近二十年来暴雨和强对流可预报性研究进展

大气可预报性研究是开展天气、气候预测的基础科学问题。全球变暖背景下,近年暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,如何深入认识其可预报性问题成为了天气领域研究热点,也是制约数值天气预报模式能力提升的重要因素。本文在简要回顾国内外大气可预报性研究历程的基础上,重点对近二十年（1999～2018）国际上关于暴雨和强对流可预报性方面的最新研究进展进行了系统的综述和归纳。主要包括:中小尺度可预报性研究的主要方法和评估手段及其与传统大尺度天气可预报性研究的差异,初始误差增长机制的几种主要观点及其争论（误差升尺度、误差降尺度、升降尺度并存）,数值模式误差和对流环境误差对实际预报性的影响,以及最近的中尺度可预报性科学观测试验进展等。最后,对暴雨、强对流可预报性研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

(七)中期数值天气预报

有人以为,根据短期数值模式单纯地延长积分时间,数值计算是稳定的,就一直积分下去,直到所需要的时间长度为止,其结果就是中期数值预报,其实不然。原因是短期数值预报模式主要着眼于天气尺度系统的预报,其中各类尺度的天气系统的典型生命周期都小于一星期。中期预报的时限长达15天之久,远远地超出了天气系统的生命史,这就要求中期数值预报模式能真实地表现出大气中动能的产生和耗散的过程,从而能预报一些新系统的产生和原已存在的系统的衰减消失。 下面我们从几个方面来谈谈中期数值预报的现实途径,和关于中期数值预报模式的一些基本问题。     

天气预报的现状

本文首先简述近年来关于大气可预报性问题的研究成果,然后分别评述短期、中期和长期天气预报在过去四十多年间所取得的成效。目的是从天气预报的成功率方面给人们对天气预报的过去和现状有比较确切的了 解。 一、关于大气的可预报性 从流体的初始状态出发,根据支配流体     

集合敏感性在预报误差及可预报性研究中的应用进展综述

研究大气的可预报性和预报误差产生的原因,对于改进数值预报,提升业务预报技巧具有重要意义。集合敏感性基于具有流依赖特性的集合预报,通过建立预报与初始场或前期预报大气状态之间的统计关系,为揭示与预报对象可预报性相关的动力学特征及理解预报误差来源和传播机制提供了一种新方法。同时,介绍了集合敏感性的定义和度量,并综述了其针对典型天气系统和高影响天气事件研究的进展,并讨论了该方法的优势和局限性。     

合成平均图分析在2003年高温天气预报中的应用

大气环流异常对中短期天气变化有着重要影响。利用数值预报产品制作特征要素的合成平均图,是准定量分析前期大气环流异常对中短期天气变化造成影响的有效途径之一,也是对数值预报产品进行合理有效解释应用的一个重要方向。通过利用欧洲中心格点资料制作预报和历史同期合成平均图,结合本地经验指标进行分析比较,并根据临近天气形势进行中短期预报订正,是2003年广西持续性大范围高温天气过程成功预报的关键。     

天气预报的局限性

一、引言本文根据大气的可预报性对天气预报及其局限性作了探讨.为了说明造成这种局限性的原因,将大气预报与潮汐预报作了比较,并用一个数值试验的例子说明在简单的非线性系统中误差的增长情况.从而研究不同的时间尺度中误差的增长和大气的可预报性.二、非线性系统的可预报性从一个初始状态出发,根据支配流体运动的物理定律,就可以预报流体随时间的演变.但是由于流体的性质不同,流体中发生的现象不同,在可预报性上就会产生很大的差别.这里以海洋潮汐为例.海洋潮汐的可预报性很好.事实上,甚至无需知道当时的状态能作出很准确的潮汐预报.然而,大气在可预报性上却有明显的局限性.大气系统与潮汐现象的这种差     

关于大气过程可预报性问题的一些讨论

从非线性角度重新解读了von Neumann提出的大气运动三个分类，指出大气过程预报问题中存在两类不确定性——初始条件的不确定性和外强迫条件的不确定性，它们分别成为第一类可预报性与第二类可预报性问题的研究对象。强调了大气过程可预报性的客观存在性，由于大气过程的复杂性及人类观测手段和认识水平的限制，人们只能给出这些可预报性的估计，逐日天气预报存在上限(2周左右)。分析了预报误差产生的来源是初始条件的不确定性和预报模式的不完善性，但根本原因是大气过程的混沌本质；还分析了混沌系统误差增长理论，但由于实际大气过程包含很多显著不同的时空尺度以及不同尺度间的相互作用，人们对大气过程复杂的误差增长规律的认识还不是很清楚；最后讨论了动力学数值模式中不同的空间分辨率会改变系统的性质，指出可预报性问题的研究必须考虑空间分辨率的影响。而在讨论初值不确定性对预报的影响时，不需要考虑控制参数微小变化产生的影响，当然条件是控制参数的微小变化不会引起系统性质的重大变化。     

