对区域数值模式(REM)的改进及数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性,对REM先后进行水平、垂直分辨率的提高,并运用常规报文资料获得初始场,运用包络地形方法获得模式所需的地形资料,对1994年7月12─13目的大暴雨个例进行了数值试验,结果表明,仅提高REM的水平分辨率,对降水预报有一定的改进和提高,但多报出了几个大暴雨中心。而对模式水平及垂直分辨率均提高后（称此模式为C模式）,其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高,虚假降水中心消失,C模式的水平、垂直分辨率基本上是协调的。     

η模式边界层方案的优化及其对暴雨的数值试验

利用16层垂直不等距MEM，引入高分辨边界层方案，将模式垂直分层增加至2l层，并将改进后的模式用于暴雨的数值模拟。结果表明：改进后的模式对降水的预报特别是暴雨的预报有了很大的改进，其降水场的预报TS评分、特别是暴雨TS评分明显高于以前的模式，这对模式进一步的业务化具有重要意义。敏感性试验表明：提高模式的垂直分辨率有益于暴雨预报水平的提高。模式对混合长和湿有效率较为敏感；模式下垫面特征分类的精确性对模式的预报结果有很大的影响。     

CMA-MESO关键技术集成及应用

基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度系统的对流可分辨同化系统和陆面资料同化系统,实现雷达径向风、风廓线雷达、FY-4A成像仪辐射率、卫星云导风、卫星GNSSRO、地面降水观测以及近地面资料等非常规局地稠密资料的同化应用,发展快速循环技术,建立全国3 km间隔3 h的快速循环同化预报系统——CMA-MESO（GRAPES-MESO 3 km）并实现业务化运行。2020年6—9月汛期业务检验结果表明：CMA-MESO预报的近地面要素（降水、2 m温度、10 m风场）检验评分全面超越GRAPES-MESO 10 km结果;CMA-MESO的24 h累积降水TS评分略低于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的结果,但逐3 h累积降水预报TS评分尤其是对于较大降水阈值评分明显优于ECMWF结果;同时,对于能够表征模式对降水时空精细化特征预报能力的降水频次和降水强度等检验,CMA-MESO对我国汛期的预报准确率超过了ECMWF细网格模式结果。     

"93.8"鲁西南大暴雨的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性,对ＲＥＭ先后进行水平、垂直分辨率的提高,并运用常规报文资料获得初始场,采用包络地形等方法获得模式所需的地形资料,对１９９３年８月４￣５日的大暴雨个例进行了数值试验。结果表明,仅提高ＲＥＭ的水平分辨率,对降水预报有一定的改进和提高,但多报出了几个大暴雨中心。而模式水平及垂直分辨率均提高后（下称Ｃ模式）,其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高,虚假降水中心消失,     

高分辨率η模式的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性，本文先后提高了REM的水平和垂直分辨率，并采用包络地形方法处理模式中尺度地形。运用常规报文资料得到初始场，对1993年8月4～5日，1994年7月12～13日的两次大暴雨个例分别进行了数值试验。结果表明，仅提高REM的水平分辨率，对降水预报有一定的改善，但多报出了几个大暴雨中心；而对模式水平及垂直分辨率同时提高后，其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高，虚假降水中心消失。     

全球谱模式不同垂直分层对数值预报影响的敏感性试验

本文用σ-坐标原始方程全球谱模式,对1979年1月23日和6月14日两个个例,采用3种不同的垂直分层方案,进行了敏感性试验.通过对高度场均方根误差的分析,发现15层模式对北半球冬季预报效果的改进最明显.当其降低模式最高层高度和减少垂直分辨率时,预报误差首先从模式上层出现,然后影响到对流层中、下层.并指出南、北半球,冬、夏季不同层次上的预报对模式垂直分层的敏感性存在有差异,对南、北半球,冬、夏季的预报可采用不同的垂直分层模式. 南、北半球,冬、夏季预报敏感性差异的产生同行星尺度波动的水平感热通量的垂直分布、行星尺度波动能量的垂直输送特征有关.     

