应用WRF模式对江西一次暴雨过程的模拟分析

利用新一代数值预报模式WRF耦合RUC、NOAH两个陆面过程,对2006年4月11-12日发生在江西境内的一次暴雨过程进行模拟,并对模式输出的水文平衡和能量,尤其是土壤湿度、地表径流、土壤温度等的变化进行了分析.结果显示,WRF模式耦合两个陆面过程均能模拟出此次暴雨过程的降水空间、时间分布和强度,而WRF-RUC提供了...     

基于ECMWF集合预报的一次大范围暴雨敏感因子分析

以2015年5月20日广东省一次大范围暴雨过程为研究对象,利用ECMWF集合预报产品选出了预报好和差的成员,对比分析了环流形势场和物理量场的差异,找出了暴雨敏感因子。结果表明:集合预报能够较好地预报出该次大范围暴雨的环流形势场、降雨分布和量级特征,但对大雨以上量级的精确预报还有较大的误差,主要表现为大雨以上量级空报率最高以及暴雨以上量级漏报率最高。不同集合预报成员对降雨的形势场和大雨以上量级的预报有显著差异。相比暴雨预报能力较差的成员,优选成员对低层风场和低压的发展预报更接近实况,同时在风速、CAPE值、850 hPa温度、850 hPa和925 hPa比湿等物理量场与实况更接近,是该次暴雨的敏感因子。     

WRF中不同湿过程对青岛一次暴雨过程的预报性能检验

基于9 km分辨率的中尺度数值模式WRF,通过TS评分、降水空间分布和降水强度检验评估3种积云对流和7种云微物理参数化方案对2014年5月10日青岛地区的一次暴雨天气的预报性能。结果表明:在分辨率为9 km的模式中考虑KF、GD和BMJ积云对流参数化方案时,能够不同程度提高大雨和暴雨的TS评分,且GD方案模拟的降雨落区和强度更接近实况。7种云微物理方案对暴雨模拟效果相差不大,平均TS评分达到0.64,其中KESSLER方案预报性能最好,TS评分达到0.73,其次是WSM6、LIN和WSM5方案,但也大都表现出暴雨范围偏大、雨量偏强的特点。对于此次降雨过程,积云对流参数化方案的预报性能优于云微物理过程方案的表现。     

WRF集合预报对济南暴雨过程的检验与分析

为了将WRF集合预报更好地应用于济南大城市精细化预报,提高暴雨预报准确率,利用2013—2014年汛期济南龟山观测站和市区及历城区36个区域自动观测站的降水资料,检验WRF集合预报24h确定性降水量对暴雨的TS评分、空报率、漏报率以及平均绝对误差和均方根误差,并且检验24h暴雨概率的可信度。2013年和2014年的空报率和漏报率均较高,2013年暴雨预报TS评分明显好于2014年。确定性预报24h降水量达到30mm以上,且天气形势和各物理量满足产生暴雨的条件时,可考虑预报暴雨;低层湿度大时确定性降水最易出现暴雨空报;24h暴雨概率预报对济南局地性较强的暴雨有较好的指示意义。     

基于WRF模式对贵州一次山地暴雨数值模拟研究

采用中尺度天气模式WRFV3.6.1模拟发生在贵州西南部山区大暴雨天气,由于复杂的地形条件,数值模拟难度大。通过对降雨实况、高空对比分析,WRF模式能够很好模拟此次大暴雨天气过程。在此基础上,结合贵州地形下利用高分辨率的数值结果进行天气学诊断分析,得出:(1)WRF能够较好地模拟贵州一次山地暴雨天气过程的大尺度环境、降水分布,只是在贵州中北部的累计降水略偏大。(2)此次降雨过程存在着明显的低层辐合、高层辐散的形势配置,这有利于垂直运动的发展,进而产生剧烈的强对流天气。在垂直速度上也体现着在降雨中心存在着强对流发展,伸展高度高,垂直区域广。(3)低层深厚的湿层为暴雨发生提供了充足的水汽条件、充足的对流有效位能和比湿提供了能量条件、不稳定层结和强烈的上升运动也给此次大暴雨提供了有利配置,使得中尺度对流系统得到很好地发展,进而引发强降水。(4)700 h Pa上的垂直螺旋度与降水落区有着较好的对应关系,在实际业务中可以用来确定降雨落区,为确定落区提供科学依据。     

