GRAPES_GFS全球中期预报系统的研发和业务化

该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程,重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展,概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务:化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减（damping）算法、提高模式分辨率等,改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案,以及物理过程的调用计算等,全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面,研发了模式空间三维变分（3DVar）系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时,对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估,总体来说,该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0,与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势,降水、2 m温度等预报也优势明显。     

增强显示和伪彩色数字化红外云图在台风降水预报中的应用

本文应用增强显示红外云图资料,主要考虑台风增强云系温度等级、云系范围、螺旋结构、台风眼情况、台风西南方卷入云带等,结合台风所对应位置组成经验公式,作出华南台风的降水量级预报。在采用伪彩色数字化云图时,除了考虑上述台风云系数字化数值外,还结合台风移向移速,有无其他天气系统共同作用等,组成计算公式,所作出华南台风降水量预报与实况相近。关于强降水落区,则用物理量计算分布的极值区来决定。      

气旋爆发性发展过程的动力特征及能量学研究

本文对不同路径的爆发性气旋进行了动力特征及能量学研究。发现高空大值位涡空气的下伸是气旋爆发性发展的一个重要条件。初生气旋逐渐向强位涡区移近并形成上下位涡区相接的形势。使气旋迅速发展。高空急流与气旋发展有密切关系。发展中的气旋明显地向着急流左侧的辐散区移动。急流的突然加强及高空强风动量的不断下传，构成了下层的强风带及上下一致的急流结构。能量学研究指出在气旋发展前气旋内散度风动能向旋转风动能的转换突然增强。散度风动能在爆发气旋发展时有明显增长。     

风云三号 (02) 批卫星微波氧气吸收通道降水特性

我国新一代极轨业务气象卫星风云三号 (02) 批计划2012年发射。该文利用UWNMS模拟2005年Katrina飓风的结果作为基础数据集,借助VDISORT微波辐射传输模式对风云三号 (02) 批计划装载的微波探测仪器中50~60 GHz和新增的118.75 GHz频点的降水特性进行初步研究。首先通过晴空权重函数匹配,选择出50~60 GHz与118.75 GHz频点匹配关系较好的4对通道。敏感性分析表明:各通道对各种水凝物粒子均很敏感,可用于改进现有业务降水反演算法。分别选取50~60 GHz 4个通道、118.75 GHz 4个通道、50~60 GHz及118.75 GHz全部通道3种不同的通道组合进行反演试验。结果表明:将50~60 GHz及118.75 GHz通道联合起来进行降水反演可提高降水反演的精度,并可以更好地区分降水区与非降水区。     

高时空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究

以业务应用为目标,开展高时、空分辨率三维风场在强对流天气临近预报中的融合应用研究。运用北京快速更新多尺度分析和预报系统集成子系统（RMAPS-IN,Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Integration）,对雷达四维变分分析系统（VDRAS）30 min临近预报的高时、空分辨率三维风场作为数据源与自动气象站风场观测进行快速融合处理。结果表明,以VDRAS临近预报风场取代数值模式预报场作为融合初猜场后形成的分析结果对于风场有明显的改善:（1）长时间序列客观检验结果表明,地面10 m高风场U/V分量绝对误差分别为0.05和0.06 m/s。实时融合对未来预报的影响随着预报时效的延长,U/V分量的绝对误差不断增大。（2）对于11个强对流个例,地面10 m高风场风速均方根误差降低0.3 m/s,风向均方根误差降低13°;边界层三维风场,风速均方根误差降低0.8 m/s,风向均方根误差降低10°。平原站点融合以后风速、风向预报效果有较大改善,山区站点融合以后改善相对较小。（3）通过对2017年7月20日暴雨和7月7日雷暴大风个例的详细分析,发现融合基于雷达资料四维变分同化获得的高分辨率临近预报风场对各对流系统中的中尺度结构特征给出了更加细致准确的描述。      

正压准共振三波能量和拟能的传输

从准地转正压涡度方程出发，在ｋ１＋ｋ２＋ｋ３＝△ｋ、ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＝０和ω１＋ω２＋ω３＝０的准共振条件下，分析了准共振三波能量和位涡拟能的传输。当△ｋ很小时，准共振三波组的总能量和总拟能近似守恒；三波之间能量和拟能的传输方向与共振情况基本相同，但中波向长波传输较多能量、向短波传输较多拟能和三波之间产生能量与拟能传输这三者的可能非线性准共振的面积与共振时相比均有较大的变化，而三者的面积比也有较明     

新一代天气雷达资料传输监控与故障诊断系统

新一代天气雷达资料传输监控与故障诊断系统的开发,能实时监控天气雷达资料传输情况,出现传输异常及时报警,并可通过故障诊断定位故障范围,为新一代天气雷达资料传输监控自动化、智能化提供技术支持.     

循环神经网络在雷达临近预报中的应用

该文将循环神经网络（recurrent neural network,RNN）应用于雷达临近预报。使用预测循环神经网络（predictive RNN）架构,利用雷达历史组合反射率因子建模,给出雷达组合反射率因子未来1 h的预报结果。预测循环神经网络的核心是在长短时记忆单元（long short-term memory,LSTM）中增加时空记忆模块,能够提取雷达回波不同尺度的空间特征,配合循环神经网络架构,可以有效解决反射率因子预测问题。北京大兴雷达和广州雷达长时间序列的独立检验结果和2个强对流天气个例检验结果表明:该方法和传统的基于交叉相关法的1 h雷达外推临近预报相比,在20 dBZ和30 dBZ检验项目内,临界成功指数（CSI）可以提升0.15~0.30,命中率（POD）提高0.15~0.25,虚警率（FAR）降低0.15~0.20,该方法对反射率因子强度变化有一定预报能力。     

Coupling effect diagnoses of quasi-stationary mesoscale vortex in Guangxi rainstorm process of China

The mesoscale weather system which affected the Guangxi flash-flood-producing rainstorm of China in June 2008 is a quasi-stationary mesoscale vortex. Its genesis and development is closely related to the coupling effects of weather systems in different scales and different latitudes. On the one hand, the coupling of synoptic scale high- and low-level jets provides the environmental conditions for development of vortices and vertical circulations in the mesoscale vortex; On the other hand, the coupling of waves in mid-latitude westerlies and perturbations in low-latitude warm-moist flow under the influence of complex terrain makes the mesoscale vortex circulations strengthened. With the piecewise potential vorticity (PV) inversion method, PV anomalies in different regions are analyzed; also the vortex-vortex interactions and vortex-background flow interactions are diagnosed. Thus, the reasons why the mesoscale is quasi-stationary at first, while developing and deepening later are indicated. Under the condition of coupling effects, the vertical motions accompanied with the mesoscale vortex can be diagnosed with the PV-ω inversion system based on the analysis of quasi-balanced flow.     

青藏高原大气—植被相互作用的模拟试验Ⅱ.植被叶面积指数和净初级生产力

利用大气－植被相互作用模式AVIM对青藏高原上30个站点进行模拟计算，给出了青藏高原上植被叶面积指数和净初级生产力的分布特征。模拟结果表明，高原上叶面积指数、净初级生产力由东南向西北减少，模拟和观测的分布相一致。分析指出，青藏高原净初级生产力的分布决定于水热条件的共同作用，降水充沛、温度适宜的青藏高原东南部净初级生产力较高，而青藏高原西北部由于降水过少或温度过低，初级生产力很低。