集合预报及其在中期天气预报中的应用

作者概述了集合预报的基本概念，集合预报中期天气预报中的意义与作用，现有的主要集合预报产品以及集合预报在美国美国国家气象中心和欧洲中期天气预报的业务运行。简要介绍了我国国家气象中心在动力延伸预报和集合预报方面的试验研究情况。     

美国国家气象中心中期预报时段内的集合预报

评述美国国家气象中心将集合预报的概念与方法引进中期预报领域，利用分辨率较低的模式做多成员的集合预报能获得较好的效果。     

中期数值天气预报发展综述

１　中期天气预报的概念　　中期天气预报通常指３天以上１５天以下的天气预报,它对防灾抗灾减灾、对工农业生产、国防、交通和组织大型露天活动等都有重大使用价值,因而世界各国都给予高度的重视。中期预报是一个困难而复杂的科学问题,它着重于研究行星尺度系统或者研究一群天气尺度系统的演变规律。特别是研究天气尺度系统与行星尺度系统之间的非线性相互作用和它们的中期物理过程。它既不同于长期预报,也不是短期预报的延长。世界各国的气象学家为了发展中期预报,已经作了几十年的努力,历经了４个阶段：（１）以前苏联莫尔坦诺夫斯…     

集合预报开创了业务数值天气预报的新纪元

近年来世界上随着几个气象中心的集合预报投入业务,标志着业务数值天气预报进行了一个新的纪元,在任何进修大气的起初状态是不知道的,只有近似地描述大气,所以确切地说,天气预报问题应该提为大气的相空间中合适的概率密度函数随时间的演变。在误差的增长超出线性动力学范畴之外,集合预报是预报大气概率密度函数演变唯一可行的方法。可用扰动的产生是集合预报的主要问题之一。沿着预报系统的相空间中最不稳定的方向来扰动初始条     

我国中期数值天气预报业务系统简介

文章全面而简要地介绍我国Ｔ６３Ｌ１６谱模式中期数值天气预报业务系统，还讨论了下一步如何进行研究改进。     

中期数值天气预报业务的回顾与展望

本文回顾了近年来国内外中期数值天气预报业务的新进展,简略地介绍了当今国外（以欧洲中期天气预报中心为主）和我国中期数值天气预报业务系统。最后对未来中期数值天气预报的发展作一展望,指出其未来发展的主要方向。     

中期数值天气预报中的高性能计算

到本世纪末，集合预报，四维变分同经，Ｋａｌｍａｎ滤波，高分辨率确定性预报等技术将在中期数值业务预报中得到应用，对于高性能计算机的需求约是ＣＲＡＹ Ｃ９０／１６的１０－２０倍，并行向量机的发展余地已不大，大规模并行计算机依然是高性能计算机发展的主流。     

用欧洲数值预报产品制作中期延伸预报

用欧洲数值预报产品制作中期延伸预报徐光洁黑龙江省地处我国东北，气候寒冷，农事季节短，春季是农业生产的关键季节，春季是低温阳或十旱少雨都会给农作物生长带来影响。为了对我省春季天气做出较准确的中期预报，我们利用连续而稳定的欧洲数值预报产品作中高传形势预报...     

T63中期数值天气预报谱模式

简要地介绍了国家气象中心中期数值天气预报模式，并且，给出了业务７天预报初步结果，其有效预报达５－６天。     

中期数值预报定量编码技术

随着三峡工程、清江隔河岩水库等大型水电工程的兴建和运行,其防汛、水库优化调度、工程施工等对未来一周的天气预报提出了新的更高的要求。常规中期预报方法已难以适应目前各行各业的需要。 近年来,宜昌市气象台已逐日接收ECMWF和日本气象厅发布的48～120小时500hPa环流形势和未来3～7天500hPa环流、涡度,850hPa温度、地面气压场预报图,并已接收中国气象局发布的T_(63)中期预报产品,这为预报员如同应用实况天气图作短期天气预报一样制作中期预报创造了条件。基于无格点资料这一实际,本文研究的重点在于应用大尺度环流背景和物理量场图形信息转化为定量数据的编码方法制作中期降水过程预报。     

