欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的中期天气预报业务

一、前言 ECMWF(以下简称中心)的第一个业务模式是网格点模式,分辨率为经、纬向1.875°,垂直方向15层,于1979年8月1日开始做每周5天的业务预报,从1980年8月1日起开始做每周7天的业务预报。第二个业务模式是一个谱模式,于1983年4月21日投入业务使用。     

基于MICAPS平台的四维天气诊断分析系统

以T213模式、HLAFS模式、MM5中尺度模式输出的格点资料以及日本降水量格点资料为基础，研究了面雨量的计算方法和预报方法；根据各种数值模式输出的降水量预报性能和质量优劣特点，依据数值模式的形势场预报优于要素场预报的现实，构造了在不同环流形势背景下，启动不同预报方程的面雨量预报业务流程，有效的遏止了在环流形势调整时预报输出不能快速响应的弱点，提高了点和面雨量预报的准确度，并建立了“山西省主要河流流域面雨量预报业务系统”。2003年将该预报系统投入业务运行，取得了良好的预报服务效果。     

同时间有关的侧边界条件的有限区谱模式及其在多层原始方程的应用

本文介绍同时间有关的侧边界条件的有限区域原始方程谱模式。该模式单向地嵌套到一个低分辨率的模式上。预报变量水平场的谱表达式,通过采用修正后的双重傅里叶级数表示。用谱方法和格点法,积分一维线性平流方程,通过这两种方法的比较,我们可以看出谱方法的结果,要比格点法好得多。这主要是由于用谱方法提高了水平导数的精确度,即用谱方法完全排除了在格点法中不可避免的计算上的离散和系统的相位误差。谱12 L-FLM变换中当格点取法与格点模式相同时,谱12 L-FLM的计算量虽比格点12 L-FLM计算量大20～30％,但谱方法的有效分辨率要比格点模式大1.5倍,由此可以得出结论,谱12 L-FLM的计算要比格点12 L-FLM更经济。     

基于ECFLOW实现华中区域快速更新同化预报业务流程

为了进一步满足华中区域对高时空分辨率数值预报产品的业务需求,为短临预报和精细化格点预报提供技术支撑,华中区域快速更新同化预报模式系统于2015年7月完成系统搭建并开始业务试运行,2017年12月又根据业务需要完成了系统结构的调整。由于该系统具有流程复杂,步骤繁多的特点,为了使调度监控更加直观,故障定位更加准确,系统维护更加高效,运用ECFLOW技术对整个预报系统进行了流程化调度开发,设计并实现了华中区域快速更新同化预报业务流程监控系统。该系统图形界面美观友好,流程结构清晰明了,故障定位准确且处理操作简单,可大幅提升业务模式运行监控及维护的工作效率。     

T639L60全球中期预报系统预报试验和性能评估

在目前国家气象中心全球业务中期谱模式T213L31中成功引入ECMWF的稳定外插半拉格朗日方案,将归约高斯格点转换为线性高斯格点,解决了模式分辨率提高的关键技术.将模式谱分辨率从213波提高到639波,垂直层次从31层提升到60层,模式层顶从10hPa升至0.1hPa.建立T639L60中期同化预报系统,进行连续一年多连续滚动试验,对预报员关心的降水预报和500hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式进行对比分析.分析结果表明,T639L60中期系统对500hPa位势高度场预报性能比业务有明显改进,东亚地区达1天.从降水客观评分上看,中国地区降水各量级降水的Ts评分均明显提高,在预报偏差(B值)方面,小到大雨预报偏差明显降低,暴雨的预报偏差有所增加.     

上海精细化格点预报业务进展与思考

针对大城市天气预报服务和精细化预报需求,借鉴美国的图形化格点预报编辑器(GFE)和中国气象局的气象信息综合分析处理系统(MICAPS),上海市气象局于2013年研究建成基于浏览器/服务器(B/S)框架的精细化格点预报系统,2014年6月正式投入业务应用。目前,精细化格点预报系统已成为上海市气象局预报业务的主要支撑平台,系统包括数值模式指导产品、格点编辑工具库和预报产品生成器等核心功能模块,制作发布短临、短期格点预报产品,以及基于订正格点场的图片和乡(镇)、重点功能区预报。主要介绍了系统设计开发和业务应用情况,并对业务应用中的相关问题进行了总结分析。     

p－σ混合坐标原始方程模式的改进和试验

在五层ｐ－σ混合坐标原始方程模式的基础上，改进成了一个九层ｐ－σ混合坐标原始方程模式。模式为１７×３９个格点，分辨率为５°×５°，其物理过程与五层模式相同。该模式性能稳定，用该模式对１９９４年冬的一次寒潮过程进行了模拟，温压场的主要特征符合实况。由于该模式的垂直分辨率高于五层模式，所以模拟结果优于后者，试验表明模式可应用于业务预报。     

