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。     

"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,     

对区域数值模式(REM)的改进及数值试验

针对中尺度对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。     

模式水平分辨率提高对一段大暴雨预报结果的影响

使用中尺度暴雨模式MRM1—不等距21层细致边界层η坐标模式,分别采用36 km和18 km的水平分辨率对1998年6月12日~7月31日造成长江流域特大洪水的暴雨进行数值模拟,结果表明:当把模式水平分辨率提高到18 km后,暴雨及其以下降水量等级的预报TS评分与36 km的相当,但大暴雨预报效果明显提高,降水分布具有明显集中的趋势,暴雨、大暴雨中心也明显向实况降雨中心靠拢。对1998年6月12~21日10个个例的数值模拟表明,水平分辨率由36 km提高到18 km后,网格尺度降水量占总降水量的比例由平均14.1%提高到27.5%,而次网格尺度降水量的比例由85.9%下降到72.5%;对1998年6月19日造成闽浙大暴雨的天气系统模拟对比分析表明,模式提高分辨率后,能够较好地模拟出造成大暴雨的中-β尺度低涡及其中尺度特征,预报暴雨及大暴雨的雨区有了明显的局地性,更接近实况暴雨及大暴雨的雨区。     

REM模式伴随系统的建立及其四维变分资料同化初步试验

Regional-Eta-Coordinate-Model(REM)中尺度模式对中国区域性降水显示出公认的较高预报能力,建立其四维变分资料同化系统是完善该模式,进一步提高其预报效果的重要工作。本研究编写了REM模式的切线性模式和伴随模式,介绍了建立REM模式伴随系统的过程,并利用实际天气个例资料,分别对REM模式的切线性模式、伴随模式及定义的目标函数梯度进行了正确性检验,检验结果表明对REM模式的切线性模式及伴随模式编写是成功的。利用REM模式的伴随系统,对1998年06月08日00时到09日00时和2000年08月01日00时到02日00时两个实际天气个例进行了四维变分资料同化试验。从数值试验的结果分析可以看到,进行四维变分资料同化后,两个天气个例在预报结束时刻其预报结果对风场和湿度场的预报都有明显改善,对温度场和高度场的预报也有所改善。对于累积降水的预报,两个个例利用四维变分资料同化后得到的初始场进行的预报结果则有较大不同,在个例1中,变分同化后对降水中心的位置和降水强度的预报都有明显改善,预报结果更接近于观测场;个例2中,变分同化后对降水中心位置和强度的预报则没有改善,产生这种现象的原因可能是由于定义的目标函数中没有加进背景场项,也可能是由于采用的观测资料时次比较少,还需要进一步进行研究和试验。     

GRAPES-MESO模式不同空间分辨率对中国夏季降水预报的影响分析

国家气象中心业务运行的中尺度数值预报系统GRAPES-MESO（Global/Regional Assimilation and Prediction System mesoscale model）在升级到4.0版本后采用了与以往版本不同的三维空间分辨率设置,本文通过计算精度分析、个例分析及统计分析的方法详细阐述了两者水平分辨率和不等距垂直分层的差异,并由此深入分析了不同模式三维空间分辨率对中国夏季汛期降水预报的影响。主要结论表明,GRAPES-MESO预报系统4.0版本在水平分辨率提高到10 km并同时使用更为合理的加密垂直分层设置后,不仅提高了计算精度和计算稳定性,同时仍能满足业务预报的时效要求。对个例降水特征的分析结果表明,提高模式空间分辨率可以在一定程度上改善对降水中心的预报,但对降水落区的预报改进较为有限。对2012年7月整月批量试验的统计检验结果表明,月平均技巧评分总体变化不大,但对逐日大到暴雨评分提高较大,通过各气象要素统计检验分析可以认为,模式空间分辨率提高的主要作用是通过降低了中低层高度场、温度场和水平风场的误差,改进了对流层中层环流背景场以及对流层低层降水直接触发系统的强度预报,从而能够提高大到暴雨的降水评分。     

江淮地区中尺度地形对一次梅雨锋暴雨的敏感性试验

利用美国俄克拉何马大学(University of Oklahoma)风暴分析预报中心研制的ARPS模式对1999后6月13～14日汀淮地区的特大暴雨进行了地形敏感性试验．分析结果表明：中尺度地形通过对动力场和水汽场的扰动对降水的落区和强度有重要影响．各个地形对降水的影响是不同的，同一个地形在不同时段对降水的影响也是不同的．地形和切变线的相对位置是造成这一影响的关键所在。     

