参考价值,适合于省（市）级气象台站等业务单位使用。     

中尺度数值模式MM5的四维变分资料同化系统

应用伴随方法求解以数值预报方程作为约束条件的四维变分资料同化方案，关键问题是如何构造伴随模式。以中尺度数值模式MM5为例，讨论了如何用伴随码技术建立MM5伴随模式，以及伴随模式系统中权重、尺度因子的选取；最后对MM5伴随模式系统进行了梯度检验，并利用实际资料进行四维变分资料同化试验。试验表明该系统有较强的同化能力，能够提高MM5降水预报的准确性。     

温州中尺度数值模式区域实时预报系统及其应用

主要介绍了温州中尺度数值模式区域实时预报系统运行的硬件、软件平台以及与MICAPS平台的结合。两年多的业务运行表明，该系统具有较强的短期天气预报能力，一般降水预报准确率较高，单站的气象要素预报质量较好，0216号台风的实时预报便是业务运行中的成功一例。文中给出了预报的台风降水量、高度场、涡度场、台风中心位置等，结果分析表明，温州中尺度数值模式区域实时预报系统对台风系统有较强的预报能力，提前48小时的预报结果与实况相当接近，具有很高的参考价值，可以为政府防台抗台工作的部署提供合理依据，使我们的气象公众服务迈上了一个新的台阶。     

中尺度数值模式的资料同化系统：（一）伴随模式的设计

以一个有限区域的中尺度模式为基础,采用伴随模式技术进行有限区域气象资料的同化。伴随模式的方法是以数值天气预报的动力模式作为约束条件的变分方法,比传统的变分方法有了很大的改进。本文初步探讨了伴随模式系统的设计方法,特别是伴随模式的构造问题;用共轭码地方法导出伴随模式;初步试验表明该系统有较强的同化能力。     

中尺度数值预报模式指导产品质量检验

用传统的天气分析预报技术实现审时、定点、定量(简称“三定”)天气预报是有一定困难的，靠分辨率较低的数值预报模式实现天气预报的“三定”必须通过对其产品的释用。黑龙江省中尺度数值模式业务系统投入业务运行为全省气象台站的指导预报制作提供了新的手段。在该系统中包括模式产品直接     

上海中尺度数值预报系统暴雨实时预报分析

简要介绍了最新研制的基于神威—Ⅰ超级计算机上的上海中尺度数值天气预报系统，其最高水平分辨率达到3km，并利用该系统对2002年5月29～30日华东地区的暴雨过程进行了实时预报；根据模式输出结果，分析了大尺度环境流场及各物理诊断量，探讨了该暴雨的主要成因；同时对单个站点的要素预报做了对比分析。结果表明：该数值天气预报系统具备了一定的业务运行能力，可为预报员提供较好的参考依据。     

新疆发展中尺度数值预报模式模拟试验的必要性及可行性分析

根据国内外中尺度大气理论及中尺度数值模式模拟的最新试验结果,分析在新疆开展中尺度数值预报模式模拟试验和研究的必要性和可行性,并提出一些具体的实施方案。     

GPS可降水量资料应用于MM5模式的变分同化试验

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中13个站点的资料对2002年6月27~28日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5背景误差调节和可降水量资料的三维变分同化试验。试验结果表明:背景误差对三维变分同化的效果起着关键作用,模式变量(u,v,T,p和q)误差的水平尺度与NMC方法的平均时间长度有直接的关系。利用NMC方法重新构建的背景误差更接近实际的背景误差。三维变分技术能有效地同化GPS可降水量资料。GPS可降水量资料的同化使用不仅能调整模式初始湿度场,而且也能相应地调整模式初始气压场、温度场和风场。GPS可降水量资料的同化有利于减小模式初始场对可降水量的分析误差,并且有利于减小模式积分初期(3~6 h)可降水量的预报误差。与没有进行GPS可降水量同化相比,通过GPS可降水量资料的三维变分同化,使MM5模式6 h和24 h累计降水能力得到提高,改善了MM5模式降水预报性能。总体上,GPS可降水量资料的变分同化有利于模式降水预报能力的提高。     

