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数值预报中气象卫星资料同化前处理技术进展
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作者 马刚 黄静 +5 位作者 巩欣亚 希爽 薛蕾 李娟 张鹏 龚建东 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期142-155,共14页
在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针... 在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料,中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术,有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料,将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中,实现多光谱资料融合的同化预质量控制,保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理,拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理,将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中,是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。 展开更多
关键词 数值天气预报 气象卫星资料 同化前处理
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基于多模式预报的四川盆地强降水订正方法
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作者 龙柯吉 康岚 +1 位作者 肖递祥 杨康权 《暴雨灾害》 2024年第1期54-62,共9页
四川盆地地形地貌复杂,强降水预报难度大,对模式降水预报产品进行订正,是提升强降水预报质量的重要手段。本文选取2018—2019年发生在四川盆地的35次强降水过程,对ECMWF、CMA_MESO和SWC_WARMS三种模式的24 h强降水预报采用常规评分和空... 四川盆地地形地貌复杂,强降水预报难度大,对模式降水预报产品进行订正,是提升强降水预报质量的重要手段。本文选取2018—2019年发生在四川盆地的35次强降水过程,对ECMWF、CMA_MESO和SWC_WARMS三种模式的24 h强降水预报采用常规评分和空间平移两个方法进行检验,并利用最优评分、多模式集成和位移订正三种方法进行订正试验。结果表明:最优评分订正方法可以有效改善各模式降水预报的强度,而多模式集成订正法可以改进降水落区和极值预报,在此基础上计算位移偏差,根据最优的位移偏差值对降水预报进行位移订正,可以进一步改进强降水落区预报效果。然后利用2020—2021年强降水过程进行订正效果验证,结果显示:经订正后的降水极值预报更接近实况,各量级降水预报评分明显优于单一模式,暴雨和大暴雨预报的TS评分提高率较最优单模式分别可达24.3%和42.8%,订正后空报率基本维持,漏报率显著下降,订正效果良好。 展开更多
关键词 多模式集成 最优评分法 空间平移检验 三源融合降水
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数值预报AI气象大模型国际发展动态研究
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作者 黄小猛 林岩銮 +3 位作者 熊巍 李佳皓 潘建成 周勇 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期46-54,共9页
数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气... 数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气候变化研究和气候预测方面取得了迅速的进展,但也面临一些挑战,需要得到数据同化、集合耦合、高性能计算和不确定性分析等多方面的支持。而近年来,“AI+气象”的交叉研究在气象领域引起了广泛关注。基于多种深度学习架构的人工智能大模型,依托强大的计算资源和海量的数据进行训练,能够以新的科学范式进行高效数值预报。气象大模型不断涌现,一些科技公司如华为、英伟达、DeepMind、谷歌、微软等,以及国内外高校如清华大学、复旦大学、密歇根大学、莱斯大学等发布了多个涵盖临近预报、短时预报、中期预报和延伸期预报等不同领域的气象大模型。这标志着人工智能与气象领域的交叉融合已经达到新的高度。尽管气象大模型在现阶段取得了较大突破,但其发展仍然面临弱可解释性、泛化能力不足、极端事件预报强度偏低、智能预报结果过平滑、深度学习框架能力需要拓展等诸多挑战。 展开更多
关键词 数值预报 地球系统模式 深度学习 气象大模型
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CFSv2模式对汛期黑龙江省延伸期时段降水预测检验评估
