基于误差权重的站点降水订正预报方法研究

基于2018—2020年逐日修水国家基本气象站降水实况和模式降水预报数据,对ECWMF、NCEP、JMA、CMA-GFS、CMA-SH9等5种模式24 h及48 h降水预报进行了误差分析及检验。结果表明,总体上各模式24 h、48 h降水预报误差均以一个量级的正误差为主;各模式24 h降水预报误差小于48 h;CMA-SH9、JMA模式24 h、48 h预报误差均较小;总体上各模式24 h预报评分优于48 h;华东模式、日本模式24 h、48 h晴雨准确率均较高;CMA-SH9、ECMWF、NCEP模式24 h、48 h降水预报各量级风险评分均较高;JMA模式对24 h暴雨及以上量级降水可能具有一定的预报指示意义;总体上各模式24 h、48 h降水预报风险评分随量级增大而降低,空报率、漏报率随量级增大而增大;总体上各模式24 h、48 h小雨预报性能较优,中雨均易空报,大雨均易漏报,暴雨及以上降水均易空报与漏报。进一步通过引入滑动训练期,并基于平均绝对误差权重的多模式集成订正方案对降水预报进行订正,且对订正预报结果进行了整体及分季节评估检验。结果表明,相对多数模式,经订正后24 h、48 h降水预报性能总体上均有所提升,即提高了预报准确率,减小了预报误差,改进了晴雨准确率,提升了小雨—中雨的预报评分,提高了夏季48 h暴雨及以上降水的风险评分,并降低了其空报率;48 h降水订正预报效果总体优于24 h,春季及秋季降水订正预报效果总体优于夏季及冬季。     

灾害天气国家重点实验室奥运气象服务

（1）奥运开幕式、闭幕式重要天气过程的分析和多模式预报。参加奥运天气会商的预报方法包括经典统计方法、动力统计方法及中尺度数值模式预报。其中中尺度数值预报模式有：GRAPES_Meso模式、AREMS模式、WRF模式及ARPS模式。此外,中尺度分析LAPS系统也参与了对中尺度系统的诊断分析。     

台湾海峡海陆风数值模式与数值模拟试验

研制了一个包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程组的台湾海峡海陆风数值模式,并用此模式来模拟及研究台湾海峡两岸海陆风的生成与变化特征.模式中考虑了太阳辐射、长波辐射及其日变化、地表向大气的感热与潜热输送以及向土壤层的热传导等.数值计算中采用了分解算法及隐式时间差分方案.用此模式得出的模拟结果与闽东南及台湾海陆风的观测事实比较吻合,表明了此模式能够较好地描述海峡两岸的海陆风变化规律.     

数值天气预报模式产品在预报业务中的应用

介绍了数值预报模式产品性能的基本特征,讨论了模式产品误差的地理、季节和层次分布、不同尺度模式产品的可预报性、模式输出要素及物理量、指数的误差特点,并根据目前业务中常见的错误预报思路探讨了应用数值预报模式产品的合理思路,指出现代预报业务中预报员的作用。认为现代预报员应该了解几种基本的数值预报模式的特性及基本原理,集合各种模式的优点,综合本地预报经验,有效利用海量数值预报产品,做出更高质量的预报结果。     

2011年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用数值模式中期预报产品,对2011年6—8月T639模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明：三家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对大尺度环流形势、影响天气系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性也不如ECMWF模式。对1109号台风梅花（MUIFA）的路径及强度预报,三家模式的预报效果均不理想,T639模式对＂梅花＂登陆后的预报与零场较接近,而ECMWF模式及日本模式预报相对较差。     

2008年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2008年6-8月T639 模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析.结果表明:3种模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能.综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;特别是T639模式对0808号台风凤凰(FUNG-WONG)路径及强度的预报与实况差异较大,而ECMWF及日本模式预报相对准确.     

2007年6—8月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2007年6—8月T213模式进行天气学检验,并与欧洲中心ECMWF模式及日本模式进行了比较。结果表明:3种模式对亚洲中高纬环流形势的调整演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报误差最小,最接近实况,日本模式和T213模式稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是T213模式对0709号台风圣帕路径及强度的预报与实况相差较大,而ECMWF模式及日本模式预报较为准确。     