集合预报研究及应用进展

从初值扰动的生成方法、数值预报模式的建立、输出产品的提炼应用等方面简要概括了集合预报的最新进展。指出，运用BGM法生成初值扰动效果较好，多模式集合预报正成为天气预报的发展趋势；集合概率预报是集合预报的最佳结果，但发布还需要做大量的普及推广和培训工作；集合预报正在被越来越多的国家投入准业务运行和业务运行．有可能成为新的主流预报方式。     

基于超级集合思想的数值预报产品变权集成方法探讨

针对目前地方气象台站能获取的国内外数值预报产品种类多、数量大、质量参差不齐的实际情况,探讨了几种基于超级集合思想的多模式数值预报动态变权集成处理方法.该方法经济、简便、有效,为预报员从海量的数值产品信息中提取更为准确和精细的集成形势场、物理量场、降水预报、冷空气活动预报、集成矩、特征线路图等多种具有较高质量的集成统计新产品,能动态反映各类数值预报模式的预报能力变化,在一定程度上提高了不同时间、不同区域的精细化预报水平和数值产品的利用效率,为业务预报提供了有价值的参考.     

基于快速更新同化的滞后短时集合预报试验及检验

本文基于华东区域中尺度快速更新同化数值预报模式系统(Shanghai Meteorological Bureau WRF ADAS Rapid Refresh System,SMB WARR),应用时间滞后法进行集合预报试验,试验由7个集合预报成员组成,进行逐小时预报,预报时效为6 h。本文通过对2011年6月17日至9月30日期间降水过程进行集合预报试验,引入面雨量对降水预报进行检验。结果表明：(1)小 大雨量级,集合平均优于集合成员预报,但暴雨量级集合平均不及部分集合成员预报。(2)不同的降水量级,并非都是最接近预报时刻,技巧最高,小 大两量级的降水可以提前6 h预报。(3)降水概率预报优于集合平均预报,具有很好的指示作用。可关注最接近预报时刻,小 中雨以上的降水,预报概率较大时,其可用性较大,而大 暴雨以上的降水,预报概率较小时,可用性较大。     

全球海温距平对月预报影响的数值试验

对1992年7月19日个例，进行了有、无海温距平的对比数值试验，研究了海温距平对月预报的影响。个例试验结果表明，海温距平对月预报的影响是重要的。海温距平不仅对全球降水量的影响明显，而且对温度场预报的影响也很明显。大气（温度、降水和高度场）对异常海温强迫开始响应的时间大约是10天。     

2009年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2009年9—11月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之;ECMWF模式对0917号热带风暴芭玛(Parma)的预报较为成功,T639模式稳定性较差,而日本模式对"芭玛"的预报无论是路径还是强度都存在较大偏差。     

2011年3—5月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式中期预报产品,对2011年3—5月T639模式96小时预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明：三种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式次之。另外,选取了2011年4月28-30日的沙尘天气个例进行分析,发现日本模式对于引发此次沙尘天气的地面高压系统的中期预报指示意义最好。     