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作者 班晋 王营 +4 位作者 李永生 赵佳莹 马舒扬 宋成玉 王昊 《黑龙江气象》 2024年第1期9-12,共4页
利用1999-2010年CFSv2模式资料,基于国家气候中心Ps和Cs检验方法,对汛期黑龙江省延伸期时段降水趋势和过程进行检验评估。结果发现:模式预测6月延伸期降水趋势效果较差,但从7月上旬开始至8月中旬模式预测技巧明显提高,Ps评分基本通过65... 利用1999-2010年CFSv2模式资料,基于国家气候中心Ps和Cs检验方法,对汛期黑龙江省延伸期时段降水趋势和过程进行检验评估。结果发现:模式预测6月延伸期降水趋势效果较差,但从7月上旬开始至8月中旬模式预测技巧明显提高,Ps评分基本通过65分,距平符号一致率也达到50%以上。模式预测延伸期降水过程效果较好的时间为6月上旬、7月上旬、7月下旬和8月中旬,预测降水日数准确率在20%以上。预测结论可以为业务中延伸期降水预测提供参考依据。 展开更多
关键词 黑龙江省 延伸期预测 模式检验评估
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基于雷达估测降雨及WRF-Hydro模型的典型山洪模拟研究
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作者 胡迎春 陈耀登 +1 位作者 高玉芳 彭涛 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第1期254-263,共10页
受复杂地形与基础气象水文资料缺乏限制,山区小尺度流域的水文预警预报技术较为薄弱,利用高分辨率雷达观测资料驱动分布式水文模型是提高山区小流域洪水预报性能的有效途径之一。本文以位于重庆中部的山区小流域二河流域为研究区域,开... 受复杂地形与基础气象水文资料缺乏限制,山区小尺度流域的水文预警预报技术较为薄弱,利用高分辨率雷达观测资料驱动分布式水文模型是提高山区小流域洪水预报性能的有效途径之一。本文以位于重庆中部的山区小流域二河流域为研究区域,开展基于雷达估测降雨数据的WRF-Hydro模型在山区小流域的山洪模拟研究,以评估雷达估测降雨的水文应用效果和WRF-Hydro模型在山区小流域的适用性。选取流域内典型的暴雨洪水过程,利用S波段的多普勒天气雷达的估测降雨数据驱动WRF-Hydro模型,并结合新安江模型进一步对比分析模拟效果。研究结果表明:(1)在二河流域,采用雷达估测降雨数据驱动WRF-Hydro模型,可以较好地模拟洪水过程、洪水流量以及峰现时间,纳什效率系数高于0.65,克林-古普塔效率系数高于0.50,相关系数高于0.85。(2)将WRF-Hydro模型与新安江模型进行比较分析,在二河流域,WRF-Hydro模型的模拟效果优于新安江模型,纳什系数差值0.03,相关系数差值为0.04,进一步表明WRF-Hydro模型在山区小流域较优的洪水模拟性能。总体而言,基于雷达估测降雨数据的WRF-Hydro模型在二河流域表现出了良好的模拟洪水的性能,可进一步在类似小尺度山区流域进行应用研究。 展开更多
关键词 WRF-Hydro模型 山区小流域 雷达估测降雨 洪水预报 新安江模型
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大气风温湿垂直观测网资料快速更新混合同化试验研究
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作者 顾英杰 范水勇 +3 位作者 成巍 鲍艳松 李叶飞 温渊 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期80-94,共15页
基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法,构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化,开展了静态背景误差调整因子(特征长度尺度因子和方差... 基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法,构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化,开展了静态背景误差调整因子(特征长度尺度因子和方差因子)、局地化距离和集合权重系数4个重要参数敏感性试验研究。试验结果表明:当温度、相对湿度、u风和v风的特征长度尺度因子和方差因子分别调整为0.7/1.0、1.0/1.0、0.7/1.0和0.7/1.0,局地化距离和集合权重系数分别调整为11.2 km和0.5时,快速更新混合同化系统的分析场均方根误差最小。为对比三种常用同化方案,开展了默认参数混合同化、最优参数混合同化、三维变分同化对比试验,试验结果表明:在针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料的快速更新同化预报试验中,混合同化方案表现优于三维变分,同时相对于默认参数混合同化方案,最优参数混合同化方案的风场、温度及湿度的分析场和预报场得到了进一步改善:风温湿的分析场均方根误差分别最大降低了13%、19%和5%,12~24 h预报场的均方根误差分别最大降低了2%、12%和5%。 展开更多
关键词 快速更新同化 集合变分同化 静态背景误差调整因子
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一种基于成对显式龙格-库塔时间积分的大气平流算法
