数值预报产品在航空气象预报中的应用

文章对WAFS及国内外利用WAFS格点资料和图形产品进行航空天气预报的方法和简要介绍；希望气象业务部门在此基础上，充分利用我国民航气象数据库资料制作更丰富的航空预报产品和提高雷暴，积冰，颠簸等对飞行有重要影响天气现象的预报准确率，进一步满足航空用户的各种需要，提高航空气象服务效益。     

航空气象要素预报算法和个例研究

介绍了颠簸、积冰、风切变航空气象要素的预报算法,其中对晴空颠簸采用L-P指数预报,对积冰的预报采用在经典积冰指数基础上计算VV指数预报,对风切变指数采用对垂直风切变和水平风切变以不同权重相加得到风切变指数的预报算法。实现了基于中尺度数值模式MM5产品的晴空颠簸、积冰、风切变的航空气象要素的预报,并对以上3种天气过程分别进行了典型个例分析,重点在于模式预报结果与实况天气的对比验证,结果表明中尺度数值模式对积冰、颠簸、风切变有一定预报能力。     

数值预报产品在航空气象预报中的应用

文章对WAFS及国内外利用WAFS格点资料和图形产品进行航空天气预报的方法作了简要介绍;希望气象业务部门在此基础上,充分利用我国民航气象数据库资料制作更丰富的航空预报产品和提高雷暴、积冰、颠簸等对飞行有重要影响的天气现象的预报准确率,进一步满足航空用户的各种需要,提高航空气象服务效益.     

WAFS数值预报产品的诊断分析及应用

介绍了将WAFS系统下发的GRIB数据从数据库中的提取、插值方法、物理量诊断分析及产品可视化过程,其中重点介绍积冰、颠簸等航空危险天气的预报方法。初步应用表明,该诊断分析及可视化系统在实际预报工作中起到了很好的指导作用。     

中央气象台航空气象预报技术系统进展

航空气象预报技术是天气预报技术中涵盖范围最广、技术难点最多、要求最高的集成技术之一.国家气象中心基于气象大数据云平台与智能网格技术,面向抢险救灾、国防安全、民用航空、通用航空等需求初步建立了航空气象预报服务咨询技术体系.重点介绍了机场精细化天气预报、机场进近区危险天气预报和航路危险天气预报技术.阐述了中国气象局大数据云...     

晋中市分县气象要素短期预报系统研究

用国家气象中心1995－1997年6－9月份的T106数值预报产品，运用统计，分析的办法，对晋中市11个县市的温度，降水，风向风速的24，36，48，72h的预报进行了试验研究，并建立了《晋中市分县气象要素短期预报系统》，本文统直接挂接在MICAPS系统下，自动处理数值预报产品资料，制作晋中市11个县市的温度，降水，风向风速的24－72h滚动预报，预报结果以晋中市区域图为底图显示，该系统运行稳定，速度快，对各气象要素均有较高的预报水平。     

山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍

介绍了影响飞机增雨飞行安全的积冰、颠簸、对流等不利气象条件的指数计算方法,及其对应的积冰、颠簸、对流发生强度等级标准。利用中尺度数值预报系统输出的温度、相对湿度、风场、过冷水含量等模式预报结果,制作了相关指数预报产品,并在飞机增雨天气保障业务中进行了应用。以2005年5月16—17日飞机增雨作业过程为例,简要分析了积冰指数等预报产品在安全飞行气象保障中的应用情况。     

高分辨率有限区务数值预报模式及降水预报试验

该文介绍了国家气象中心在原业务有限区模式基础上开发的一个新的高分辨率有限区模式，该模式除分辨率提高外，其主要改进表现在：１．增加了地面土壤过程，地面辐射过程，地面摩擦及边界层垂直湍流输送；２．积云对流参数化方案改用质量通量方案取代了原来的Ｋｕｏ方案。文章还对模式的准业务运行结果作了较全面地评述。     

对华南对流云中过冷云水-飞机积冰的直接气象因子的中尺度数值预报试验

利用“海峡两岸及临近地区暴雨试验”（HUAMEX）加密观测资料和MM5湿物理显式方案模拟研究了1998.5.23-24自粤北移向南海海岸冷锋前对流云团中的云物理过程，给出了造成飞机积冰的直接气象因子-云中过冷水的空间分布和随时间演变及其与水汽、冰相（冰晶、霰、雪）、垂直气流的相互关系。结果显示，当对流较强因而产生冰相后，由于冰粒子与过冷水间的碰并及过冷水滴蒸发，过冷水迅速减少；当对流较弱因而只有液相云水而无冰相加入时，过冷云水维持。模拟试验显示具有完善湿物理显式方案的高分辨非静力平衡中尺度数值模式MM5可用于对飞机积冰的直接气象因子-云中过冷水的数值预报。     

