基于4种高分辨率模式的辽宁省雷达回波预报邻域检验结果对比

选取2017—2018年6—9月辽宁省不同降水性质,具有2种不同特征的20次天气过程个例,应用模糊检验邻域法中的分数技巧评分(Fraction Skill Score, FSS),评估华东模式、华北模式、GRAPES＿3km模式和睿图东北模式对辽宁省中小尺度系统的预报能力。结果表明：区域性降水过程和局地性降水过程雷达回波强度越小,邻域半径越大,高分辨率模式预报技巧越高。当雷达回波大于30 dBz时,各高分辨率模式对局地性降水的雷达回波预报FSS评分均较高。当邻域半径为3 km时,区域性降水过程中,华北模式预报技巧在各级别雷达回波预报中均高于其他模式,最大FSS差值为0.031。局地性降水过程中,华东模式预报效果较好,最大FSS评分为0.127,表明华东模式预报中小尺度对流系统能力更强。局地性降水过程,睿图东北模式在08—23时预报时次中,“中间”时次的预报效果优于“两头”时次的预报,两个时次最大FSS差值为0.121。     

日本高分辨率模式对中国降水预报能力的客观检验

利用2012年4月1日-8月31日中国2419个台站逐6 h降水资料、CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与中国3万余个自动站逐时降水融合资料,基于客观统计方法,分别检验了日本高分辨率模式对中国逐6 h、12 h和24 h分段站点、格点降水的预报能力。结果表明:(1)模式晴雨预报技巧随分段间隔的增加整体增加,暴雨预报技巧在12 h分段表现相对较好;(2)就站点检验来说,模式晴雨预报的降水频数高于观测,6 h和12 h分段暴雨预报低于观测频数,24 h分段则与观测基本一致,通过计算调整阈值可以明显改善技巧评分;(3)6 h分段降水标准差比值1,出现预报为中雨,而观测为暴雨或小雨的概率增大,24 h分段则相反;(4)整体而言,模式对东南地区的预报技巧高于西北地区,但沿海地区降水的偶然性更大;(5)模式预报与高分辨率卫星、自动站融合降水产品有更好的一致性,阈值调整的空间相对有限;(6)东南地区预报与观测的相关性大于西北地区,模式对东部沿海地区降水量级的预报比西部地区更为合理。     

基于天气形势分型的珠江三角洲强对流潜势预报方法

珠江三角洲出现强对流的机制有多种情况,不同天气形势下引起的强对流,其出现时各项强对流指数必然存在一定的差异。本文对强对流的触发机制进行天气形势分型(冷空气影响触发、西南暖湿气流触发、后汛期副高边缘影响,台风影响等),利用广州热带海洋研究所中尺度模式GRAPES的输出资料,计算出不同天气形势下强对流发生前1h当地各层的涉及水汽条件、不稳定能量、动力条件等强对流指数,对强对流指数阈值进行选取和验证,统计出珠江三角洲不同天气形势下短时强降水和雷雨大风出现时的强对流指数阈值,并建立相应的潜势预报系统,分别通过一次典型的雷雨大风和一次短时强降水天气过程验证,表明该系统提供的强对流分型潜势预报概率产品可以较好的指示出强对流发生的时间和位置以及强对流出现的类型,预报与实况观测比较一致。     

GRAPES_3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估

利用传统点对点TS评分、邻域法以及对象检验等多种方法,综合评估了GRAPES_3 km模式的对流风暴预报性能,分析了传统检验方法和新型空间检验方法对高分辨率模式评估的适用性和差异性,并同GRAPES_Meso模式的相关结果进行了对比。结果表明:对强对流典型个例的预报评估发现,综合应用多种评估方法能够更全面地评估对流风暴预报,获取模式在对流风暴初生和发展变化过程中的预报性能。使用点对点评分方法,GRAPES_3 km模式对风暴和强风暴的预报都明显优于GRAPES_Meso模式。对于模式不同起报时间的预报,起报时间越新预报效果越好。邻域TS方法考虑了时空偏差,GRAPES_3 km模式20和35 dBz采用时间邻域1 h,空间点对点时预报技巧最高;50 dBz时空偏差较大,时间邻域尺度为3 h技巧最高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_3 km模式对不同阈值的对流风暴预报均能达到最低技巧尺度,而GRAPES_Meso模式对35 dBz以上的对流风暴基本无预报能力。对象检验可以评估对流风暴特征的预报效果,GRAPES_3 km模式的对流风暴个数预报与实况较为一致,但面积预报明显低估。该模式对β中尺度的对流风暴形态、位置等预报较好,对γ中尺度的对流风暴预报尺度偏大、形状偏圆、轴角偏小,对α中尺度的对流风暴预报尺度偏小、形状偏扁、轴角偏大。GRAPES_Meso模式的对流风暴面积、个数、尺度预报较实况均偏小,位置预报偏差较大,形状预报较实况偏圆、轴角偏小。传统点对点TS评分方法和新型空间检验方法对高分辨率模式对流风暴预报的检验结论一致,依然具有一定的参考价值,但新型空间检验方法能够提供更详细的评估信息。     