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作者 孙朝阳 陈春刚 +1 位作者 李兴良 沈学顺 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期520-528,共9页
为解决大气输送仿真中保形、正定及计算效率等问题,本研究发展了基于水平-多矩有限体积/垂直-有限差分混合格式和显式成对龙格-库塔方法的高效、高保真平流方程时空离散方案。为去除高阶算法在间断分布附近产生的数值振荡,平流方案在水... 为解决大气输送仿真中保形、正定及计算效率等问题,本研究发展了基于水平-多矩有限体积/垂直-有限差分混合格式和显式成对龙格-库塔方法的高效、高保真平流方程时空离散方案。为去除高阶算法在间断分布附近产生的数值振荡,平流方案在水平和垂直方向分别使用了基于加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)和总变差减小(total variation diminishing,TVD)方法的斜率限制器。在时间积分中,算法使用了二阶成对显式龙格-库塔方法,通过在垂直方向增加内循环中空间离散调用次数增大求解器可用CFL数。成对龙格-库塔时间积分方法能有效缓解大气模式垂直小网格距对积分时间步长的限制,使水平、垂直方向稳定性条件允许的最大时间步长尽可能接近,从而改善模式计算效率。论文中还设计了可用于库朗(Courant-Friedrichs-Lewy,CFL)数大于1情形的迭代正定修正算法,能保证平流方程计算结果严格非负。本文采用二维标准算例对所提出的平流方程算法进行了测试和比较分析。数值试验结果表明:本文提出的算法为解决高分辨、可扩展非静力大气模式中平流输送高保真计算难题提供了一条有效途径。 展开更多
关键词 平流方程 成对显式龙格-库塔方法 斜率限制器 正定算法 多矩方法
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夏季青藏高原那曲地区一次对流降水及云微物理的数值模拟
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作者 侯文轩 华维 +1 位作者 郭艺媛 范广洲 《西南大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期135-146,共12页
利用NCEP FNL再分析资料为初始场,通过WRF中尺度数值模式(V4.0版)对2019年夏季青藏高原那曲地区一次对流云降水及云微物理特征进行了数值模拟.结果表明:WRF模式能够较好地再现本次降水的时空特征和云发展过程.固态水凝物分布高度普遍高... 利用NCEP FNL再分析资料为初始场,通过WRF中尺度数值模式(V4.0版)对2019年夏季青藏高原那曲地区一次对流云降水及云微物理特征进行了数值模拟.结果表明:WRF模式能够较好地再现本次降水的时空特征和云发展过程.固态水凝物分布高度普遍高于液态水凝物,其中冰和雪主要位于中高层,中低层以霰和云水为主,低层多为雨水粒子;降水过程中雪、霰和雨水粒子高值中心出现时段与降水峰值时间较好对应,表明本次降水以冰相过程为主,且雪粒子和霰粒子的贡献最大,其原因为雪粒子通过贝杰龙过程和自身的碰并过程增加,霰粒子则通过与雪粒子碰并和自身凇附作用不断增长,随着上升气流逐渐减弱,大量霰粒子和部分雪粒子落至0℃层左右融化形成降水,加之雨水与云水的碰并作用,进一步促进了降水的形成.此外,暖雨过程对降水的直接贡献较小,但对冰相粒子的形成贡献明显. 展开更多
关键词 青藏高原 对流云降水 云微物理 数值模拟
原文传递
“23·7”华北特大暴雨数值预报检验评估
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作者 张博 张芳华 +1 位作者 李晓兰 胡艺 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期17-32,共16页
针对“23·7”华北特大暴雨过程,采用天气学检验及TS(thrcat scorc)评分和MODE(mcthod for objcct-bascd diagnostic cvaluation)方法对中国气象局高分辨率全球同化预报系统(CMA-GFS)、较低分辨率全球集合预报系统(CMA-EPS)、欧洲... 针对“23·7”华北特大暴雨过程,采用天气学检验及TS(thrcat scorc)评分和MODE(mcthod for objcct-bascd diagnostic cvaluation)方法对中国气象局高分辨率全球同化预报系统(CMA-GFS)、较低分辨率全球集合预报系统(CMA-EPS)、欧洲中期数值预报中心集合预报系统(EC-EPS)和业务预报模式(EC-HR)、美国环境预报中心全球预报系统(NCEP-GFS)等全球模式和中国气象局区域台风数值预报系统(CMA-TYM)、中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)和区域数值预报系统(CMA-BJ)等进行中短期预报效果检验评估。结果表明:EC-EPS提前14 d预报京津冀一带有过程累积降水量超过100 mm强降水的发生概率,CMA-EPS可提前12 d报出,但预报欠稳定且落区偏东偏南。EC-HR对100 mm以上过程累积降水量及2 d以上暴雨日的位置预报提前时效均达8 d左右,CMA-GFS的过程累积降水量预报显著偏小、强降水落区明显偏东,可用预报时效短;NCEP-GFS预报性能介于二者之间。各模式均可提前36 h预报强降水落区和强度的变化趋势,中尺度模式可更加精细地刻画其形态和位置分布,尤以CMA-BJ为佳,但其预报偏强,其余模式不同程度偏弱,其中CMA-GFS显著偏弱。EC-HR提前8 d预报关键影响系统发生发展,但低层倒槽位置偏西偏北,低空急流偏弱,低估了地形对强降水的增幅作用,是太行山东麓降水量预报偏弱的重要原因之一。整体上,EC-EPS、EC-HR的提前时效和稳定性,以及CMA-BJ的落区形态和强度预报等对预报业务有较高参考价值。 展开更多
