基于小波分析的西北区智能网格气温客观预报方法的检验评估

基于中国气象局(China Meterological Administration,CMA)高分辨率数值预报产品、欧洲中期数值预报中心(the European Center for Medium-range Weather Forecast,ECMWF)精细化数值预报产品和国家级地面观测站数据,采用小波分析方法及滑动训练、最优融合等技术对模式误差序列进行时频处理,实现了对模式系统误差和局地误差的订正,发展了西北区智能网格气温客观预报方法(northwest intelligent grid temperature objective prediction method,NWTM)。以2017年3月—2018年2月数据作为训练样本,对2018年3月—2019年1月西北区239个国家基本站进行检验。结果表明:1)NWTM对CMA和ECMWF两种模式产品的气温预报能力有显著的提升;随着预报时效增长,两种模式订正产品的误差增大。2)NWTM对ECMWF西北区最高气温的订正效果要明显优于CMA,但就最低气温而言,NWTM对CMA的订正效果更为显著。其中,就24 h最高气温而言,ECMWF在宁夏的订正效果最好,CMA在青海的订正效果最好;而对于24 h最低气温的预报,CMA在西北4省的订正效果相差不大,ECMWF在陕西的订正效果最好。3)空间误差检验表明:针对最高气温的预报,ECMWF订正产品的订正能力明显优于CMA,特别是在甘肃河西走廊和中东部、陕西北部和南部、宁夏中南部及青海大部。就最低气温的预报而言,ECMWF和CMA对甘肃河东和陕西南部的订正能力较好;ECMWF订正产品在宁夏中南部及青海南部的订正能力高于CMA,而CMA订正产品在陕西中部的订正能力更优。     

GFS模式地形高度偏差对地面2 m气温预报的影响

利用2016年1月1日—12月31日全球预报系统(GFS,Global Forecasting System)1～5 d的2 m气温预报资料,以及同期中国地面气象站2 m气温观测资料,研究模式地形高度偏差对地面2 m气温预报的影响。结果表明,较大模式地形高度偏差可严重影响2 m气温模式预报性能,导致较大预报误差。随着模式预报时效延长,2 m气温预报均方根误差也略有增加。比较模式地形高度偏差和预报时效对于模式预报性能的影响,发现模式地形高度偏差对于模式预报效果的影响更加显著。两种地形订正方案,即不做温度垂直订正的线性回归以及对温度进行垂直订正的线性回归都能显著减小2 m气温模式预报的误差,后者的订正效果更好。     

智能网格预报时空协调一致关键技术研发

自2016年起,我国大力推进气象业务向"智能化、无缝隙、精准化"发展。2017年宁夏积极推进智能网格预报业务体系建设,在网格预报智能订正、主客观融合订正、格点/站点/落区一体化、灾害天气智能识别等方面开展了一些尝试,取得了一定的成果,目前各项成果均引入到宁夏智能化天气预报业务平台中。其中一项关键技术,是智能网格预报的时空协调一致技术。该项技术在主客观融合订正、格点/站点/落区一体化中发挥了重要作用。本文重点针对这一关键技术的设计思路和实现方法进行介绍、讨论。     

福建省ECMWF细网格模式2 m温度预报误差分析与订正

选取2022年1月1日—12月31日ECMWF细网格模式2 m温度预报24 h以内预报时效产品和对应时次的福建省70个国家站观测资料进行分析,采用ARIMA(差分自回归移动平均)模型和双权重ARIMA模型分别对2 m温度预报产品进行偏差订正,并对订正前后的结果进行对比分析。结果表明：1) ECMWF模式2 m温度预报在福建省主要呈现冷偏差,随着预报时效的增加,均方根误差和准确率随之变差;分别用两种模型进行订正,平均绝对误差由2.1℃以内减小到1.6℃以内,均方根误差从2.5℃以内降低到2.1℃以内,且偏差越大,订正效果越明显。2) ECMWF模式2 m温度逐月预报效果差异较大,订正后各评价指标均有显著改进,各月平均误差在-0.5—0.5℃。3) ECMWF模式2 m温度预报偏差主要表现为福建东部沿海小、中西部较大;订正后平均绝对误差和均方根误差减小至2℃以内,且对高海拔地区的站点改善效果更加明显。与ARIMA模型相比,双权重ARIMA模型订正后平均绝对误差与均方根误差更小、准确率更高,订正效果更好。     

