梅雨期暴雨系统的流依赖中尺度可预报性

中尺度天气系统的初值敏感性,导致了中尺度系统预报极限的存在.中尺度系统的初始误差的快速增长及其中尺度可预报性依赖于系统流的特征.梅雨暴雨形成是多尺度天气系统共同作用的结果,决定了梅雨期暴雨的形成机制的多样性,也决定了其初值敏感性的差异性.本文重点对比分析了五种不同类型的梅雨暴雨的误差增长特征及其机制.冷空气抬升、低层涡...     

一次江淮梅雨锋暴雨的数值模拟可预报性研究

利用中尺度非静力MM5模式研究不同初始扰动（误差）对2003年7月4—5日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨数值预报不确定性的影响,并着重分析了提前36h定量降水的可预报性。结果表明,利用常规观测资料和NCEP/NCAR分析资料形成初始场的控制试验能够提前36h做出较好的模拟。扰动温度场的敏感性试验表明,扰动温度的均方差愈大,降水预报不确定性也愈大。误差演变特征和增长机制分析表明,误差增长具有升尺度特征,误差首先在对流层低层和高层增长,然后大值区向对流层中层扩展;湿降水过程是对流层中低层误差增长的主要机制;对流层高层的误差增长是大气干动力与湿过程共同作用的结果,前期以干过程为主,后期以湿过程为主。     

一次梅雨暴雨预报中的误差演变及可预报性分析

针对2003年7月3—4日淮河流域梅雨暴雨过程,利用AREM模式,在分析暴雨预报对不同来源的初始资料和不同要素初始误差的敏感性的基础上,重点研究了降水过程中误差的演变特征和发展机理。分析结果表明,初始小振幅误差增长最快,而伴随着降水的发生和发展,误差演变特征表现为由局地增长发展为全局传播的过程,且误差最优增长总是出现于雨区,这意味着雨带是误差增长的敏感区域。雨区内存在的初始误差对降水预报误差具有重要贡献,初始湿度条件不仅影响误差的传播特征,还使雨带上中小尺度误差迅速增长并造成更大尺度的误差。基于误差能量公式的计算结果表明,误差增长的能量来源主要由凝结加热提供,因此,从能量角度而言,误差增长和降水增大是同源的,从而使暴雨可预报性受到固有的限制。     

一种暴雨和强对流短时诊断预报小系统

以数值天气预报产品为主，结合卫星资料，研制了全国分区的夏季暴雨和强对流６～１２ｈ诊断预报微机系统。这种系统采用人－机交互方式，操作简便，诊断预报结果自动生成显示，适合于省、地（市）气象台预报员使用。     

WRF3.1微物理参数化方案对两例暴雨的集合预报试验及可预报性分析

采用WRFV3.1.1数值模式,选取模式中的10个微物理过程参数化方案构造10个集合预报成员,分别对2008年6月9—10日江淮地区暴雨与2008年6月6—7日华南地区暴雨进行集合预报试验,并进一步讨论了这两例暴雨的可预报性差异。结果表明:各参数化方案在暴雨的模拟中所表现出来的优势是相对的,但微物理过程集合预报在两例暴雨中都取得稳定且优异的模拟效果;通过比较两例暴雨的ETS(Equitable threat score)评分距平发现,华南暴雨在各个量级上的ETS评分距平都大于江淮暴雨,且华南暴雨集合成员之间的ETS评分差别也较大;大多数集合成员的模式误差在初始12 h增长最快,其后将减慢或者降低。对各成员的均方根误差(σ)距平分析表明,华南暴雨的σ距平增长相对较快且成员之间差别较大。因此从模式误差增长的角度来说,华南暴雨的可预报性低于江淮暴雨。     

华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

江淮锋面和华南暖区两次暴雨过程可预报性对比

以2008年6月9—10日江淮地区的锋面暴雨和2008年6月6—7日华南地区的暖区暴雨为例,采用模式试验的方法,研究了这2个不同地域不同类型的暴雨的模式可预报性的差异．控制试验的结果表明,2个地区的暴雨都可以用WRF模式得到较好的模拟再现．通过在控制试验的初始场上对温度场和风场添加高斯随机扰动误差构造敏感性集合成员,结果表明初始场的微小误差在24 h内使得华南暴雨与江淮暴雨的模拟结果都发生较大改变,但华南暴雨的误差增长快于江淮暴雨,导致华南暴雨模拟结果发生更大的改变．通过对集合离散度的分析表明,华南暴雨与江淮暴雨的离散度都随积分时间延长而不断增大,但华南暴雨的集合离散度增长更快,华南暴雨的集合离散度在模式各层上都远大于江淮暴雨．从误差增长和集合预报的角度讲,华南暴雨的模式可预报性比江淮暴雨的模式可预报性差     