关键词 华北特大暴雨 数值模式 天气学检验 TS评分 MODE检验
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基于多神经网络的动态权重集成温度预报订正研究
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作者 朱育雷 杨静 +5 位作者 钟水新 朱文达 李智玉 魏涛 李彦霖 顾天红 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期156-168,共13页
基于CMA-GD模式预报数据,利用多神经网络的动态权重集成方法,开展了贵州省温度预报订正研究,最终获得本地化温度预报订正产品。结果表明:(1)在对历史数据检验评估的基础上,利用多种神经网络方法可有效降低模式系统误差,通过BP、BP_GA、W... 基于CMA-GD模式预报数据,利用多神经网络的动态权重集成方法,开展了贵州省温度预报订正研究,最终获得本地化温度预报订正产品。结果表明:(1)在对历史数据检验评估的基础上,利用多种神经网络方法可有效降低模式系统误差,通过BP、BP_GA、WAVENN、GRNN、LSTM等神经网络订正,2020年贵州省0~72 h预报时效的温度平均绝对误差较模式降低0.01~0.17℃;(2)考虑到不同神经网络订正结果的差异性,采用动态权重方案对订正结果进行优势集成可显著提升预报可靠性。经集成后的温度预报效果优于模式直接输出和各神经网络订正结果,2020年贵州省0~72 h预报时效的温度平均绝对误差较模式降低14.93%,预报准确率提升8.24%。此外,动态权重集成后的订正结果还表现出较好的稳定性。基于该方法形成的本地化客观预报订正产品可为提升贵州复杂地形下温度预报质量以及精细化预报服务水平提供参考依据。 展开更多
关键词 神经网络 集成方法 2 m温度 订正 CMA-GD
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闪电资料同化对河南郑州“7.20”特大暴雨预报的影响
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作者 庞盈 胡俊俊 +4 位作者 陈生 陆高鹏 吴翀 韦春霞 黄朝盈 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期136-145,共10页
研究了闪电资料同化对2021年7月20日河南郑州特大暴雨短临预报的影响。利用天气研究与预报(WRF)模式的三维变分(3DVAR)数据同化系统(WRFDA),开展了两组循环同化试验:(1)同化地面和探空常规观测资料(包括风速、风向、温度和气压)的试验(C... 研究了闪电资料同化对2021年7月20日河南郑州特大暴雨短临预报的影响。利用天气研究与预报(WRF)模式的三维变分(3DVAR)数据同化系统(WRFDA),开展了两组循环同化试验:(1)同化地面和探空常规观测资料(包括风速、风向、温度和气压)的试验(CONV);(2)同化常规观测资料和由闪电资料反演的伪相对湿度的试验(LGDA),并与无资料同化的试验(NoDA)进行对比。结果表明,CONV的分析场和NoDA都未能模拟出强对流系统的回波结构,但由于LGDA增加了对整层大气的湿度场的调整,其分析场在闪电发生位置处的水凝物增量较大,相对湿度和反射率的分布情况与中国全球大气再分析资料(CRA)及雷达反射率观测值最接近。降水预报方面,LGDA显著提高了大暴雨雨带(6 h累积降水量≥50 mm)和强降水中心(6 h累积降水量≥200 mm)位置和强度的预报效果,对本次强降水过程的预报起到了积极作用,尤其是对前3 h的降水预报。 展开更多
关键词 闪电资料同化 河南特大暴雨 三维变分同化
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AMDAR资料质量控制及同化对2020年春季数值预报的影响研究
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作者 周炳君 徐迪峰 +2 位作者 张程明 黄小燕 吴俊杰 《干旱气象》 2024年第2期283-292,共10页
