ECMWF细网格对浙江沿海10 m风预报性能评估

为更好地开展浙江沿海海上大风的预报服务,本研究对2012年1月1日—2014年12月31日的ECMWF细网格10 m风场产品在浙江沿海的预报性能进行评估,并将其插值到沿海站点和观测数据进行对比分析。结果表明:冷空气影响下,浙江沿海的平均误差为负值,绝对误差分布和变化趋势与平均误差基本一致;台风影响下,24 h预报时效的平均误差为正值,随着预报时效的增加,平均误差逐渐转为负值,鱼山渔场、温台渔场及舟外渔场的绝对误差较其他区域大。另外,预报值和观测数据间的相关系数随预报时效的增加而减小,两者之间的相关系数平均值随海拔高度的增加而减小;ECMWF细网格对岱山和龙山村的预报偏大,对浪岗的预报偏小,预报偏差的离散度随预报时效增加而增大。     

多个数值预报产品对山西3次强降水过程预报性能的对比分析

为更好地释用数值模式的预报产品,采用客观分析和ETS评分方法,运用T639-thin模式、ECMWF-thin模式、Japan_thin模式及NECP模式对2014年7月发生在山西的3次降水过程的预报性能进行了效果检验和对比分析。分析结果表明：4家模式对欧亚大陆中高纬环流形式以及地面系统的调整和演变均有较强的预报能力;4家数值模式预报产品基本能把握雨带的走向,但对强降水过程中降水强度的模拟与实况相比偏差较大,而且对强降水中心的预报稳定性也较差;对于ETS评分,NECP模式的评分在3次过程中均较高,并且不同数值模式的24 h时效预报效果要优于其他预报时效。总体来看,对于环流形式的演变,EC模式模拟效果是最好的,其次是NECP模式,T639模式和日本模式次之;对于降水量级以及落区的预报,NECP模式预报较准确,具有较高的参考价值,其次是EC模式,而T639模式和日本模式预报的稳定性较差。     

西藏林区森林火险等级中短期预报方法

利用2009/2010、2010/2011和2011/2012西藏林区防火期（11月—翌年4月）气象观测资料和T639数值预报资料,基于人工神经网络BP算法,建立了西藏林区森林火险等级1~7天预报模型,历史拟合率超过85%;通过对2012/2013防火期间的森林火险等级试报检验结果表明,前3天的平均绝对误差不超过0.5级,7天的平均绝对误差不超过0.6级;与直接利用数值预报模式气象要素预报结果相比,有效地纠正了数值模式要素预报的系统偏差,表明模型预报效果良好。该模型的建立提高了对西藏高原森林火险等级的预报准确性,为森林火险防御和消防调度提供了参考。     

T213预报产品对新疆“2007．07．17”大暴雨成因解析

由于T213预报产品涉及各种复杂物理过程、每日4次同化、每次预报6h、水平分辨率60km、垂直分辨率31层的输出模式，能很好地描述西风带上的一些短波系统及物理场特征，对72h内的西风带系统演变、物理量场特征有较稳定的预报能力，为预报员提供了制作预报所需的、尤其是灾害性天气预报所需的、时空分辨率更高的客观定量产品；尤其对48h内北疆沿天山一带、天山山区及其两侧以及东疆地区的次天气尺度、中尺度系统和大降水预报以及大降水落区预报有较强的预报能力。     

基于数值预报产品的地表温度预报方法研究

为了开展地表温度预报业务,提高逐日地表温度预报准确率,利用2007—2012年的ECMWF和T213数值预报产品资料及抚顺市的逐日地表温度资料,采用逐步回归分析方法和BP神经网络模型分别构建抚顺市地表温度预报模型,并对模型的精度进行检验。结果表明,地表温度与ECMWF的高度场、海平面气压场、温度场和T213的散度场、高度场、海平面气压场、地面气压场、海平面K指数、水汽通量、相对湿度、温度场、地面气温和场涡度场均呈显著相关。对预报模型进行精度检验显示,地表平均温度和地表最低温度的预报效果较好,≤3℃预报准确率均达到79%以上。2种模型对比显示,BP神经网络预报模型总体上优于逐步回归预报模型;逐步回归预报模型较BP神经网络预报模型稳定。     