延伸期预报中的可预报性浅析

延伸期（10-30天）预报是无缝隙集约化预报预测业务体系的重要一环,一直以来在防灾减灾科学决策中起着重要作用。然而实际预报中,其准确率较中短期天气预报和气候预测均明显偏低,原因在于随着预报时效延长,预报结果存在明显的不确定性。因此,业务预报中需要充分考虑预报对象的可预报性。本文通过总结延伸期时效可预报性的来源、主流数值模式预报性能的现状,介绍了一线业务中的预报思路及常用的可预报性参考产品,揭示了可预报性理论在延伸期预报中的应用。同时还展望了延伸期预报未来的发展方向。     

一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅰ:中国暴雨可预报性综合指数

针对当前暴雨预报检验采用二分类事件检验方法存在的双重惩罚导致评分过低,没有考虑到中国暴雨可预报性时、空分布不均,不便于对比分析不同区域暴雨预报能力差异等问题,为了发展基于可预报性的新型暴雨预报评分方法,在综合分析影响预报员暴雨预报信心的主要因素（暴雨气候统计特征、天气影响系统运动尺度特征及数值模式预报能力等）基础上,利用2008—2016年4—10月中国国家气象信息中心5 km×5 km分辨率的多源降水融合格点分析资料、站点降水观测资料和中国国家级业务区域模式降水预报资料以及扩展空间暴雨样本统计方法,构建了一种新型的中国暴雨可预报性综合指数（Synthetic Predictability Index of Heavy Rainfall,以下简称SPI）数学模型,以定量描述中国各区域的暴雨可预报性特征。SPI数学模型由暴雨气候频率、暴雨面积比率和模式暴雨预报成功指数（Threat Score,TS）3个分量组成,计算了2008—2016年4—10月SPI的3个分量及其时、空变化特征。分析结果显示:暴雨面积比率对SPI的时间和空间变化影响最大,两者偏相关系数大于0.9;其次是暴雨气候频率的影响,两者偏相关系数值为0.8左右;第三是模式暴雨预报TS评分的影响,两者的偏相关系数为0.7左右。分析还发现,SPI大值区随季节而变化,空间分布不均匀:4—5月,可预报性大值区主要分布在华南地区;6—7月,主要分布在江淮流域;7月中旬至8月,大值中心从江淮北部移到华北和东北地区;9月,副热带高压南撤,大值中心也相应南撤。      

2009年汛期山西横切变暴雨的可预报性分析

利用常规和非常规气象观测资料,针对2009年汛期山西境内出现的5次横切变区域性暴雨天气过程进行流型配置、物理量诊断、卫星雷达资料以及可预报性综合分析发现：对流性或混合性暴雨,在暴雨发生前12 h 500 hPa及其以下都具有θse随高度的增加而减小、500 hPa以上都具有θse随高度的增加而增加的特征,稳定性暴雨则具有θse随高度的增加而增加的特征.5次暴雨过程500 hPa副高均为纬向型,700 hPa均有西南急流轴配合以及大陆小高压相伴.分析结果表明：小高压的位置不同导致了不同风向的辐合和不同走向的横切变线产生,急流头向北伸展的纬度不同导致了横切变线所处的纬度差异,直接影响暴雨的落区;低涡的强度不同使得降水量发生明显的差异;高低空系统配置越完整暴雨落区和量级的可预报性也越强;连阴雨过程中垂直速度、水汽通量散度、垂直风切变是提前24 h判断暴雨发生与否的敏感因子,卫星和雷达资料是短时和临近强降水预报的有效工具.     

2009年大连春季强对流雨雪天气过程分析

2009年4月15日大连出现了春季最晚的降雪天气。利用常规资料、自动气象站和雷达等多种资料及中尺度模式MM5对这次强对流雨雪天气过程进行了分析和模拟,结果表明,200hPa急流、500hPa贝加尔湖冷槽南压形成的冷涡、中低层南支槽前水汽输送以及地面冷锋是产生大连春季强对流雨雪天气的环流背景;中层干冷空气叠加在低层暖湿层...     