东北区域业务模式预报产品检验评估系统的建立及应用

本文建立了东北区域业务模式预报产品检验评估系统,并对东北区域3 km业务模式系统与原东北区域9 km业务模式系统的降水预报效果进行了检验评估。东北区域业务模式预报产品检验评估系统每日自动运行,对降水、地面温度、形势场和台风预报产品进行检验,检验结果以文本和图形两种方式在东北区域气象中心局域网的中尺度数值预报网页上实时显示。同时,东北区域业务模式预报产品检验评估系统可以根据选取的具有代表性的降水个例,对更新改进后的业务模式与目前运行的业务模式预报产品检验结果进行对比评估。检验评估结果表明:新东北区域模式系统对大雨及以上量级降雨预报的改进效果明显,对冬季降雪和南来系统的预报效果也优于原业务模式,但空报率较高。随着数值模式水平分辨率的提高,增加了中小尺度地形信息特征,改进了大尺度降水的预报效果;数值模式垂直分辨率的提高,降水模拟易形成更多的虚假"数值风暴点",导致空报更多。     

一个载水预报模式的业务预报应用试验

该文在国家气象中心现行有限区域业务预报模式（LAM）的基础上,把模式的水平分辨率由1°×1°提高到0.5°×0.5°经纬度网格,垂直层次由15层变为20层。在原有物理过程中引入显式降水方案,并使用HLAFS业务系统的实时资料对1997年8月的一次登陆台风造成的强降水过程进行了个例预报试验,取得了较为合理的预报效果。     

全球谱模式不同垂直分层对纬向基本气流和行星尺度波动物理量的影响

本文用σ坐标原始方程全球谱模式，对１９７９年１月２３日个例，采用３种不同的垂直分层方案，实行了５天积分，输出了若干模式诊断物理量。发现提高了模式顶高度和增加垂直分辨率的１５层模式，对北半球冬季行星尺度波动的水平感热通量、波数１的振幅强度以及对流层西风急流强度的预报均有明显地改进，与实况符合很好。     

公里级CMA_MESO模式FSS评分技术研究

本文研究计算CMA_MESO模式预报降水FSS（Fractions Skill Score）评分时,当其水平分辨率与观测降水不一致时,采取两种匹配方式统一分辨率,分析这两种方式得到的FSS评分结果是否有差异。针对3 km分辨率CMA_MESO模式6 h累积降水,选取5 km分辨率的观测降水,分别采取预报降水匹配观测降水分辨率,以及观测降水匹配预报降水分辨率两种方式,选择4种邻域尺度：5、25、51和105 km;4种降水阈值：0.1、4、13和25 mm,得到两组不同预报时效的FSS评分。通过分析发现：两组FSS评分结果没有显著差异。研究结果表明,当CMA_MESO模式预报降水水平分辨率与观测降水不一致时,可以将预报降水匹配到观测降水格点场,也可以将观测降水匹配到预报降水格点场,两种匹配方式对FSS评分结果没有影响。     

降水资料同化在GRAPES-MESO模式中应用试验研究

利用国家气象中心中尺度业务数值预报模式GRAPES-MESO v3.0,以2010年6月1～30日为例,开展地面降水率1DVAR(one-dimensional variational assimilation)同化方案在GRAPES-3DVAR(three-dimensional variational assimilation)同化系统中的应用试验研究(ASSI试验),并以未加降水资料同化的试验为对照试验(CNTL试验),以评估全国1h加密雨量资料在模式中同化应用的效果。结果表明:1)在相对湿度背景误差和降水率观测误差范围内,1DVAR同化方案能够对湿度廓线进行有意义的调整,使分析降水向观测降水靠近;ASSI试验对初始温、压、湿、风场的修正主要为正效果;2)对2010年6月17～21日江南、华南连续性降水过程进行了分析,整体而言ASSI试验对逐日及逐时降水强度的预报普遍强于CNTL试验,与实况更加接近;3)ASSI试验对2010年6月1～30日08时起报的0～24 h模式预报的小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨各个降水量级TS评分及ETS评分相比CNTL试验均有较明显提高,预报偏差也更接近于1;4)ASSI试验较CNTL试验能更好地模拟雨带的分布、雨带演变特征和降水强度的变化;5)对降水所做的典型个例和统计检验分析从不同角度说明了地面降水资料1DVAR同化方案在GRAPES-3DVAR系统中的应用改善了GRAPES-MESO v3.0的降水模拟效果。     

