样条插值在客观分析中的应用——风场客观分析试验

1.前言 先前曾使用一维三次样条插值对等压面高度场、温度场以及地面气压场进行了客观分析试验,并与逐步订正法进行了比较。这里给出的是实测风场的客观分析试验。 风场的客观分析可以为数值天气预报提供初始场;风场的客观分析图可以直接提供给天气预报作参考;从客观分析的风场还可以方便地算出涡度、散度等物理量。因此,风场的客观分析在天气、数值预报和试验中是很重要的。 本试验是在亚欧范围40×30点的矩形区域内进行的,采用正方形网格,空间步长为270公里,使用的是常规测站资料。     

对欧洲中期天气预报中心5—8月48、72小时500毫巴数值预报性能的检验

本文对欧洲中期天气预报中心1982年5—8月逐日48与72小时的500毫巴数值预报图进行了统计检验,检验范围为欧亚地区(0°—180°E),实况图系用中央气象台的手工分析图。除了求出各月平均误差分布图和标准差分布图以外,还着重对各类天气系统分别进行预报误差的讨论,得出对各类天气系统的预报能力、预报准确率和预报偏快、偏慢、偏强、偏弱的概率,这有助于预报员了解和使用欧洲中心的数值预报产品。     

北京地区中尺度数值业务预报的客观检验

对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍，分析了北京地区冬季（2001年11月1日~2002年2月28日）主要预报要素的客观检验结果，在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征，并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明，模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源；测站高空预报要素的非系统性误差显著，初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大；对北京 (54511) 单站地面要素预报的检验结果发现，2-m温度预报冬季整体偏低。在系统性误差为主要误差分量时对模式的平均误差进行订正能有效地提高温度预报的准确率。     

T213模式对强冷空气短期预报能力的分析检验

利用T213模式的500hPa高度、地面气压、850hPa温度预报格点资料和客观分析实况格点资料，对2001—2002年冬半年我国出现的8次强冷空气天气过程的主要影响天气系统进行了预报能力的客观分析检验。所得结果有利于数值预报产品的释用及实时预报业务。     

MOMS 中尺度模式的多元最优插值客观分析方法

数值预报模式的预报结果与初始值关系较为密切。因此改善初始场的客观分析效果，是提高预报准确率的一个重要方面。该文针对MOMS中尺度模式的特点，研究设计了多元最优插值客观分析方法。采用T42模式预报结果作为初估值，在测站的选择、记录的订正、测站资料补缺等诸方面都考虑了中尺度模式的特点。该客观分析方案为中尺度数值天气预报及诊断分析提供了较好的初值，对提高中尺度模式的预报效果起到了较好的作用。     

我国地面气温极值和地面风速极值的渐近分布

利用1951—1982年期间我国173个测站的地面最高气温年极值记录,158个测站的地面最低气温年极值记录和83个测站的地面最大风速年极值记录,通过统计推断,找出了我国地面最高、最低气温年极值和地面最大风速年极值遵循的渐近分布——Weibull分布和Gumbel分布,并简要讨论了它们的形状。     

对三次测站求取02时地面温度方法的讨论

《地面气象观测规范》规定,3次观测站02时地面温度用当日地面最低温度和前一天20时地面温度的和之半求得。在正常天气时,用这个公式求得的02时地面温度是比较接近实测值的。但是当冷锋、低槽等天气系统在白天移过测站,使测站日最低温度出现在08时以后时,用上述公式求取的02时地面温度,与实测相差较大。例如,高要站1988年3月16日,地面最低温度13.3℃,08时的地面最低温度为22.8℃,实测当日02时地面温度为24.0℃,前一天20时地面温度25.8℃。按《规     

T213短期数值预报产品的性能检验及应用

利用T213短期数值预报产品的500hPa高度预报形势图和客观分析图，对2002年6～9月份影响青海省的天气系统进行了预报能力的分析检验。结果表明：T213短期数值预报产品对6～9月份影响青海省大的天气过程具有较强的预报能力和较高的使用价值，有利于提高预报水平。     

