中短期数字化天气预报技术现状及趋势

建立无缝隙集约化的天气预报业务体系,需要进一步加强中短期天气预报业务技术的发展。通过对现状回顾,指出经过2011—2015年的气象现代化建设,在我国国家级和部分省级业务单位已初步建立了数字化中短期业务预报技术流程,其包括数值模式系统、客观方法释用、预报主观编辑制作以及精细化格点后处理四个方面。但与国外发达国家相比,我国中短期业务技术还存在数值模式发展水平不高、客观预报技术方法未全面深入开展、缺乏有效技术工具支撑预报员进行订正、格点化的处理技术基础薄弱等问题。文章在发展现状和问题分析的基础上,提出未来应提高自主数值模式系统的基础支撑作用,深入发展海量预报信息的客观提取及订正技术,加强开发主观和客观融合的技术和工具平台,完善精细化的格点处理技术的发展思路,并进行具体阐述。最后,从技术发展的基础数据支持、路线选择、发展规律以及交流共享四个方面提出参考意见。     

天山南麓雷暴日短期预报研究

利用阿克苏及邻近地区12个气象站1980—2013年雷暴资料,以及同期高空资料,统计了各站年均雷暴日数,对发生区域雷暴天气的环流形势进行分类,归纳出各型的入型指标。通过逐步回归法,建立阿克苏及邻近地区区域雷暴概率回归预报模型,并对2013年进行试预报。结果表明:(1)阿克苏及邻近地区区域雷暴的影响系统主要分为4类:巴湖低槽型、急流型、西北气流型和温度槽型。(2)对2002—2012年5—9月(共1683 d)历史资料进行判别,满足入型条件的样本数为876 d,消空率为48%;对2013年5—9月(共153 d)历史资料进行判别,入型样本数为80 d,消空率为48%。(3)对2002—2012年5—9月所有入型样本进行回代检验,平均准确率为72.0%(平均TS评分为30.1%);对2013年5—9月所有入型样本进行试预报,平均准确率为63.2%(平均TS评分为28.2%)。     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

江苏暴雨概率预报及其业务应用

以未来12~36 h、36~60 h和60~84 h的暴雨预报为目标,利用2011年—2013年夏季6—8月欧洲细网格数值模式预报产品分析了江苏夏季暴雨的可能预报因子。通过对各因子进行相关性、敏感性和代表性分析后,优选了22个对不同强度降水具有较好区分能力的暴雨预报因子。以这些因子为基础建立了一种简单的江苏省暴雨概率预报方法。其预报产品已在江苏省气象业务一体化平台上投入业务使用。该方法在2011—2013年7月,针对提前12 h预报的历史回报试验中,TS技巧评分平均为13.6,明显高于EC细网格24 h降水预报产品(平均TS评分仅为4.5)。在2014年梅汛期的6月25—26日、7月1—2日和7月4—5日三次区域性暴雨个例的预报试验中,提前60、36、12 h的预报效果均较好,其平均TS评分(44.6)也明显高于欧洲细网格数值模式的降水预报(20.4)。     

EnSRF雷达资料同化在一次飑线过程中的应用研究

本文利用包含复杂冰相微物理过程的WRF（Weather Research and Forecasting）模式,针对2007年4月23日发生在我国华南地区的一次典型飑线天气过程,分别进行了确定性预报和集合预报试验,发现确定性预报能大致捕捉到飑线系统的发生发展过程,但对飑线后部的层云区模拟效果较差。集合预报能够有效地减少模式的不确定性,大部分集合成员对飑线的模拟效果优于确定性预报。进一步将集合预报得到的40个成员作为背景场,采用EnSRF（Ensemble Square Root Filter）同化多普勒天气雷达资料,并将分析得到的集合作为初始场进行集合预报,通过与未同化雷达资料的集合对比,考察了EnSRF同化多部雷达资料对飑线系统的影响。结果表明:EnSRF雷达资料同化增加了模式初始场的中小尺度信息,大部分集合成员的分析场能够较准确地再现飑线的热力场、动力场和微物理场的细致特征,并且模拟出飑线后部的层云结构。通过对EnSRF分析的集合进行模拟发现,大部分集合成员较未同化雷达资料时模拟效果有明显改善。同化后的集合预报ETS（Equitable Threat Score）评分最高,其次是未同化的集合预报,确定性预报的最低。     