卫星导风资料对REM中尺度数值模拟的改进研究

应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品-云迹风资料对REM中尺度η坐标有限区域数值模式的初始风场进行改进处理．模拟了2001年7月27～28日及8月16、18～19日共5天的降水过程，通过初始场的改进进行控制试验(CTE)和敏感性试验(STF)。研究结果表明，利用卫星云图导出的云迹风场资料，对中尺度数值模式的初始风场进行改进可以提高模拟精度．从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足，提高降水的预报精度。     

2003年汛期3种中尺度数值预报模式降水预报检验

利用2003年汛期降水实况及河南省气象台引进的3种中尺度数值预报模式(REM、MM5、MAPS)的降水预报资料，对模式预报性能作了检验对比分析。结果发现：REM模式对于大雨以上降水的预报效果较好；MAPS模式的12h预报有明显优势；MM5模式对小雨和中雨的预报效果较好，并且预报结果具有稳定性。     

卫星导风资料对REM中尺度数值模式改进的试验研究

本应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品——云迹风资料，对REM中尺度η坐标有限区域数值模式的初始风场进行改进处理，模拟了2001年7月27～28日以及8月16、18～19日共5d的降水过程，通过初始场的改进进行控制试验和灵敏度试验。研究结果表明，利用卫星云图导出的云迹风场资料，对中尺度数值模式的初始风场进行改进，可以改善模拟精度，从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足，提高降水的预报精度。     

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。     

GRAPES中尺度模式的广东定量降水预报检验

采用客观降水检验方法,对GRAPES中尺度模式2011年4月1日～2012年3月31日广东降水预报进行了分级降水检验、时空分布演变评估以及降水预报个例分析。结果表明:随着降水量级和预报时效提高,模式降水预报质量呈现下降趋势;模式能够对降水过程时间演变做出准确的预报,对于实况较小的降水,模式存在预报比实况偏大的问题,而对于实况较大的降水,模式存在预报比实况偏小的问题;模式不能很好预报出与地形有关的广东3个降水中心;通过对一次台风降水预报个例分析表明,模式24 h预报能较好反映雨带分布和暴雨中心。     

华东中尺度地形对浙北暴雨影响的模拟研究

以一次梅雨降水为例，利用中尺度模式进行一系列中尺度地形对降水的增幅影响的敏感性试验。结果表明，中尺度地形对强降水区域的分布和强度有很大的影响，强降水中心位于地形附近，地形引起的１２小时降水增幅高达总降水的９０％以上；中尺度地形作为一种外界迫动，初始在低层形成气旋性辐合和水汽热量的集中，然后通过凝结潜热释放所造成的中高层增温和高层辐散，使得地形垂直环流加强和向上伸展。于是在降水、潜热释放与地形垂直环流之间出现一种正反馈机制，导致地形对降水的强烈增幅；同时午后下垫面加热所形成的不稳定层结也有利于地形垂直环流的不稳定发展，产生新的雨峰；初始场的中尺度扰动似乎在降水的地形性增幅中并不起明显作用。     

陕西省农用天气预报服务关键技术及内容

2009年山西省引进了中国气象科学研究院人影中心的MM5云参数化模式并初步实现了业务化运行,生成的云物理量产品主要有温度场、高度场、水汽场和各种云中水成物粒子的比含水量以及水平和垂直分布状况。该模式的初始场为T213预报场资料,采用10km的分辨率。本文选择了2010年4月19日-21日山西省一次春季层状云降水过程作为分析个例,应用雷达、NCEP水汽场再分析资料,并重点采用该MM5中尺度云参数化模式输出的数据,对山西省春季层状云的宏微观结构特别是云系垂直方向上的微物理结构进行了详细的分析,在此基础上总结出本次春季层状云降水的宏微观结构特征。     

背景场资料与参数化方案对暴雨预报的影响

利用GRAPES—meso模式和T213资料,对2007年7月18日发生在我国四川盆地和华东地区一次大暴雨过程进行多组数值试验,以分析侧边界资料、驱动资料的垂直分辨率、模式积分区域、云物理参数及边界参数对GRAPES—nleso模式降水预报影响。试验结果表明：（1）侧边界资料对模式降水预报结果影响较小,驱动GRAPES—meso的全球模式产品质量提高,降水预报结果越好;（2）驱动资料垂直分辨率的高低对降水预报结果影响较大,分辨率越高,预报能力越强,反之越弱;（3）模式积分区域对降水预报结果也有明显影响,区域越大,降水预报未必总是最好;（4）物理过程和边界参数试验表明,WSM6方案与KFeta方案组合的24小时降水预报与实况更接近。     

