内蒙古数值天气预报集成方法初探

内蒙古气象台业务使用的降水量数值预报产品有:T213、T639、MM5、日本、德国数值预报场。各模式的预报准确率有较大差异。利用常规高空、地面观测资料和不同数值预报产品资料,在检验多个业务数值预报模式降水预报准确率基础上,借鉴集合预报新技术,完成对内蒙古数值预报集成试验。逐日滚动评定各种模式预报质量,优选高质量的模式作为集成对象,建立针对内蒙古降水的集成预报方程,并根据不同模式的预报准确率,动态分配预报方程的权重系数。     

近海地形对热带气旋移动影响的数值试验

利用含地形、摩擦及非绝热加热外源强迫的准地转正压涡度方程模式 ,通过构造理想的坡地地形及椭圆型岛地形 ,首先分析了孤立地形的动力抬升作用及动力抬升、摩擦、非绝热加热 3者共同作用下对热带气旋 (TC)移动的影响。发现 :地形的动力抬升、摩擦作用以及地形附近海域的非绝热加热对TC移动均有影响 ;然后 ,引入了我国东南近海的实际地形 ,通过数值试验分析了TC移经或登陆在近海不同位置时TC移向、移速的可能变化 ,并给出了近海地形对TC移向、移速影响的空间分布。     

“海上丝绸之路”主要海域热带气旋时空分布特征及其危险性

热带气旋作为一种海上灾害性天气,对“海上丝绸之路”海上航运影响重大。本文基于西北太平洋和北印度洋1990—2017年的热带气旋路径数据,结合热带气旋风场参数模型,利用缓冲区分析、叠加分析等GIS空间分析技术,系统研究了“海上丝绸之路”主要海域、主要海区、关键通道受热带气旋影响频次以及热带气旋危险性的时空分布特征。主要结论：① “海上丝绸之路”主要海域受热带气旋影响严重,表现在热带气旋影响范围广、影响频次高,其中西北太平洋较北印度洋受热带气旋影响更为严重,危险性更大;② 西北太平洋的15°N—30°N,120°E-—145°E海域热带气旋危险性最高;③ 热带气旋危险性季节变化较为明显,秋夏两季危险性较高,冬春两季危险性较低,在夏秋两季各月份中,7、8、9、10月危险最高;④ 在各海区中,中国东部海区热带气旋危险最高,其次是南海、日本海、孟加拉湾、阿拉伯海,而红海和波斯湾不受热带气旋影响;在各关键通道中,吕宋海峡热带气旋危险性最高,其次是台湾海峡、对马海峡、宗谷海峡、鞑靼海峡、保克海峡、霍尔木兹海峡,而马六甲海峡和曼德海峡无热带气旋危险。     

台风及命名

台风是指发生在西北太平洋和南中国海的强烈的热带气旋（热带气旋是发生在热带海洋上的强烈天气系统），也是在大气中绕着自己的中心急速旋转的，同时又向前移动的空气涡旋。它在北半球作逆时针方向转动，在南半球作顺时针方向旋转。气象学上将大气中的涡旋称为气旋．因为台．风这种大气中的涡旋产生在热带洋面，所以称为热带气旋。在热带海洋上发生的热带气旋，其强度差异很大。当热带气旋中心附近最大风力小于8级时称为热带低压，8级和9级风力的称为热带风暴，10级和11级风力的称为强热带风暴，只有中心附近最大风力达到12级的热带气旋才称为台风。     

基于深度学习的高时空分辨率降水临近预报方法

降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利用上海地区多年的高时空分辨率天气雷达探测资料,基于数据驱动的深度学习方法进行雷达回波外推,提出了一种新的降水临近预报模型——SwinAt-UNet模型。该预报模型通过融合UNet模型和Swin Transformer结构捕捉历史天气雷达探测资料中的短期和长期动态变化特征,可以自适应地学习潜在的雷达回波生消演变规律。此外,为提高模型的泛化能力和预报准确率,引入深度可分离卷积和卷积块注意力模块。结果表明：在不同基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型的预报准确率均高于UNet、SmaAt-UNet、TransUNet和AA-TransUNet模型;在45 dBZ的基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型临界成功指数提高了13%,同时在预报时效上具有一定的优越性;SwinAt-UNet模型外推图像具有更加清晰的边缘和细节性纹理,对降水范围、移动方向和强度变化的预测更为准...     