基于邻域法的高分辨率模式降水的预报能力分析

利用2011—2013年ECMWF、日本、T639高分辨率模式降水预报数据,CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与自动站逐小时降水融合资料,基于邻域法FSS(Fractions Skill Score)、ETS(Equitable Threat Score)评分指数,分析模式的降水预报性能。(1) 暖季(5—9月)三家模式对小雨量级降水预报频率偏多,随着降水量的增大,模式预报频率逐渐减小,降水阈值10.0 mm左右时,预报频率接近无偏,FSS趋于1,其中T639模式受尺度变化影响最大。(2) 对ECMWF模式来说,降水阈值小于5.0 mm时,增加空间尺度,能够同时提高降水量级、范围的预报准确率,对5.0 mm以上量级降水,增加尺度不利于提高ETS评分;对T639模式来说,调整邻域空间尺度对降水FSS、ETS评分影响不大。(3) ECMWF、日本模式分别在局地性、系统性降水上有较好的预报表现,使用较大邻域来评定局地性降水并不合理,但对系统性降水来说,50~110 km的空间尺度能够取得较好FSS评分。(4) 不同月份上,三家模式的降水量级、范围的预报技巧评分不尽相同,整体来说,三家模式均在7月降水量级预报最合理。      

基于邻域法的区域模式环渤海短时强降水预报评估

利用2020年5—9月Grapes＿3km、华东、华北、东北中尺度区域模式降水预报资料和中国气象局陆面数据同化系统产品数据集1 h降水资料,基于邻域法对副热带高压外围850 hPa切变线、东北冷涡、500 hPa高空槽、台风、台风外围500 hPa高空槽和850 hPa切变线5类影响系统下环渤海区域的短时强降水预报(≥20 mm·h^-1)进行检验评估。结果表明：5 km邻域时,各区域模式在环渤海区域短时强降水预报的FSS和命中率都很低,随着邻域增大,从50 km邻域开始,检验结果给出了当预报存在位移偏差时有价值的评分结果。第5类影响系统下的短时强降水,Grapes＿3km和华东区域模式分数技巧评分(FSS)分别于250 km和300 km邻域达到了最低预报技巧,其他区域模式各邻域均未达到最低预报技巧。其他影响系统下的短时强降水,4种模式各邻域FSS均未达到最低预报技巧,在各邻域华北区域模式对于第2、3、4类影响系统下的短时强降水预报FSS高于其他模式,Grapes＿3km对于第1类影响系统下的短时强降水预报FSS高于其他模式。根据命中率和空报率的检验结果,Grap...     

国家级强对流天气分类预报检验分析

预报产品的客观检验是记录、考量各种预报业务质量,促进预报水平提高的重要手段,也是整个天气预报过程中的重要环节。本文采用"点对面"Threat Score(TS)、漏报率、空报率等客观指标首次对2010—2015年4—9月国家级强对流天气预报中雷暴、短时强降雨以及雷暴大风和冰雹等分类预报进行了检验。同时,本文也对强对流天气落区分类预报客观检验存在的问题以及未来发展进行了讨论。检验结果表明:过去6年间,6~24 h时效预报,雷暴TS评分为0.22~0.34,短时强降水为0.18~0.24,雷暴大风和冰雹为0.01~0.07;48、72 h时效预报、雷暴TS评分为0.30~0.40,强对流天气TS评分为0.16~0.23,除雷暴预报TS评分在2012—2013年有所回落外,其他类别的强对流天气预报总体上TS评分呈上升趋势,雷暴大风和冰雹预报评分明显低于其他两个类别。雷暴空报率是漏报率的2~3倍,短时强降水漏报率与空报率接近,雷暴大风和冰雹天气漏报率和空报率都在0.8以上。与美国风暴预报中心(SPC)2000—2010年定期发布的1 d对流展望产品检验结果比较,强天气预报中心雷暴和短时强降水落区预报TS评分较高,雷暴大风和冰雹评分较低。典型个例预报检验结果表明,系统性大范围的风雹天气可预报性较强,评分要显著高于平均预报水平;对于非过程性的、分散的风雹天气,预报难度大,TS评分低。     

