一种2 m温度误差订正方法在复杂地形区数值预报中的应用

利用模式三维预报变量,结合地面要素预报产品,采用2 m温度三维插值方法进行地形订正,以确保预报与观测三维空间上的一致性,在地形订正基础上,利用历史月均预报误差作为参考误差,剔除模式系统性误差,获取具备日变化特征的预报产品。基于陕西地区复杂地形条件下的典型观测站点,利用2016年8月28日48 h预报个例进行对比分析发现,三维插值方法有效改善了地形差异引起的评估误导问题,但无法改进模式预报的日变化趋势,进一步采用系统性误差订正后,日变化特征明显改善,特别是前24 h预报效果体现出与实况良好的一致性及更佳的预报技巧。通过2016年夏季统计评估表明,误差订正后的2 m温度预报产品有效改善了周期性误差振荡,均方根误差稳定在2 K左右,显示出明显的改进优势。     

蒙特卡罗方法在降水评估中的应用研究

预报检验重点关注预报与观测间的综合统计特征用以探讨模式预报性能,而统计显著性检验方法是衡量评估结论的重要指标,是判断预报效果改进与否的有效手段.当前诸多重要检验指标如降水技巧评分等由于不满足正态分布特征均难以采用简单的计算方式获得置信区间以衡量检验指标的误差特征,因此难以正确判断通过统计检验所获得的评估差异是真实反映模式预报效果差异或是由检验样本的不确定性所造成.蒙特卡罗方法可通过样本重构获取正态分布的统计样本从而有效地解决这一问题.采用2015年8月的T639模式及GRAPES全球预报模式24 h降水预报产品,使用中国区域2400站日降水资料作为实况,重点研究蒙特卡罗方法在统计显著性检验中的应用特征,分析不同蒙特卡罗重构次数对检验结果的收敛性.结果表明10 000次蒙特卡罗重构后统计指标可满足正态分布,而通过显著性检验分析后可明显区分预报系统间降水评分差异的统计特征.     

GRAPES业务全球集合控制预报初值的动力升尺度方法

以生成GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值为目的,基于GRAPES全球模式,开展了控制预报初值生成方法研究,发展了高分辨率初值动力升尺度方法,并检验了不同方法的可行性。通过对比不同方法产生的初始场形态,证实了仅仅对高分辨率初始场进行二维水平插值存在不足,基于静力学方程对Exner气压变量进行三维插值至关重要。结果表明,动力升尺度方法利用静力平衡关系,对全场的温压场进行调整,使之协调平衡,可以改善二维水平插值方法导致的初始位势高度场和温度场的噪音问题,产生适用于GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值。     

数值模式降水评分对分辨率的敏感性初探

传统的降水检验中多采用TS评分等分类检验方法,这些方法由于使用点对点的比较方式,使得降水评估受到空间及时间微小差异所带来的\     

一种集成风向风速的风场空间检验方法

基于概率分布特征定义全新风速阈值选取方案,不受地域及季节性影响,并综合风向信息建立兼顾风向风速的风场分类列表,采用邻域空间检验技术构建可集成风向风速的矢量风场检验方法。基于2018年4月1—30日GRAPES_Meso模式不同分辨率（10 km及3 km）逐小时预报产品,利用所开发的矢量风场检验方法分析表明:模式风向预报的随机性随着风速的增大而减小,即弱风的风向难以成功预报。通过矢量风场综合分析发现高分辨率预报效果在170 km空间尺度上24 h预报最大评分优势可达0.24,各邻域空间尺度上评分分布趋势保持一致。通过敏感性分析发现,所获取的综合指标可用于反映风场预报性能。同时,不同矢量风场分类方法将对评估结果产生影响,高分类方法评分稳定性更好,低分类方法受限于单一分类权重过大而影响评估一致性。因此,在计算能力允许的条件下,选择较高分类方式将有助于获得更为稳定的检验效果。     

一种新的COSMIC大气折射率资料观测误差估计方法及在GRAPES全球三维变分同化中的应用

观测误差协方差是变分同化系统中决定分析及预报效果的关键参数之一,观测误差的估计精度直接影响变分同化分析和预报效果。分析了新息增量法(H-L法)估计全球定位系统无线电掩星这类观测点不固定资料的观测误差的适用条件,并利用1年的气象、电离层及气候星座观测系统(COSMIC)折射率资料,针对局地观测算子,估计了COSMIC折射率在南、北半球高、中、低6个纬度带四季的观测误差,分析了COSMIC折射率观测误差的纬度、高度和季节变化的特点,并将估计的折射率观测误差应用于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)三维变分同化系统。结果表明,折射率观测误差随高度和纬度有明显变化;在中、高纬度带,折射率观测误差有显著的季节变化:夏季折射率的观测误差约为冬季2倍,春、秋两季折射率误差具有较好的南北对称性,冬、夏两季折射率观测误差南、北半球差异较大。与GRAPES原来使用的全球平均单一的折射率观测误差相比,在GRAPES全球三维变分同化系统中使用本研究估计的较高精度的随纬度变化的COSMIC折射率观测误差能够提高GRAPES全球变分同化系统的预报水平。     

