概率匹配平均法在山东强降水预报中的应用

基于WRF集合预报系统开发了概率匹配平均降水产品,选取了山东省2014—2016年共13次强降水过程,检验评估了概率匹配平均法在山东省强降水预报中的综合表现。结果表明：对于不同的强降水过程,各预报产品的预报能力差异较大,尤其是对暴雨以上量级降水的预报存在较大偏差;概率匹配平均相对集合平均,对大雨以上量级降水预报有明显改善,较WRF确定性预报产品也有一定提高,对强降水预报具有一定指示意义;该方法的改进主要体现在对不同量级降水的调整上,尤其是强降水的落区,相对集合平均增大了强降水的范围和强度,但对整个区域的总降水量预报没有很好的改进作用。     

2013 年汛期ECMWF集合统计量产品的降水预报检验与分析

2013年汛期ECMWF集合预报在江南、四川盆地和华北地区强降水过程中的表现如下：对江南和四川盆地强降水,概率匹配、融合产品、最大值、75%和90%分位数在大雨和暴雨预报中较确定性预报有明显正技巧,融合产品和90%分位数的技巧评分最稳定;对华北地区强降水,仅90%分位数在大雨预报中有一致的正技巧;上述统计量产品的中期预报技巧评分总体要高于短期预报,对四川盆地（华北地区）暖区强降水预报技巧评分总体要高（低）于对该区域锋面强降水预报技巧评分。根据概率匹配和融合产品各自特点,综合二者原理,设计出概率匹配-融合和融合-概率匹配两种新方案。结果显示,在暴雨和大暴雨降水预报中,融合-概率匹配的评分较融合产品有一定提高。     

2013年汛期ECMWF集合统计量产品的降水预报检验与分析

2013年汛期ECMWF集合预报在江南、四川盆地和华北地区强降水过程中的表现如下:对江南和四川盆地强降水,概率匹配、融合产品、最大值、75%和90%分位数在大雨和暴雨预报中较确定性预报有明显正技巧,融合产品和90%分位数的技巧评分最稳定;对华北地区强降水,仅90%分位数在大雨预报中有一致的正技巧;上述统计量产品的中期预报技巧评分总体要高于短期预报,对四川盆地(华北地区)暖区强降水预报技巧评分总体要高(低)于对该区域锋面强降水预报技巧评分。根据概率匹配和融合产品各自特点,综合二者原理,设计出概率匹配-融合和融合-概率匹配两种新方案。结果显示,在暴雨和大暴雨降水预报中,融合-概率匹配的评分较融合产品有一定提高。     

基于CMA区域集合预报的海河流域面雨量预报评估与应用

面雨量是流域防汛抗洪调度的重要依据,单模式的确定性预报无法反映面雨量的多种可能性,为了解决面雨量预报存在不确定性的问题,本文基于中国气象局区域集合预报系统(China Meteorological Administration-Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)降水结果对海河流域集合预报面雨量开展了适用性评估和分析,结合高分辨率格点实况资料对其2020—2022年5—8月面雨量进行检验,并依检验结果开展了集合预报面雨量产品及跨度预报产品研发。检验表明CMA-REPS集合预报对海河流域面雨量预报有改进:1)海河流域集合平均面雨量预报的绝对误差明显优于控制预报,在空间分布上表现为南部河系预报误差较大,中部次之,北部最小。2)模糊评分表明小雨和中雨量级集合平均预报更贴近实况,而暴雨量级则需进一步参考集合成员的极端性。3) TS及Bias评分表明集合平均在小雨量级预报效果较好,中雨及以上量级在预报后期改进更加明显。4)概率预报评分发现CMA-REPS对海河流域中部河系中雨以下面雨量有较好的表现,而南部河系的评分则低于中部河系。开发集合预报面雨量产品并对海河流域两次致洪暴雨过程检验发现:1)集合成员对24 h大暴雨等级面雨量的预报有较高的概率,与实况量级相当,对极端降水有较好的提示。2)24 h内集合平均具有较好的评分,而24～48 h,75％分位数产品对于强降水过程预报效果更好;本文依据检验结果开发的集合预报混合百分位产品及跨度预报产品对于强降水有较好的参考性。3)依据概率预报随时间的变化曲线对面雨量进行平滑拟合,可以得到更贴近于实况的逐小时面雨量预报产品。     