高分辨率模式雷达回波预报能力分析

利用2018年7—8月GRAPES_3 km、东北短临(WRFRUC)高分辨率模式综合雷达回波预报数据和辽宁省SWAN雷达组合反射率(MCR)实况,基于邻域法FSS评分指数,分析模式在台风北上和副热带高压边缘暴雨过程中的雷达回波预报能力。结果表明:两家模式在不同降水过程中对小阈值雷达回波有较好的预报技巧,随着回波量级增大,模式预报FSS逐渐减小,雷达回波55 dBz时,FSS甚至为0。当邻域半径是3时,35 dBz以下的回波预报中GRAPES模式在台风北上暴雨中的预报技巧低于副热带高压边缘,35 dBz则相反。WRFRUC模式始终表现为台风北上暴雨中预报较好。当邻域半径9时,WRFRUC模式在台风暴雨中的FSS评分高于GRAPES模式,GRAPES模式在副热带高压暴雨中的FSS评分始终高于WRFRUC模式。GRAPES和WRFRUC模式的最大FSS评分技巧均出现在邻域半径是11时,分别为0.239和0.195。GRAPES模式中FSS评分在12 h逐小时预报中前3个时次较强,WRFRUC模式则表现为中间时次强,两头弱。     

琼北强天气触发机制的分析与预报着眼点的初步探讨

通过对 1989年 3～ 6月引发琼北强对流天气的机制分析 ,得出该地强对流天气的发生与锋面、切变线、SSW风与 SSE风的辐合线等中尺度天气系统有关 ,同时提出各类中尺度天气系统下强天气预报的着眼点     

广东省后汛期强对流天气潜势预报方法研究

利用2007—2008年两年7—10月广东后汛期强对流天气出现时的雷达资料、对应的GRAPES模式资料以及地市台站上报的强对流天气发生的实况,把瞬时大风〉17.2 m·s^-1、冰雹、龙卷作为强对流发生的依据,对上述数据进行整理。根据广州热带海洋研究所中尺度模式的输出GRAPES资料,结合雷达CAPPI数据,计算单体的各层风速、温度、湿度、有效位能等环境特征量,将单体特征和模式计算的单体环境场要素以及强对流发生实况,通过多元逐步回归方法建立后汛期强对流天气潜势预报方程,据此对发生于广东省后汛期强对流天气（如雷雨大风、冰雹和龙卷风）进行0～1小时临近预报。用预报成功率（POD）、虚假警报率（FAR）和关键成功指数（CSI）衡量方法的预报性能。共有5540个有效样本参与回归计算,31个因子中有12个引入了回归方程,建立的预报方程在阈值取为0.26时,得到的预报成功率POD为0.73,虚假警报率FAR为0.61,关键成功指数CSI为0.338,各项指标均要好于前汛期预报性能;从实际的预报能力来看,在后汛期强对流潜势预报中,后汛期强对流潜势预报方法得到的空报率和漏报率都要低于前汛期,预报效果较好,可用于广东后汛期的强对流天气潜势预报中。     

三类强对流天气临近预报的模糊检验试验与对比

强对流天气具有尺度小、演变快的特点,为了满足强对流预报检验、评价的需求,本文引入了模糊检验方法,该方法通过在空间等属性上进行尺度变换处理,可获得预报在不同空间尺度上的评价信息。以中国气象局SWAN等短临预报业务系统提供的1 h回波外推预报为例,对三种类型强对流天气系统进行了模糊检验试验对比,并据此构造了三种理想强对流天气模型,进一步研究了各种模糊检验方法的特性,发现:相对于"点对点"的传统检验方法,模糊检验能够在不同尺度和评价策略上给出有关预报的更多信息,给予预报更加全面和客观的评价;针对不同的评价策略,同一个预报的最优尺度是有差异的;不同的模糊检验方法各有特点,适用范围也有差异;相对于传统检验方法,模糊检验方法的应用范围更广,尤其是当预报偏差达到一定程度时,多种模糊检验方法仍然能够给出有参考意义的评分。综合来看,对于高阈值、小尺度特征的强对流事件,低判别标准的最小比例法、模糊逻辑法和多事件列联表等检验方法更有应用价值。     

闽北不同季节强对流天气异同点分析

强对流天气是闽北主要灾害性天气之一。通过分析闽北春季(3—4月)、汛期(5—6月)、台风季(7—9月)三个不同季节的强对流天气的一些异同点,找出不同季节闽北强对流天气的一些气候特征,为闽北不同季节强对流天气的预报服务以及人工防雹作业提供依据。     

FSS-based Evaluation on Monsoon Precipitation Forecasts in South China from Regional Models with Different Resolution

