大连地区及黄渤海域海雾预报方法

分析大连和长海12a的海雾资料，筛选出大连地区及黄渤海域海雾的预报因子，确立了海雾预报方法。     

黄海近岸海雾的初始场择优集合预报试验:个例研究

选取2014年4月发生的一次黄海近岸海雾个例,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展了集合预报试验研究。依据每个集合成员初始场中海平面气压、2 m温度、2 m水汽混合比与2 m相对湿度(relative humidity, RH)4个变量的均方根误差(root mean square error, RMSE)与RMSE集合平均值的相对大小,以剔除高于者而保留低于者的原则,设计了4种不同的初始场集合体择优方案,实施了一系列数值预报试验,比较了不同择优方案的集合预报效果。研究结果表明:(1)蒙特卡罗方法所生成的集合体中存在不少海雾预报效果较差的成员,这会降低集合预报效果,因此初始场择优十分必要;(2)以RH作为择优变量的择优方案(记为RH-RMSE方案),集合预报效果明显优于其他3种方案;(3)对比不择优集合预报,采用RH-RMSE方案的择优集合预报效果不仅节省了50%左右的计算时间,并且公正预兆评分(equitable threat score,ETS)改进率高达36%左右。本研究提出的RH-RMSE方案具有业务化应用前景。     

区域气候模式对我国冬春季气温和降水预报评估

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式 (RegCM_NCC) 对1983— 2002年冬季以及1984—2003年春季我国平均气温和降水进行了数值回报试验, 并对2003— 2007年进行实时预报。结果表明:区域气候模式20年冬、春季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似, 我国大部地区平均气温预报与实况接近; 模式回报的冬、春季降水量的分布形态与实况有较大差异, 全国大部地区模式回报降水量比实况偏多, 西南地区降水量误差最大。使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分 (P) 和距平相关系数 (ACC) 等5个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析, 结果表明:该模式对我国冬、春季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力。大多数年份冬、春季平均气温的P评分在60以上, 冬、春季平均气温多年平均分别为66.4和67.8;大多数年份的冬、春季降水评分为60~75, 冬、春季降水多年平均分别为69.9和65.6。     

区域气候模式对我国冬春季气温和降水预报评估

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式(RegCM_NCC)对1983 2002年冬季以及1984-2003年春季我国平均气温和降水进行了数值回报试验,并对2003-2007年进行实时预报.结果表明:区域气候模式20年冬、春季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似,我国大部地区平均气温预报与实况接近;模式回报的冬、春季降水量的分布形态与实况有较大差异,全国大部地区模式回报降水量比实况偏多,西南地区降水量误差最大.使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分(P)和距平相关系数(ACC)等5个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析,结果表明:该模式对我国冬、春季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力.大多数年份冬,春季平均气温的P评分在60以上,冬、春季平均气温多年平均分别为66.4和67.8;大多数年份的冬、春季降水评分为60～75,冬、春季降水多年平均分别为69.9和65.6.     

宁波海雾特征和预报着眼点

本文用1971—2011年石浦站资料及NCEP再分析资料,统计分析宁波各种强度海雾特征和合成分析其出现的天气背景。统计表明：海雾多发生于4—6月,主要出现在23时至次日11时,其中23时至次日02时最多,11时后消散。风力在2~3级的西南或东北风有利于海雾的发生。相对湿度在90%~95%,本站气压在990~1002 hPa时,海雾发生概率随着湿度的增加及气压的减小而增加,但对于能见度≤50 m的强浓雾来说,相对湿度和本站气压范围分别为92%~95%和990~999 hPa,且强浓雾随湿度及气压的增加而增加。宁波海雾通常出现在江淮气旋、冷空气影响前和梅雨锋中低涡东移前。合成分析表明：锋面雾一般形成于系统过境前2～3 d,局地上空西南暖湿气流影响时;或静止锋南侧,局地上空风速较小,且前期有充足水汽汇聚并导致湿层增厚;平流雾形成时上空位于西南涡前部,长时间西南暖湿气流输送,形成一定厚度和范围的湿度层,在该天气背景下,下垫面的气 海温差维持在0~1.5℃左右,露点 海表温差在-0.5~0℃上下。浓雾（强浓雾）的形成需在稳定的大气层结下,长时间深厚的暖湿气流里,同时来自北方的冷海流不断注入宁波沿海。此外,雾的强度与暖平流及海表冷平流的强度有较大关系。这些对宁波海雾及其强度的预报有较好指导作用。     