日极端气温的主客观预报能力评估及多模式集成网格释用

精细格点天气预报是我国未来几年天气预报业务发展重点。利用ECMWF、GRAPES等业务数值模式和广东站点观测资料,对日极端气温的主客观预报能力进行了多角度综合评估。统计结果表明,T_(max)、T_(min)的主客观预报误差均存在明显季节差异,在系统误差相对平稳的夏半年主观预报具有较明显订正能力,模式预报呈现一定流依赖特征,温度越高(低),负(正)偏差越明显;主客观预报误差空间分布均受地形影响,随着时效延长误差总体增幅不大,主观订正能力也较稳定。根据以上评估特征和网格预报特点,研究开发了一套多模式动态集成网格释用技术方案(McGF)。结果表明,相比单个模式的预报和主观预报,McGF较明显提升了T_(max)的预报技巧;T_(min)的模式预报偏差总体较T_(max)偏小,McGF提升幅度相对较小;网格释用后的广东区域预报能较合理反映气温空间和强度特征,较周边未经释用区域明显更优。     

有限区域模式的非均匀网格应用研究

用有限区域模式进行试验研究，对比了嵌套网格与非均匀网格的优劣，指同非均匀网格具有明显的优点，提供了一种把均匀网格变换成非均匀网格的简单易行方法，并以ＭＭ２模式为实例进行了变换及数值模拟，其结果是令人满意的，该方案可以推广到全球模式中去。     

一种气温的数值预报权重误差订正释用方法

该文在对几种数值预报产品的气温要素预报结果进行检验的基础上,尝试建立了一种权重误差订正方法:通过对数值预报产品进行检验订正,首先根据EC粗网格预报结果结合典型天气形势判断气温走势建立方程,对不同预报产品以近期准确率作为权重平均并结合误差加以订正,建立订正预报方程,对历史个例的检验和试报说明此方法对于提高气温预报的准确率,减小误差是有效的。     

广东省第4、5天分县气温预报及其误差分析

利用欧洲中心数值预报产品,采用完全预报方法(PP法)分季节建立广东省分县第4、5天最高、最低气温预报方程,并进行误差检验和分析.结果表明:误差大小有明显的季节差异,并具有一定的地域分布特点;最低气温的预报效果明显好于最高气温,夏秋季最低气温、夏季最高气温的平均绝对误差均小于2℃,具有较高的参考价值.逐日误差与天气密切相...     

智能网格预报在重大活动气象服务保障中的应用——以环广西公路自行车世界巡回赛为例

在智能网格气象预报产品的基础上,采用B/S+C/S混合架构,建立了"环广西"赛道气象服务产品共享平台。通过共享平台,快速完成精细化气象服务产品的制作和发布,为做好重大活动气象服务保障提供借鉴和参考。     

Application of an error statistics estimation method to the PSAS forecast error covariance model

In atmospheric data assimilation systems, the forecast error covariance model is an important component. However, the paralneters required by a forecast error covariance model are difficult to obtain due to the absence of the truth. This study applies an error statistics estimation method to the Pfiysical-space Statistical Analysis System （PSAS） height-wind forecast error covariance model. This method consists of two components： the first component computes the error statistics by using the National Meteorological Center （NMC） method, which is a lagged-forecast difference approach, within the framework of the PSAS height-wind forecast error covariance model; the second obtains a calibration formula to rescale the error standard deviations provided by the NMC method. The calibration is against the error statistics estimated by using a maximum-likelihood estimation （MLE） with rawindsonde height observed-minus-forecast residuals. A complete set of formulas for estimating the error statistics and for the calibration is applied to a one-month-long dataset generated by a general circulation model of the Global Model and Assimilation Office （GMAO）, NASA. There is a clear constant relationship between the error statistics estimates of the NMC-method and MLE. The final product provides a full set of 6-hour error statistics required by the PSAS height-wind forecast error covariance model over the globe. The features of these error statistics are examined and discussed.     