WRF模式中不同积云对流参数方案在四川地区试验研究

首先对WRF模式和积云对流参数化方案进行简要介绍,并采用该模式中六种不同积云对流参数方案对四川地区降水个例进行数值模拟,分析模拟结果并分析出针对四川复杂地区降水模拟效果最好的积云对流参数方案,旨在为WRF模式在四川地区的应用提供一定的参考价值。结果表明,从总体预报效果上来说,BMJ方案较好,其次是TS方案和KF方案。BMJ方案在模拟天气过程中对降水落区和降水强度的预报最接近实况,且从平均雨水混合比和平均云水混合比分析来看,该方案的数值模拟与降水场配合得当。另KF、BMJ、GD、SAS、G-3D和TS这六种积云对流参数方案均能够基本模拟出降水的范围但比实际降水范围大,其中降水强度上KF方案模拟较实况强。     

民航京沪穗数值预报系统在广州的本地化试验

为了调整优化基于WRF模式的民航京沪穗数值预报系统在广州本地的预报效果,使用3组不同的物理参数化方案和资料同化方案组合,对发生在2011年10月13日~14日广东地区的暴雨过程进行模拟。降水预报结果显示不同物理参数化方案和资料同化方案对降水预报有较大的影响,使用香港城市大学大气研究实验室实时预报系统推荐的参数化方案的降水预报好于加拿大温哥华地区业务运行的参数化方案,使用香港的方案,不同化自动站资料的预报效果好于同化自动站资料。而环流形势场、相对湿度场、水汽通量场和CAPE指数场对不同参数化方案的敏感性要小于降水场,另外还分析了系统连续15天预报结果。最终结果表明,不论是降水场还是形势场,使用香港城市大学的方案并且不同化自动站资料的评分优于其他2种方案,可以作为广州本地业务方案使用。     

动力气候模式输出产品释用技术的研究和应用

对国家气候中心１９９６年１～１２月用Ｔ６３模式所作的５００ｈＰａ３４次月延伸预报进行了检验评估,并对模式的系统性误差进行了分析和订正。在假定订正后的Ｔ６３延伸预报完全准确的条件下,用ＥＣＭＷＦ旬平均高度场和西南区域月平均气温和月雨量资料,建立了用Ｔ６３预报产品预测西南区域月要素场的一种完全预报（ＰＰ）的动力统计关系。并对西南区域１９９６年２月至１９９７年１月逐月平均气温和降水进行了预报试验。     

GRAPES_Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES_ Mesov3.1模式建立的GRAPES_ Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行.应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES_ Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析.结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16～18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义.预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报.模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温.预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因.对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关.同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大.     

GRAPES-Mesov3.1在西南地区2011年汛期的预报检验分析

基于GRAPES-Mesov3.1模式建立的GRAPES-Meso中尺度模式系统在西南区域气象中心运行稳定,该系统于2011年5月投入试验运行。应用GRAPES模式分析产品,NCEP的1°×1°再分析资料,实况资料以及2011年西南低涡探空加密观测资料等,对2011年汛期GRAPES-Meso系统的预报进行统计检验与天气过程分析。结果表明,模式对2011年8月川渝持续高温、9月16~18日四川东北部大暴雨等高影响天气过程有较强的预报能力,这对实际天气预报有着积极的指导意义。预报与实况偏差主要表现在模式通常超报云南地区降水,而对西南其他地区易漏报。模式通常低报青藏高原到四川西部气温,高报四川东部及重庆地区气温。预报高度场持续偏低,西南低空急流预报偏强,对流层中低层比湿偏低,这些可能是造成降水强度偏弱、降水落区偏北、强降水落区偏小的主要原因。对流层中低层高度场持续偏低,低空急流偏强与模式温度预报偏高和加热不均匀有关。同时模式对平原地区较高原山地预报要好,误差通常随等压面高度降低而增大,在一定程度上表明复杂地形对模式预报影响较大。     