This study evaluated the forecast skill of CMA-GD 3 km and CMA-GD 1 km with hourly Rapid Update Cycle (RUC) for five monsoon precipitation events in South China from 2018 to 2020, using the fraction skill score (FSS) of the neighborhood spatial verification method. The results revealed that, among the 24-lead-hour forecasts in CMA-GD 3 km, the FSS for the 0.1 mm precipitation threshold increased linearly with the lead time from 3 to 1 hour, while there was no significant improvement in other lead times. For the 5 mm precipitation threshold, the forecast skill was highest for the latest 1-hour lead time, while the FSS showed slight variation between lead times of 24 hours and 8 hours. The FSS for 10 mm and 20 mm precipitation thresholds were similar to that of 5 mm, with the difference that the best score occurred at the 2-hour lead time. Among the 6-lead-hour forecasts in CMA-GD 1 km, the forecasts of the latest 1-hour lead time were the best choices for four precipitation thresholds. When comparing CMA-GD 3 km and CMA-GD 1 km, it was found that CMA-GD 3 km had better skill for forecasts of 0.1 mm and 5 mm precipitation at 2-hour and 1-hour lead times, while CMA-GD 1 km had better skill for all other forecasts, including the forecast of 20 mm precipitation nearly all lead hours (including 3- to 6-hour, and 1-hour lead times). The results suggest that the increased resolution of the model may be beneficial for precipitation forecasts in South China, especially for short-duration heavy precipitation over a longer lead hours. However, the limited sample size of this study calls for further evaluation using more cases to validate the results′ generality.     

强对流天气临近预报技术研究

强对流天气是严重危害人民生活的危险性天气,特别是对于空中飞行有重大影响。目前,国内外主要的临近预报技术包括利用雷达资料的雷暴识别和跟踪技术、利用卫星资料的强降水估计,概率预报技术、概念模型和数值模式预报技术等。本文重点介绍近年来发展起来的强对流天气临近预报方法和主要业务系统,分析了临近预报技术中存在的主要问题并对未来发展趋势进行了展望。     

Hazard Analysis of Severe Convective Weather in Guangdong Province, China

A hazard model of severe convective weather was constructed on the basis of meteorological observational data obtained in Guangdong Province between 2003 and 2015. In the analysis, quality control was first conducted on the severe convective weather data, and the kriging method was then used to interpolate each hazard-formative factor, the weights of which were determined by applying the coefficient of variation method. The results were used to establish the hazard-formative factor model of severe convective weather. The cities showing the greatest hazards for severe convective weather in Guangdong Province include Yangjiang, Dongguan, Foshan, Huizhou, Jiangmen, and Qingyuan.     

通辽市一次强对流天气的环流背景和雷达回波分析

利用常规天气资料和新一代多普勒天气雷达资料产品,分析了2009年7月16日通辽市开鲁县、奈曼旗、科左中旗、科尔沁区遭受雷电、龙卷风、冰雹袭击的天气过程。结果表明:低层有较强的西南气流提供了丰富的水汽条件,中高层有弱冷平流,形成了不稳定的大气层结,为强对流的发展提供了有利的天气背景。同一条对流云带上的两个对流云团合并,在合并处有更强的对流云团,甚至龙卷发生。回波顶高度与反射率因子的强度有一定的对应关系,通常情况下回波顶高度越高,则反射率因子的强度越大,对流越强,发展越旺盛。     

山东省强对流天气雷达回波气候特征

通过对７１３天气雷达观测资料的统计分析,揭示了山东４￣８月份强对流天气回波时空分布、产生源地、移动路径及回波参数指标等雷达回波气候特征,对强对流天气短时预报具有指导作用。     

阿克苏强对流天气雷达回波统计特征

为了发挥雷达监测和预警强对流天气的作用,制作出精细化的临近短时预报,应用2005-2006年63次冰雹云回波资料对雷达回波参数进行了分析,得到5—8月强对流天气的回波特征。阿克苏强对流回波强度强,96．8％集中在40～60dBz,其负温区厚度很厚,正负温度区的厚度比平均为1：2．0。     

京津冀地区强对流时空分布与天气学特征分析

利用2001-2008年5-9月京津冀地区175站危险天气报和灾情报告资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,采用统计分析等方法,对京津冀地区雷雨大风、冰雹和短时暴雨3类强对流天气的时空分布以及环流特征进行了分析.结果表明:(1)雷雨大风多为7～8级,主要盛行偏北或偏西风,京津冀中南部、西北部和京津风速较大;冰雹以中雹...     

闽北强对流天气的短时监测及判别方法研究

利用2005-2009年的闽北冰雹、大风、短时强降水过程所对应的闪电资料产品,分析了闪电资料在各类不同性质的天气过程中的表现特点;用2008年10月至2010年4月的大气电场资料对不同类型天气的表现特点进行了分析,得出一些有益的结论。这些分析可加强业务人员对闪电资料产品和大气电场资料的认识,对今后闪电资料和大气电场资料在预报业务中的应用具有一定参考意义。研究发现利用闪电定位资料和大气电场资料对闽北强对流天气进行短时监测和判别预报具有定性明确、客观化程度较高等优点,在业务实践中有较高的应用价值。