基于小波分析的客观预报方法在智能网格高低温预报中的应用

基于2017—2018年中国气象局高分辨率数值预报产品、甘肃实时城镇预报产品和国家级地面观测站数据,利用小波分析、滑动训练、最优融合等技术,研发出甘肃省智能网格高低温客观订正产品。检验分析表明:城镇预报产品、滑动训练订正产品、最优融合产品3种订正产品对CMA预报均有订正能力,3种客观订正产品的最高气温订正能力强于最低气温订正能力;滑动训练法与最优融合法产生的高低温订正产品,在系统误差明显地区(甘南、陇南等)的预报结果要好于模式客观预报,而高低温城镇预报产品在气温局地性强或者模式客观预报能力差的区域有优势;最优融合预报方法生成的高低温产品预报能力略高于滑动训练订正产品且与现有预报员制作城镇预报产品基本持平,初步具备了替代主观预报的能力。     

基于平均滤波算法的北疆春季日最低气温格点预报产品订正分析

本文选用中国气象局下发的0.05°×0.05°的国家级格点预报指导产品和中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）逐时实况数据资料,使用三种平均滤波方法分别订正北疆地区08时、20时起报的240h内逐24h 最低气温的格点预报指导产品,并分别对比检验订正前后共8种产品的预报效果。检验结果表明: 订正后的预报产品相比原始格点预报指导产品的均方根误差均明显降低,气温预报准确率及稳定性均显著提高。三种订正算法均随着海拔高度越高订正效果越好,且随着预报时效延长订正效果减弱。三种算法中集成订正效果略优。     

基于LPSC算法的逐小时格点气温客观预报及检验评估

基于中国气象局陆面数据同化系统(Land surface Data Assimilation System of China Meteorological Administration,CLDAS)逐小时气温实况融合数据,检验评估了ECMWF、CMA-MESO-3km不同尺度模式对甘肃省逐小时气温的预报性能,并利用低频滑动平均订正算法(LPSC)对模式的系统性误差进行订正;同时对SCMOC和订正后两种模式的逐小时气温预报效果进行了统计对比。结果表明:1)ECMWF、CMA-MESO-3km模式对甘肃省逐小时气温的预报具有相对稳定的系统性误差,夜间预报准确率明显低于白天,主要表现为夜间预报显著偏高,白天为小的负偏差。2)LPSC算法能够有效改善ECMWF和CMA-MESO-3km对甘肃省逐小时气温预报的系统性误差,订正效果显著。订正后ECMWF、CMA-MESO-3km的预报准确率分别较模式本身提高了20.24％、20.25％,平均误差减小至±0.3 ℃之内;空间分布亦表明,订正后全省平均误差均明显降低至±2 ℃之内。3)同类产品对比检验表明:订正后ECMWF、CMA-MESO-3km两种逐小时气温预报产品的预报效果整体上均优于SCMOC,预报准确率分别较SCMOC高20.65％、13.55％,平均绝对误差在各个时次也明显低于SCMOC。技巧评分的空间分布表明,订正后ECMWF在全省大部分地方均为正技巧,其中酒泉南部山区可达80％以上;而订正后CMA-MESO-3km的预报效果各个季节分布存在差异,主要体现在陇中和陇东南地区,冬春季以弱的正技巧为主,夏秋季基本为负技巧。另外,业务应用结果表明,对于转折性天气过程,使用该方法需要特别注意。     