非绝热物理过程对北京暴雨数值预报不确定性影响

选取了2001年8月发生于北京市的具有不同大尺度环流强迫特征的两次强降水过程,利用MM5模式和国家气象中心的T213预报资料,分析了模式非绝热物理过程对北京市暴雨数值预报的影响特征和不确定性,探讨了解决暴雨预报不确定性的集合预报方法,进行了多物理模式集合预报试验。试验结果表明:模式非绝热物理参数化方案对精细化预报结果有明显影响,包括局地降水强度、空间分布型态、时间演变特征等;在高分辨率模式中,采用积云对流参数化方案后,会出现更多的小量级降水预报,且不论是大尺度强迫较强的暴雨,还是大尺度强迫较弱的暴雨,对流参数化方案都是造成降水预报不确定性的重要因素。多物理集合预报的初步试验结果表明,高分辨率集合预报可提供有价值的预报信息,是解决灾害性天气预报不确定性的一种有效的技术方法,但就目前的模式水平而言,可重点发展降水集合预报,特别是强降水集合预报系统,以反映模式在降水预报中存在的不确定性。     

中尺度多模式超级集合预报对2010年6月19—20日中国南方大暴雨过程的分析

运用BGM扰动方案,基于ARPS和WRF模式并采用不同的物理过程参数化方案建立了一个多模式、多初值、多物理过程的中尺度超级集合预报系统,并针对2010年6月19—20日的一次华南强降水过程进行分析。结果表明:该超级集合预报系统能很好模拟这次对初值及物理过程都非常敏感的强降水过程。相对于单一确定性预报而言,该超级集合预报能显著提高预报时效,能比控制预报提前24～36小时捕捉到强降水信息。并且该集合预报优于单一模式或者单一物理过程参数化的集合预报。对本次过程而言,集合平均对物理过程参数化方面带来的不确定性的改进比对模式不确定性方面的改进大得多。对于暴雨预报而言,低层的形势场对初值及物理过程的扰动比高层要敏感得多,这也是造成这次过程各个成员预报好坏的重要原因之一。      

混合集合预报法在华南暴雨短期预报中的试验

-WRF多模式集合3组试验,对比分析混合集合预报法与传统方法的降水预报效果。结果表明:ARPS模式集合改善了广东省南部局地强降水预报,该方法在中雨、大雨、暴雨量级改进效果显著。WRF模式集合对广东省北部强降水预报优于ARPS模式集合,但空报、漏报率较大,该方法有一定局限性。ARPS-WRF多模式集合在降水落区和量级预报上均优于传统方法。混合集合预报法利用低分辨率 (36 km) 集合预报和高分辨率 (12 km) 控制预报实现了高分辨率 (12 km) 集合预报,改善了降水预报效果,该方法可为业务高分辨率集合预报提供参考。     

中尺度暴雨集合预报系统研发中的初值扰动试验

针对2006年5月24～25日一次暴雨过程, 通过一系列初值扰动试验探讨实际业务中建立集合预报系统的方法。运用45 km的WRF模式构建一个11个成员的集合预报系统来比较分析不同的扰动方案、 扰动的空间结构和扰动振幅对集合预报的影响, 结果表明： （1）初值扰动的空间结构对暴雨集合预报的离散度影响很关键, 而扰动振幅的影响却居次要地位。具有动力学结构的孵化扰动明显优于随机扰动。（2）集合预报比单一控制预报提供了更有价值的预报信息。例如在该个例控制预报中漏报的湖北监利强降水中心, 在集合预报中有20%的概率, 并且实况被包含在集合预报的预报范围之中。集合平均预报也明显优于控制预报\.例如矫正了在控制预报中明显虚报的鄂东北的大暴雨中心, 且集合平均预报的暴雨中心落在实际观测暴雨中心的附近。（3）集合离散度较好地反映了实际降水过程的可预报性。例如应用孵化扰动, 其离散度的空间结构同降水预报误差的空间分布大致对应。     