建立在Indigo工作站上的航空气象业务系统

航空气象业务系统选用高性能的Ｉｎｄｉｇｏ工作站，收集与处理的资料量大，提供的航线、机场和独特的三维图产品丰富。系统采用开放式模块化结构设计，在网络状态下运行，网上用户可共享其全部的资源和产品。     

用10层准拉格朗日有限区域模式对高原东侧锋生过程的数值模拟

本文对一次引起夏季华北暴雨的锋生过程进行了研究。在诊断分析的基础上,我们采用十层准拉格朗日有限区域模式对此个例进行了48小时的模拟,并对模拟输出结果进行解释与再次诊断。表明:(1)夏季高原东侧有时两支气流交绥很清楚,温度对比明显,与梅雨锋的情况很不相同,这在夏末尤其如此。这种温度对比区虽比冬季弱,但是,与夏季天气系统的发展及降水是有关系的。(2)模拟结果与实际观测资料是很相似的,再现了两支气流形成切变线的三维结构、移动与演变,并模拟出了在对流层中存在着深厚的24小时变温区;模拟发现,一条东北-西南向的锋生     

利用数值预报产品制作府环河流域面雨量预报试验

以府环河流域内所有加密自动气象站降水资料为基础,使用泰森多边形法计算实况面雨量,利用T213、GRAPES、MM5、JAPAN和GERMANY数值预报模式短期降水预报产品,将其在府环河流域上所有格点资料的算术平均值作为预报因子,采用灰色预测GM（0,h）模型,制作府环河流域24h、48h面雨量预报。经过2007年主汛期6～8月预报业务实际应用,其面雨量预报能力较强,其中面雨量暴雨预报Ts综合评分,24h的为52．0％,48h的为40.0％。     

基于观测系统模拟试验的海表气象观测站点布局方案研究

为了科学设计黄渤海海洋气象边界层观测站网并研究观测网布局对数值天气预报模式的影响,本文采用模式误差、海洋气象要素特征区域资料统计分析和观测系统模拟试验（OSSE）方法,根据边界层雾、层云降水、小风与中等风速天气条件设计布局方案,并分析站点观测要素对数值预报模式的要素预报的影响。模拟试验数据使用了每6 h NCEP再分析资料FNL（NCEP Final Operational Global Analysis data）、NCEP每天平均的高分辨率海温资料RTG_SST（Real-Time Global Sea Surface Temperature）和石油平台、浮标站等每小时实况观测资料,评估了黄渤海海洋气象站网布局各个方案的优缺点。评估结果表明,湿度和风的要素预报受实况风向风速条件影响,偏东和偏北风个例湿度要素预报较好。然而,在偏南中等风速个例中,风场预报要素更接近实况。温度场的分析综合结果显示,在海气相互作用影响较大的天气过程中,特征区域布站能明显提高温度要素的预报准确率。最后,综合分析多项模拟试验的结果,给出了改进数值预报准确率的海洋布站建议。     

Nonlocal Turbulent Mixing Based on Convective Adjustment Concepts (Ntac)

A nonlocal turbulent mixing parameterization is introduced in this study and denoted by the acronym NTAC, which stands for Nonlocal parameterization of Turbulent mixing using convective Adjustment Concepts. NTAC uses the average value of quantities in the turbulent domain in much the same way that local convective adjustment schemes use the average potential temperature. Averages are determined in the region with non-convective turbulence using information from the two end layers (denoted by TLA, Two Layer Average), while all layers contribute to the average in regions with convective turbulence (denoted by CLA, Convective Layer Average). The NTAC parameterization estimates the mixing percentage and uses this percentage as a mixing coefficient. These percentages are determined from a simplified turbulent kinetic energy equation. The scheme is versatile, conservative, and when programmed efficiently the proposed parameterization is a computationally acceptable nonlocal procedure that can be used in many existing numerical weather prediction forecast models.Numerical weather forecast model simulations using the NTAC parameterization and traditional K-theory are compared against radiosonde data. The accuracy of the proposed NTAC parameterization is found to be competitive with K theory. The greatest improvement of the NTAC over K-theory occurs during the daytime and early nighttime hours when (dry) convective activity is high. Also, areal cloud coverage is increased by the NTAC parameterization. Our findings show that the greatest nonlocal vertical mixing occurs between the layer nearest the earth's surface and the remaining layers making up the planetary boundary layer.     