北京城市大气环境污染机理与调控原理

该文主要介绍了科技部国家重点基础研究发展规划项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理”大气分项目的研究成果。项目分别于2001年和2003年重点开展了BECAPEX科学试验 (Beijing City Air Pollution Experiment)。BECAPEX试验同步进行城市边界层气象与大气化学观测, 通过卫星遥感、地面观测, 即城市空间和地面以及点与面结合的技术途径, 以揭示北京城市污染“空气穹隆”大气化学结构特征及其变化规律, 为城市环境大气动力-化学模式提供基本科学参数, 给出城市边界层大气物理化学过程综合模型, 为提高城市环境大气物理-化学过程耦合模式的准确性和可靠性提供科学依据。该项目揭示了北京城区和城近郊区城市边界层结构与湍流特征, 城市大气污染垂直结构特征; 发现了城市大气污染空间结构多尺度特征, 其中包括大气污染源影响和城市热岛多尺度特征; 揭示了城市大气重污染过程周边源影响域, 以及北京及周边地区气溶胶影响域和区域气候响应; 提出了北京市典型污染源排放清单; 发展了城市气象模式系统, 包括冠层模式、街谷环流和热力结构以及城市高大建筑群周围风环境数值模拟; 发展了空气质量模式技术, 包括二次气溶胶模拟试验、北京地区SO₂污染的长期模拟及不同类型排放源影响的计算与评估、影响北京地区的沙尘暴输送模拟、区域化学输送模式中NO_x和O₃源示踪法, 城市尺度的大气污染CAPPS模式及统计模型的应用、大气污染及紫外辐射数值预报模式和CMAQ-MOS空气质量预报方法; 改进了美国公共多尺度空气质量预报模式, 建立了CMAQ-MOS区域空气质量动力-统计模型预报模式, 以及发展的源同化技术, 突破了当前空气质量模式技术“瓶颈”, 使模式预报准确率明显提高。     

雷暴云起电机制及其数值模拟的回顾与进展

对国内外有关雷暴云起电机制和起/放电模式的研究结果和进展进行了回顾,总结了这两方面研究的主要进展及所涉及的重要问题。详细介绍了离子、粒子及其他起电机制的发展历程,并从非云模式和云模式这两方面综述了国内外起/放电模式的一些结果和进展。目前对雷暴云内电荷的产生已有较为系统地了解,但仍需对雷暴内动力、微物理和起电过程及它们之间的相关性做更深入的研究。进一步完善雷暴云起/放电模式,并应用模拟结果和观测资料来研究动力、微物理过程及电结构的相互作用机制。     

2010年6—8月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

为更好地应用T639模式中期预报产品,对2010年6—8月T639模式进行天气学检验,并与ECMWF、日本模式进行了对比分析。结果表明:3家模式均对亚洲中高纬环流形势的调整和演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报最接近实况;日本模式和T639模式稍差,稳定性不如ECMWF模式;对1003号台风灿都(CHANTHU)的路径及强度预报,3家模式的预报效果均不理想,ECMWF模式对其登陆前的预报与零场较接近,而T639模式及日本模式预报相对较差。     

大气环境影响预测模型

本文比较系统地介绍了二、三级评价项目中高架连续点源污染物排放的短期平均浓度预测模式、地面最大浓度及其出现距离计算方法、不利气象条件下的污染浓度预测模式及长期平均浓度预测模式。对其中资料的选取,细节的确定及多个点源迭加方法作了详细的阐述,最后简要地给出了分析方法。     

基于BCC第二代短期气候预测模式系统的中国夏季降水季节预测评估

利用BCC第二代气候预测模式系统1996-2015年提前1～3个月的回报试验结果,评估了模式在季节尺度上预测中国夏季降水空间分布和降水异常的能力,分析了模式预报效果的年际差异,并探讨了模式预测误差产生的可能原因。结果表明,模式对中国夏季降水的季节预测具有一定的技巧,西南至长江中下游南部、黄淮平原西部、东北北部及藏北高原等地区季节预测技巧较高,同时,模式对降水距平预报效果整体较好,其中在长江中下游、黄淮地区、华南地区、西北地区及东北北部距平符号一致率较高。而模式对降水季节预测的偏差主要表现为我国东部降水量强度预测偏小,对夏季降水异常的预报技巧有限,且不同年份模式的预测效果差异较大。模式对夏季西太平洋及印度洋高海温区范围预测偏小,对副热带高压和东亚地区低层水汽辐合的强度预测偏弱,从而导致风场与环流场的配置与观测不一致,使得模式对我国东部夏季降水预测显著偏少。从模式预测效果年际差异来看,当华南地区实况降水量偏多、长江中下游及东北地区降水量偏少时,模式具有较高的预测技巧,反之,模式的预报技巧较低。分析中国东部降水与海温的相关关系发现,夏季西北太平洋、热带西太平洋和北印度洋是影响中国东部夏季降水的关键区域,模式中西北太平洋海温偏低对模式预报技巧具有重要影响,海温场、高度场、风场及水汽通量散度场不同的相互配置导致中国东部夏季降水的分布及强度差异,而模式不能合理把握各物理量场间相互作用过程,从而影响模式的预报效果。因此,改进模式对外强迫因子与降水异常相关关系的预测能力是提高我国夏季降水季节预测技巧的主要途径。     

地表参数对T106模式预报的影响

利用ISLSCP的土壤湿度、植被和NOAA的实时雪盖、海温资料, 通过改变T106模式的地表参数及改进地表通量计算方法, 探讨了地表参数对T106谱模式预报效果的影响.试验表明, 地表参数及地面过程对T106模式的预报结果有较大影响, 试验方案改进了模式的预报效果, 尤其对西太平洋副热带高压的预报, 如对副高特征值588 dagpm线北界和西伸脊点、面积指数和强度指数以及副高整体进退预报都比业务模式更接近实况.     