基于不同参数化方案的一次梅雨锋暴雨过程的集合预报试验

针对WRF模式中各非绝热物理过程,选用不同的参数化方案,对2009年6月29—30日一次梅雨锋暴雨过程做24 h降水预报的敏感性试验,并组成18个成员做物理集合预报,分析了实况与模拟的24 h降水量及其TS评分和离散度。结果表明,WRF模式的物理集合预报可成功模拟出3个暴雨中心的位置及强度;选用Lin et al微物理方案、MRF行星边界层方案和Betts-Miller-Janjic积云对流方案对湖北省西南部地区暴雨中心的位置及强度的模拟最好;3个暴雨中心均对应于离散度的大值中心,在降水较强时段其离散度也较大;不同集合成员在某时段预报的降水量可较好体现该时段的降水概率,而由物理集合预报得到的逐时降水量则可为定时降水预报提供依据。     

一次大——暴雨过程预报

我县地处四川盆地西部边缘,每年有大——暴雨9—21次,多集中在7、8两月。我们在省、地台天气预报的指导下,运用本站预报工具,长期定趋势,中期制定过程,短期报强度,较准确地预报出1973年7月8—9日的一次大——暴雨降水过程。     

不同随机物理扰动方案在一次暴雨集合预报中的对比研究

天气预报系统对模式本身的误差非常敏感,尤其是次网格物理参数化过程的不确定性对天气预报系统的准确性具有重要影响。由于风暴尺度系统时间尺度较小、发展剧烈以及高度非线性,传统的中期集合预报方法不再适用。本文将随机物理扰动方案(Stochastic Perturbed Parameterization Tendencies scheme,SPPT)、随机动能补偿方案(Stochastic Kinetic-Energy Backscatter scheme,SKEB)以及混合模式扰动方案(SKEB+SPPT)引入风暴尺度集合预报系统,对2014年5月31日安徽的一次强对流天气过程进行数值模拟,并评估集合预报效果和分析扰动特征及能量变化特征。结果表明:适用于本次天气过程的SPPT方案的时空尺度分别为3 h和60 km;混合模式扰动方案提高了SPPT方案和SKEB方案的集合预报离散度,减小了预报误差,且提高了预报的准确性;混合模式扰动方案减少了SPPT方案和SKEB方案对降水的空报和漏报;混合模式扰动方案的扰动空间分布在预报初期与SPPT方案类似,随着预报时间的推移,其扰动空间形态分布转换为与SKEB方案类似;混合模式扰动方案的扰动动能在所有尺度上都要明显大于其他两种方案,表明两种随机物理扰动方案的结合可以有效弥补两者在不同尺度上的能量缺失。     

不同随机物理扰动方案在一次暴雨集合预报中的对比研究

针对2018年4月22日发生在湖北西部山地的一次特大暴雨过程,采用降尺度方案和显式对流参数化方案模式,开展了高分辨率对流许可尺度(3 km)的集合预报试验,并对全球集合预报(GEFS)和对流尺度集合预报(SSEF)的降水预报进行了对比评估,结果表明：(1)SSEF集合平均的雨量和落区预报均优于GEFS。(2)SSEF各成员的降水离散度分布更合理,因而具有更优的降水区间预报,其“离散度-误差关系”更优,能更好地给出预报误差的分布及其可能的大小。(3)SSEF的概率预报在所有空间尺度上均优于GEFS,且在短历时强降水上的优势更加明显。由此可见,针对此类山地暴雨过程,对流尺度集合预报相对于全球集合预报具有巨大的改进潜力。

