基于WRF的雷州半岛中尺度降水数值模拟初步试验

基于WRF的ARW动力框架下,利用T639和GFS两种不同的大尺度数值预报产品做初始场和侧边界条件.对2011年5月13日雷州半岛一次锋面低槽暴雨天气过程进行一次模拟预报试验.为今后中尺度模式产品在城镇精细化预报业务中的应用积累经验.     

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。     

2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

应用国家气象中心模式检验方法,对华中区域中尺度业务数值预报模式WRF和中国气象局下发的GRAPES模式2013年1-12月的预报产品（包括降水、2 m温度场、850 hPa温度场、850 hPa风场和500 hPa位势高度场预报）进行统计检验。检验结果表明：所有要素24 h预报均优于48 h;对于晴雨预报,GRAPES模式TS评分高于WRF,但随着降水量级增大,WRF的TS评分基本都高于GRAPES,同时WRF降水预报范围明显偏大;分析2 m温度场的均方根误差及预报准确率发现,WRF的2 m温度场预报优于GRAPES,且暖季预报优于冷季;形势场要素分析表明,WRF对850 hPa温度场和风场预报具有相当大的优势,全年误差变化较稳定,而对500 hPa位势高度场的预报误差存在一定的季节性特征,即夏半年WRF高度场预报优于冬半年,GRAPES模式则相反。总体上,华中区域中尺度业务数值模式产品对天气预报具有一定的参考价值。     

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。     

区域实时数值天气预报：现状及展望

在过去的几年中，中尺度模式越来越容易使用和更有效，通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，国家中心的模式分析和预报日益容易得到，随着地方计算机能力的提高，区域数值预报工作得到不断发展。文章概述了美国的实时数值预报工作，评述了有关这一问题的最近两次讨论会的结果，评估了地方的实时天气预报的作用，并提出对未来合作的建议。     

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。     

基于中尺度数值模式的分类强对流天气预报方法研究

针对雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等强对流天气短期预报,采用0.25°×0.2°每天4次日本气象厅(JMA)东亚地区再分析资料计算的百余类对流参数(物理量)及其15 d滑动平均值,根据“邻(临)近”原则对江苏2001—2009年2—9月各类强对流天气进行时间和站点的匹配后,应用相对偏差模糊矩阵评价技术,对上述对流参数进行权重分配和逐次筛选,获得了既体现强对流与气候平均态间明显差异,又体现自身相对稳定的特征对流参数序列。同时,根据历史分类强对流个例中各特征对流参数的频谱分布获得各对流参数的频率分布分段函数,然后基于中尺度数值模式预报的对流参数,综合历史频率分布和权重分配,构建了分类强对流天气预报概率,并以优势概率作为分类判据,做出强对流分类预报。最后建立了业务化系统,以全自动方式提供分类强对流客观预报产品,投入到日常业务和南京青年奥林匹克运动会气象保障服务工作。     

2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

利用经过质量控制的风廓线雷达组网资料（以下简称观测）对华中区域中尺度业务模式（WHMM）水平风场的预报能力进行检验评估,分别从总体、不同高度、不同风速以及单站等方面对全风速（wspd）、纬向风（u）、经向风（v）进行1个月（2013年5月）的统计分析。结果表明：（1）WHMM对风场具有较好的预报能力。其12 h和24 h的预报与观测的相关系数在0.6以上,通过α=0.01的显著性检验,12 h相关系数大于24 h的,预报风速整体存在负偏差,较观测偏小。随预报时效延长,风场的预报误差增大。u和wspd的预报能力好于v。（2）在垂直方向上,WHMM的wspd、u和v预报的均方根误差（RMSE）随高度先增加后减小,在1~2 km高度预报误差较大,4~5 km的预报误差较小。（3）按照风廓线雷达测风wspd间隔5 m·s^-1将模式预报分组,在30 m·s^-1以下不同速度分组中,WHMM 12 h预报的wspd、u和v与观测值的相关系数均大于24 h的,且通过α=0.01的显著性检验,12 h预报的RMSE大于24 h的,并随风速增加而增大。（4）从单站的风廓线来看,模式可以预报出站点上空风场随高度的变化趋势,广州站预报效果好于芜湖和秭归站。