全球中期模式升级关键技术研发和预报试验

随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加。因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面。文中采用规约线性格点,在高斯格点数和格点分布不变的情况下,把国家气象中心业务全球谱模式的水平分辨率由T213提高到TL319,从而使全球谱模式的计算有效率增加了2.25倍;实现了稳定外插两个时间层的半拉格朗日方案,解决了传统的半拉格朗日方案在计算轨迹中点的速度和发展方程的非线性项时,采用时间的线性外插带来的计算噪音,提高了模式积分的稳定性,从而使模式的积分时间步长从900 s增加到1200 s;在这两个关键技术实现的基础上,实现了TL319模式与业务OI同化方案的耦合,进行了连续1年的滚动试验,并对降水预报和500 hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式的预报也进行了对比分析。分析结果表明,提高模式谱分辨率后,模式的动力过程保持合理稳定,对东亚地区500 hPa位势高度场的预报性能有所改进,对中雨和大雨量级的降水预报在大部分时效也都有改进,但是小雨预报TS评分略有下降。另外对冬、夏季的两次降水过程的天气学分析表明,TL319L31对天气过程的描绘比T213L31也有一定提高。     

国家级格点化定量降水预报系统

利用主客观融合降水反演、降水统计降尺度、降水时间拆分等技术构建了国家级格点化定量降水预报系统。该系统结构合理,模块功能明确,于2014年6月在国家气象中心投入业务使用,生成0~168 h时效,10 km分辨率,逐3 h的格点化定量降水预报产品。通过对2015年第13号热带气旋苏迪罗的格点化降水预报个例检验,结果显示,相比欧洲中期数值预报中心的确定性模式预报和预报员主观预报,该产品能更好地体现台风降水的时空精细化分布特点,对福建东北部和浙江东南部的特大暴雨中心位置表现更准确细致。通过对2015年4—9月的格点化产品整体效果检验,结果显示,相比欧洲中期数值预报中心的确定性模式预报和由反距离客观分析后的预报员主观预报,该产品既能保持和预报员主观预报相同的准确率,同时也能较明显地提高降水预报的时空精细化程度。     

日本中尺度谱模式介绍

日本气象厅(JMA)改进并发展了日本谱模式(JSM),使之成为业务预报模式。这个有限区域谱模式在垂直方向有十九层,水平分辨率为40km。模式的预报对象是中-α尺度的天气现象以及地形扰动的细致结构。该模式能非常好地预报天气尺度背景下的中尺度结构以及与极涡有关的中尺度云系的演变。对于梅雨季节的强降水过程,模式也非常有效。降水预报在整个春季,甚至在预报的前几小时都很理想。然而夏季的情况则远不如春季。这可能是由于模式的积云参数化方案所造成。模式系统较慢的“自加速”(spin up)也是夏季预报的一个严重问题。     

上海市无缝隙天气预报技术

介绍了支持上海市气象局无缝隙预报业务的几类客观预报方法和业务系统。上海市气象局无缝隙格点预报产品涵盖0~45 d的五类不同分辨率、不同要素产品。从0~6 h与实况相衔接的逐10 min定量降水预报,24~240 h的要素最优集成订正预报,到延伸期45 d的逐日趋势预报。依赖各类客观预报方法生成的格点预报背景产品,结合格点预报制作和预报检验系统,使得预报员在此基础上有效地制作发布格点预报,在满足现代化格点预报要求精确度的同时,最大程度地帮助预报员减轻了人工操作的负担。     

应用微电脑的人工智能实现地方MOS预报自动化

MOS预报需要保证实际预报有一定的准确率,投入业务使用还要解决“简便、迅速”的问题。由于预报项目多、因子组合过程繁杂、资料分布范围很广,手工处理不仅计算困难,而且时效无法保证,出错机会也多。我们应用微机使资料在机外处理格式化,保证机内外信息处理的一致性,建立了MOS业务预报的自动化系统,简介如下: 1.资料格式化处理首先对网格板进行整理,针对选入预报模式的格点专门对各物理量分别制做一块网格     

欧洲ECWMF模式与我国T213模式夏季预报能力的对比分析检验

T213 L31模式(简称T213)是中国国家气象中心在T106L19谱模式的基础上建成的第四代全球中期数值天气预报系统,它于2002年9月1日起投入业务使用。本文根据世界气象组织(WMO)基本系统委员会(CBS)1985年特别会议推荐的数值预报标准化检验方案,采用欧洲中期数值预报模式ECWMF和国家气象中心T213数值预报模式的500 hPa位势高度、850 hPa温度预报格点资料和客观分析实况格点资料,对东亚区域2002年和2003年夏季时段内两种模式的预报能力进行对比分析检验。所得结果表明,ECWMF预报的环流场中的低压槽在102°E以东的我国中东部(102°E以西的我国西部)比实况值偏弱(偏强),高压脊偏强(偏弱);而在我国的大多数地区,T213模式预报的低压槽偏强,高压脊偏弱。     

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10km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...     