GRAPES全球预报系统的建立及试验工作进展

在GRAPES全球模式的研究和发展方面,2007年重点解决了全球模式质量守恒问题、模式高层系统性偏差、及半拉格朗日动力框架与部分物理过程的协调性问题.同时,完成了基于NCEP分析资料为初始场的-年时间的10天预报试验,系统评估了模式的基本性能.     

西双版纳地区雾的数值模拟研究

建立了一个适用于复杂地形上的三维非定常雾模式,用于研究西双版纳地区雾的生消规律。模式详细考虑了湍流、长短波辐射、凝结、蒸发、重力沉降等影响因子,特别注意了植被和气溶胶辐射效应对雾的生消的影响。利用本模式对山谷风及雾的生消过程进行了实况模拟,结果表明,模式在一定程度上反映了实际情况。     

城市气象研究动向的思考

基于近年来城市气象观测与模拟研究的最新进展,展望了城市气象未来的发展方向和重点研究领域,主要包括以下六个方面：城市气象数值模拟、新观测技术及同化应用、观测与数值模拟互动、城市化对天气气候影响机理、城市气候资源利用与热岛效应减缓措施,以及城市化对大气环境及人体健康的影响。指出了城市冠层模式发展、城市水文过程及城市降水、城市边界层及其他模式物理过程和模式评估等方面亟需解决的关键科学问题。     

气候模式与气候模拟

本文扼要地叙述了气候模式与模拟的定义、内容和发展概况。介绍了不同类型模式,如能量平衡模式、辐射对流模式、大气环流模式和随机模式等的主要特征。最后举了两个实例,即用大气环流模式作由二氧化碳增加而造成大气增温的数值试验以及用机制模式研究气候变化及可预报性,以此来阐明当今气候模拟的两个主要方向。     

Zebiak-Cane海气耦合模式研究进展

系统、全面地总结了国内外关于Zebiak-Cane海气耦合模式的应用及分析研究，指出了模式的优点及存在的不足，并评析了模式改进工作，最后进行了讨论并展望未来的发展方向。     

持续性强降水的区域模式动力中期预报研究

持续性强降水及其次生灾害给人民的生产和生活造成严重影响, 延伸其模式动力预报能力对防灾、减灾具有重要意义。随着对持续性强降水过程形成机理及模式动力中期预报认识的不断提高, 以减小模式初始条件误差、边界条件误差以及内场预报误差为目标提出了一系列动力中期预报技术方法, 主要包括:针对边界条件提出低通滤波技术方案, 改进了5 d以上的环流及降水预报; 针对模式预报内场进行谱逼近技术试验, 对提前3—7 d的小雨以上量级的降水预报改进明显; 针对初始条件进行多尺度混合更新初值技术预报试验, 融合全球预报的大尺度场及区域模式预报的中小尺度场进行15 d预报, 明显提高了50及100 mm以上的持续性累积降水预报时效。      

SWCWARMS及ECMWF模式对四川盆地暖区型和斜压锋生型暴雨预报检验分析

利用2014～2016年5～10月四川盆地所有观测站资料及SWCWARMS模式、ECMWF模式同时段20时起报的24h累积降水资料,基于邻域法FSS、ETS评分指数检验了两模式对于高能暖区型暴雨及斜压锋生型暴雨预报的预报性能。主要结论为:(1)两种类型暴雨过程平均误差均是SWCWARMS模式较ECMWF模式大,且误差值为正,表明模式以湿偏差为主;(2)高能暖区型暴雨FSS评分各降水量级各空间尺度均是SWCWARMS模式高于ECMWF模式;斜压锋生型暴雨50mm以下量级降水在36km以下空间尺度ECMWF模式FSS评分高于SWCWARMS模式,54km以上空间尺度SWCWARMS模式评分较高,大暴雨量级降水各尺度下均是SWCWARMS模式评分较高;(3)高能暖区型暴雨ETS评分暴雨、大暴雨量级SWCWARMS模式评分较高,中雨、大雨ECMWF模式预报更优;斜压锋生型暴雨ETS评分,中雨、大雨及暴雨量级降水预报ECMWF优于SWCWARMS,大暴雨量级SWCWARMS模式预报更优。