高分辨率区域模式降水预报在云南的检验

为了解高分辨率区域数值模式降水预报在云南的预报效果和误差特点,针对华南中尺度模式、华东区域数值预报业务模式和中央气象台GRAPES-Meso模式对2017年9月—2018年12月云南降水预报进行检验分析。结果表明:华东模式降水预报效果整体最好,其降水的振幅接近实况,晴雨准确率也是最高,而华南和GRAPES模式空报率和漏报率普遍偏高。三种模式对滇东北、滇中西部、滇西北北部≥0.1 mm降水预报评分普遍较低,对滇南、滇西南、滇西边缘地区的评分普遍较高。在滇东北北部、滇中西部、及滇西北北部地区三种模式对≥10 mm降水TS评分普遍较低。对于≥25 mm降水,华东模式和华南模式在滇中、滇西地区的TS评分高于GRAPES模式。对于≥50 mm降水,华东模式和华南模式在滇东南、滇西南、滇西边缘及金沙江河谷沿线TS评分高于GRAPES模式。对于云南强降水天气过程,≥0.1 mm降水华南模式预报效果较好,但10 mm和25 mm以上量级降水华东模式的预报效果较好,≥50.0 mm则是GRAPES模式更具参考价值。     

ECMWF细网格2 m温度预报产品在南疆西部温度预报中的释用

利用2016年1月1日—2018年12月31日ECMWF细网格模式2 m温度预报产品,使用三次多项式差值方法内插到站点,并用中短期天气预报检验方法,对南疆西部12个国家站与15个区域自动站共27个站的最高、最低气温未来24 h预报效果进行检验分析。结果表明：ECMWF细网格模式2 m温度预报产品对南疆西部非山区站未来24 h最高、最低气温的预报能力较好,对山区站未来24 h预报效果差;对南疆西部最高、最低气温的预报效果随季节变化,夏季预报准确率高于冬季,秋季预报准确率最低;模式最高气温预报准确率在降雪、高温天气时较高,最低气温预报准确率在降雨时较高,在高温过程中较低;模式对于降雨、降雪、大风/沙尘等天气最高气温预报偏低,高温事件中最高气温预报偏高。最低气温预报在降雨、高温天气中偏高,降雪时偏低,大风/沙尘天气最低气温预报偏东地区偏高、偏北地区偏低。降雪、高温天气预报相对降雨、大风/沙尘天气预报效果更稳定。     

上海地区春季最高气温预报失败案例分析

本文分析了2015年3月17—18日上海地区连续两天发生最高气温预报失误的天气背景,并使用当日实况观测和业务预报使用的数值模式资料,剖析预报失败的原因,分析表明:对天空状况的误判是导致17日预报失败的主要原因,且东南风预报偏强更进一步增大了预报误差;冷空气影响时间的判断失误是导致18日预报失败的主要原因。从模式预报的实时检验、预报的跳跃性和不确定性角度分析了预报中存在的问题:预报员应重视本地和上游实况,从传统对单一确定性模式预报的依赖向多模式多起报时次及能提供概率预报和不确定性信息的业务集合预报的分析思路转型。此外,还需加强对集合预报的系统性检验、评估及数值预报释用产品的开发,增加包含不确定性信息的公众天气预报发布形式。     

华南区域模式在湖南省的2 m温度预报检验与订正研究

基于2019年8月至2020年7月华南区域模式（CMA-GD）预报和湖南97个国家站2m温度实况,开展了模式温度预报检验和逐步回归订正技术研究。结果表明,华南区域模式2m温度预报与实况变化趋势基本一致,预报偏差具有明显日变化,白天准确率下降、夜间升高,随着预报时效的延长,偏差增大;夏半年预报偏差大于冬半年;湘西预报效果优于湘东;00时起报的2m温度预报优于12时起报。基于华南区域模式预报产品,区分起报时次和季节的2m温度预报逐步回归订正预报效果较好,订正后预报相对于模式预报误差下降、准确率提高,有明显正技巧,对12时起报的模式预报效果改善更大,不同站点订正效果略有差异,对预报误差较大站点,订正效果明显。