数值天气预报业务模式现状与展望

利用WRF V4.1.3模式和ERA5再分析资料,对2020年7月7日发生在华中地区的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析和数值模拟试验,探究了不同垂直和水平分辨率组合对降雨模拟效果的影响,在此基础上考察了3 km水平分辨率时,是否采用积云参数化方案对降雨模拟效果的影响,结果表明：各试验模拟的中低层环流形势、雨团特征、雨带分布基本与实况一致,但不同试验之间也存在一定差异;选定3个降水大值区,分析了逐小时降水演变发现,无论是降水峰值出现时间还是峰值强度,各试验的模拟结果与实况均有较大偏差,其中水平分辨率相同和积云参数化方案相同的试验的结果比较接近;TS、ETS、BS和SAL评分显示,3 km试验的模拟结果总体要优于12 km试验,说明提高模式的水平分辨率可改善降水预报效果;在3 km分辨率时,不考虑积云参数化方案明显降低了预报技巧,且对大暴雨预报的降低程度更大,但对于不同阈值的降水预报,积云参数化方案的影响不同;改变垂直分辨率对预报技巧的影响不如改变水平分辨率和是否使用积云参数化方案显著;3 km水平分辨率的模式中采用积云参数化方案能显著提升对降雨强度的预报技巧。

     

卫星和雷达资料在暴雨数值预报中的应用研究

采用美国风暴分析预报中心开发的中尺度模式（Advanced Regional Prediction System,ARPS）的资料分析系统ADAS（ARPS Data Analysis System）,把中国CINRAD/SA、SB多普勒雷达反射率、风云-2E卫星的红外和可见光资料引入模式初始场,利用高分辨率中尺度模式WRF对2012年7月21日中国华北地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：加入雷达和卫星资料的WRF数值模拟,由于修正了中低层水汽,对降水系统预报有一定的调整,预报的降水落区位置和降水量中心值更接近实况;同时加入卫星和雷达资料同化后,明显改善了WRF降水系统预报偏慢的情况。雷达与卫星资料同化对WRF模式降水预报影响不同,雷达资料影响的时间短,只在6 h内预报起作用,而卫星资料影响时间较长,能够改善24 h内的预报。加入卫星和雷达资料,修正了水汽场,使降水预报在开始时间、量级和范围上均有改善,更接近实况。     

GRAPES区域集合预报对2019年中国汛期降水预报评估

2019年,数值预报中心开发了以GRAPES全球模式为驱动场,集合变换卡尔曼滤波为初值扰动方法,随机物理过程倾向项为模式扰动方法的10km水平分辨率GRAPES-REPS V3.0区域集合预报模式,并投入业务运行.基于该模式,作者开展了2019年7～9月夏季降水不确定性的集合预报实时试验,并从统计检验和个例分析角度,与...     

不同分辨率西南区域模式对冕宁“6.26”突发性暴雨过程的模拟

针对冕宁“6.26”突发性暴雨过程,对比分析了不同水平分辨率的西南区域业务模式对此次山区突发性强降水的预报效果,结果表明：复杂下垫面区域突发性强降水的落区和强度对模式分辨率均较为敏感;模式分辨率的提高可以更加精细地刻画复杂地形,使之更接近真实地形状况,进而得到更加精准的局地热力和动力状况,因此能更好地模拟中小尺度天气系统;提高模式分辨率对预报结果的改进具体表现为雨带特征更加清晰、强降水中心增多且更加细化,以及降水强度明显增大。     

High-Resolution Hindcast of Record-Breaking Rainfall in Beijing and Impact of Topography

In this paper,a hindcast study of the record-breaking rainfall event occurring in Beijing on 21July 2012,is conducted by using the Weather Research and Forecasting(WRF)model forced by National Centers for Environmental Prediction(NCEP)Global Forecasting System(GFS)outputs,paired with an investigation of the impact of topography in this region.The results indicate that WRF can reasonably predict the salient features of orographic precipitation;the 24-h rainfall amount and spatial distribution compare reasonably well with the observations.The hindcast simulation also indicates that rainfall events can be predicted approximately 36 h ahead.When the topography is removed,the spatial distribution of rainfall changes remarkably,suggesting the importance of the topography in determining rainfall structure.These results also indicate that prediction of such city-scale heavy rainfall events would benefit from a high-resolution prediction system.     