PRELIMINARY STUDY OF BAROTROPIC STOCHASTIC DIFFERENCE MODEL APPLIED TO WEATHER PREDICTION

In order to consider both the deterministic and the stochastic property of atmospheric motion simul-taneously,in this paper,the weather prediction is proposed as the problem of the evolution of meteorologicalfield.The historical viewpoint of atmospheric motion is emphasized here.Based on time series analysis te-chnique,a stochastic-dynamical model with multiple initial fields is derived.Thus,weather forecasting is sum-meal up as a problem of solving a set of stochastic difference equations.For the barotropic atmosphere,thenumerical solutions of the equations are obtained by using the method of empirical orthogonal functions(EOF),and examples of medium-range weather prediction are given here.Meanwhile,selecting the order oftime series,i.e.,determining the number of initial fields properly,is also discussed.     

GPS/MET水汽反演中T_m模型的本地化研究

利用江西省南昌和赣州两探空站12年(1999—2010年)每日2次(08时和20时)的探空资料,运用最小二乘法建立了江西地区的加权平均温度Tm模型(江西本地化Tm模型)。基于探空资料计算得到的Tm值,对比分析了江西本地化Tm模型、武汉本地化Tm模型和GAMIT默认Tm模型的模拟结果,发现江西本地化Tm模型的模拟效果最好,武汉本地化Tm模型相对较差。利用GAMIT软件,分别采用江西本地化Tm模型、武汉本地化Tm模型和GAMIT默认Tm模型,对2010年1月至2010年12月南昌、赣州等地的GPS大气可降水量进行了解算,并与探空计算的大气可降水量作了对比分析,结果发现采用江西本地化Tm模型后解算得到的GPS大气可降水量精度最高,而采用GAMIT默认Tm模型的精度相对较差。     

1996年第8号台风中尺度结构的数值研究

用非静力平衡的中尺度模式ＭＭ５模拟研究了从１９９６年７月３１日０８时至８月１日２０时３６小时内９６０８号台风的移动路径、中尺度热力动力学结构及云和降水物理结构及其变化。这段时间覆盖了９６０８号台风在台湾和福建省福清市登陆全过程。结果表明：该模式比较成功地模拟预报了这次台风登陆过程,模拟了登陆前后台风中心附近的一些重要中尺度结构和发展演变特征。模拟预报的台风路径与实况接近,预报的８月１日０８时（积分２４小时）台风环流中心位于２小时后台风登陆点福建省福清市附近的海面上。台风中心附近低层呈气旋式辐合、高层呈气旋式辐散。台风眼壁具有由低层辐合形成的强上升气流,台风眼中心为下沉气流。台风中心周围动力结构表现出明显的不对称特征。台风眼壁的雨水分布呈现由中尺度雨团构成的环形雨带结构。台风在台湾滞留期间,台风中心由于低层云的发展使得卫星云图上原先清晰可见的台风眼变得模糊不清。高分辨的模式预报表明,在对流层中层具有强上升气流和云雨水集中的眼壁比台风眼中心更为暖湿。     

地基GPS水汽资料在江西一次大暴雨过程的应用分析

利用江西省54个地基GPS站的逐时GPS PW、降雨资料和NCEP 1°×1°的fnl分析资料,综合分析了2012年5月12日江西中北部地区的大暴雨过程。结果表明,所有地基GPS站的降雨都出现在GPS可降水量(PW)持续增长4—21 h后,其中72.2%的测站的降雨出现在GPS PW持续增长4—12 h后,降雨都结束于GPSPW明显减小至某一稳定值(55 mm左右)时。降雨出现时GPS PW均大于某一值(阈值),且不同GPS站的阈值不相同,阈值会随海拔高度的增大而减小,特别是海拔高度大于200 m后,阈值随海拔高度的增加而减小的趋势更加明显。GPS PW的迅速增长是由低层(850 hPa)暖湿西南风急流加强东移至江西地区造成的。GPS PW的明显减小,是由于之前的强降雨消耗了空气的水汽所致。     