春季西太平洋海表面温度对我国江南春雨的影响

利用NCAR提供的第5代全球大气环流模式CAM3.1探讨了春季西太平洋副热带地区海表面温度对我国江南春雨的影响。数值试验结果表明:春季西太平洋副热带地区海表面温度升高可引起同期东亚—西太平洋副热带纬向海陆热力差异减弱,进而引起3—4月青藏高原东南侧的低涡强度减弱,该低涡与西太平洋副热带高压之间的位势梯度减小,中低纬度西太平洋副热带高压强度减弱,其北侧的850 hPa西南风强度相应减弱,因此西南暖湿气流输送也随之减弱,造成江南地区的水汽通量辐合强度明显减弱,这种环流分布状况将不利于出现较强的江南春雨,导致江南春雨强度明显减小。     

亚洲和南半球大气热源（汇）对亚洲夏季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR (version 1)再分析资料计算出来的几种大气热源分布情况,分别讨论亚洲各地区和南半球上空夏季大气加热场(热源或冷源)对东亚季风环流系统和印度季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)东亚地区上空的大气热源和澳大利亚冷源与东亚夏季风环流关系密切,东亚大陆上空及西太平...     

温室气体、海表面温度、太阳常数及火山活动对中国地表气温影响之初探

利用全球大气环流模式CAM3.1,对近百年温室气体浓度、全球海表面温度、太阳常数的变化以及火山活动对我国地表气温所产生的影响进行了研究。全球海表面温度的升高及温室气体浓度的增加是导致中国年平均地表气温升高的部分因素。近百年我国年平均地表气温主要经历了两次年代际振荡并逐渐增温。第一次振荡的冷期为1910年代,随后变暖,1940年代达暖峰期。第二次振荡冷期发生于1950~1960年代,随后变暖,暖峰期发生在1990年代。太阳常数和全球海表面温度的两次振荡是造成这两次振荡主要因素,气温、太阳常数和全球海表面温度均发生了准60年周期的年代际振荡,气温振荡的位相落后于太阳常数和全球海表面温度的位相。20世纪20年代以前及60年代以后火山活动的活跃是导致1910年代和1960~1980年代出现冷期的原因之一。     

一种基于可预报性的暴雨预报评分新方法Ⅱ:暴雨检验评分模型及评估试验

针对当前暴雨预报检验采用二分类事件检验方法存在较严重的“空报”“漏报”双重惩罚,没有考虑暴雨时空分布不均和预报评分可比性不够等问题,在分析预报员对暴雨预报评分期望值基础上,设计了一种基于可预报性的暴雨预报检验评分新方法和计算模型,分析了理想评分,并对2015-2016年4-10月中国中央气象台5 km×5 km定量降水格点预报和降水落区等级暴雨预报进行评分试验,获得了以下结果和结论:（1）预报员对暴雨预报评分期望值呈现梯级下降特征,与传统的TS评分存在显著差异;（2）设计了一种基于可预报性的暴雨预报检验新方法,通过引入e指数函数构建暴雨预报评分基函数,进而构建暴雨评分模型,该模型可以较好地拟合预报员对暴雨预报评分的期望值,同时改善了评分在不同量级阈值处的断崖式突变情况;（3）提出了预报与观测的邻域匹配方法,即一个预报点与所定义邻域中的一组观测相匹配,并利用距离加权最大值法确定暴雨评分值权重系数,预报与观测距离越近,距离权重系数越大,评分值权重越大,提高了评分的合理性,避免了距离较远的匹配站点得高分不利于鼓励预报员提高预报精度的问题;（4）对中国中央气象台逐日5 km×5 km水平分辨率的定量降水格点预报产品和中央气象台定量降水落区等级预报产品进行了评分试验,暴雨预报准确率全国平均值大于60分。基于可预报性的暴雨预报检验新评分与传统暴雨预报TS评分逐日演变特征相似,但可以较好地解析TS为0的预报评分,解析后的新评分与预报员和公众的心理预期更为接近。