基于模式先验信息的贝叶斯集合降水概率预报试验

为了更好地利用降水预报历史先验概率分布函数信息修订集合概率预报效果,基于贝叶斯原理和贝叶斯降水概率预报模型,分别使用1952—2007年历史观测资料和2009—2011年6月24~120 h中国T213全球集合预报历史资料作为先验信息,对中国不同气候区代表站（广州、南京、武汉和成都）建立贝叶斯降水概率预报模型,对比不同先验信息下集合成员与集成贝叶斯降水概率预报拟合结果差异,分析先验信息对贝叶斯降水概率预报模型的影响,在此基础上,采用模式先验信息的贝叶斯降水概率预报模型,进行2008年6月降水概率预报试验。试验结果表明,由T213集合预报产生的先验信息较历史观测资料产生的先验信息更优,当先验信息的降水概率分布函数曲率最大处偏向降水大值区时,贝叶斯模型的降水预报结果也偏向降水大值区,反之亦然。结果还显示,先验信息对贝叶斯降水概率预报模型有重要影响,若先验信息偏向更多更大降水量时,贝叶斯降水概率预报对有降水的预报更优,若降水先验信息偏向更少更小降水量时,对无雨或微量降水预报效果越好。     

基于注意力机制与自适应时序分解的气温预报模型

针对传统方法在捕捉气象序列长期依赖关系及泛化性能上的不足,提出了一种基于稀疏注意力与自适应时序分解的气温预报模型（ATFSAS）。该模型整体采用编码器 解码器架构,结合稀疏注意力机制以有效捕捉气象观测数据间的长期依赖性。为减少编码过程中造成的冗余,提出了一种信息蒸馏方法。通过结合多层解码器与自适应时序分解单元,逐步细化预报信号中的周期性和趋势性分量,实现了较为精准的气温预报。基于德国耶拿气象数据集,进行24 h精细化气温预报,其平均绝对误差为1.7108℃。基于中国地面气候资料日值数据集,进行中短期日平均气温预报和多地区单日平均气温预报,相比传统模型LSTM,ATFSAS模型预报结果的平均绝对误差分别提升了35.56%和23.66%。     

Validation of Strategies using Clustering Analysis of ECMWF EPS for Initial Perturbations in a Limited Area Model Ensemble Prediction System

One of the main challenges for a skilful Limited Area Model Ensemble Prediction System (LAMEPS) is the generation of appropriate initial perturbations. In most operational LAMEPSs, the initial perturbations are provided by a global Ensemble Prediction System (EPS). Molteni et al. (2001 Marsigli, C., Montani, A., Nerozzi, F., Paccagnella, T., Tibaldi, S., Molteni, F. and Buizza, R. 2001. A strategy for high-resolution ensemble prediction. II: Limited-area experiments in four Alpine flood events. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 127: 2095–2115. (doi:10.1002/qj.49712757613)[Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]) proposed clustering analysis as an objective selection criterion to choose a member from the global European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF)-EPS model as initial perturbations in LAMEPS. In this article, another strategy for using the clustering method is investigated which ensures that initial perturbations are centred on the control analysis. The main purpose of this article is to study the benefit of cluster analysis and to validate the effect of different clustering strategies on the performance of a 17-member LAMEPS. The system used in this study is the operational Aire Limitée Adaptation Dynamique Développement InterNational-Limited-Area Ensemble Forecasting (ALADIN-LAEF) model.