佛山市5月大暴雨特征分析与预报判据

对背景流场、触发条件、物理量等方面的分析表明,佛山市5月大暴雨的产生,深厚的热带暖湿气流起着决定作用,而南支槽、能量锋区、低层中间尺度辐合系统和中尺度辐合带上的小涡旋直接起着触发作用,文中结合12场大暴雨分析和值班经验,总结归纳出10条发生大暴雨的必要条件。     

九江地区一次强对流暴雨天气过程分析

从天气形势出发,结合物理量场、卫星云图和雷达回波等演变特征,分析洞庭湖附近生成的两个气旋波东移过程中在九江地区引起的强对流、暴雨天气。     

基于稳定度和能量指标作强对流天气的短时预报指标分析

主要基于1995—2001年强对流天气过程和高空探测资料,计算了K指数、A指数、位势不稳定指标以及能量平衡高度、位势不稳定能量等指标,并进行量化检验和预报指标的对比。结果表明:(1)A指数、K指数的数值大小对于强对流天气的预报具有一定效果。(2)位势不稳定指标I在安徽南方应用比北方的预报效果好,安徽南北方I的临界值有差异,北方I的临界值小,南方I的临界值大。(3)逐年的能量平衡高度和位势不稳定能量都可以分为两个阶段,第一阶段能量平衡高度高于350 hPa且处于极值是强对流天气预报的重要指标。总温度较高、饱和总温度较高、位势不稳定能量较高时,能量平衡高度较高;反之,能量平衡高度较低。这种对应关系可以通过α=0.01的显著性水平检验。(4)强对流天气过程期间,能量平衡高度较高。随着位势不稳定能量的增大,出现强对流天气的可能性也增大。     

阿克苏大降水落区预报方法的初步研究

应用常规高空资料和T213物理量场资料综合分析阿克苏地区大降水落区与天气系统和物理量的对应关系，给出了大降沓落区预报定量指标。     

分析初值对暴雨数值预报影响的试验

使用统计插值方案,对1990年11月7—9日和1991年7月27—29日两次暴雨过程,形成几种不同资料源和水平分辨率的客观分析初值。通过三重网格预报模式嵌套计算,探讨初值给于我国东部地区48小时暴雨数值预报的影响。     

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

兰州盛夏大降水短期预报

根据预报员的思路，运用专家系统匹配方法，依次对大降水的环流场、影响系统、高低空物理量配置等建立推理规则，然后输入计算机算出结果。     

预报异常极端高影响天气的 “集合异常预报法”：以北京2012年7月21日特大暴雨为例

对罕见极端高影响天气,既使一个模式有能力预报它,其数值预报也至少有以下难点:一是有多大把握确定所预报的天气是极端事件？二是其具体的定时、定量、定点预报可靠吗？本文介绍了集合预报和气候资料相结合的 “集合异常预报法”,并通过北京2012年7月21日（7.21）特大暴雨事件揭示出“集合异常预报法”和集合预报可以提供比单一模式预报更可靠和更准确的信息,从而可有效地缓解上述两大难点。作者建议中央气象台和其他有条件的台站可采用这种办法提高重大灾害性天气的预报能力。文中具体讨论了如下三方面:（1）标准化异常度（SA）的定义以及它同集合预报相结合提高对罕见极端高影响天气预报的可靠性,并由此可导出一个“社会影响矩阵”来定量地表达一个预报对社会的潜在影响;（2）利用集合预报,特别是多模式集合预报可以克服单一模式前后预报的跳跃性或不连续性问题,由此可延长实际可预报时效,如北京7.21事件超过100 mm大暴雨的实际可预报时效提前了2天;（3）SA还有助于认识异常天气发生的原因:从SA的分布看,造成北京7.21 大暴雨事件的短期天气尺度背景因素是从西北方向移来的冷锋和台风倒槽的相遇;从SA的演变看,该事件的中期大背景因素是在北京东北方向有阻塞高压发展并导致北京以西地区的低槽加强和发展（地面强冷空气堆积）,在高纬度形成了一个高、低压系统相间的波列,发展并维持,同时诱导热带系统北进。     

准地转Q矢量诊断场与暴雨关系的分析

应用准地转Ｑ矢量理论，分析了一次连续暴雨过程，共计算了１３个时次的Ｑ矢量及其散度、涡度、地转锋生函数等诊断场，得出了一些有益的结果，发现造成秋末冬初连阴雨中暴雨的内在机制，是冷暖空气相向运动，作顺时针旋转，螺旋式抬升的结果。提出了在实际预报业务中，应用Ｑ矢量场作暴雨落区预报的着眼点。