下投探空资料在台风莫拉克路径预报的应用试验

2009年8月7日中国大陆举行了首次利用机载下投式探空仪观测台风的试验,飞机在台风莫拉克与天鹅之间的云带相对稀薄区释放11个下投式探空仪。基于下投探空观测资料、常规探空资料和1°×1°分辨率的NCEP再分析资料,分析下投探空资料的可用性,并以下投探空资料初步分析了两台风间南海上空的风场、湿度场等大气特性;分别进行了有无以同化下投探空为初始场的GRAPES模式的模拟试验,以了解下投探空资料对台风莫拉克预报的影响作用。初步结论表明,台风天鹅与莫拉克之间的南海上空对流层中低层为深厚的西南气流,对流层低层及高层湿度小,中间层大;同化下投探空资料后,观测地区(下投探空点及其附近)800 hPa以下西南风减弱,以上加强,湿度中低层减小;有无同化下投探空资料的初值场差异随模式积分向下游传播,影响台风的环境场,改变了台风的引导气流:同化后500 hPa台风引导气流偏东、偏北分量加强,使台风的路径更接近实况路径,48 h台风路径预报误差比原来减少18%。     

探空气球漂移及其对数值预报影响的研究

为了考察探空资料随高度的漂移对高分辨率数值预报模式的影响, 充分发掘探空资料的应用价值, 根据探空资料的探测原理, 设计定位方案, 计算出了各气压层上探空气球所处的实际位置。对位置订正前后的资料分别用3D-VAR系统进行同化, 将同化结果作为WRF模式的初始场进行数值预报并对预报效果进行对比分析。结果表明:探空气球在施放过程中的漂移距离远远超过目前数值模式可取的水平分辨率; 所设计的探空气球定位方案对水平分辨率为10 km ×10 km的数值预报模式基本是可用的; 总的来讲, 位置订正对分析增量场的改变与原分析增量场相比小一个量级。模式预报结果显示, 探空资料的定位使降水预报效果得到了改善。研究表明, 将各气压层上探空资料订正到实际位置对高分辨率数值预报模式的预报效果有一定程度的正面影响, 但仍需要更多的个例来验证。     

下投式探空资料对Debby飓风路径预报影响的数值试验

在飓风路径的数值预报中，对于初始场的要求很高，然而，由于初始资料的缺乏，经常导致路径预报的误差较大，尤其是当飓风处于远离陆地的海上时，这种误差更大，通过利用UM模式在Debby飓风活动期间，对下投式探空仪所获取探空资料，采用不同使用方案的三个时次共计10次数值试验的结论分析，给出一些有意义的 结论，即非实时资料对实时资料的有效补充，能够提高飓风路径预报精度，而在众多气象要素场中，风场和湿度场对飓风路径预报的影响更大。     

往返式探空观测资料的质量控制及不确定性分析

为了推动新型探测资料在数值预报模式中的应用,本文进行了往返式探空资料同化应用前重要的基础性研究工作。基于国内首次往返式探空观测资料,首先建立了面向业务化应用的往返式探空资料质量控制方案,通过对比和分析质量控制前后观测样本的统计特征,论证了质量控制方案的合理性,质量控制后探测要素抽样分布更为合理,要素间一致性得到提高。进而以数值天气预报高时间分辨率的模式预报场和同站址业务常规探空观测资料为参考,分析质量控制后资料的不确定性,结果表明往返探空探测精度达到了世界气象组织WMO（World Meteorological Center）规定的突破目标,部分探测要素甚至实现了理想目标,探测资料具有可用性。最后结合数值模式背景场探讨往返探空资料的可同化性,研究表明往返探空的风场观测和夜间温度观测满足变分同化系统的高斯、无偏假定,可直接同化;气压、湿度和日间温度观测在资料同化前需要开展偏差订正工作,从而更有效的发挥资料价值。本文的研究工作为今后往返探空资料在模式中的同化应用奠定了基础。     