中央气象台探空资料客观分析业务系统的研究与实现

研发了基于Cressman线性插值方法的探空资料客观分析业务系统。针对客观分析在业务工作中的问题,提出几种解决方法：①提出了在观测场中找出可疑站点的检测算法,避免了可疑观测值对分析场的影响;②通过对分析的等值线进行后处理操作,做到分析结果与观测数据一致,不增加或者漏掉高低值中心;③提出了对分析场进行自适应平滑处理的方法,即保留了小面积高低值中心,又提高了等值线的光滑与美观程度。试验结果显示：使用该方法得到的探空资料客观分析结果与观测数据较一致,在等值线的光滑程度上接近预报员的手工分析结果,从而证明了本文所提方法的可行性和有效性。     

锋面短时强降水系统发展模态的环境因子浅析

利用探空和地面加密自动站逐小时观测资料,对2010—2011年汛期发生在锋面上的四次具有不同发展模态的短时强降水过程的降水系统环境场特征进行了分析。结果表明:对于产生短时强降水的中尺度对流系统(MCS),地面假相当位温(θse)等值线密集区和地面切变线的分布形态及运动是影响其系统模态发展和移动方向的关键因素,且对流单体的新生还与地面辐合区密切相关。纬向型MCS的θse等值线密集区呈纬向分布;经向型MCS的θse等值线密集区呈经向分布;转向型MCS的θse等值线密集区则由经向转为纬向分布。不同发展模态MCS的强降水持续时间与地面θse高值区的持续时间关系密切。     

“00.7”北京特大暴雨模拟中气象资料同化作用的评估

针对2000年7月4～5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),文中利用MM5/WRF三维变分系统和MM5非静力模式,对此次特大暴雨过程中的各种气象监测资料(地基GPS大气柱水汽含量、常规探空、高空测风、地面常规观测和地面自动气象站)的同化作用通过观测系统数值试验进行了评估.结果表明与传统的客观分析方案相比较,MM5/WRF三维变分同化系统可直接引入非常规地基GPS大气柱水汽含量监测资料,提供更好的大气初始分析场.在三维变分同化方案下,各种大气监测资料均对改进此次特大暴雨模拟有不同程度的贡献,其中,常规探空和高空测风监测资料对改进预报结果的影响最大,地面常规观测和地面自动气象站观测资料作用次之,地基GPS大气柱水汽含量资料在与其他大气监测资料相互优势互补后,可很好地改善模式大气的分析质量,通过三维变分同化技术在区域数值天气预报模式初始场中引入地基GPS大气水汽监测网资料,使此次强降水个例的6 h和24 h测站降水预报的TS评分值在1,5,10和20 mm预报检验阈值下分别提高了1%～8%.研究结果对利用三维变分数值系统,评估气象监测网资料在改进高影响天气事件预报中的作用有借鉴意义.     

微机绘制等值线分析图的一种方法

气象要素的等值线分析是预报业务的基本工作,利用微机绘制等值线分析图有快速、精确、图形存档方便等优点。本文讨论一种与常用方法不同的正方形等值线微机分析方法。     

南极探空与两套再分析资料的对比分析

基于南极18个站点探空气象观测数据对欧洲中期天气预报中心的再分析数据(ERA-Interim)和美国国家环境预报中心的再分析数据(NECP)在南极地区高层大气的适用性进行验证。结果表明:在南极上空,随着高度抬升,探空气象观测数据与两套再分析数据中四个气象要素的差值均逐渐变大,再分析数据数值愈加偏离实际观测数值。两套再分析数据的位势高度和温度与探空观测数据偏差较小;风向则和探空观测数据相差甚远;两套再分析数据的风速与探空观测数据在300 hPa偏差较大。在季节变化中,南极的春季,再分析数据中的位势高度和温度与探空观测数据相差较大,在其他季节相差相对较小。再分析数据中的风速与探空观测数据在南极的夏季相差较小。再分析数据中的风向与探空观测数据存在较大偏差,且差值没有明显的季节变化。尽管两套再分析数据都存在很大偏差,但ERA-Interim数据整体上优于NCEP数据。对比分析也表明,采用这些再分析资料作为初始条件和边界条件驱动南极区域大气模式将带来较大的误差。未来需要加强南极探空观测,改进再分析资料同化和数值模拟系统。     

地面气候资料序列均一性检验与订正系统

采用国内外常用的几种气候序列均一性检验与订正方法,研制了气候序列均一性检验与订正系统,用于检验地面测站由于迁站、仪器变更、环境恶化等因素造成气候序列的非均一性,并进行订正.使用该系统对浙江省地面36个测站的年平均温度、年平均风速及年降水量序列进行了均一性检验,效果较好.     