航空气象数据转发(Aircraft Meteorological Data Relay,AMDAR)资料具有采样频度高、探测层次密集等特点,能够有效补充高空资料时空分辨率的不足。利用2020年3月1日至5月31日(春季)国家气象信息中心提供的中国区域AMDAR资料和美国国家... 航空气象数据转发(Aircraft Meteorological Data Relay,AMDAR)资料具有采样频度高、探测层次密集等特点,能够有效补充高空资料时空分辨率的不足。利用2020年3月1日至5月31日(春季)国家气象信息中心提供的中国区域AMDAR资料和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)提供的全球预报模式(Global Forecast System,GFS)资料,对不同高度的AMDAR观测资料进行质量分析和控制,通过两周循环同化对比试验检验同化质量控制后的AMDAR资料对分析场和预报场的影响。结果表明:AMDAR资料风速与GFS资料的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)呈明显的随高度增加而增大趋势,风速、温度的偏差(Bias)也存在随高度增加而增大趋势。对不同高度的AMDAR资料进行质量控制后,AMDAR与GFS资料的RMSE和Bias都有所改进,且AMDAR资料和GFS资料的差值(Observation Minus Background,OMB)更加符合高斯分布。同化质量控制后的AMDAR资料对风、温度和位势高度分析场有一定的改进作用,并且改进可以影响到12 h甚至24 h预报场。同化质量控制后的AMDAR资料能一定程度上提高降水预报技巧,其中中等量级降水预报改进效果明显。 展开更多
关键词 AMDAR资料 质量控制 资料同化
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大数据时代:数值天气预报的机遇与挑战
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作者 郭亚楠 曹小群 +1 位作者 周梦鸽 彭柯澄 《网络安全与数据治理》 2024年第1期28-32,共5页
随着地球观测系统及数值模拟方法的不断发展,数值天气预报研究进入以数据驱动为核心的新范式,大气科学也迈入了大数据时代,大数据技术赋能数值天气预报发展成为大气科学研究的热点方向。从气象海洋大数据的内涵、分类及其特征出发,概括... 随着地球观测系统及数值模拟方法的不断发展,数值天气预报研究进入以数据驱动为核心的新范式,大气科学也迈入了大数据时代,大数据技术赋能数值天气预报发展成为大气科学研究的热点方向。从气象海洋大数据的内涵、分类及其特征出发,概括和梳理了气象海洋大数据在数值天气预报的应用,从技术方面,对资料同化、物理过程参数化、数值预报产品订正,以及机理与数据融合的模式开发等问题进行分析,并对相关应用进行了深入探讨和展望,从而为气象海洋大数据与数值天气预报的融合发展提供重要参考依据。 展开更多
关键词 气象 海洋 大数据 数值天气预报
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陕西低槽强降水过程分析及客观订正方法
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作者 刘嘉慧敏 戴昌明 +2 位作者 胡启元 李培荣 李文耀 《陕西气象》 2024年第1期1-9,共9页
为了提高中纬度低槽东移影响下陕西强降水天气的精准预报能力,采用欧洲中期天气预报中心全球模式(简称EC-thin)、中国气象局数值天气预报全球模式(简称CMA-GFS)、中央气象台格点指导预报产品(简称SCMOC)、陕西省气象局自主研发动态交叉... 为了提高中纬度低槽东移影响下陕西强降水天气的精准预报能力,采用欧洲中期天气预报中心全球模式(简称EC-thin)、中国气象局数值天气预报全球模式(简称CMA-GFS)、中央气象台格点指导预报产品(简称SCMOC)、陕西省气象局自主研发动态交叉取优产品(简称DCOEF)、多源实况融合资料及全省396个气象监测站资料,选取了陕西三次低槽东移背景下强降水过程(2019年6月4—5日关中、陕南暴雨过程,简称“0604”暴雨过程;2018年6月17—18日陕南暴雨过程,简称“0617”暴雨过程;2018年7月10—11日关中西部、陕北暴雨过程,简称“0710”暴雨过程),对比分析强降水的实况差异及影响系统演变特征,提炼预报着眼点。基于各模式前期预报质量,提出了一种简单的动态融合客观订正方法,检验了该方法在此类强降水过程中的预报效果。结果表明:(1)“0604”暴雨过程和“0617”暴雨过程强降水主要集中在陕西关中和陕南地区,“0710”暴雨过程强降水主要集中在陕西西部和北部地区;“0604”“0710”暴雨相较“0617”暴雨过程,强降水持续时间短,雨带移动速度快。(2)尽管这三次暴雨过程均发生在500 hPa中纬度低槽配合850 hPa低涡东移过程中,但低涡结构的发展演变及其强度变化的差异导致了三次暴雨落区、强度、主要降水性质的不同;三次暴雨过程中850 hPa低涡发展在白天和夜晚均存在加强阶段。(3)基于加权评分的多模式动态融合强降水订正方法在低槽强降水过程中大雨以上量级、暴雨以上量级TS评分相较单一模式产品均有小幅度提高,在长历时的系统性强降水过程中提高更多,表现出一定的正订正效果,可为陕西此类强降水天气预报提供客观参考。 展开更多
关键词 强降水 低涡发展 多模式融合 客观订正
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一次高原地区强降水过程的对流可分辨尺度集合预报评估
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作者 刘侃 陈超辉 +3 位作者 陈祥国 何宏让 姜勇强 陈雄 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期353-365,共13页
