建设中尺度天气业务平台的若干科学技术问题Ⅱ：建设四大基地,开展应用试验

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在广东、湖北、安徽与上海三省一市分别组建华南、华中、江淮以及长三角中尺度观测与应用试验基地,作者以华南基地为例详细介绍了中尺度基地(或中尺度天气业务平台)的实施情况以及新技术的应用,构成了试验性的中尺度天气业务平台,在华南基地建设的基础上分别组建华中、江淮以及长三角三大试验基地,探索提高中尺度灾害天气监测、预报与预警能力的有效途径。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

河南省区域暴雨中尺度数值预报的准业务试验

通过近４年汛期在河南省气象台进行的现场准业务预报试验，对省级气象台开展中尺度数值预报问题作一些初步探讨。作者认为，对于我国区域中心城市和大的江河流域中心地带，气象部门为了公益服务和专业服务的特殊需要，开展这项工作是有益无害的。     

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。     

《卫星水汽图像和位势涡度场在天气分析和预报中的应用》导读建设中尺度天气业务平台的若干科学技术问题Ⅰ： 科学问题与基本架构

针对要建设中尺度天气业务平台所涉及的科学技术问题进行了深入的研讨,在此基础上提出解决这些科学技术问题必须采用的新技术与新理论,从而提出中尺度天气业务平台的建设思路和总体架构。     

中尺度天气动力学与灾害性天气预测的若干进展

通过对近二十年来中尺度天气动力学与灾害性天气预测方法研究成果的总结与回顾,为进一步开展这一方面的研究工作提供基础,少走弯路.     

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（一）系统概述、模式方程组及数值处理

根据业务预报试验的要求、资料来源的特点及计算机条件，以引进的ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式系统的开发、修改为基础，配套开发研制了一系列辅助子系统，在ＶＡＸ小型计算机上形成了一套完整的“中尺度业务数值预报试验模式系统”，并进行了初步试验。本文是该模式系统的原理和应用试验结果。     

RAFS系统在华南中尺度观测与应用试验基地成功进行准业务运行

中尺度灾害天气分析与预报平台(RAFS)是国家973项目"我国重大天气灾害形成与预测理论和方法研究"成果业务应用的集成平台,它包括雷达反演产品、卫星反演产品、LAPS中尺度分析产品、AREMS中尺度暴雨数值模式以及GRAPES区域模式预报产品等监测、分析与预报产品,提供给广东省气象台业务使用.     

高分辨率数值模式在强对流天气预警中的业务应用进展

结合高分辨率数值模式的业务发展及笔者在使用高分辨率数值模式中的一些经验,分析和总结高分辨率数值模式在强对流天气预报和预警中的国内外应用现状和发展趋势,并通过2014年一次强风雹过程的产品应用分析,指出高分辨率模式产品在业务应用中的两大优势:增加预报员的预期能力;有助于精细化预警和延长预警时效.论文还探讨了高分辨率数值模式在业务应用中需要注意的问题.最后,就我国天气预警业务如何快速从“基于观测分析”向“基于模式预报分析”过渡提出了一些建议,包括尽快建立灾害性天气测试平台、重视高分率数值模式的产品后处理研发和加强针对预报员的数值预报理论及相关技术培训.     

基于数据库的中尺度自动气象站网架构及其应用平台开发

结合金华中尺度自动气象站网的建设,系统地介绍了中尺度自动气象站的构成及其数据库构造,对应用平台开发中使用的ADO技术进行了初步探讨,并对应用平台包含的四大功能进行了简单介绍.     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

高分辨中尺度雷电预报模式GRAPES_LM的建立及其初步应用试验

为了探索雷电天气的数值预报新方法,在高分辨GRAPES_Meso中尺度预报模式中添加了各种水成物电荷密度预报方程组,同时从传统基于云模式的三维雷电模式中剥离出起电过程和放电过程参数化方案,作为中尺度模式的一种物理过程参数化方案嵌套进中尺度模式,使得整套中尺度模式包含了大气动力、雷电过程及各种物理过程,建立了大气动力-物理过程和雷电过程一体化的数值预报模式GRAPES_LM,建立的GRAPES_LM模式包含了多种复杂的微物理过程参数化方案,其中,包括中国气象科学研究院开发研制的双参数对流云参数化方案;包含了霰/雹与冰晶/雪晶碰撞回弹的非感应起电、霰/雹与云滴碰撞的感应起电及霰碰撞大云滴造成冰晶繁生的次生冰晶起电3种起电参数化方案以及最新的随机双向放电参数化。并利用美国CCOPE观测试验中的个例观测资料(1981年7月19日),进行了初步应用模拟试验,对模式的雷电数值预报的可行性进行了验证分析。结果表明,高分辨率GRAPES_LM模式对1981年7月19日的雷电过程个例做出了成功的模拟预报,较好地给出了雷暴云的动力、微物理和电过程的时空演变,雷电天气数值预报新方法的可行性得到了初步验证。     