Ensemble Forecasting of Tropical Cyclone Motion Using a Baroclinic Model

The purpose of this study is to investigate the effectiveness of two different ensemble forecasting (EF) techniques–the lagged-averaged forecast (LAF) and the breeding of growing modes (BGM). In the BGM experiments, the vortex and the environment are perturbed separately (named BGMV and BGME). Tropical cyclone (TC) motions in two difficult situations are studied: a large vortex interacting with its environment, and an apparent binary interaction. The former is Typhoon Yancy and the latter involves Typhoon Ed and super Typhoon Flo, all occurring during the Tropical Cyclone Motion Experiment TCM- 90. The model used is the baroclinic model of the University of New South Wales. The lateral boundary tendencies are computed from atmospheric analysis data. Only the relative skill of the ensemble forecast mean over the control run is used to evaluate the effectiveness of the EF methods, although the EF technique is also used to quantify forecast uncertainty in some studies. In the case of Yancy, the ensemble mean forecasts of each of the three methodologies are better than that of the control, with LAF being the best. The mean track of the LAF is close to the best track, and it predicts landfall over Taiwan. The improvements in LAF and the full BGM where both the environment and vortex are perturbed suggest the importance of combining the perturbation of the vortex and environment when the interaction between the two is appreciable. In the binary interaction case of Ed and Flo, the forecasts of Ed appear to be insensitive to perturbations of the environment and/or the vortex, which apparently results from erroneous forecasts by the model of the interaction between the subtropical ridge and Ed, as well as from the interaction between the two typhoons, thus reducing the effectiveness of the EF technique. This conclusion is reached through sensitivity experiments on the domain of the model and by adding or eliminating certain features in the model atmosphere. Nevertheless, the forecast tracks in some of the cases are improved over that of the control. On the other hand, the EF technique has little impact on the forecasts of Flo because the control forecast is already very close to the best track. The study provides a basis for the future development of the EF technique. The limitations of this study are also addressed. For example, the above results are based on a small sample, and the study is actually a simulation, which is different than operational forecasting. Further tests of these EF techniques are proposed.     

2010年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为了更好地应用T639模式的中期预报产品,本文对2010年9-11月T639模式的中期预报产品进行了天气学检验,并与ECMWF和日本模式进行了对比分析.结果表明,三家模式均对亚洲中高纬环流形势的演变和调整具有较好的预报能力,T639在144小时后预报性能减小比较明显.T639对超强台风凡亚比的路径预报偏差较大,而日本模...     

夏季亚欧中高纬度环流的集合预报效果检验

使用NCEP集合预报资料, 对亚洲中高纬地区2003年6—8月500 hPa高度场的集合预报效果进行了检验。环流预报效果检验结果表明:预报时效大于5 d时, 集合平均预报明显优于单一预报; 使用相同模式分辨率时, 集合平均能将可用预报时效延长12 h以上, 达到7.5 d; 通过集合预报可获得真正意义的概率预报结果, 取得较单一高分辨率预报好的预报效果。阻塞过程的个例分析也表明集合平均的预报效果明显优于单一确定性预报; 特征等值线可反映集合成员的不一致信息和少数集合成员的异常表现, 以此为基础, 可估计分析对象出现与否的概率, 达到提高预报效果的目的。     

基于多模式集成技术的地面气温精细化预报

基于ECMWF、JMA、T639、WRF四个数值模式2012年6月1日—9月30日地面气温3—60 h预报资料和郑州加密自动站资料,利用多模式集合平均(EMN)、消除偏差集合平均(BREM)、加权消除偏差集合(WBREM)及多模式超级集合(SUP)4种方法,对2012年8月29日—9月27日郑州城区11个站点地面逐3 h气温进行多模式集成预报试验,采用绝对误差对预报结果进行检验评估,结果表明:在30天的预报期内,BREM、WBREM及SUP对于大多数站气温预报效果有明显改善,而EMN方案对11个站预报效果改善则不太明显;4种方案中,BREM和WBREM预报效果相对较好且稳定,各个站上3—60 h预报的绝对误差均在2℃附近或以下;SUP方案虽然对个别站预报误差较低,但是其预报效果并不稳定,一些站点的个别预报时效误差大于2℃。对于郑州观测站的气温预报而言,4种集成方案20时起报的气温误差明显小于08时起报的误差,并且20时起报的SUP集成方案绝对误差明显小于其他方案的绝对误差。总体而言,BREM、WBREM及SUP三种集成方案能够给郑州精细化预报业务提供较好的参考。