利用FNL(Final Reanalysis Data)、ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料和GPM(Global Precipitation Measurement)全球逐半小时降水数据,选取我国西南高原地区一次强降水过程,研究了对流尺度集合预报中两种初始扰动方法BGM(Breeding Gr... 利用FNL(Final Reanalysis Data)、ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料和GPM(Global Precipitation Measurement)全球逐半小时降水数据,选取我国西南高原地区一次强降水过程,研究了对流尺度集合预报中两种初始扰动方法BGM(Breeding Growth Mode)和LBGM法(Local Breeding Growth Mode)对复杂地形强降水的预报能力。基于对象诊断的MODE(Method for Object-Based Diagnostic Evaluation)方法评估了模式对降水对象的位置、结构、强度的模拟能力,并与TS(Threat Score)等评分方法进行对比分析,综合评估模式预报性能,表明:(1)基于BGM和LBGM法生成初始扰动的集合预报系统BGM-EPS和LBGM-EPS,集合平均预报对24 h各个量级降水评分均优于控制预报,且暴雨的TS评分LBGM-EPS优于BGM-EPS;(2)整体上,WRF模式能够较好捕获降水对象,尤其是对于高原山地复杂地形的降水预报效果很好,LBGM-EPS在降水目标的整体相似度表现上优于BGM-EPS,且从扰动总能量随预报时间的演变中能看出LBGM较BGM扰动总能量更大,更能代表预报误差的增长,突出LBGM方法在对流尺度集合预报中表示强对流能力的优势;(3)与传统TS评分等检验方法相比,MODE法更能反映降水预报的空间位置信息,在卷积半径和降水阈值相同情况下,基于LBGM方法的集合平均预报识别降水对象的效果更佳。 展开更多
关键词 集合预报 增长模培育法 局地增长模培育法 对流可分辨尺度 MODE
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Spatio-Temporal Characteristics of Heavy Precipitation Forecasts from ECMWF in Eastern China
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作者 徐同 谭燕 顾问 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2024年第1期29-41,共13页
This study examines the spatio-temporal characteristics of heavy precipitation forecasts in eastern China from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) using the time-domain version of the Method ... This study examines the spatio-temporal characteristics of heavy precipitation forecasts in eastern China from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) using the time-domain version of the Method for Object-based Diagnostic Evaluation(MODE-TD). A total of 23 heavy rainfall cases occurring between 2018 and 2021 are selected for analysis. Using Typhoon “Rumbia” as a case study, the paper illustrates how the MODE-TD method assesses the overall simulation capability of models for the life history of precipitation systems. The results of multiple tests with different parameter configurations reveal that the model underestimates the number of objects’ forecasted precipitation tracks, particularly at smaller radii. Additionally, the analysis based on centroid offset and area ratio tests for different classified precipitation objects indicates that the model performs better in predicting large-area, fast-moving, and longlifespan