K-GM（1，1）模型在岩体变形监测中的应用

传统GM （1,1）模型存在着长期预测效果差、模型精度不高等问题,卡尔曼滤波能够排除建模过程中随机干扰因素,滤波值能够反映更真实的数据情况。为了能更好地提高变形监测的预测精度,基于传统GM （1,1）模型和卡尔曼滤波,提出K‐GM （1,1）模型,利用该模型对岩体变形监测数据进行建模预测,并与传统GM （1,1）模型预测结果进行对比分析,结果表明,K‐GM （1,1）模型具有较高的预测精度,可作为变形监测的一种新方法。     

基于GRNN模型的岩溶地区城市水生态足迹分析与预测

为揭示岩溶地区城市生态足迹的驱动因子与机制,评估和预测水资源可持续利用程度,根据岩溶地区水文地质特征及其与水生态足迹的相关性,分析了贵阳市2002-2014年水生态足迹的变化特征,并利用GRNN模型对其进行了时间序列预测。结果表明,贵阳市水生态足迹由2002年的12.79万hm2上升至2014年的15.74万hm2,整体呈波动上升趋势,其中,水量生态足迹变化特征主要由工业用水量决定,水质生态足迹变化特征主要由氨氮排放量决定。水生态承载力波动变化明显,且小于水生态足迹需水量,导致水资源可持续利用系数介于0.31~0.63之间。对贵阳市2015-2019年水生态足迹进行GRNN预测,表明水生态足迹呈现先升后降得趋势,水生态承载力变幅在4.315~8.038万hm2之间,但水生态足迹与承载力的缺口大,水资源可持续利用系数偏低。因此,在水生态承载力有限的贵阳市,降低水生态足迹才是实现水资源可持续利用的关键。     

水库群供调水系统实时调度研究

以大连市复杂水库群供、调水系统为背景,在对系统特性分析的基础上,提出了系统实时调度框架及二层耦合结构模式,设计了以"总量控制、耦合嵌套、多维决策、滚动修正"为核心的实时调度流程。在径流预报方面,提出了基于超越概率的水库群供、调水系统长期入库径流预报方法,结合中期GFS(Global Forecasting System)数值预报技术对不同时段入库径流进行滚动预报。在调度模型方面,采用基于动态规划的建模求解新方法和常规调度方法,为调度决策提供参考。实例研究表明,建立的实时调度系统实现了滚动预报和滚动调度,具备了实时性;实现了宏观总控与局部调整相结合的调度目标,具备了调度决策不同时间尺度耦合嵌套特性,证明了系统的适用性。研究成果对于同类系统实时调度具有重要参考价值。     

耦合长期预报的跨流域引水受水水库调度模型

为提高跨流域引水工程受水水库引水有效性,研究了耦合长期径流预报信息的跨流域引水受水水库调度模型。首先选取汛期径流预报信息,采用径流预报概率修正先验概率来描述径流的不确定性,建立了贝叶斯随机动态规划模型(BSDP-LTF)。然后将模型应用于碧流河水库,并与仅考虑径流相关的随机动态规划模型(SDP-I)、仅考虑长期预报信息的随机动态规划模型(SDP-LTF)进行比较。比较结果得出在供水保证率基本一致且不增加调度风险的情况下,BSDP-LTF模型相比SDP-I、SDP-LTF模型,可分别减少引水8.2%、4.1%。表明贝叶斯随机动态规划模型BSDP-LTF有效改进了径流描述,提高了跨流域引水的有效性。     

安徽省地质灾害气象预报预警模型研究

通过对基于地质环境信息平台的地质灾害气象预报预警模型构建进行了探讨。拟在先期已具备的地质灾害预警分区、地质灾害易发分区基础上,以地质灾害"易发度"、预报降雨量、有效降雨量为因子,采用logistic回归模型确定各个评价单元的预警等级,经插值计算、图斑合并,实现地质灾害气象风险预警。