大连地区气温的统计特征及数值预报检验

为了提高大连地区温度预报的准确率,笔者利用2003—2013 年大连地区自动站温度资料、2013年6 种数值预报产品以及大连市气象台预报的产品,统计2003—2012 年10 年7 站20—20 时最高、最低温度在不同季节的出现时间的频率,对2013 年数值预报产品进行温度检验,检验时效为24 h。结果表明：大连地区最高、最低温度出现时间的频率分布均呈双峰型,最高温度多出现在14 时和21 时,最低温度多出现在5 时—8 时和21 时;在6 种数值预报产品中,一般是SCMOC对南部地区的温度预报的较好,对北部地区的温度来说是ECMWF预报的相对较好,而且整体上最高温度的正确率总是低于最低温度的正确率。     

积云与微物理方案对山西南部暴雨预报的敏感性试验

利用WRF(Weather Research and Forecast system)中尺度数值模式,采用KF、BMJ、GF 3种积云对流参数化方案和WSM5、WSM6、WDM5、WDM6 4种微物理方案,对山西南部2007年7月29—30日的一次特大暴雨过程进行数值模拟与敏感性试验,并对不同积云方案和微物理方案的降水预报性能进行定量评估。结果表明：粗网格选用不同的积云对流参数化方案,可以对细网格强降水的落区预报产生较大的影响,GF积云方案能够合理地预报出主雨带、降水中心的位置和强度,选择适当的积云方案可以使强降水预报的TS评分提高0.19;不同微物理方案对强降水中心位置、强度、分散程度等的模拟结果有显著差异,WDM6微物理方案对于此次山西南部暴雨过程的模拟能力最好,尤其对于强降水预报具有明显优势。进一步分析表明：微物理过程中水相物质预报量的增加,可以改进模式的降水预报性能;综合考虑各种水相物质混合比和数浓度的双参数方案的计算过程更为精确,强降水预报能力更好,双参数方案较单参数方案的强降水TS评分可以提高0.08。     

预报-观测概率匹配订正法在降水预报业务中的应用

为提高和改进模式产品对汛期降水预报准确率,利用近两年3—7月江西省92个地面气象观测站逐日降水资料和欧洲中心高分辨率数值模式预报24~72 h相应降水预报资料,采用Gamma函数作为累积降水概率分布拟合函数,将模式预报降水累积概率分布与观测降水累积概率分布进行概率匹配,获得不同量级降水的预报订正值,并检验了订正前后预报评分变化。结果显示:模式预报对江西降水预报存在大雨以上量级预报多漏报、小雨多空报的现象;经预报-观测概率匹配订正法订正后,可有效地修正模式预报系统性误差,对各等级降水有良好订正效果,尤其对暴雨的订正效果明显;时效越短订正效果越好。该订正法在业务中具有良好的应用效果。     

预报-观测概率匹配订正法在降水预报业务中应用研究

为提高和改进模式产品对汛期降水预报准确率,利用近两年3—7 月江西省92 个地面气象观测站逐日降水资料和欧洲中心高分辨率数值模式预报24~72 h 相应降水预报资料,采用Gamma函数作为累积降水概率分布拟合函数,将模式预报降水累积概率分布与观测降水累积概率分布进行概率匹配,获得不同量级降水的预报订正值,并检验了订正前后预报评分变化。结果显示：模式预报对江西降水预报存在大雨以上量级预报多漏报、小雨多空报的现象;经预报-观测概率匹配订正法订正后,可有效地修正模式预报系统性误差,对各等级降水有良好订正效果,尤其对暴雨的订正效果明显;时效越短订正效果越好。该订正法在业务中具有良好的应用效果。     