雷达反射率因子在中尺度云分辨模式初始化中的应用Ⅱ：数值模拟试验

将反演的云微物理量和垂直速度采用"牛顿连续松弛逼近"(Nudging)技术应用到GRAPES模式中,对一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。通过设计不同的试验方案,分别对水汽、液态水和垂直速度对Nudging效果以及预报结果的影响进行了考察。研究发现,采用Nudging初始化方法,可使背景场与观测反演资料相协调,实现了模式中对流的热启动,模式预报的开始时刻就产生降水,缩短Spin-up时间。水汽对降水至关重要,对降水的强度和持续时间都有重要影响;云水、雨水和垂直速度决定了初始时刻对流的强弱分布并产生降水;水平风场决定了系统的移动方向,对预报降水的落区有重要影响。模式比较成功地模拟了6 h的降水过程,中尺度天气系统的时空特征比较明显,对流中心上升速度最大值约2.0 m/s,云水含量400 hPa以上较大,最大值约1.5 g/kg,雨水含量500 hPa以下较大,最大约3.0 g/kg,底层辐合高层辐散。反演资料对降水的影响随预报时间的增加而减弱,预报1 h之内反演资料有明显影响,3 h之后的预报则主要依赖模式自身。鉴于仅使用一部雷达资料的反射率因子资料,雷达资料没有覆盖整个模式区域,天气系统被截断,反演和同化过程还采用了一些经验参数方法等原因,数值模拟结果与雷达观测之间还存在一定的差异,有待于更深入的研究。     

季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统（MCS）进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体（MCC）,但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体（MCS-2）和带状β中尺度对流系统（MCS-4）的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能（CAPE）和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如“配料法”等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES（GRAPES_GZ）数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化（CP）方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的“灰色区分辨率”问题需要仔细考虑。      

重要天气观测编报中需要注意的问题

重要天气是指对国民经济各部门生产建设可能产生影响或造成危害的天气现象。正确观测、编发重要天气现象,对进一步加强大风、龙卷、冰雹、沙尘天气、积雪、雨凇、雷暴、雾等重要天气的监测和预警预报,及时掌握台站重要天气出现情况,开展短时天气、特别是短时灾害性天气预报和专业气象服务,提高防灾减灾能力,具有重要意义。但在实际工作中,由于观测员对一些常见重要天气现象的观测方法、编报规定学习理解不够深入,从而造成观测数据错误、多发报、少发报等错情。     

智能预报众创平台的建设与应用

为强化智能网格预报业务的技术支撑，研发了以智能工具箱为重要载体的智能预报众创平台，实现主观预报经验的客观化，促进客观订正技术的共建共享。技术方案包括：(1)基于智能网格预报平台GIFT,利用C#语言构建智能工具的二次开发环境，通过动态库接口实现对网格数据的交互订正；(2)建立B/S架构的智能工具管理平台，提供智能工具的上传及下载等功能，实现客观订正技术的共享。平台已实现全省业务应用，“雨量主客观融合”和“降水相态订正”等智能工具的应用提升了预报质量与效率，表明该平台有较好的应用推广价值。     

三维中-β尺度模式研究：一次气旋暖区锋生活动的中尺度结构的数值模拟试验

设计了一个中－β尺度数值模式，并用来试验模拟一次京津地区暖区锋生降水过程。其结果不仅给出了暖锋式锋面垂直环流（热力直接环流），而且还给出了叠加在其上的次级中尺度环流结构。这说明该模式具有研究中－β特征运动的能力。     

天气预报在社会经济研究与应用（ERA）的作用——北美观测系统研究和可预报性试验（THORPEX）计划的优先顺序

灾害性天气事件每年在全球造成数以千万人的死亡和数万亿美元的损失。天气给许多社会经济活动,例如农业、交通运输和水资源管理等,造成巨大影响。因此,决策者越来越离不开天气预报。然而,在提供的天气预报和天气预报在决策中的应用及希望得到的社会结果（例如在减少生命财产损失、提高社会福利等方面发挥的作用）之间存在很大的差距。