precipitation objects. Conversely, it tends to have less accurate predictions for small-area, slow-moving, and shortlifespan precipitation objects. In terms of temporal characteristics, the model overestimates the forecasted movement speed for precipitation objects with small-area, slow movement, or both long and short lifespans while underestimating it for precipitation with fast movement. In terms of temporal characteristics, the model tends to overestimate the forecasted movement speed for precipitation objects with small-area, slow movement, or both long and short lifespans while underestimating it for precipitation with fast movement. Overall, the model provides more accurate predictions for the duration and dissipation of precipitation objects with large-area or long-lifespan(such as typhoon precipitation) while having large prediction errors for precipitation objects with small-area or short-lifespan. Furthermore, the model’s simulation results regarding the generation of precipitation objects show that it performs relatively well in simulating the generation of large-area and fast-moving precipitation objects. However, there are significant differences in the forecasted generation of small-area and slow-moving precipitation objects after 9 hours. 展开更多
关键词 MODE-TD ECMWF heavy precipitation Eastern China
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MODE降水检验评价指标改进及卷积半径应用
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作者 杨富燕 陈百炼 +2 位作者 彭芳 胡欣欣 李彦霖 《气象科技》 2024年第2期218-227,共10页
基于对象的诊断检验方法(MODE)受降水临界值、卷积半径、属性权重等参数的影响,合理选取卷积半径并准确表征预报场与观测场之间的空间相似度决定了MODE的应用效果。本文基于2020年夏季贵州54个降水个例,以多源融合降水(CMPA)作为实况,使... 基于对象的诊断检验方法(MODE)受降水临界值、卷积半径、属性权重等参数的影响,合理选取卷积半径并准确表征预报场与观测场之间的空间相似度决定了MODE的应用效果。本文基于2020年夏季贵州54个降水个例,以多源融合降水(CMPA)作为实况,使用MODE和FSS评分(Fractions Skill Score)对中国气象局广东快速更新同化数值预报系统(CMA-GD)24 h日降水预报进行空间检验。结果表明:卷积半径过小易造成MODE提取降水对象过多,而卷积半径过大则导致局部降水信息丢失,无法从降水场中提取到降水对象。不同卷积半径下计算的最大相似度中值(M_(MI))存在突变。在M_(MI)基础上引入面积权重构造面积平均最大相似度(A_(MMI))。A_(MMI)不受提取降水对象个数的影响,较M_(MI)更具有稳定性,用于表征降水场之间的整体空间相似程度更为合理。根据对象总面积随卷积半径的变化将降水分为大范围降水和局部降水2类。大范围降水平均总面积随着卷积半径的增加而增加,A_(MMI)随卷积半径变化不大。随着卷积半径的增加,局部降水平均总面积减小,平均A_(MMI)有所减小。局部降水对卷积半径选取较为敏感,以观测场对象面积变化不超过10%的最大半径作为卷积半径有助于保留降水场大部分信息。 展开更多
关键词 降水 MODE 空间检验 参数
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内蒙古对流尺度集合预报初始扰动构造的模拟试验研究
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作者 计燕霞 孙鑫 +1 位作者 张涵斌 赵斐 《暴雨灾害》 2024年第2期195-203,共9页