Three experiments were carried out over a 50-day period to validate different clustering strategies: i) representative members of 16 clusters from the 50-member ECMWF-EPS, where initial perturbations are not necessarily centred; ii) representative members from eight clusters and the symmetric pairs from ECMWF singular vector analysis; and iii) eight arbitrarily chosen ECMWF-EPS singular vector pairs. Results of the verified experiments show that the statistical reliability of ALADIN-LAEF improves when clustering is applied, but no clear improvement can be seen in the skill of LAMEPS. A case study of a heavy precipitation event confirms the result of the 50-day verification. The validation shows that none of the clustering strategies outperforms any other.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] L'un des principaux défis d'un système performant de prévisions d'ensemble de modèle à domaine limité (LAMEPS) réside dans la génération de perturbations initiales appropriées. Dans la plupart des LAMEPS opérationnels, les perturbations initiales sont fournies par un système de prévisions d'ensemble (EPS) global. Molteni et coll. (2001 Molteni, F., Buizza, R., Marsigli, C., Montani, A., Nerozzi, F. and Paccagnella, T. 2001. A strategy for high-resolution ensemble prediction. I: Definition of representative members and global-model experiments. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 127: 2069–2094. (doi:10.1002/qj.49712757612)[Crossref], [Web of Science ®] , [Google Scholar]) ont proposé l'analyse par groupement comme critère de sélection objectif pour le choix d'un membre du modèle EPS global du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) comme perturbations initiales dans le LAMEPS. Dans cet article, nous étudions une autre stratégie d'utilisation de la méthode des groupements, qui assure que les perturbations initiales sont centrées sur l'analyse de contrôle. Le but premier de cet article est d’étudier les avantages de l'analyse par groupement et de valider l'effet des différentes stratégies de groupement sur la performance d'un LAMEPS de 17 membres. Le système utilisé dans cette étude est le modèle opérationnel ALADIN–LAEF (Aire limitée, Adaptation dynamique, Développement InterNational – Prévisions d'ensemble à domaine limité).Nous avons mené trois expériences sur une période de 50 jours pour valider différentes stratégies de groupement: i) membres représentatifs de 16 groupements d'un ECMWF–EPS de 50 membres, où les perturbations initiales ne sont pas nécessairement centrées; ii) membres représentatifs de huit groupements et les paires symétriques issues de l'analyse par vecteurs singuliers du ECMWF; et iii) huit paires issues de l'analyse par vecteurs singuliers du ECMWF-EPS choisies au hasard. Les résultats des expériences vérifiées montrent que la fiabilité statistique du ALADIN–LAEF s'améliore lorsqu'un groupement est appliqué, mais on ne perçoit aucune amélioration nette dans l'habileté du LAMEPS. Une étude de cas d'un événement de fortes précipitations confirme le résultat de la vérification de 50 jours. La validation montre qu'aucune des stratégies de groupement ne surpasse les autres.     

淀山湖蓝藻发生程度气象预测模型

为了为淀山湖蓝藻控制提供技术依据,根据1998—2009年淀山湖蓝藻发生程度和同期气象资料,用相关分析方法分析淀山湖蓝藻暴发的气象条件,用逐步判别方法建立淀山湖蓝藻发生程度的气象预测模型。结果表明:主要影响淀山湖蓝藻暴发的气象因子是温度。气象指标为:7—8月平均气温大于等于29℃,6—9月日最高气温大于等于35℃日数大于等于16天,7—8月日照时数大于等于420h,6—8月降水量小于等于420mm;气象预测模型Ⅰ(起报时间6月初)和模型Ⅱ(起报时间8月初)拟合的准确率分别为91.7%和100%;2010年试报,模型Ⅰ预测正确,模型Ⅱ预测值比实际值低1级。建立的淀山湖蓝藻发生程度气象预测模型可应用于业务。     

基于年际增量法的华西秋雨预测模型建立及检验

利用1962—2018年华西地区301个气象台站秋季降水量资料和国家气候中心整理的130项气候系统指数，采用年际增量法建立了华西秋雨预测模型。首先通过相关分析挑选了4个与华西秋雨年际增量前3主模态密切相关的影响因子，进而采用多元线性回归方法进行建模，拟合时段和后报时段分别选为1962—1991年和1992—2018年。华西秋雨年际增量前3主模态累积值的预测模型通过了α=0.01的显著性水平检验，表明该模型具有较高的拟合预测能力。然后用相同的预测因子分别建立华西地区301个气象站点的华西秋雨年际增量预测模型，大部分模型都通过了显著性检验。用PS评分指标对预测效果进行检验，结果显示后报期年平均PS评分达74.5分。从空间分布来看后报期大部分站点的PS评分都超过60分，其中四川盆地南部、贵州东部和湖南西部等地超过80分。与华西各省和国家气候中心发布的近6年秋季降水预测PS评分进行比较，发现模型后报结果有显著优势。总体来看，用年际增量法建立的华西秋雨预测模型具有较高的预测技巧和实际应用价值。     

基于WRF模式的风电场短期风速集成预报方法研究

风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。