华北地区加密探空资料对T213数值预报的检验评估

华北地区加密探空观测已进行了2年,在强对流天气预报中起到不可替代的作用。本文利用加密探空资料对T213数值天气预报20时（北京时,下同）的18h和42h的探空预报进行对比分析,评价其预报的可信度。检验结果认为：T213数值预报对高度场预报最好,温度次之,再次为风速,相对湿度预报偏差最大;由T213预报的TlogP图状态曲线与实际观测比较吻合,露点温度曲线虽然与实际观测相差很大,但变化趋势比较一致,可以考虑在相对湿度的预报之上增加一个变量使之与观测资料更加符合。     

时间加密探空观测对分析和预报质量的敏感性研究

探空观测是气象资料同化中最基本的常规观测资料,对同化分析和预报的有效改善具有重要作用。由于现有探空观测站的空间分辨率较低,分布不均匀,且每日仅有两次观测,数量偏少,限制了其分析场对中小尺度大气状态的准确再现能力。自我国L波段雷达-数字探空仪更新换代以来,探空观测具备了获取每日4次、垂直分辨为秒级和分钟级的大气廓线资料。本文利用WRF中尺度数值模式,通过06时（世界时,下同）加密探空资料和12时常规探空资料的有效同化,研究分析了时间加密探空观测资料对同化分析和预报质量的敏感性影响。结果表明：同化06时的时间加密探空资料的午后暴雨预报质量优于12时常规探空观测。具体而言,同化06时的时间加密探空资料预报的大雨和暴雨的预报技巧高于12时常规探空资料;位势高度、温度和风场等预报场的均方根误差在高层的改进效果更加明显;06时的时间加密探空资料的同化对高层的高空急流和低层的水汽通量散度的预报质量贡献更大。批量试验进一步证实了有效同化时间加密探空资料对分析和数值预报效果改进的积极意义。     

加密探空资料在华南暴雨数值预报的应用试验

应用逐时同化预报系统CHAF进行加密探空资料同化试验,比较了同化加密探空资料与仅同化常规探空资料所得同化分析场和模式预报结果的差异.同化加密探空资料所得分析场水汽的均方根误差减小,水汽条件和大气环流形势与实况更接近.以加密同化探空资料所得分析场为模式初始场进行预报,雨区的分布和降水量级都较控制试验有改善.分析模式预报改...     

探空加密观测资料对西南地区数值预报的影响分析

应用2013年6月逐日全国探空气象加密观测资料和常规观测资料,WRF模式模拟资料,西南地区地面自动站资料等,采用数值模拟、统计方法和天气学方法,分析了探空气象加密观测资料对数值模拟效果的影响。研究得到:(1)探空资料同化,总体上提高了降水的TS评分值,一定程度降低了降水预报空报率,提高了中雨和大雨的6h累积降水预报准确率。(2)探空资料同化主要使降水区上空位势高度增加,气旋环流减弱,从而影响降水落区和降水强度。(3)探空资料同化减小气象要素分析场和预报场的均方根误差,对高空要素预报的改进在前24h较明显,尤其是前6h,对地面气象要素预报在整个积分时段内总体呈现正效果作用。     

一次大气波导过程的数值模拟

利用ARPS模式对南京周围地区的一次大气波导过程进行了数值模拟,通过对南京站初始时刻、 6 h和14 h的模拟结果分析表明:同化探空资料的初始场较NCEP资料更接近实况,初始场对预报结果的影响具有一定的持续性,且同化了探空资料的初始场的模拟结果比未同化探空资料的初始场的模拟结果较接近于真实大气状况;同化多个测站探空资料的数值模拟表明ARPS模式对大气波导具有一定的预报能力.     