包含正定水汽输送算法改进的MM4中尺度模式与暴雨实例数值试验

暴雨预报是一个既重要又十分困难的问题。水汽条件是产生暴雨的关键，水汽的平流输送在模式的水汽方程中占有重要地位，模式对暴雨的预报能力必然涉及到水汽输送的计算精度问题；本文以著名的中尺度模式ＭＭ４为基础，理论测试和分析为依据，以引入新的正定高精度水汽输送算法作为消除模式水汽负值和改进中尺度模式预报能力的途径，研制了取名为改进的ＭＭ４中尺度模式，该模式除仍保留原ＭＭ４模式的所有功能外，增加了５种水汽输送算法的改进与选择，这５种算法是：１）Ｂ网格二阶守恒中心差（原ＭＭ４平流格式），２）上游差分，３）Ｂｏｔ（２阶），４）Ｂｏｔ（４阶），５）Ｐｒａｔｈｅｒ格式。多个暴雨、台风个例试验表明模式预报能力对水汽输送算法精度有显著的依赖性，采用高精度的水汽输送算法水汽保证正值并提高了模式对暴雨区、降水结构、雨团活动的预报能力。改进水汽输送算法的精度是提高中尺度模式对暴雨预报能力的重要途径。     

干旱地区中尺度非均匀边界层气候的数值研究

为了用中尺度模式研究干旱地区非均匀下垫面与大气的相互作用及其对边界层气候的影响，本对Nickerson等提出的β-中尺度模式进行了某些修改．在此基础上我们着重对模式进行了敏感性试验．结果表明：模式对植被覆盖度和背景风速十分敏感。其次我们用此模式研究了我国北方(40°N，100°E)夏季非均匀下垫面对边界层气候的影响．     

模块化模糊神经网络的数值预报产品释用预报研究

综合应用预报量自身时间序列的拓展,数值预报产品和模块化模糊神经网络方法,进行了一种新的数值预报产品释用预报研究。将这种新方法与常规的数值预报产品完全预报(PP)方法进行了对比试验。结果表明,这种模块化模糊神经网络数值预报产品释用预报方法比PP预报方法的预报精度显著提高。并且,通过对预报模型“过拟合”现象的研究发现,这种模块化模糊神经网络的数值预报产品释用预报模型具有很好的泛化性能。     

地基GPS遥感大气水汽含量及在气象上的应用

简单介绍了地基GPS遥感大气水汽含量的原理以及GPS反演水汽信息的种类,比较了两种GPS数据解算水汽策略,分析了在解算过程中影响GPS水汽精度的因子。最后简述了GPS水汽在气象上应用的进展,并提出了以后需努力的方向。     

中尺度数值预报模式初边值作用的试验研究

通过一次影响华南地区的锋面降水过程实例，进行了静力与非静力中尺度模式、不同驱动模式、不同初边值组合、不同边值更新周期、不同起报时次等27组对比试验。较全面细致地从不同侧面分析讨论了初、边值对中尺度模式的影响规律及特点，得出了一些有学术和应用价值的结论。如中尺度模式预报的总体趋势决定于其驱动模式，初值仅显著影响中尺度模式大约前10小时的预报，以后的预报趋势则主要决定于边值的信息；边值对模式内区的影响主要通过各种时间尺度天气信息(天气波动)的传播和移动来实现；土壤含水量等模式外参量初值可影响较长时效的预报；模式通过边界只能引入大于等于边值更新周期4倍的时间尺度的信息，更快的信息则被过滤掉；等等。其中一些结论对今后发展中尺度数值预报及其资料同化具有参考价值。