     

WRF模式物理过程参数化方案对酒泉地区暴雨模拟的影响

利用区域气候站逐时降水实况资料和NCEP l°×l°的6 h全球再分析格点资料,运用WRFV3.2模式,采用不同积云对流和微物理参数化方案组合对2012年6月4 5日发生在酒泉地区的暴雨过程开展了敏感性试验。从降水量和降水落区等方面对各方案组合的模拟效果进行对比分析发现:选择不同的方案组合,可以不同程度地模拟这次暴雨过程的落区范围和降水量,微物理方案的选择对模拟结果的影响较积云对流方案更敏感。18 km水平分辨率下,BMJ-WSM5方案组合模拟效果最优。通过对垂直速度、涡度、散度和雨水混合比等物理量的诊断分析,可以更好地理解不同积云对流和微物理参数化方案对暴雨预报的影响。     

基于对流尺度集合预报方法对一次暴雨过程预报的分析

为了更加直观和深入地理解对流尺度集合预报中的降水集合预报产品,以便进一步向预报员推广应用,本文开展了基于对流尺度集合预报方法对2021年8月28—29日的一次暴雨过程的预报性能分析,对集合预报的暴雨和大暴雨量级降水预报技巧进行了综合分析。结果表明：(1)不同集合成员降水预报结果的差异随着降水量级的增大越发明显,预报最优和最差的成员的TS评分相差0.3以上。(2)概率匹配平均预报对于暴雨和大暴雨量级降水的预报技巧优于控制预报,也优于集合平均。集合平均由于集合成员预报的平滑作用导致其对极端降水不敏感,因此,简单的集合平均不适合于大暴雨以上量级的极端降水预报。(3)从最小值预报到最大值预报,随着集合百分位的增大,命中率、空报率和频率偏差均逐渐增大,70%或者80%集合百分位预报的预报技巧最优,且优于集合平均和概率匹配平均预报。(4)对于重庆东北部偏西地区出现的大暴雨量级降水,较长预报时效集合概率预报均预报出了一定的降水概率,最长提前60 h,相应的最优的集合成员的降水预报与实况也较为接近。     

基于对流尺度集合预报方法对一次暴雨过程预报的分析

对流尺度集合预报(Convection-allowing Ensemble Prediction,CAEP)是提高强对流天气预报能力的重要手段,构造合理的初始扰动是CAEP的关键问题。本文开展基于观测扰动初值法(Perturbed-observation,PO)的CAEP在内蒙古地区的试验,并以动力降尺度(Downscaling,DOWN)方法作为对比,分析PO方法在内蒙古地区CAEP的预报效果,以期为内蒙古地区CAEP的构建提供技术参考。结果表明：(1) PO方法构造的初始扰动能引入内蒙古地区观测资料从而减少背景场的不确定性,且扰动具有充分的增长能力。(2) 与DOWN方法相比,PO方法可以显著减少CAEP的短时预报误差,高空和地面要素的RMSE分别减小4%~43%和3%~9%,集合离散度略有减少。高空要素的CRPS评分最大可减少约53%,地面要素的CRPS评分平均减少6%,整体提高了对流尺度集合预报质量。(3) PO方法能够提高短时降水的预报能力,0.1 mm、4 mm和13 mm 3个量级的TS评分分别提升了0.015、0.003和0.001 5。且降水个例表明,PO方法对降水的落区和量级预报更准确。

     