中尺度集合预报模式在自贡市“9．3”暴雨中的初步分析

本文选取8个不同的集合预报成员组成一个成员组,进行未来24-48小时的预报,结合自贡市2006年“9.3”暴雨个例,对集合预报模式的预报能力进行检验。结果显示,集合预报产品在效果上对降水的预报是明显的,并从一定程度上提高了对形势场预报的准确率,从而也可以增强对小概率事件如强降水等的预报能力。     

中尺度集合预报对川渝地区“8.16”暴雨过程的分析

利用ARPS和WRF模式,基于不同的物理过程参数化方案建立了一个多初值、多物理过程的中尺度集合预报系统,并对2015年8月16—18日发生在四川盆地的西南低涡暴雨过程进行试验分析。结果表明:建立的中尺度集合预报系统对此次暴雨过程有较好的预报能力,与确定性预报相比,降水集合平均以及概率预报等产品对暴雨的预报有一定的指示意义。初值扰动的集合预报对暴雨及以下量级的预报较优;物理过程扰动的集合预报对大暴雨及以上量级的预报较好;同时考虑2种扰动的集合预报总体上好于单因子扰动的集合预报,使降水预报效果得到明显改善。对天气系统(高空槽、低涡、切变线)以及气象要素(风场、水汽)的预报差异是造成"好"、"坏"成员预报效果差异的主要原因,且低层形势场(尤其是风场的预报)对初值及物理过程的扰动比高层要敏感。集合预报对大雨及以上量级预报技巧的提高有明显正贡献,但是对特大暴雨的预报不确定性很大,还有较大的改进空间。     

数值预报产品在暴雨过程中的特征分析

利用欧洲中心形势场预报和T106物理量预报，对2000年8月2－3日（主要是1日夜间和2日夜间）发生的连续性暴雨过程进行诊断分析，结果发现上述数值预报产品在强降水预报中有很好的指导作用，特点是某些物理量预报场对强降水有很好的指示性。     

集合预报方法在山西暴雨预报中的应用试验

利用ECMWF高分辨率确定性预报和大气模式集合预报产品,采用本地统计量融合方法和联合概率方法,对2014年山西省9次暴雨天气过程的降水预报进行检验分析。结果表明:(1)2014年山西省9次暴雨过程影响系统差异较大,强降水多集中在山西中南部地区,暴雨落区表现为区域性、局地性或大范围分散性特征;(2)本地统计量融合方法对于大雨落区的预报与实况较为接近,而联合概率预报方法的大概率范围对于暴雨落区预报具有较好的指示意义;(3)TS评分检验表明,对于区域性或局地性暴雨天气过程,可更多参考本地统计量融合方法,而对于大范围分散性的暴雨天气过程,本地统计量融合方法空报较多,ECMWF确定性预报更具参考价值。     

中尺度集合预报模式在自贡市"9.3"暴雨中的初步分析

本文选取8个不同的集合预报成员组成一个成员组,进行未来24-48小时的预报,结合自贡市2006年"9.3"暴雨个例,对集合预报模式的预报能力进行检验.结果显示,集合预报产品在效果上对降水的预报是明显的,并从一定程度上提高了对形势场预报的准确率,从而也可以增强对小概率事件如强降水等的预报能力.     

ECMWF集合预报产品在重庆暴雨预报中的检验与应用北大核心

利用重庆地区34个国家气象站降水资料和ECMWF集合预报降水资料,系统检验和评估了集合预报统计量产品及后处理技术产品对2014—2016年5—9月重庆暴雨的预报性能。结果表明:集合统计量产品中最大值、90%分位数、融合产品、概率匹配平均、75%分位数对暴雨预报有一定参考性,其中90%分位数和融合产品对暴雨落区预报较好,最大值对暴雨强度预报有一定指示意义,但表现为明显的湿偏差。集合预报后处理技术产品的暴雨TS评分较控制预报和集合平均有明显提高,其中概率预报、最优百分位、融合—概率匹配、频率匹配法的暴雨TS评分超过最大值,对暴雨强度预报具有较好的指导意义,其预报偏差均表现为湿偏差,融合—概率匹配和频率匹配法对暴雨落区预报较好,概率匹配—融合对降低暴雨空报率较好。     

广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1?056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、日本气象厅谱模式（JMA）和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统（CMA-GD）,都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明：对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)-1,集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨（≥150 mm）概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较 “好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。     