用GRAPES模式输出变量因子作广东沿海海雾预报

通过分析5年(2004—2008年)NCEP的1°×1°再分析气象资料,结合2004—2008年的台站观测资料和2006—2008年海雾野外试验的观测资料建立预报变量因子,利用GRAPES模式得到并输出变量因子。结合NCEP资料分析海雾出现的各种判据和条件,选取湛江、珠海、汕头3站为代表,建立了广东沿海自西向东各地区的海雾MOS判别预报方法,实现了24h的海雾判别预报。对2008年3月湛江和汕头、4月珠海的预报检验表明,该海雾MOS判别预报方法对广东沿海海雾具有一定的预报能力,预报准确率为84%～90%,Ts评分为0.40～0.53,Hss评分为0.52～0.56。     

ECMWF模式对陕西2016年春夏季气温预报性能评估

利用2016年春、夏季节陕西99个国家站的气温逐1 h观测数据,对ECMWF高分辨率数值模式对陕西国家站0~72 h逐3 h和78~240 h逐6 h的气温预报性能进行评估。结果表明,陕西大部分地区,气温预报误差≤1 ℃和≤2 ℃的准确率在72 h之前分别为30%~50%和55%~85%,96 h之后分别为10%~30%和25%~55%,夏季的准确率高于春季,20:00起报的准确率略高于08:00起报。随着预报时效的增加,模式的气温预报能力和稳定性波浪式下降,日变化特征明显,23:00至次日11:00时段的预报能力和稳定性好于14:00—20:00时段。模式的气温预报值与观测值有很好的相关性,但是模式和实际观测站的地形高度差异会对气温预报质量产生较大影响。基于气温垂直变率和模式与实际观测站的地形高度差异进行的高度差订正,可以适当提高模式的气温预报水平,文中提出的几种气温预报的高度差订正方法,对陕西大部分地区的气温预报为正订正效果,但还存在一些问题,有待进一步研究。     

广东沿岸海雾决策树预报模型

利用汕头、珠海和湛江地面观测站2000-2008年1-5月的海雾历史观测资料和NCEP/NCAR FNL再分析资料,采用分类与回归树(CART)方法对海雾及其生成前24 h的海洋气象条件进行分类分析,建立了海雾决策树预报模型;并根据现有的海雾理论认识,对海雾预报规则包含的物理意义进行讨论.10次交叉检验的结果表明:采用...     

NCC_CGCM模式的我国夏季降水集合预报方法效果评估及改进

通过对国家气候中心全球海气耦合模式(NCC_CGCM)1983～2006年48个不同初值样本的我国夏季降水预报(回报)、等权重集合预报及二次非线性订正预报的评估效果比较,其中订正预报的平均效果比等权重集合预报的平均效果好,但总体平均预报效果都不高.在评估中发现,48个样本在不同地区的预报效果的差异显著,正相关显著区域出现的位置各不相同,有的样本出现在江南,有的出现在东北,还有的出现在黄淮等地,因此提出了用历史回报的相关系数构建新的集合预报.试验表明,新集合预报的平均效果优于等权重集合预报、二次非线性订正预报和业务系统中现有的集成方法.     