南通地区强降雪和积雪深度预报研究

为了预防和减轻强降雪过程对设施农业和生产生活可能带来的不利影响,提高预报和服务水平,利用常规高空和地面资料、ECWMF 0.75°x 0.75°再分析资料,对南通地区1951年以来共19次区域性暴雪过程从影响系统、大气层积、动力和水汽条件等方面进行分析总结,并以2013年的区域性暴雪为例说明诊断分析和预报过程。结果显示：(1)南通属于北亚热带季风气候,雨或雨夹雪转暴雪过程占多数,判断降雪量要关注转为纯降雪以后的降水量,积雪深度还要注意地表温度的高低,因此必须同时考虑强冷空气南下和强盛暖湿气流北上的综合影响;(2)形成强降雪的天气系统主要包括南北两支西风槽、中低空切变、西南急流和低空冷垫,实例是典型区域性暴雪天气形势;(3)500～850 hPa高度至少有两层强盛的SW急流,强烈辐合上升主要发生在700 hPa及以上高度,为暴雪的形成提供了动力和水汽条件,850 hPa以下为冷垫,850～700 hPa存在逆温, 850 hPa气温小于等于-4 ℃、2 m气温小于等于3 ℃时降雨向降雪转变,地表温度接近零度后积雪增长明显;(4)南通地区24 h平均SLR,纯雪过程≥10,雨转雪过程＜10、东南部＜ 5,一般可通过850 hPa、2 m气温及地表温度对降水相态转换和SLR做出预判;(5)从历史强降雪中寻找天气形势相似过程,对比层结、动力和水汽条件,然后对相似过程实况进行缩放来推断降水量和积雪深度,也是一种可行的方法。     

粒子群优化的神经网络在夏季降水预测中的应用

降水短期气候预测是一个非常复杂、重要的研究课题。为了提高其预测能力,拟采用1959—2011年逐月74项大气环流特征量序列、月平均500 hPa高度场和月平均海温场,选取预测因子;用主分量分析方法提取样本数据中主要信息为综合因子。用粒子群优化人工神经网络方法,建立宣城市夏季降水短期气候预测模型。对2007—2011年宣城市夏季降水预报检验结果表明,粒子群优化人工神经网络收敛速度快,迭代次数少;试报平均绝对误差是66.5 mm,绝对值平均相对误差10.5%,预测精度高,具有很好的应用推广前景。     

马鞍山大雾气候特征分析与预报方法

为了提高马鞍山地区大雾预报准确率,分析1961—2010 年近50 年来马鞍山地区大雾的气候特征,并建立基于配料法的大雾预报方法。结果表明：马鞍山市雾日集中在11 月—次年1 月,为“冬半年雾日多于夏半年”型。潮湿的空气（相对湿度为90%~100%）、微弱的风速（风速≤3 m/s）和适宜的气温(≤20℃)均有利于大雾的形成。925 hPa 和1000 hPa 是否有逆温层,对于雾的形成与维持极其重要。马鞍山大雾地面形势具体分为四类：弱高压型、入海高压后部型、冷锋前暖区型、地面倒槽型。选取水汽条件、冷却条件、层结条件以及风力条件作为大雾预报的基本“配料”,建立马鞍山大雾预报方法。利用EC细网格资料（2011 年9 月—2013 年12 月）对该方法验证的漏报和空报分析：TS 评分42.86%,漏报率6.9%,空报率55.74%。     