     

中尺度数值天气预报模式——MM5V3

ＭＭ5是由美国国家大气科学研究中心 (ＮＣＡＲ)和宾夕法尼亚州州立大学共同研制开发的流体非静力中尺度数值天气预报模式 ,其完全可压缩 ,支持多网格嵌套 ,且其物理过程全面 ,有多种物理过程可供选择 ,具有四维资料同化功能 ,对从天气尺度、中尺度到积云尺度的天气系统均能进行模拟。ＭＭ5Ｖ3是ＭＭ5的第三版本 ,其性能更为稳定。ＭＭ5的分辨率是可调的 ,其最小分辨率可达到 1ｋｍ(这一分辨率对计算机的内存和运算速度要求很高 ) ,其模式输出涵盖了几乎所有常规气象场及诊断场。由于ＭＭ5Ｖ3地形资料和地表特征资料的分辨率很高 (0 .9ｋｍ)…     

天津市中尺度数值预报业务系统的设计与实现

为适应省级中尺度数值预报业务的需要,设计实现了天津市中尺度数值预报业务系统。该系统由高性能计算机系统、中尺度数值预报模式以及业务运行流程组成的,其设计与实现涉及到高性能计算机系统的建设、中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计等多个方面。高性能计算机系统的建设包括系统选型、功能设计和安装调试等部分,中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计是整个系统业务化的关键。天津市中尺度数值预报业务系统通过工程建设和技术开发完成了奥运期间的气象预报服务任务,已投入业务化运行。     

基于SMS的GRAPES数值预报作业自动化系统

在深入剖析SMS （Supervisor Monitor Scheduler）技术架构的基础上,分析了GRAPES （Global and Regional Assimilation and Prediction Systesm）数值预报的特点,并对GRAPES传统运行技术和基于SMS技术的运行流程做了对比。运用SMS技术构建了客户端/服务器结构的GRAPES数值预报作业自动化系统,对GRAPES数值预报模式运行的流程做了详尽的划分,将功能类似GRAPES模式的模块组合在一起,在实施过程中将复杂的单一模块拆分成多个任务,把单个任务的功能简单化,以图形化界面直观的显示模式运行流程,实现了GRAPES预报模式作业流程的自动化,极大的提高GRAPES模式业务运行能力,保证模式运行的可靠性和时效性。     

兰州有限区域中尺度数值模式业务系统及应用

以国家气象中心数值T213资料为基础,结合业务和服务的实际需要,建立了基于MM5的兰州有限区域中尺度数值模式业务系统,该系统前后处理程序成熟,每天都能提供大量的数值预报产品,已经成为预报业务和服务的重要参考依据,在精细化预报、暴雨等灾害性天气预报和地质灾害气象等级预报中发挥了重要作用.     

一次山地环流激发对流天气的数值模拟

东北地区的地形对本地天气有着举足轻重的影响。利用WRF中尺度数值模式,对2006年10月16日东北地区一次冷锋雷暴带之前次级环流在长白山山地前部环流附近,激发出另一条对流带的过程进行了模拟。通过对高时空分辨率的模拟结果分析,揭示了这次过程中,两条雷暴带的形成与山地附近环流之间的相互作用关系。即,冷锋对流带前部的下沉气流和山地附近的垂直环流之间的相互作用导致了第二条回波的产生,是一起较为罕见的辐合线生成在空中,然后激发出另外一条对流系统出现的过程。     