Evaluation of the Global and Regional Assimilation and Prediction System for Predicting Sea Fog over the South China Sea

In the South China Sea, sea fog brings severe disasters every year, but forecasters have yet to implement an effective seafog forecast. To address this issue, we test a liquid-water-content-only(LWC-only) operational sea-fog prediction method based on a regional mesoscale numerical model with a horizontal resolution of about 3 km, the Global and Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES), hereafter GRAPES-3 km. GRAPES-3 km models the LWC over the sea, from which we infer the visibility that is then used to identify fog. We test the GRAPES-3 km here against measurements in 2016 and 2017 from coastal-station observations, as well as from buoy data, data from the Integrated Observation Platform for Marine Meteorology, and retrieved fog and cloud patterns from Himawari-8 satellite data. For two cases that we examine in detail, the forecast region of sea fog overlaps well with the multi-observational data within 72 h. Considering forecasting for0–24 h, GRAPES-3 km has a 2-year-average equitable threat score(ETS) of 0.20 and a Heidke skill score(HSS) of 0.335,which is about 5.6%(ETS) and 6.4%(HSS) better than our previous method(GRAPES-MOS). Moreover, the stations near the particularly foggy region around the Leizhou Peninsula have relatively high forecast scores compared to other sea areas.Overall, the results show that GRAPES-3 km can roughly predict the formation, evolution, and dissipation of sea fog on the southern China coast.     

A Comparative Analysis of Chemical Properties and Factors Impacting Spring Sea Fog over the Northwestern South China Sea

In the present study, we analyzed the chemical properties and factors impacting the sea fog water during two sea fog events over the northwestern South China Sea in March 2017, and compared our results with those of other regions. The sea fog water during these two events were highly acidic and their average pH was below 3, which was related to the high initial acidifying potential and large amounts of NO₃^- and SO₄^2- not involved in the neutralization ...     

黄渤海海雾数值预报系统及检验方法研究

基于PSU／NcAR的WRF模式2．2版本,优选模式微物理过程和边界层方案,开发了海雾诊断程序,并将该诊断程序耦合到WRF模式中,建立了黄渤海海雾数值预报系统,对2007年6月30至8月1日多个海雾过程进行了连续业务预报试验。结合常规沿海站点和卫星监测资料的特点研究设计了能见度数值预报多种检验方法。结果表明：海雾数值预报系统可较准确地诊断（预报）海上能见度,特别是对大雾预报有较好的指导作用,具有一定的应用价值。检验方法的设计是目前海洋气象观测资料匮乏的有益尝试,能有效地控制数值预报产品的质量。     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。     

2009年春季一次黄海海雾的观测分析及数值模拟

利用5种观测资料和RAMS（regional atmospheric modeling system）模式对2009年5月2_5日发生在黄海海域的一次海雾过程进行了观测分析和数值模拟研究。结果表明：1）所取个例的整个生命过程受同一高压系统影响,该高压在海雾过程后期的形变促使海雾消散,这在以往的黄海海雾中较为罕见。2）黄海北部形似“7”的雾区形态的出现和演化与1～3℃气海温差的变化吻合,气海温差对海雾形成和演变的重要作用得到再次验证。3）RAMS模式具有一定的海雾数值模拟能力,得到的雾顶高度分布与卫星云图所显示的雾区形态吻合良好。     

微波湿度计资料在GRAPES模式中偏差订正方法研究

根据微波湿度计MHS(Microwave Humidity Sounder)辐射率资料及GRAPES(Global/Regional Assimilation and Pr Ediction System)模式的特点,建立适用于MHS资料的偏差订正系统,该系统包括扫描和气团偏差订正,其中气团偏差订正考虑水汽资料的特性,采用三种不同预报因子组合的方案。偏差订正结果表明:MHS各个通道的扫描偏差表现出不同特征;偏差订正后观测残差基本服从均值为零的高斯分布,且观测残差的均值有所降低并随时间变化平稳;三种气团偏差订正方案都有明显的订正效果,其中方案三的订正效果最佳。     

一个黄渤海海雾大气水平能见度算法

为了提高对黄渤海海雾天气海面大气水平能见度（以下简称“能见度”）的数值预报能力,利用黄渤海23个沿岸和岛屿测站2013—2017年雾天的地面观测数据,构建了基于湿度信息的能见度算法（A-F算法）,并将之应用于黄渤海海雾的能见度数值预报。结果表明,与常用的根据模式预报的云水含量诊断能见度的SW算法（Stoelinga and Warner,1999）相比,A-F算法表现更优,尤其可以诊断出被SW算法漏报的能见度为1～3 km的轻雾,说明A-F算法对黄渤海海雾天气能见度的数值预报具有一定应用价值。若将来加入浮标与船舶观测数据,可以进一步改进A-F算法能见度公式的具体形式;依据本文构建A-F算法的思路,可以发展适合其他海域的海雾天气能见度诊断公式。     