背景场资料与参数化方案对暴雨预报的影响

利用GRAPES-m eso模式和T213资料,对2007年7月18日发生在我国四川盆地和华东地区一次大暴雨过程进行多组数值试验,以分析侧边界资料、驱动资料的垂直分辨率、模式积分区域、云物理参数及边界参数对GRAPES-m eso模式降水预报影响。试验结果表明:(1)侧边界资料对模式降水预报结果影响较小,驱动GRAPES-m eso的全球模式产品质量提高,降水预报结果越好;(2)驱动资料垂直分辨率的高低对降水预报结果影响较大,分辨率越高,预报能力越强,反之越弱;(3)模式积分区域对降水预报结果也有明显影响,区域越大,降水预报未必总是最好;(4)物理过程和边界参数试验表明,W SM6方案与KF eta方案组合的24小时降水预报与实况更接近。      

应用Mass模式开发T42产品初探

本文应用T42产品和Mass模式对1992年7月25日呼和浩特地区大暴雨进行诊断分析和预报试验。诊断分析表明，局地中尺度环流是复杂现象，由多因子非线性相互作用而生成。地形的热力作用主要影响中尺度系统的演变速度、强度和结构；地形的动力效应导致暴雨区附近的气旋性环流；更大尺度系统诱发地面中尺度风速辐合线。预报试验表明，Mass模式与T42产品中的预报场相结合，可使诊断结果具有预报意义。发展有限域中尺度诊断模式是将T42所提供的天气尺度信息转化为中尺度信息的有效途径之一。这种转化为局地强对流天气的加强预报提供依据。     

中尺度对流雨带飞机观测资料分析和数值模拟研究

本文使用MM5中尺度数值模式,采用不同分辨率(90、45、30和15Km)相同的Reisner混合相微物理显示方案,及Betts—Miller和Grell的对流参数化方案,对2003年7月8日吉林省境内中尺度对流雨带天气过程进行了数值模拟试验。结果表明：不同尺度的天气系统,需要不同分辨率、不同参数化方案的中尺度模式进行模拟,提高模式的分辨率可以增强对含有对流的中小尺度天气系统的模拟和预报能力;模式的水平分辨率和对流参数化方案对模拟强降水中心有重要影响;当MM5模式分辨率提高时,模拟的细化给降水分布、降水强度带来一些改进,但主要雨区内也出现了一些虚假预报中心水平扩散;低层正涡度区,高层负涡度区的配合,对低层辐合上升运动有利、能促进对流发展;从散度场的分布特征看。低层850hPa的水平辐合区域强弱与降水的大小有密切关系,强水平辐合区与强降水区有很好的对应关系。因此,在MM5模式业务化时应该根据天气特点来选择模式分辨率和对流参数化方案,以使模拟结果更接近实况。     

2003年汛期3种中尺度数值预报模式降水预报检验

利用2003年汛期降水实况及河南省气象台引进的3种中尺度数值预报模式(REM、MM5、MAPS)的降水预报资料,对模式预报性能作了检验对比分析.结果发现REM模式对于大雨以上降水的预报效果较好;MAPS模式的12 h预报有明显优势;MM5模式对小雨和中雨的预报效果较好,并且预报结果具有稳定性.     

一次燕山南麓局地大暴雨的成因分析及数值预报检验

利用常规观测资料、区域自动站、卫星云图及多普勒天气雷达资料,对2013年6月28—29日发生在秦皇岛地区一次局地大暴雨过程进行了综合分析,并从环流形势、影响系统、降水强度和落区等方面对多种数值预报进行检验。结果表明:中尺度对流复合体和线状回波中的超级单体,造成了北部山区的短时强降水,强降水区域位于黑体亮度温度TBB度最大处,燕山山脉地形抬升作用和中尺度风场辐合是本次过程的触发机制。多种数值模式产品对暴雨有一定的预报能力,但强降水中心都偏北,且未能体现出大于100?mm的大暴雨区域。对产生暴雨天气影响系统位置和强度的预报,不同的数值模式有所差异,ECMWF模式对亚洲地区中高空环流预报的结果更为准确,对弱高空槽系统预报偏差较大。冷涡天气形势下,当各种数值预报模式均预报有降水时,降水量级一致或相差不多,并且日本传真图在秦皇岛附近预报有25?mm左右降水中心时,考虑地形作用,秦皇岛北部山区降水量级可增加一个量级或稍大一些。由于各家数值预报对地形作用难以准确把握,从而对地形诱发的中小尺度系统容易漏报。