辽宁中尺度数值模式产品和 T213产品对比检验分析

利用国家级的气象预报产品质量客观检验评价系统,对辽宁中尺度模式预报MM5和T213数值预报的结果分别进行检验分析.检验类型分为历史资料检验和实时资料检验,检验要素包括地面降水、气温和高空500 hPa环流.检验结果显示,对于降水、气温的预报MM5模式预报检验结果优于T213数值预报,而对于500 hPa环流的检验结果T213更可信.     

利用实测资料 绘制等值线图

一般在计算机上绘制等值线图大多采用矩形网格法。本文介绍直接利用测站点的实测资料绘制等值线图，从时间和空间的总体开销上要优于矩形网格法，是一种效率较高的等值线绘制方法。     

闪电定位资料与目测雷暴日的对比分析

对比分析了2006—2008年4—8月江苏省气象局闪电定位系统数据和6个地面观测站雷暴数据,通过计算测站有雷暴记录同时闪电探测网有闪电记录的比例和有地闪记录同时有雷暴记录的比例,得出两种观测数据的一致性较好;同时以目测资料为准,借助雷达数据判别分析了闪电定位系统的漏测率和误测率,表明省气象局闪电定位系统探测数据有效。江苏省水体分布广泛,南北地形差异较大,闪电分布也不同,本文针对不同地形地貌利用两种观测数据计算了适用于各个地区的地闪密度公式。     

气象站迁站前后气温同期观测资料对比

通过对山东省东阿县新旧地面气象观测站同期(2008年1、4、7月)气温观测资料对比分析,发现两站之间气温存在明显的正温差,旧测站气温存在城市热岛效应。这种效应夜间大于白天,冬、春(秋)季较为明显,夏季最小;城市热岛效应使最低气温下降,从而减小气温日较差,故旧测站气温较高;统计检验表明,旧测站与新测站气温存在显著的正相关,但两地气温差异显著,两地气温资料已经不适合合并计算。所以,对于旧测站的气温记录,应做出必要的订正后,才能得到较准确的代表当地气温的统计资料。     

用初估场对比中芬探空仪温度和位势高度记录

对部分高空台站2007—2009年近3年探空记录的统计分析表明:邻近测站同一型号探空仪的温度和位势高度记录与6 h数值预报初估场的平均偏差一致,但不同型号探空仪记录与初估场的平均偏差存在明显差异,因此可以利用初估场进行邻近测站不同型号探空仪之间的间接对比。该文利用初估场与台站探空记录的差值,分析了使用芬兰Vaisala公司RS92型探空仪的中国香港站与邻近的使用L波段探空仪的梧州、汕头、东源、阳江4站2年的温度和位势高度记录的系统差,结果表明:19:00(北京时,下同),L波段探空仪的温度和位势高度记录在平流层分别偏低达1℃和30 gpm;07:00,L波段探空仪的温度记录在对流层偏高0.4℃,导致其位势高度记录也在对流层偏高;两套设备的系统差不仅有显著的日夜差异和季节性差异,也存在一定的年际差异。     

GRAPES_MESO模式对一次强降水过程的预报及误差分析

本文应用西南低涡大气科学试验加密观测资料,常规探空与地面资料,自动站资料等,分析国家数值预报中心运行的GRAPES_MESO中尺度模式对2010年7月14～19日四川强降水过程预报能力.结果表明,模式降水预报能一定程度反映实况降水.在模式误差分析基础上,指出造成降水预报偏差的可能原因是模式预报的高度场持续偏低,预报低值系统偏强,高值系统偏弱,不利于四川上空的辐合低值系统维持;预报的登陆台风强度偏强,台风外围气流与副高外围环流结合,导致西南低空急流较强,加之,模式预报盆地水汽场在西部偏多,东部偏少,对流层中低层冷空气活动偏弱,暖湿气流活动较强,急流带北移较快,辐合流场位置偏北偏东,导致了积分后期预报降水与实况出现较大偏差,盆地东北部降水偏弱,预报降水落区偏东、偏北.探空分析还指出,盆地测站温度偏差较大,可能是受复杂地形条件下插值误差以及观测误差影响所致,由于盆地测站风向受周边地形影响较大,各站和各层分析风的不确定性较大.误差分析揭示了高度场预报偏低,温度场偏高,地面气压偏低等基本特征,误差的来源需要作进一步的数值试验与动力诊断分析.