地面自动站资料质量控制方案及应用

为满足精细、 短时天气预报的需求, 我国地面自动站（AWS）观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在参考国际先进的AWS QC方案基础上, 根据我国地面自动站的特点和数值天气预报模式对地面资料应用的要求设计。其目的是解决AWS观测资料在数值预报中应用的质量问题。本方案采用多种质量控制技术, 其中包括台站气候极值检查、 要素间一致性检查、 时间一致性检查、 持续性检查、 背景场一致性检查、 空间一致性检查、 综合决策算法、 自动统计评估反馈技术。本文从检查方法对错误资料的敏感度和确定性进行理论分析表明, 该方案具有更强的敏感度和确定性。将该方案应用于北京地区2006年8月AWS实际观测资料检验, 结果表明, 该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料, 有效地为地面自动站资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。     

适用于云南地区的地面资料同化方案设计及个例分析

利用2000—2007年5～10月云南及周边地区12个探空站08:00和20:00观测资料,分6种不同地形高度类型分析了边界层内基本气象要素间关系,根据分析结果设计了云南地面资料同化方案,并选取两个暴雨个例进行模拟分析。结果表明:探空资料的贡献在引入地面资料后有所调整,在Rug-giero方案中,地面资料的引入在模拟区域初始场中东部地区有明显的升温和增湿,对强降水的模拟改善作用较小;而在云南方案中东部地区的温度和湿度明显降低,叠加的地面测站与模式地形高度差异相关且大致相同,模拟的降水强度和范围在实况降水中心附近明显增加,而在降水强度不明显的区域变化不大,从而使得模拟效果得到了较好的改善,表明云南方案对云南地区强降水的模拟是适用的。     

TRMM/PR资料在中尺度模式中的应用

将中尺度非静力模式MM5中的积云参数化Grell方案作了改进,使它含液态水含量,并用该模式对1998年6月29日08：00～30日08：00(北京时,下同)和7月1日08：00～2日08：00发生在淮河流域的两次特大暴雨进行数值模拟研究,同时通过采用不同高度上的Z—qr关系式将TRMM／PR(Tropical Rainfall Measuring Mission／Precipitation Radar)雷达得到的反射率资料计算出比含水量qr,然后用qv=qv qr取代原模式中的比湿qv。结果表明,将TRMM／PR雷达资料加入模式后,由于PR雷达具有较高的空问分辨率,能够很好地反映中小尺度系统的空间结构,使湿度值接近实际,缩短了中尺度系统的发展时间,使得模拟出来的降雨强度、雨量中心位置以及雨带形状更接近实况。     

两个β中尺度气旋性涡旋合并的数值研究

利用中尺度模式MM5对1998年6月29日发生在江淮流域的暴雨过程中的两个β中尺度气旋性涡旋的合并过程进行了数值模拟,分析研究了流场演变特征.结果显示,在800hPa上的两个β中尺度涡旋合并最早最快,在低空925hPa上出现时间晚,合并也晚.在合并过程中的风向和风速变化特征与两个天气尺度气旋或台风合并过程中的特征相仿.     

湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析

利用1983—2017年湖北省汛期74个国家气象站逐小时降水数据,按长、短历时强降水事件分类研究强降水频次的时空特征,并运用普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)方法定量探讨强降水频次与地形因子之间的关系。(1)湖北汛期长、短历时强降水年频次周期变化明显,年代际变化(≥10 a)存在1个主振荡模态,年代际以下尺度(<10 a)存在2个主振荡模态。(2)长历时强降水旬频次在梅雨期达到顶峰,盛夏期减少,而短历时则在梅雨结束后的7月中旬出现跃升;长、短历时强降水频次日变化曲线都为单峰结构。(3)湖北长、短历时强降水高频次站点多出现在地面存在准常定中尺度辐合线或涡旋的特定地形条件下。(4)地理加权回归较传统普通最小二乘法显著提高了强降水频次与海拔高度、坡度的拟合效果。结合拟合系数显著性检验分析,地理加权回归不适用于样本偏少、站点稀疏的鄂西山地,更适用于多中小尺度地形的湖北中东部。(5)地理加权回归模型中,海拔高度与长历时强降水频次在大别山东麓西侧正相关最大,在大别山西麓南侧负相关最大,坡度则正相反;海拔高度、坡度对短历时强降水频次的最大影响在大别山东麓西侧以及沿长江干流的低洼城...     