极轨卫星高层通道在GRAPES同化系统中的应用

针对GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)模式三维变分系统高层背景场温湿廓线外推方案的局限性,提出以气候垂直廓线重新构造高层温湿垂直结构,以减小外推方案的偏差。首先采用一维变分同化系统,展开模拟实验:分析目前模式中使用的外推方案误差及其对反演结果的影响,利用高层大气气候廓线构造垂直结构并分析同化偏差。最后,运用GRAPES全球分析预报系统进行同化实验并分析改进程度。结果显示:模拟研究表明采用高层背景场温湿廓线外推方案与实际观测相比最大偏差在1 h Pa附近可达数十度以上,不仅影响平流层,而且对对流层也有影响;用气候温度数据修正GRAPES高层温度数据,可以减少50%以上的偏差,证明了用气候值高层数据优化现行GRAPES模式中同化系统高层插值方案的可行性。全球GRAPES三维变分同化试验结果显示,改进方案不仅显著的改善平流层分析质量,对对流层中高层也有改进。     

Possible Sources of Forecast Errors Generated by the Global/Regional Assimilation and Prediction System for Landfalling Tropical Cyclones. Part Ⅱ: Model Uncertainty

This paper investigates the possible sources of errors associated with tropical cyclone (TC) tracks forecasted using the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES). In Part I, it is shown that the model error of GRAPES may be the main cause of poor forecasts of landfalling TCs. Thus, a further examination of the model error is the focus of Part II. Considering model error as a type of forcing, the model error can be represented by the combination of good forecasts and bad forecasts. Results show that there are systematic model errors. The model error of the geopotential height component has periodic features, with a period of 24 h and a global pattern of wavenumber 2 from west to east located between 60°S and 60°N. This periodic model error presents similar features as the atmospheric semidiurnal tide, which reflect signals from tropical diabatic heating, indicating that the parameter errors related to the tropical diabatic heating may be the source of the periodic model error. The above model errors are subtracted from the forecast equation and a series of new forecasts are made. The average forecasting capability using the rectified model is improved compared to simply improving the initial conditions of the original GRAPES model. This confirms the strong impact of the periodic model error on landfalling TC track forecasts. Besides, if the model error used to rectify the model is obtained from an examination of additional TCs, the forecasting capabilities of the corresponding rectified model will be improved.     

夏季低压控制下黄海西北部海域海雾发生气象条件合成分析

利用瞬变扰动分析的原理,提供了一个可以客观判定海雾发生时天气类型的方法。在分类结果的基础上,对环流形势、散度和垂直速度以及温度湿度的垂直廓线等进行合成分析,得到低空（1 000 hPa）为低压扰动下发生海雾（L型海雾）的环流和物理量场基本特征,并与高压控制下海雾（H型海雾）进行对比,结果表明：1）L型海雾位势高度负异常扰动主要表现在低层,其平均值为-65.66 gpm,向上逐渐减弱;2）L型海雾在发生时其逆温强度小于H型海雾,雾层较厚,雾层上空湿度仍然比较大,而H型海雾雾层上空有比较明显的干层;3）L型海雾在垂直方向上的分布具有三层结构,第一层1 000～950 hPa为辐合伴有弱上升和下沉运动,第二层950～850 hPa为辐散伴有弱下沉运动,第三层850～500 hPa为逐渐加强的上升运动;H型海雾为两层结构,1 000 hPa为辐散伴有弱的上升和下沉运动,950～500 hPa为一致的下沉运动;4）概率密度统计分析进一步定量表明了L型和H型海雾发生时垂直运动以及相对湿度在各层中的分布情况。这些结论对黄海西北部夏季低压环流形势下海雾的预报提供了重要参考。