对流尺度集合预报(Convection-allowingEnsemblePrediction,CAEP)是提高强对流天气预报能力的重要手段,构造合理的初始扰动是CAEP的关键问题。本文开展基于观测扰动初值法(Perturbed-observation,PO)的CAEP在内蒙古地区的试验,并以动力... 对流尺度集合预报(Convection-allowingEnsemblePrediction,CAEP)是提高强对流天气预报能力的重要手段,构造合理的初始扰动是CAEP的关键问题。本文开展基于观测扰动初值法(Perturbed-observation,PO)的CAEP在内蒙古地区的试验,并以动力降尺度(Downscaling,DOWN)方法作为对比,分析PO方法在内蒙古地区CAEP的预报效果,以期为内蒙古地区CAEP的构建提供技术参考。结果表明:(1)PO方法构造的初始扰动能引入内蒙古地区观测资料从而减少背景场的不确定性,且扰动具有充分的增长能力。(2)与DOWN方法相比,PO方法可以显著减少CAEP的短时预报误差,高空和地面要素的RMSE分别减小4%~43%和3%~9%,集合离散度略有减少。高空要素的CRPS评分最大可减少约53%,地面要素的CRPS评分平均减少6%,整体提高了对流尺度集合预报质量。(3)PO方法能够提高短时降水的预报能力,0.1mm、4 mm和13 mm 3个量级的TS评分分别提升了0.015、0.003和0.0015。且降水个例表明,PO方法对降水的落区和量级预报更准确。 展开更多
关键词 对流尺度集合预报 观测扰动 初值扰动 内蒙古
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对冬季云贵—华南准静止锋上一次多相态降水过程的模拟研究
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作者 杨旗 张海鹏 +3 位作者 吴建蓉 李昊 曾华荣 陆正奇 《干旱气象》 2024年第1期75-83,106,共10页
云贵—华南准静止锋使其以北地区成为研究冬季雨雪过渡区内不同降水相态的理想平台。通过对2018年1月25—27日南方凝冻天气过程中天气学和云微物理参数的分析,定性探讨了次冻结层的温度与冰核活化温度对不同降水相态形成的影响,进而利... 云贵—华南准静止锋使其以北地区成为研究冬季雨雪过渡区内不同降水相态的理想平台。通过对2018年1月25—27日南方凝冻天气过程中天气学和云微物理参数的分析,定性探讨了次冻结层的温度与冰核活化温度对不同降水相态形成的影响,进而利用耦合BTC降水相态诊断方案(简称“BTC方案”)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式,对本次凝冻天气的降水相态、冻雨发生区域与冻雨量进行数值模拟。结果表明:横贯云贵高原和南岭地区的准静止锋导致的锋前“冷—暖—冷”的温度垂直结构有利于多相态降水的形成。耦合BTC方案的WRF模式可模拟出不同降水相态落区的空间分布,其模拟冻雨落区时空分布与观测基本一致,但冰粒的空报率非常高。分析WRF模式模拟的多相态降水时温度、相对湿度和水成物的垂直分布特征,云内水成物初始相态为液态,在高空逆温层存在的前提下,次冻结层中冰核活化温度是区分冻雨和冰粒的临界指标且具有明确的物理机制。利用次冻结层中的冰核活化温度来代替BTC方案中有关冻雨和冰粒的判据后,冻雨落区预报准确率较BTC方案提高了13%,表明直接利用次冻结层的冰核活化温度判断冻雨可行。 展开更多
关键词 凝冻天气 准静止锋 冰核活化温度 冻雨参数化方案 降水相态
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基于准对称混合滑动训练法对CLDAS气温的订正检验
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作者 李奇临 刘超 +2 位作者 朱君 刘昉 旷兰 《干旱气象》 2024年第2期305-314,共10页
基于准对称混合滑动训练期方法,对近两年来中国气象局陆面同化分析系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)输出的日最高气温、日最低气温网格实况分析产品进行订正,以期提高该产品在重庆地区的适用性。结果表明:订正前,2021年CL... 基于准对称混合滑动训练期方法,对近两年来中国气象局陆面同化分析系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)输出的日最高气温、日最低气温网格实况分析产品进行订正,以期提高该产品在重庆地区的适用性。结果表明:订正前,2021年CLDAS日最高气温产品的平均误差为0.63℃,平均绝对误差为1.14℃,订正后平均误差减小至-0.03℃,平均绝对误差减小至0.64℃,误差小于或等于1℃的准确率由约64%提高到约90%,明显改善了该产品在重庆西部和东南部地区的适用性;订正前,2021年CLDAS日最低气温的平均误差为-0.22℃,平均绝对误差为0.75℃,订正后平均误差减小至-0.03℃,平均绝对误差减小至0.55℃,误差小于或等于1℃的准确率由约91%提高到约93%,改善了该产品在重庆中部地区的适用性。 展开更多
关键词 偏差订正 准对称混合滑动训练 CLDAS 评估
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