近10年中国现代天气预报的发展与应用

近10年来,随着数值预报技术的进步,探测手段的日臻完善和丰富,以及高性能计算机快速发展和应用,现代天气预报技术取得了显著的进步,其中快速更新同化分析和预报、集合预报、概率预报以及数字化预报等新技术的应用,促进了中国天气预报业务水平的提高,在中国防灾减灾、保障社会经济发展和人民安康福祉的气象服务中发挥了重要作用。回顾和介绍了近10年中国现代天气预报新技术,主要包括基于中尺度模式的多源资料快速更新同化预报技术,提供灾害性、极端性天气预报的不确定性信息的集合预报和概率预报技术及高时空分辨率气象要素的数字化预报技术,展望未来发展趋势,以期能够对未来天气预报技术发展提供借鉴和参考。     

地面气压同化递进式OMB质量控制方法研究

文章首先通过波谱分析对夏季(2013年6—8月)五个重点区域6 h一次地面气压观测场和T639分析场进行周期和振幅特征对比分析,在此基础上采用递进式OMB(observation-minus-background)质量控制方法对我国及周边地区地面气压进行了质量控制研究。研究结果表明:在模式与观测地形高度差异较大区域,必须通过压高等方法进行订正背景场资料才能较为准确地描述观测周期振幅特征,采用压高与双权重相结合的方法能够有效订正模式与观测之间的偏差,为地面气压的质量控制奠定了很好的基础;递进式OMB质量控制方法使得观测增量接近正态分布,相对OMB方法更有效识别离群资料,更能保障质量控制效果。     

CMA-MESO 3 km系统2 m温度预报诊断北大核心CSCD

诊断分析CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model,原GRAPES-MESO)3 km系统冬季2 m温度预报效果,为冬奥气象保障服务以及CMA-MESO模式系统开发优化改进提供参考,选取2020年12月至2021年2月2 m温度预报。诊断发现,每日低温预报较好,高温预报较差,00—06时(世界时,下同)升温过程预报效果好于06—21时降温过程。滑动双权重平均法订正显示,2 m温度预报偏差以系统性偏差为主,订正前均方根误差和标准差较大地区改善效果更为明显。依据温度订正前后标准差差异选择华北、华东、西南三个区域的个例和华北地区连续试验进行波谱分析发现,功率谱随着尺度增大逐渐增多,2 m温度预报偏差和2 m温度不同尺度功率谱信息存在一定的对应关系,当不同尺度上的功率谱存在缺失或异常大值时,2 m温度预报与实况存在明显差异。     

CMA-MESO关键技术集成及应用

基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度系统的对流可分辨同化系统和陆面资料同化系统,实现雷达径向风、风廓线雷达、FY-4A成像仪辐射率、卫星云导风、卫星GNSSRO、地面降水观测以及近地面资料等非常规局地稠密资料的同化应用,发展快速循环技术,建立全国3 km间隔3 h的快速循环同化预报系统——CMA-MESO（GRAPES-MESO 3 km）并实现业务化运行。2020年6—9月汛期业务检验结果表明:CMA-MESO预报的近地面要素（降水、2 m温度、10 m风场）检验评分全面超越GRAPES-MESO 10 km结果;CMA-MESO的24 h累积降水TS评分略低于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的结果,但逐3 h累积降水预报TS评分尤其是对于较大降水阈值评分明显优于ECMWF结果;同时,对于能够表征模式对降水时空精细化特征预报能力的降水频次和降水强度等检验,CMA-MESO对我国汛期的预报准确率超过了ECMWF细网格模式结果。     

风廓线雷达资料对GRAPES_MESO数值预报系统影响的初步研究

针对一个南方切变线系统降水个例,通过观测系统模拟试验(OSSEs)对我国拟建风廓线雷达观测网内的不同类型风廓线雷达观测资料在GRAPES_MESO系统中的影响、对风廓线雷达观测和探空观测及两者混合使用时在GRAPES_MESO系统中的影响差异进行了初步分析和讨论。试验结果表明,在GRAPES_MESO系统中,风廓线雷达资料对500 hPa高度以下水平风速分析场的修正作用明显优于探空资料;风廓线雷达资料对水平风速分析场的影响高度极限大约在300 hPa附近,经过6h的传播,其影响可以向上继续传播至250 hPa以上高度;在300 hPa高度以下,同化对流层Ⅱ型风廓线雷达资料对水平风速分析场的影响比边界层型风廓线雷达资料略大;单独同化风廓线雷达资料对降水预报的贡献较弱,与探空观测混合使用时有助改进降水预报。