区域集合预报对华南一次暴雨试验研究

利用增长模繁殖法(BGM),对2012年6月我国长江中下游及华南地区的一次强降水过程进行了不同扰动方案的集合预报试验研究。分别对集合预报中只考虑初值扰动、加入模式物理过程扰动和加入地表参量扰动的三种不同扰动方案进行了对比试验,并对最优试验方案的降水集合预报结果进行检验分析。(1) 同时考虑风场、温度场、湿度场、高度场和地表参量的初值扰动,以及考虑模式物理过程扰动的降水集合预报效果最优,可有效提高灾害性天气的预报效果。(2) 初值扰动和模式物理过程扰动对降水预报都有着重要的影响,相同的模式物理过程扰动会由于不同的初值扰动而产生较大差异,并且扰动的集合平均预报对降水有较好的指导意义 。(3) 对于位势高度场预报检验 ,集合预报平均要好于控制预报,并且随着预报时效延长,这种优势更加明显。(4) 对此次强降水过程在长江中下游、华南地区和全国区域的各量级降水预报TS评分检验可知,集合预报较单一的决定性预报(控制预报)效果有明显改善;集合平均预报一般都好于控制预报 ,同时集合预报也为预报员提供了天气不确定性的警示作用。      

一次广西大范围暴雨过程分析

2004年7月9~12日,广西东北部和南部出现了一次大范围暴雨天气过程,暴雨导致部分河流超警戒水位。现简要分析了这次大范围强降雨的原因,主要是华北低槽在东移加深过程,与北涌的西南季风云系相遇,从而进一步加强次级环流所造成的。华北低槽在缓慢东移过程中,引导河套的冷空气南下入侵到广西。同时,在副热带高压西侧由于季风云系北涌,华南西部盛行西南气流,南北风在广西境内交换,高空槽的南伸为冷暖空气交换提供了次级环流加强的条件,为强降雨天气的产生提供了有利的动力条件,它直接产生的动力不稳定扰动是造成这次暴雨天气的主要原因。另外,西太平洋副高处于加强期,对高空槽起到阻挡作用,使低槽东移缓慢或滞溜,恰遇西南季风爆发与北方弱冷空气汇合,造成持续性暴雨天气的产生。在11日850hPa图上可分析出,切变线的右下方,出现一支西南-东北向的低空急流,急流核位于广西中部,入口在北部湾,出口在湖南东部,平均风速达到16m.-s 1,大暴雨出现在广西东北部,24h达到7站,从而验证了这种低涡切变线配合形势,是造成华南暴雨、强对流天气发生的主要触发机制的结论。重点分析了高空环流形势的演变以及物理量场配置的一些征兆,发现在850hPa比湿场图上,广西东部有一狭长的比湿高值带,它正好位于高低空急流系统之间,q值普遍在14g.k-g 1以上,最大值达到了16g.k-g 1。表明有充足的水汽输送带为暴雨区提供了源源不断的水汽和不稳定能量。在10日8时的850hPa水汽通量图上,高值区位于广西的东北部,中心达到了22g/cm.hPa.s,满足强对流天气发生条件(指标20g/cm.hPa.s),所以广西境内出现最的强降水在10日和11日,也都发生在桂东北,而沿海地区的强降雨则是由季风云团北涌过程在沿海迎风坡作用所形成。随低槽移近,在850hPa涡度图上,8日20时正涡度中心位于广西西北上空,广西西北部暴雨开始,11日08时850hPa正涡度中心达到极大,中心数值达40×10-5~60×10-5S-1,并且复盖整个广西大部分地区,这天正是广西暴雨最多的一天。     

一次广西大范围暴雨过程分析

2004年7月9～12日，广西东北部和南部出现了一次大范围暴雨天气过程，暴雨导致部分河流超警戒水位。现简要分析了这次大范围强降雨的原因，主要是华北低槽在东移加深过程，与北涌的西南季风云系相遇，从而进一步加强次级环流所造成的。华北低槽在缓慢东移过程中，引导河套的冷空气南下入侵到广西。同时，在副热带高压西侧由于季风云系北涌，华南西部盛行西南气流，南北风在广西境内交换，高空槽的南伸为冷暖空气交换提供了次级环流加强的条件，为强降雨天气的产生提供了有利的动力条件，它直接产生的动力不稳定扰动是造成这次暴雨天气的主要原因。另外，西太平洋副高处于加强期，对高空槽起到阻挡作用，使低槽东移缓慢或滞溜，     