一种新型的适应性观测资料应用对台风预报的影响试验研究

近年来，气象界提出了一个“适应性（或目标）观测（adaptive or targeting observation）”的新概念，它是根据数值预报的敏感区在现有的、固定的气象观测网基础上增加的、有目标的特别观测。下投式探空仪（Dropsonde）是适应性观测的重要观测仪器。利用我国新一代数值预报系统GRAPES，初步研究了应用热带气旋适应性观测的下投式探空仪探测资料对台风（2003年杜鹃台风）预报的影响，并进行了敏感性试验。结果表明，数值天气预报中增加下投式探空仪观测资料之后，对台风的移动路径、台风中心位置和强度，以及其它要素的预报都有所改善；敏感性试验还指出，下投式探空仪观测资料的误差结构设置对台风的预报也有明显的影响，该类观测资料在修正背景场的过程中权重并不是越高越好     

GPS观测资料应用于中尺度数值预报模式的初步研究

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中 11个站点的可降水量资料 ,对 2 0 0 2年 6月 2 3～ 2 4日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5模式初始湿度场调整和Nudging同化试验。试验表明 :利用GPS测量的可降水量对模式初始湿度场进行调整能明显增强模式初始场描述水汽分布的能力 ,从而有效地控制模式积分初期对可降水量预报的误差 ,并对模式 6h累积降水量预报有较明显的改善作用。利用Nudging技术同化GPS可降水量资料对MM5预报效果改善较小 ,并且Nudging系数的增加对预报效果的影响不大。总体上 ,利用GPS可降水量资料调整模式初始湿度场对模式 6h累积降水预报效果的改善明显好于连续Nudging同化。试验还表明 :GPS资料对模式初始湿度场调整改善模式对累积降水量的预报主要是通过改善网格降水预报来实现的 ,而Nudging同化主要是通过改善次网格降水而提高模式降水预报能力的。     

Radar data assimilation of the GRAPES model and experimental results in a typhoon case

Constructing β-mesoscale weather systems in initial fields remains a challenging problem in a mesoscale numerical weather prediction (NWP) model. Without vertical velocity matching the β-mesoscale weather system, convection activities would be suppressed by downdraft and cooling caused by precipitating hydrometeors. In this study, a method, basing on the three-dimensional variational (3DVAR) assimilation technique, was developed to obtain reasonable structures of β-mesoscale weather systems by assimilating radar data in a next-generation NWP system named GRAPES (the Global and Regional Assimilation and Prediction System) of China. Single-point testing indicated that assimilating radial wind significantly improved the horizontal wind but had little effect on the vertical velocity, while assimilating the retrieved vertical velocity (taking Richardson's equation as the observational operator) can greatly improve the vertical motion. Experiments on a typhoon show that assimilation of the radial wind data can greatly improve the prediction of the typhoon track, and can ameliorate precipitation to some extent. Assimilating the retrieved vertical velocity and rainwater mixing ratio, and adjusting water vapor and cloud water mixing ratio in the initial fields simultaneously, can significantly improve the tropical cyclone rainfall forecast but has little effect on typhoon path. Joint assimilating these three kinds of radar data gets the best results. Taking into account the scale of different weather systems and representation of observational data, data quality control, error setting of background field and observation data are still requiring further in-depth study.     

多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验

为了将雷达风场资料更好地应用到数值预报模式中, 使用VAD方法反演多普勒雷达风廓线并处理成标准的探空资料进行变分同化试验。结果表明: VAD方法反演的风廓线与探空实况对应较好, 验证了用VAD技术反演风廓线的可行性。用GRAPES-Meso模式的三维变分同化系统对雷达风廓线资料进行同化后, 风场的初始场明显改善, 降水强度和落区预报也有不同程度的改善。其中, 对6 h降水预报的改善明显优于对24 h的预报改善。另外, 在短时强降水预报中, 雷达风场资料的同化频率和同化窗口的不同, 对降水预报的改善情况也有所差异。在个例研究中, 同化间隔为1 h的方案6 h降水预报要优于同化间隔为3 h和6 h的方案, 同化窗口为3 h的试验方案6 h降水预报要好于同化窗口为6 h的试验方案。     

Preliminary Study on Direct Assimilation of Cloud-affected Satellite Microwave Brightness Temperatures