涡旋初始化对T639模式热带气旋路径预报影响的数值试验

为了探讨涡旋初始化对T639L60模式热带气旋路径预报的影响程度,以1002号台风康森为个例进行数值试验,结果表明:在涡旋初始化中采用新的初始涡旋形成技术,能减小TC路径预报误差;从初始涡旋形成方案中通过改变七级风半径、涡旋外围尺度半径大小参数和有无进行涡旋强度调整方案进行敏感性试验,得到TC路径的预报对TC涡旋外围半径和TC强度较敏感,其路径会因涡旋外围半径大小和其强度的不同而有所差异。     

热带东风急流的演变特征及其与亚非降水的关系

为初步了解热带东风急流与亚非降水尤其中国东部、华南地区天气系统之间的关系,利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合全球综合分析降水集(CMAP)及Ni o3.4海温指数,采用突变检验、小波分析、相关分析、合成分析等方法,对TEJ的结构、演变特征及其与亚非地区降水和大气环流的关系等进行研究。分析表明:TEJ从南海上空向西延伸,经印度到达非洲北部上空,中心位于印度半岛南端、阿拉伯海上空。利用"区域平均"法,定义了热带东风急流指数(TEJI),讨论了该指数62年的年际、年代际变化特征,并分析了TEJI与亚非降水、大气环流及ENSO的关系,结果表明:TEJ呈现强度一致减弱趋势,且突变大致发生在1978年;小波分析表明标准化TEJI存在准10年振荡周期;主要降水带出现在急流入口区右侧和出口区左侧,降水主要位于南亚和东亚季风区内;亚非季风区夏季降水与TEJ响应最敏感的区域是西亚、北非(负相关)、南亚(正相关);海平面气压场和南亚高压与TEJ密切相关,对中国东部和华南地区的旱涝预报起着重要的作用。     

广西低纬度地区暴雨环流特征分析

利用NCEP和ECMWF再分析资料,结合天气动力学原理,从西风带系统、副热带系统、青藏高原影响系统和热带系统对影响广西低纬度地区暴雨过程中的天气系统进行了分型,并给出相应的环流特征,为广西等低纬度地区的暴雨预报提供了参考依据.     

近30年西北太平洋热带气旋时空特征分析

 本文利用近30年热带气旋年鉴建立了西北太平洋热带气旋灾害数据库,以.NET和ArcGIS Engine搭建了二次开发平台(其包括登录界面、图查属性、 属性查图、数据库分析处理等功能),分析了西北太平洋热带气旋的时间特征、空间特征,以及时空变化特征。结果表明,30年来西北太平洋共生成905次热带气旋,年均30.2次/年。其中,7-10月最容易发生热带气旋,占所有热带气旋的35.7%,8月份达到峰值,达21.5%,2月最不容易发生热带气旋,发生频率仅为0.6%,而8-10月是强台风和超强台风发生的月份。热带气旋源地集中区位于(10°~22°N,112°~120°E)、(8°~20°N,126°~134°E)和(6°~20°N,136°~150°E),具有纬度带和经度带的分布特性。源地的空间分布存在明显的季节变化和月变化特征,在季节尺度上,夏季主要集中在偏北偏西位置,并向南向东偏移,冬季向北向西偏移;在月尺度上,1-4月源地相对分散;5-6月相对于1-4月的源地位置发生向西向北方向转移;7月向东向北扩散,8-9月向西扩散,9月源地相对集中,10月热带气旋源地南移, 11-12月热带气旋源地范围明显减小。     

PDO不同位相期间MJO对南海热带气旋生成的影响

【目的】探讨PDO不同位相期间MJO对南海热带气旋生成的影响。【方法】基于热带气旋最佳路径数据集、向外长波辐射和大气再分析资料,采用高斯滤波、经验正交函数分解和合成分析等方法。【结果与结论】南海热带气旋在PDO正(负)位相期间生成较多(少);PDO正位相期间,MJO对南海热带气旋的调制作用更强,热带气旋日生成率在MJO活跃位相和非活跃位相之比达5.60,远高于PDO负位相期间的2.59。在PDO正位相期间,MJO信号在南海北部更强,使得影响热带气旋生成的各动力因子在MJO活跃和非活跃位相的差异更大,从而导致在PDO正位相期间MJO对南海热带气旋生成的调制作用更强。     