基于气象条件的玉米发育期预报技术

为了给当地政府、农业部门、农户提供准确及时的玉米发育期预报,根据玉米日平均气温稳定通过10℃播种的温度指标,通过分析辽阳市1956—2010年日平均气温稳定通过10℃与5℃初日间隔日数和稳定通过5℃初日的相关性,利用日序与间隔日数建立回归方程,预测日平均气温稳定通过10℃初日,在此基础上做出玉米播种期预报;利用灯塔市农业气象观测站1981—2010年资料,分析玉米从播种到成熟各个发育期发育速度与气象条件的关系,经过对各时段的相关性检验,发现玉米从播种到成熟期间各发育期间隔日数与≥10℃活动积温相关性最好,从出苗到成熟玉米感温性、感光性都比较强,由此建立播种-开花及拔节-成熟的天数预报模型,预报玉米开花及成熟期。经检验,3款预报模型相关系数、复相关系数及F值均达0.01显著水平,回代与实况值有着比较一致的变化趋势,回代和预报绝对误差(ABSE)和标准误差(RMSE)在2.0~4.3天,可以满足农业气象服务需要,具有推广应用价值。     

石河子垦区沙漠边缘地带冰雹天气的天气背景及物理量场特征

本文利用新疆石河子垦区沙漠边缘地带2005-2015年冰雹天气的MICAPS常规资料、探空资料、地面资料等资料,对2005-2015年发生在石河子垦区沙漠边缘地带25次冰雹天气的天气背景、物理场参数进行统计分析,得出:(1)石河子垦区沙漠边缘地带冰雹天气的天气背景主要有乌拉尔山东部低槽型、横槽型、前倾槽型、过境槽型;(2)冰雹天气的物理量参数特征为:θ_(se)(850~500)≥1.2℃,T(850~500)≥30℃,K指数≥26℃,沙氏稳定度指数(SI)≤1.2℃,低层(850 hPa)到高层(200hPa)垂直风切变值≥1.3m·s~(-1)·km~(-1),春季0℃层高度为2700m,-20℃层高度为5 390 m,夏季0℃层高度为3 700 m,-20℃层高度为6 596 m,为石河子垦区沙漠边缘地带的冰雹天气的预警提供了依据。     

阜新地区暴雪预报方法研究

为了提高暴雪天气的预报水平和服务能力,为设施农业气象灾害监测预警提供参考,利用常规高空和地面资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对1955—2013年59年的25次暴雪过程进行总结。结果表明：（1）阜新地区暴雪主要集中在10月—次年4月,其中3月的暴雪次数最多,其次为11月和4月;（2）暴雪的高空和地面天气系统清晰、明显和有规律,500 hPa高空图分为2脊1槽型和阶梯槽型,地面分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋、江淮气旋或倒槽;（3）降水前建立的风速≥12 m/s的低空西南急流为暴雪的发生提供了动力和水汽条件;（4）选取对暴雪天气具有明显物理意义的Q-flux-div(850)、Q(850)、K、θse(500)、W(700)、Div(500~850)6个预报因子,建立了阜新地区暴雪预报方程,实现暴雪天气客观化预报。     

青海气候模式解释预报产品的开发及其检验

基于1982—2016 年的气候模式数值预测产品资料,整理分析生成未来45 天北半球500 hPa 高度场和本地气温、降水资料,应用降尺度方法和PP、MOS预报工具建立了预报模型及其业务系统平台。结果表明：业务系统平台构建必须考虑系统结构和功能的先进性、数据存储传输备份的经济性、系统管理的可维护性;此外,还要兼顾前瞻性、开放性、稳定性、安全性和拓展性。系统模块编制采用前端网页、后端程序、模型—视图—控制器的模式和通用的通信协议技术。适合青海高原气候模式解释应用的降尺度方法是车氏多项式、EOF经验正交函数分解和预报量的分区。2012—2016 年青海35 个样本的月降水量、51 个样本的月平均气温预报建模试验的平均评分分别为64%和75%,预报试验获得较高评分的关键是选择最好的因子构建方案和制作预报的回归预报方法。     