目前短期气候预测可预报性的研究概况

气候的可预报性研究是气候变化研究的一个重要方面，作者首先介绍了短期气候预测之所以可行的两个主要原因，以及短期气候预测可预报性问题的实质；然后，较详细地介绍了目前研究月、季尺度时间平均可预报性的方差分析方法，包括了对实际大气和模式大气可预报性的研究；最后，对时间平均可预报性的研究结论进行了总结。     

第十一讲 长期数值天气预报

用作短期数值天气预报的方法将预报时效一天天延伸下去,大约两个星期之后的预报结果与观测实况相比就面目全非了,从而提出了所谓“可预报性问题”。但这个事实并不足以证明长期数值天气预报不可能作,而只能说明长期数值预报从具体做法到物理内容都与短期数值预报有本质的不同。近年来长期数值预报的研究工作也有了一些进展,但总的来看仍处于探索阶段。因此这里只能介绍一些问题供研究讨论;介绍一些模式供进一     

北京地区风廓线仪布网方案的数值研究

文中利用北京地区中尺度数值天气预报业务系统 ,通过进行多个例数值对比试验 ,对在北京地区如何进行风廓线仪布网进行了数值研究。结果表明大气风场随高度的垂直分布和变化对天气过程有明显的作用 ,在较短时期就可对大气的空间特征形成深厚的影响 ,天气系统对大气风场的垂直结构特征是较为敏感的。其可在短期天气过程中影响天气系统的温度场结构及相关降水过程 ,且在以上影响随着预报时效的增加而增强的同时 ,影响范围也随预报时效的增加而扩大。对中尺度数值预报和北京地区的风廓线仪布点方案来说 ,以核心区域 (北京市城区 )为中心的呈近等边三角形的布网方案具有与近正四边形布网方案相当的探测效果 ,选择近等边三角形布网方案 ,较选择较近正四边形布网方案更为合理。可节省大量的资源及经费。文中所研究方法和结果对在有限区域如何选择风廓线仪布网方案具有广泛的借鉴意义和实际应用价值。     

《北方暴雨预报方法》研究课题取得初步成果

《北方暴雨预报方法》研究课题阶段成果交流会,于5月8—12月在郑州市召开。会议共收到论文80篇,大会交流了36篇。 这次大会交流论文的主要内容是:北方暴雨天气气候特征,短期预报方法;短时预报方法和暴雨系统的诊断分析与数值试验等四个方面。在暴雨的天气气候方面,主要分析了北方暴雨和短时强降水的时空分布、演变过程、环流背景、天气系统和地形的作用,为建立暴雨短期和短时预报思路及方法做了必要的基础分析工作。研究表明,与我国南方强降水相比,北方强降水具有历时短、强度大、时间     

用网格气压场特征作低温阴雨天气过程的中、短期预报的尝试

进行双季稻耕作制度的地区,每年一到早稻播种时节,农民群众非常需要了解明显低温阴雨天气过程的中、短期预报,又尤以中期预报最是关心,以避害就利地进行适时播种。做好春播期间低温阴雨天气过程的中、短期预报,能提高气象预报服务效果,达到增加经济效益的目的。县局还未配有天气图传真机以前,由于缺乏对大气环流变化情况的纵横了解,其预报的一般水平状况是长期靠气候韵律、短期看天气形势、中期只     

全国各省市气象科技期刊文章摘编（39）

1 10天～30天延伸期数值天气报的策略思考一直面混沌 摘要：10天～30天的延伸期预报是有相当难度的科学问题.针对大气系统的混沌特性,提出10天～30天延伸期数值天气预报的策略思考。可预报性问题,实质上是时空尺度问题,10天～30天的预报虽然超出了逐日天气的可预报时限,但仍存在着可预报的分量。以数值模式为基础,阐述了10天～30天延伸期可预报分量的提取方法。     