ECMWF集合预报对黑龙江省三次暴雨过程的预报检验

本文利用常规站点观测降水资料和欧洲中心的集合预报资料,挑选典型分位值分析了集合预报对2015年汛期不同类型暴雨过程的预报能力。结果表明:对于局地性强的暴雨过程和台风影响的大暴雨过程集合预报能够提示降水落区的可能范围及极端降水发生的可能。而对于冷涡影响的中心分散的区域性降水过程,集合预报对降水落区的可能范围有充分把握,但对于降水中心的位置及强度预报指示意义有限。     

WRF模式对江苏一次强降水过程的模拟分析

利用NCEP最终分析资料,使用WRF模式模拟了2008年7月22—23日出现在江苏的一次强降水天气过程。结果表明：WRF模式能较好地模拟出这次降水的区域,对这种中尺度天气系统具有良好的预报能力。在这次降水过程中,低空风场切变线和冷空气以及与高空急流的合理配置加强了强降水区垂直环流的发展,使降水区对流发展;而高空辐散、低空辐合的流场特征也促进了强降水的产生;这次过程的水汽输送在850hPa上最强,850hPa的强水汽输送是产生强降水必需的水汽条件;从能量方面看,江苏全境都处于K指数高值区,特别是江苏中北部有相当高的能量聚集,为强降水提供了不稳定条件。暴雨区上空螺旋度呈低层正中心、高层负值区的分布,螺旋度的高低层耦合是触发并维持低压暴雨的动力机制。     

耦合不同陆面方案的WRF模式对“8.8”舟曲暴雨过程的模拟

利用NCEP每6 h一次的1°×1°格点资料和中尺度模式WRF(V3.2),选用不同的陆面参数化方案,对2010年8月7—8日发生在甘肃舟曲的一次西北地区特大暴雨天气过程进行数值模拟试验。结果表明,此次暴雨过程数值模拟的准确率对陆面参数化方案的选择比较敏感。在WRF模式中,耦合陆面方案比不耦合陆面方案对暴雨的模拟效果更好,耦合陆面方案所模拟的降水分布、地表通量以及地面气象要素都与实况更加接近。耦合不同的陆面方案模拟的降水以及感热通量、潜热通量都存在较大的差别,但是采用不同的陆面方案模拟的地表温度和水汽差别并不大。总体而言,采用PX陆面方案对降水的模拟效果比采用其他方案都合理,与实况最接近。     

一次特大暴雨的集合预报试验

利用NCEP 1°×1°再分析资料,采用WRFV2.2模式对2008年6月12-13日的一次广西特大暴雨天气过程进行了包括积云对流参数化方案、边界层参数化方案、陆面过程参数化方案的集合预报试验.结果表明:模拟降水对WRF模式不同的物理过程表现出不同的敏感性,对积云对流参数化方案最敏感,降水离散度最大;对陆面过程参数化方...     

一次大范围暴雨过程的诊断分析

用ECMWF 0.75°×0.75°, 6 h间隔再分析资料、地面加密观测资料、Micaps资料和云图T_BB资料, 对2012年8月20日一次大范围暴雨过程进行诊断分析。结果表明:本次大暴雨过程是在高层急流入口辐散和中低层的低槽切变线的耦合作用以及台风的间接影响使得低槽系统移动缓慢和提供水汽的有利条件下产生的。暴雨带中水汽主要来源于南海和东海。从等熵位涡、湿位涡和总能量分析说明这次暴雨和大暴雨是在水汽条件充沛条件下, 对流不稳定叠加斜压不稳定和对称不稳定等共同作用下, 产生暴雨-大暴雨。另外, 南北两支气流在暴雨区强烈辐合(南侧为上升运动, 北侧为下沉运动)也起到了重要作用, 且总能量垂直廓线与雨团中心对流强度和强降水时段对应较好。低层东海东南暖湿气流和干冷的东北气流对本次大范围暴雨过程的产生起触发作用。