雷达资料与中尺度数值预报的融合方法研究及其在临近预报中的应用

通过融合多普勒天气雷达资料与中尺度数值预报产品,发展了一种便于临近预报业务使用的方法。该方法首先通过相关分析计算当前相同时刻雷达估测降水与中尺度数值预报的反射率因子估测降水之间的位置偏差,导出一个位移偏差矢量场;然后,利用人机交互的方式对矢量场进行分区,并对各分区的矢量场进行平滑处理,计算出各分区的平均位移偏差矢量;最后,采用最小二乘法对各分区连续多次的平均位移偏差矢量进行线性拟合,得到各分区平均位移偏差矢量随时间的变化特征,订正未来时段相应区域的数值预报反射率因子估测降水的位置偏差。利用该方法对2012和2013年夏季发生在重庆西部、四川东部的3次强降水天气过程进行临近预报试验并对预报结果进行了检验,结果表明:对0~2 h的临近预报,融合预报效果总体上优于模式预报效果;另外,与雷达外推定量降水预报相比,0~1 h雷达外推预报效果优于融合预报效果,1~2 h融合预报效果优于雷达外推预报效果。     

西南区域中尺度数值模式预报性能及其与天气过程关系初探

本文以探空站和自动站实测资料为检验参考,通过主客观检验GRAPES和WRF模式在西南地区的初始分析场和预报场,一定程度揭示出模式在西南地区的初值质量、动力框架性能和降水参数化效果。GRAPES在西南地区的位势高度、风速、风向初值质量都不同程度好于WRF,但进入预报阶段,GRAPES位势高度、温度均方根误差以比WRF更高的斜率随时效增长,GRAPES对西南地区的500 hPa高度场预报呈现系统性偏低,而WRF对西南地区高度预报的正误差概率比较高;分类天气过程检验表明,GRAPES对低涡、切变过程的初始分析质量好于WRF,但进入预报阶段,WRF对低槽、低涡和切变三类天气过程的低值系统预报正确率都高于GRAPES,这一定程度反映出WRF的模式性能好于GRAPES;分类天气过程降水预报检验表明,低涡过程降水预报难于低槽过程。GRAPES对低涡过程的降水预报能力较低,WRF预报能力最低的是切变过程。这与模式对分类天气过程中低值系统预报能力一致,这一定程度表明两个模式的降水参数化效果水平相当。     

中尺度动力学与暴雨等灾害性天气预测理论的研究

我国科学工作者对中小尺度天气动力学的研究一直给予高度重视,同时注意灾害性天气预测理论的发展。本文介绍了近年来中国科学院大气物理研究所在这方面的部分主要研究结果,并对今后的工作提出了一些看法。     

基于SMS的多普勒天气雷达故障报警系统设计

系统设计了一个基于GSM MODEN的短信服务平台。对短信的编码方式、PDU格式等关键技术进行了分析,并用VB语言给出了用AT指令控制下的短信发送流程及相关算法代码。系统采用事件驱动机制,利用定时器进行实时数据的采集、处理及控制,实现了基于GSM的多普勒天气雷达故障短信报警系统设计。     

结合历史资料的数值天气预报误差订正

运用基于历史资料的模式距平积分订正(ANO)方法,结合欧洲中心的ERA-interim再分析资料和0.1度分辨率的中国地面自动站与CMORPH卫星反演降水资料融合逐时降水产品,对高分辨非静力WRF模式的数值预报结果进行订正试验,检验了ANO方法对灾害性天气、尤其持续性强降水预报的订正改进效果。对1983-2013年7月中旬四川地区数值预报结果订正前后与观测和再分析数据的比较表明,ANO方法不仅在环流场的预报订正试验中有较为显著的效果,对模式降水预报结果也有改进,能够有效提高模式对强降水的预报精度和评分、减小预报偏差,其中对2013年7月8—13日高分辨预报结果的ANO订正试验发现,订正环流场各变量都有改进,其中位势高度距平相关系数ACC平均提高了7.8%,均方根误差RMSE平均降低了55.7%,降水(特别是暴雨以上量级)的ETS评分和TS评分也有不同程度的提高,并得到多年独立样本的高分辨数值预报订正结果的支持。