Direct assimilation of cloud-affected microwave brightness temperatures from AMSU-A into the GSI three-dimensional variational(3D-Var) assimilation system is preliminarily studied in this paper. A combination of cloud microphysics parameters retrieved by the 1D-Var algorithm(including vertical profiles of cloud liquid water content, ice water content, and rain water content) and atmospheric state parameters from objective analysis fields of an NWP model are used as background fields. Three cloud microphysics parameters(cloud liquid water content, ice water content, and rain water content) are applied to the control variable. Typhoon Halong(2014) is selected as an example. The results show that direct assimilation of cloud-affected AMSU-A observations can effectively adjust the structure of large-scale temperature, humidity and wind analysis fields due to the assimilation of more AMSU-A observations in typhoon cloudy areas, especially typhoon spiral cloud belts. These adjustments, with temperatures increasing and humidities decreasing in the movement direction of the typhoon,bring the forecasted typhoon moving direction closer to its real path. The assimilation of cloud-affected satellite microwave brightness temperatures can provide better analysis fields that are more similar to the actual situation. Furthermore, typhoon prediction accuracy is improved using these assimilation analysis fields as the initial forecast fields in NWP models.     

数值天气预报中的两类反问题及一种数值解法──理想试验

针对数值预报中产生误差的两个来源提出了数值预报中存在着两类反问题。并在一维的非线性平流扩散方程上，用共轭方程的解法对提出的两类反问题作出了理想场的数值试验。试验结果表明，这种解反问题的方法非常有效。它利用＂观测资料＂所包含的时间演变的信息确定出了方程的初值或方程中误差订正项的空间分布状况。而且无论对＂观测资料＂的超定还是欠定都能得出较有意义的结果。因而有很大的利用前景。     

A study of the underlying surface parameters influence on quality of the hydrodynamic forecasts for the territory of East Africa

An assessment of a new ECOCLIMAP database in terms of the short-range hydrodynamic (Numerical Weather Prediction, NWP) forecasting skills of the HIRLAM model is presented for the territory of East Africa (Tanzania). It was done by incorporating of the ECOCLIMAP database into the HIRLAM NWP system and performing of numerical experiments. The decision-making principles for usage of the ECOCLIMAP database and recommendations for its further development are formulated. Results of intercomparison of the underlying surface parameter fields obtained from the HCS and ECOCLIMAP databases are discussed; it was revealed that, for the territory of East Africa those fields are essentially different. The annual cycle of the parameters obtained from the ECOCLIMAP database is more feasible. It was concluded that use of this database in the HIRLAM NWP system for East Africa (Tanzania) is advisable.     

用T63及日本数值预报产品制作汛期降水预报

该文利用Ｔ６３Ｌ１６和日本数值预报产品，采用相关分析方法提取典型因子场，再由典型因子场选点求取平均场及极值场，用逐步回归法制作黄河三角洲地区汛期降水预报，试用效果较好。     

The active tropical cyclone season of 2005–2006 over Northwest Australia: Operational model performance and high resolution case studies

Summary There are three main aims of this study. First, the main features of the active 2005–2006 Australian region tropical cyclone (TC) season are summarized, with particular emphasis on the northwest Australian region. Second, an assessment is made of the skill of the available operational global and regional numerical weather prediction (NWP) models for three of the most significant TCs (TCs Clare, Glenda and Hubert), each of which made landfall on the northwest coast of Australia. Third, high-resolution numerical modelling simulations of these same three TCs are described in detail. The numerical weather prediction (NWP) model used here was developed at the University of Oklahoma, and in this study it utilises initial and boundary conditions obtained from archived analyses and forecasts provided by the Australian Bureau of Meteorology, as well as a 4D-Var data assimilation scheme to ingest all available satellite data. The high-resolution numerical model is multiply two-way nested, with the innermost domain having a resolution of 5 km. It was found that unlike the operational models, which were restricted by relatively low resolution and less data, the high resolution model was able to capture most of the major features of all three TC lifecycles including development from initial tropical depressions, intensification, and their tracks, landfall, and associated rainfall and wind fields.     

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。