2011年“7·3”特大暴雨天气过程诊断分析

为了更好的了解暴雨发生的机制且为未来预报奠定基础,需要对暴雨天气过程进行诊断分析.通过利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP逐6小时再分析资料,总结分析了成都地区2011年7月03至04日特大暴雨天气过程的环流背景和主要影响系统,并对相关物理量进行了诊断分析,结果表明:(1)这次降雨主要是在高空副高的突然加强西伸、低空西南急流的水汽输送和本地积聚的不稳定能量与弱冷空气侵入共同作用下产生的.(2)暴雨开始前,成都地区位于高空水汽通量散度梯度大值区北侧的辐散区.随着暴雨发展,水汽通量散度梯度区向北移动.(3)水汽通量散度正负临界值区和湿位涡对于本次降水落区的预报有较好的指示意义.在强降水区域,低层湿位涡的垂直正压项为明显的正值中心,斜压项为梯度大值区,斜压性很强.(4)风场在850hPa等压面和低层θe=325K(大约750hPa)等熵面上均表现为气旋式弯曲,有利于强降水的发生.     

2011年“7·3”特大暴雨天气过程诊断分析

为了更好的了解暴雨发生的机制且为未来预报奠定基础,需要对暴雨天气过程进行诊断分析.通过利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP逐6小时再分析资料,总结分析了成都地区2011年7月03至04日特大暴雨天气过程的环流背景和主要影响系统,并对相关物理量进行了诊断分析,结果表明:(1)这次降雨主要是在高空副高的突然加强西伸、低空西南急流的水汽输送和本地积聚的不稳定能量与弱冷空气侵入共同作用下产生的.(2)暴雨开始前,成都地区位于高空水汽通量散度梯度大值区北侧的辐散区.随着暴雨发展,水汽通量散度梯度区向北移动.(3)水汽通量散度正负临界值区和湿位涡对于本次降水落区的预报有较好的指示意义.在强降水区域,低层湿位涡的垂直正压项为明显的正值中心,斜压项为梯度大值区,斜压性很强.(4)风场在850hPa等压面和低层θe=325K(大约750hPa)等熵面上均表现为气旋式弯曲,有利于强降水的发生.     

主汛期降水量预测信号及方差权重方法的应用

为了制作四川盆地主汛期降水预报对相似方法作了改进,首先是根据四川盆地主汛期降水的前３个特征向量分别寻找有物理基础的前期信号作为预报因子,然后充分考虑各因子对总降水量贡献大小定义因子场的相似,确定相似年,最后引入“集成”的思想,由５个相似年的降水场得到预测年降水的定量客观预报。１９８１～１９９４共１４年的预报结果准确率高于当前业务预报水平。     

四川盆地汛期旱涝预测研究

对近１０年来四川盆地汛期降水预测水平进行了定量评估,并与国家气候中心预测水平作了对比。在分析影响四川盆地汛期降水主要物理因素的基础上,提出了四川盆地汛期旱涝预测的基本思路和技术方法,并在实际业务预报中取得了较好的效果。     

基于集合预报的四类持续性灾害性天气中期概率预报应用技术分析

针对4类持续性、灾害性天气,利用集合平均、离散度、概率以及盒须图等方法对T213集合预报的数据进行再加工,得到其中期概率预报,包括全国范围的持续性降水、南方春季持续低温(重度低温)、南方春季低温(重度低温)连阴雨、江淮梅雨。其结果表明:(1)对于全国范围内的持续性降水过程,各类图都能很好的反映集合预报中不同量级的降水预报在10天之内的落区变化以及持续情况,并与实况对应较好。(2)对于南方低温和低温连阴雨,集合平均、离散度和概率图都能明显的反映出实际天气过程和范围的变化。(3)对于江淮梅雨这5个指标站的盒须图,能明显看出各集合成员在15个集合成员中的相对位置,以及数据的分布情况。同时还能看出集合成员与集合平均数之间的关系。梅雨日概率图则能直观的反映出10天之内每天达到梅雨日标准的概率,更有利于判断梅雨天气。