国家级格点化定量降水预报系统

2020年7月18—19日,江淮地区出现一次特大暴雨过程,欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式（以下简称EC模式）、华东区域数值模式（以下简称华东模式）和国家气象中心Grapes高分辨区域模式（3 km分辨率,以下简称G3模式）预报的暴雨落区均明显偏北,且降水强度偏弱。通过对模式的风场及降水预报进行检验发现：模式天气形势预报的优劣,很多时候与模式的降水预报优劣是直接相关的,尤其是天气形势中的中低层风场,很容易受模式中降水潜热反馈过程的影响,导致错误的预报订正指引;比较而言,模式预报的高层流场,受潜热反馈过程影响较小,是值得在天气分析环节中加以重视的预报着眼点;此外,对于由中小尺度天气系统传播所致的大暴雨或特大暴雨,分辨率更高的区域模式预报结果可能具有更好的预报参考性,也是今后类似暴雨预报过程中应该重视的着眼点之一。

     

基于ECMWF细网格模式产品的湿螺旋度在四川盆地强降水预报的应用试验

利用欧洲中期数值预报中心(ECMWF)高分辨率预报场(0.25°×0.25°)资料以及四川省加密自动站降水量资料对2011年汛期7—9月和2012年5—7月共计20例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析,分别归纳总结出6和24 h内强降水发生发展及落区分布的判据指标。利用这些判据指标对2012年8月30日至9月1日及9月8日发生在四川盆地的两例强降水过程及2013年汛期6—8月暴雨个例进行检验并在汛期投入了业务预报工作。检验结果表明:低层700或850 hPa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布指示较好;当强降水发生时,24 h时效预报的24~48 h 3 h间隔预报场湿螺旋度数量值超过了指标值并持续了2个时次以上,达到了强降水发生的要求;零场预报的0~24 h及12 h时效预报的12~36 h间隔3 h预报场任一时刻湿螺旋度数量值达到了6 h指标判据值,对其后6 h的暴雨落区有较好的指示作用,可作为短时临近预报的业务参考;湿螺旋度订正预报暴雨发生的TS评分远高于ECMWF模式,预报效果好。     

不同参数化方案对安徽一次暴雨过程模拟的影响分析

使用WRF v3.4模式对2012年7月12—14日安徽的一次暴雨进行模拟。保持其他参数如辐射、陆面过程等不变, 将不同微物理过程(Eta、Kessler、Lin方案)与积云参数方案(KF、BMJ、GD方案)进行组合成9个试验。将试验模拟结果与实况进行对比分析, 发现:微物理方案的选取对于降水的雨强、位置、雨区范围的模拟都有一定的影响。积云参数化方案对于降水的范围, 雨带的位置模拟也都有影响, 但对于雨强的影响不大。将各试验模拟的逐小时降水与实况进行比较, 发现试验Eta-GD和Lin-GD模拟降水日变化与实况更接近。通过TS评分、ETS评分和系统偏差分析, 表明试验Eta-GD在此次暴雨过程的降水模拟中表现最好。     

基于智能网格降水产品的降尺度释用技术研究

利用空间分辨率为5km的广西智能网格降雨量预报产品以及桂南区域自动气象站降雨量实况资料,采用最邻近点法、双线性插值、双三次插值和统计降尺度方法,研究和评估空间分辨率在1km的格点降雨量插值预报释用技术.结果表明:(1)对于分辨率较高的智能网格预报产品,最邻近点法、双线性插值和双三次插值的预报效果无明显差异,其中最邻近点...