天气分析预报中的时空尺度问题

大气中存在着各种时空尺度的扰动。天气分析和预报中,不同时效的预报,必须恰当地选取预报量和预报因子的时空尺度。在统计预报中,很多作者强调预报因子的物理意义,我们在实践中体会到,预报量和预报因子之间的时空尺度的“统一”,是解决这个问题的重要环节之一。 一、“时空尺度”影响的事实和分析 天气系统的时间尺度往往是就其生命史长短而言,而空间尺度则泛指其水平和垂直方向范围的大小。研究表明,长、中、短期天气预报主要是以分析判别长、中、短期天气过程的演变为依据的。以长期预报为例,它的预报对象是长期天气过程变化的产物,因此和一种大范围、长时间的大型天气过程相联系。湖南省气象台发现,当9月和9—11月乌拉尔山地区500毫巴为高值区时,来年雨季结束早,否则迟     

数值模式误差订正方法初探

鉴于大气系统的复杂性,实际的大气运动方程包含许多数学简化。这些简化的方程组虽能模拟大气运动的主要特征,但无法揭示天气演变的所有细节,这将导致数值模式的预报能力受到极大限制。只有完善大气运动方程本身的确定性框架,才能从根本上减少预报误差。若无其他手段的帮助,仅依靠推导方法获取大气运动过程中的所有微分表达式将十分困难。演化算法具有自适应、自组织特征,它能处理复杂的数学问题,可从观测资料所蕴含的丰富信息中挖掘系统的动力学。本文结合演化建模的智能算法,提出了一种数值模式的误差订正方案,并以一维典型混沌系统Logistic模型为例,探讨了误差订正方案的有效性。数值试验结果表明该方法对模式误差有较强的反演能力,值得进一步深入研究。     

兴安盟夏季久旱转雨天气过程的初步分析

通过普查21年的资料,进行久旱转雨环流特征定性分析,发现不同的稳定的大气环流形协对应着不同的异常天气过程,干旱的大气环流形势就是相对稳定的长期少变的异常天气环流形势,这种稳定的环流形势一旦崩溃或进行调整就是一次久旱转雨天气过程。根据这一结论,总结出几个影响兴安盟久旱转雨天气过程的天气系统和单站指标;并可应用数值预报产品,制作久旱转雨的趋势预报。     

对T106分析／预报场可预报性的初步分析

本文围绕日常天气预报的需求和为区域数值天气预报模式定义天气背景场和初值场的需要，针对9210工程MICAPS系统中T106谱模式的客观分析场和预报场的可预报性进行了初步诊断，定量分析比较了T106、欧洲中心ECMWT、华盛顿KEBC和日本JAPAN数值模式对天气环流形势和预报的统计误差，并初步探讨了模式误差的自身预报问题。文中指出了T106模式的误差源主要来自于其客观分析场的固定误差，提出了以集成客观分析场作为客观分析，提供预报员预报参考或作为数值预报的背景初值场。     

大气运动的可预报性

大气运动的可预报性自１９５０年第一张成功的数值天气预报图问世以来。数值预报已经取得了巨大进展、预报水平有了很大提高，预报对象也从大尺度天气系统扩展到多种时空尺度的空气运动。不少先进国家和地区都相继建立起数值预报的业务预报，随着数值预报的业务预报能力不...     

宜宾“8.8”强对流天气过程分析

分析盛夏时间一次强对流天气过程的大气能量和成因，并寻找数值预报产品的一些明显特征，以利于今后提高类似天气过程的预报水平。     

初始扰动对一次华南暴雨预报的影响的研究

本文选取了2006年华南前汛期的一次暴雨过程, 采用AREMv2.3中尺度数值模式进行数值模拟, 分别在模式初始场的物理量场 (温度场、 风场、 湿度场) 上加扰动, 分析不同物理量场上的扰动对降水预报的影响, 以及物理量预报误差和扰动能量的增长情况。同时, 通过本个例讨论误差增长与湿对流的关系, 扰动振幅对误差增长的影响和华南区域的中尺度降水的可预报性问题。数值试验结果表明: 初始时刻不同物理量场加实际振幅的正态分布的随机扰动时, 对降水的影响是不同的。对于24小时降水预报, 温度场对降水的影响最大。误差的增长与湿对流不稳定有着密切的关系。小尺度小振幅误差增长很快, 而且是非线性增长。这意味着短期的较小尺度降水的可预报性很小。与大振幅扰动相比, 小振幅扰动造成的误差较小。但是小振幅扰动的迅速发展, 很快就会对降水预报造成较大的影响。因此, 只能有限地提高预报质量, 而且由于扰动非线性增长很快, 在预报时间的提前上, 不会有太大的改善。