集合数值预报方法在山洪预报中的初步应用

选取湖南4个典型山洪个例,分析了嵌套模式不同分辨率的预报效果,并采用多物理过程组合的集合预报方法,研究区域集合数值预报技术在山洪预报中的应用。研究指出,单一模式条件下,使用模式嵌套技术提高分辨率,并不能有效地改进对引发山洪灾害的突发强降水过程的预报能力,且这种单一的确定性预报,对暴雨等灾害性天气的预报存在不确定性。集合预报是解决单一预报不确定性提出的新方法,与单一模式提供的确定性预报结果相比,集合预报可为山洪预报提供多种定量预报产品。利用集合平均预报、极值预报,可以引导对山洪采取分类应对措施;集合预报在给出降水分布的同时,还给出伴随预报结果的可信度;概率定量降水预报(PQPF)与水文预报模型结合,可以用于概率水文预报。     

陕西低槽强降水过程分析及客观订正方法

为了提高中纬度低槽东移影响下陕西强降水天气的精准预报能力,采用欧洲中期天气预报中心全球模式(简称EC-thin)、中国气象局数值天气预报全球模式(简称CMA-GFS)、中央气象台格点指导预报产品(简称SCMOC)、陕西省气象局自主研发动态交叉取优产品(简称DCOEF)、多源实况融合资料及全省396个气象监测站资料,选取了陕西三次低槽东移背景下强降水过程(2019年6月4—5日关中、陕南暴雨过程,简称“0604”暴雨过程;2018年6月17—18日陕南暴雨过程,简称“0617”暴雨过程;2018年7月10—11日关中西部、陕北暴雨过程,简称“0710”暴雨过程),对比分析强降水的实况差异及影响系统演变特征,提炼预报着眼点。基于各模式前期预报质量,提出了一种简单的动态融合客观订正方法,检验了该方法在此类强降水过程中的预报效果。结果表明：(1)“0604”暴雨过程和“0617”暴雨过程强降水主要集中在陕西关中和陕南地区,“0710”暴雨过程强降水主要集中在陕西西部和北部地区;“0604”“0710”暴雨相较“0617”暴雨过程,强降水持续时间短,雨带移动速度快。(2)尽管这三次暴雨过程均发生...     

青藏高原东侧"2003.8.28"暴雨的集合预报试验

利用MM5模式和国家气象中心的T213模式的预报资料,通过研究非绝热物理过程参数化方案对高原东侧"2003.8.28"暴雨数值预报的影响特征,进行了多物理模式集合预报试验,为开展青藏高原东侧集合预报扰动技术研究进行了试验.试验结果表明,模式物理参数化方案对中尺度降水预报结果有明显影响,包括局地降水强度、空间分布型态、时间演变特征等.随着模式分辨率的提高,积云对流参数化方案将增加小雨量级降水区域,产生一些虚假降水,就现阶段模式水平而言,高分辨率集合预报应重点发展考虑强降水预报不确定性的集合预报模式系统.多物理模式集合预报的初步试验结果表明,高分辨率集合预报可以改进单一确定性预报结果不稳定的缺点,为强降水灾害性天气预报提供有价值的预报信息.     

2005年7月7～10日襄樊大暴雨天气分析及模型预报检验

2005年7月7～10日,襄樊境内出现了连续性暴雨和大暴雨,个别县市出现特大暴雨,该文对这次过程的环流形势和物理量场进行了诊断分析。并对基于T213数值预报产品的强降水预报模型的预报结果进行了评估。分析表明:对流层中低层的中尺度切变、东北冷涡、高原暖涡是该次过程的主要影响天气系统;中层切变线上分布不均匀的辐合区、中低层正涡度区、高层负涡度区以及明显的垂直上升运动,是造成此次强降水的重要动力条件;强降水预报模型对这次暴雨过程在时段上有较强的预报性,但在定点预报方面存在不足,其预报范围较实况偏大。     

T639数值预报产品在2011.5.10-13广西暴雨过程的释用分析

运用t639数值预报产品,从影响系统、能量及水汽条件等方面对2011年5月10-13日广西暴雨天气过程进行分析.结果表明:t639数值预报产品对转折性天气过程预报有明显的指导意义.在这次强降水过程中降水落区、持续时间以及过程雨强均体现出较好的预报能力.