河西走廊东部强降温气候特征及预报方法研究

利用河西走廊东部1961—2010年5个气象站强降温资料[24 (48) h最低气温下降≥8 (10)℃、最低气温降至≤4℃],采用统计学方法系统分析了该区域强降温的时空分布、强度等气候特征,结果表明：河西走廊东部强降温次数海拔较高的山区和北部沙漠边缘明显多于绿洲平原区。年代、年强降温次数总体呈减少趋势,强降温主要发生在1—5月和9—12月,强降温次数4月最多。各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h强降温强度总体呈弱减小趋势,48 h强降温强度总体呈弱增加趋势。利用2004—2013年1—5月和9—12月逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,运用Press准则和逐步回归方法进行预报因子初选和因子精选,使用最优子集回归建立各地月最低气温预报方程,采用CSC双评分准则确定了全局最优的最低气温预报方程,预报方程通过了α=0.01显著性水平检验。采用最大靠近原则确定强降温预报的临界值和预报级别。预报拟合率24、48 h分别为80.0%~83.3%、81.3%~86.2%,预报准确率24、48 h分别为71.4%~75.0%、73.3%~77.1%,达到了较高的拟合和预报水平,可为强降温预报和预警提供客观有效的指导产品。     

基于气象区域自动站资料的精细化玉米适宜播种落区预报

为实现气象预报要向精细化方向发展,为农业生产提供精细化服务的目的,实现为当地政府及农业部门指挥、指导农业生产提供更直观、可靠的细化到乡镇的玉米适宜播种分布情况,通过分析辽阳地区2010—2014 年24 个区域自动站4—5 月逐日平均气温与辽阳本站同期气温的关系,建立24 个回归预报模型,借助于雨量图制作软件利用模型做出的预报,将全地区划分出适宜播种、较适宜播种和不适宜播种3 个区域。经检验,24 个预报模型相关系数均达0.01 显著水平,回代与实况值变化趋势基本一致,回代和预报绝对误差(ABSE)和标准误差(RMSE)在0.2~0.7℃,可以用来预报24 个乡镇的日平均气温。利用雨量图制作软件绘制等值线图,方法简单易掌握,易于推广。     

卫星资料在山西暴雨数值预报中的初步应用

旨在应用卫星云顶数据改进数值模式的水汽初始场,探讨利用卫星资料改进定量降水预报的可能性。利用ADAS(ARPSDataAnalysisSystem)综合云分析系统,将静止卫星云顶亮温数据加入到WRF中尺度模式中,对2013年7月9日夜间山西南部一次暴雨过程进行数值模拟和对比试验。结果表明：此次强降水过程发生在高空槽引导西北涡东移的环流背景下,低涡切变线附近生成的中-β尺度强对流云团是造成此次强降水的直接影响系统。融合卫星云顶数据改善了模式24h降水预报效果,有效减少强降水的空报,显著提高暴雨以上强降水的预报效果。进一步分析表明：融合卫星云顶数据后,模式可以获取中尺度系统信息,可以捕捉中-β尺度强对流云团;模式有效加强了对降水有重要影响的高湿区的分析,动力场能够快速协调适应;模式更加有效地预报出未来3h内降水模态的变化和移动,显著改善了强降水的临近预报效果。     

新疆石河子地区冰雹天气的预警指标初探

本文利用新疆石河子垦区2005—2017年冰雹天气的NCAR/GFS的再分析资料、探空资料和自动站资料,对2005—2017年发生在石河子垦区的37次冰雹天气进行了研究分析,结果表明:石河子的冰雹天气主要发生在5种天气背景下;10.17℃≥θse (850～500)≥-6.59℃,平均在0.68℃左右;K指数最小值≥18℃,沙氏稳定度指数(SI)最大值≤5.62℃;T(850～500)值在27～36℃,平均在31℃左右;水汽源地为托里山区、乌苏和奎屯南部山区;低层(850 hPa)到高层(200 hPa)垂直风切变值都≥1.1 m·s~(-1)km~(-1);春季:0℃层高度2 699 m, 20℃层高度5 327 m;夏季:0℃层高度3 644 m, 20℃层高度6 485 m,上述物理量场特征对冰雹天气的产生和维持起到了积极的作用。通过对新疆石河子地区冰雹天气的天气背景和物理量场特征的总结分析,为新疆石河子垦区冰雹天气的预警提供了科学依据。