基于CIMISS全国精细化格点预报业务数据环境系统设计与实现

随着精细化预报业务不断发展,迫切需要建立支撑国省网格预报实时同步、协同一致的全国精细化格点预报业务数据环境。本文分析了精细化预报业务的特点,阐述了基于全国综合气象信息共享平台(CIMISS)的精细化格点业务数据环境的系统架构、数据流程、核心功能及相关技术实现。业务运行结果表明,数据环境实现了国省间格点预报实时同步和共享,有效支撑了预报产品的及时订正和发布,保证了国省格点预报一致性。     

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     

基于ECMWF的两种温度客观预报订正方法及评估

依据国家气象信息中心格点温度实况资料,采用“动态训练、择优选取”的基本原则,利用递减平均法（DAM）和径向基函数神经网络方法（RBFNN）对ECMWF细网格模式2019—2020年20时BTC未来24～216 h的0.05°×0.05°分辨率格点日最高、最低温度进行客观预报订正,并与中央台指导预报（NMC）和EC模式预报产品进行格点检验对比分析。结果表明：（1）通过DAM和RBFNN订正后的24～216 h日最高、最低温度预报准确率提高3.9%～7.8%,均为“正”技巧,对预报准确率偏低的月份预报时效订正效果更显著,且夏、秋季最高温度预报订正效果较好,冬季最低温度订正能力较强;（2）订正后的最高、最低温度预报产品除沙坡头区的最高温度预报和贺兰山的最低温度预报误差偏大外,其他区域的误差基本都<2℃,订正后的ECMWF细网格模式对强降温、寒潮天气的温度预报效果明显优于NMC和EC模式预报产品,对预报业务有一定的参考价值。     

西北区东部6—9月大雨短期预报支持系统(MOS)

本文试用 ECMF500 百帕48小时预报高度场格点资料和 BJ 北半球模式数值预报产品格点资料,选定关键区对西北区东部大雨短期预报建立人机对话的支持系统。技术路线是:气候分析选定过程——大雨日当时场有限区环流分型——逐级消空——进入分型 MOS 数学模型——判别过程有无和参考落区。本系统的运行环境为 IBM/PC 机及其兼容机,支撑软件包使用 BASIC 语言和C 语言,操作方便。实现本系统,将为区域中心日常预报业务增添一有效工具。     

针对模式风场的格点预报订正方案对比

为了将格点观测融合产品用于模式预报产品的滚动订正中,获得精准的预报效果,使用国家气象信息中心HRCLDAS（High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System）业务系统产生的高频次格点风场融合产品作为实况资料,采用两种风场模型和8种格点误差订正方案,对模式风预报产品进行订正预报试验,试验选择欧洲中期天气预报中心10 m风预报产品的2017年1月1日—2月28日以及2017年6月1日—7月31日两个时间段,进行了预报模拟试验,对8种格点误差订正方案的订正结果进行检验,同时将订正场插值到站点,使用国家级2400个地面气象站风场资料进行站点检验,结果表明:无论从格点还是站点检验的平均绝对偏差、准确率、绝对偏差分布频率结果看,采用基于模式和实况因子的全格点滑动建模订正方案具有最佳的订正效果。     

区域数值天气实时预报系统的研制

主要介绍在自行研制的神箭SJ－100并行计算机机群上建立的实时区域数值天气预报系统。该系统通过国家气象卫星通信网络获取地面、高空气象探测资料和国家气象中心T106数值天气预报产品资料，并引入北半球海温格点场资料和当地地面观测资料；运用美国MM5模式，建立了三重套网格，最高水平分辨率为15km的业务预报模式，并于2001年1月开始投入业务化试用。试验表明：该系统具有较强的短期天气预报能力，尤其是降水预报准确率较高，近地面气温、风、相对湿度等要素预报质量好。所提供的预报产品客观、定时、定量、定点，预报产品丰富，且计算速度快，收到了满意的效果。