2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

应用国家气象中心模式检验方法,对华中区域中尺度业务数值预报模式WRF和中国气象局下发的GRAPES模式2013年1-12月的预报产品（包括降水、2 m温度场、850 hPa温度场、850 hPa风场和500 hPa位势高度场预报）进行统计检验。检验结果表明：所有要素24 h预报均优于48 h;对于晴雨预报,GRAPES模式TS评分高于WRF,但随着降水量级增大,WRF的TS评分基本都高于GRAPES,同时WRF降水预报范围明显偏大;分析2 m温度场的均方根误差及预报准确率发现,WRF的2 m温度场预报优于GRAPES,且暖季预报优于冷季;形势场要素分析表明,WRF对850 hPa温度场和风场预报具有相当大的优势,全年误差变化较稳定,而对500 hPa位势高度场的预报误差存在一定的季节性特征,即夏半年WRF高度场预报优于冬半年,GRAPES模式则相反。总体上,华中区域中尺度业务数值模式产品对天气预报具有一定的参考价值。     

基于ECMWF集合预报资料的乡镇温度预报误差订正方法

利用滑动平均法和递减平均法对2013—2014年江西省1 216个乡镇站点ECMWF集合预报2 m温度集合平均产品进行误差订正试验。结果表明:1)滑动平均法和递减平均法对江西地区乡镇温度预报为正的订正效果,订正后的预报准确率大于订正前,并且递减平均法的订正效果要略优于滑动平均法。2)误差订正方法对各时段温度TRMSE的订正能力都随预报时效的增加而减小,对高温预报准确率的提高明显大于低温,对山区预报准确率的提高大于平原,对有规律的预报误差的站点订正效果较好。3)随季节和站点变化的自适应递减平均法的预报结果较各季节和全年定常最优订正系数好,订正方法对秋季温度预报订正能力最强,春季最差。     

国家气候中心海气耦合模式汛期降水预报的一种订正方案及其试验

用奇异值分解(SVD)方法,分析了1983～2003年夏季国家气候中心海气耦合模式500hPa高度预报场与中国特别是华中区域降水场、1971～2000年夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场与中国特别是华中区域降水场的关系.结果表明:夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场与中国特别是华中区域降水场关系明显较模式500hPa高度场密切,若夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场南、北半球副热带高压较强(弱),北半球副热带高压主体偏南(北),则长江流域、东北地区中部及青藏高原东侧将降水偏多(偏少).对比分析结果,发现国家气候中心海气耦合模式存在一定程度的预报误差,如长江流域误差就较为明显.作者提出一种订正方案,利用SVD从模式500hPa高度预报场中提取大尺度信号,借助最优化技术,合理订正误差,改进降水场的预报.经试验表明:订正后降水场预报的距平同号率有可能接近NCEP/NCAR 500 hPa高度场相当的技巧水平.     

CMA-GFS模式对东北半球环流形势预报能力的检验评估

基于CMA全球模式（CMA-GFS）2019年10月至2020年12月逐日20:00（北京时）起报的数据,对东北半球高空气象要素预报进行检验评估,检验的要素包括500 hPa位势高度场和风场、 850 hPa温度场和700 hPa相对湿度场。结果表明：（1）从模式预报效果的时间变化来看,预报效果有明显的季节变化,500 hPa位势高度和850 hPa温度的预报场和分析场的相似度在夏季最低,700 hPa相对湿度场的相似度在冬季最低;随着预报时效的增加,各要素的误差幅度在夏季最小。（2）从模式预报效果的空间变化来看,500 hPa位势高度场在东北半球大部分地区预报场与分析场具有较高相似度,且中高纬地区相对低纬地区更相似,预报误差的幅度则在低纬地区相对较小高纬地区相对较大,且预报偏差以大范围负偏差为主。相比而言,模式对东亚地区的位势高度及其梯度具有更高预报技巧。850 hPa温度场预报相似度和误差幅度与500 hPa位势高度场分布相似,预报偏差则主要表现为中高纬地区温度预报整体偏低,中低纬地区偏高。在预报前期（24～48 h）, 20°N以北的中高纬地区温度预报场与分析场相似度较高,均方根...     

ECMWF细网格模式在阿勒泰地区短时强降水环境场预报中的统计检验

利用ECMWF细网格模式产品对阿勒泰地区2013-2018年5-9月36场短时强降水过程的环境场预报性能进行统计学检验。结果表明:48 h预报时效内模式对海平面气压场、2 m温度场和露点温度场、10 m风场,500 hPa高度场、850 hPa温度场和比湿场及对流层风场预报误差较小,精度较高,在预报业务中为首选物理量;对700 hPa相对湿度场和垂直速度场预报误差较大,且以随机误差为主,在预报业务中注意订正运用。     

ECMWF产品在东亚中纬度地区预报精度检验

利用求预报场与实况场绝对误差和相关系数,对ECMWF资料进行预报精度检验,结果表明 500 hPa高度,850 hPa温度和相对湿度,海平面气压等4个物理量场预报较好; 850 hPa相对湿度预报比700 hPa的误差小;东西风预报比南北风预报好;绝对误差值随预报时效延长而增大,相关系数则随预报时效延长而减小.     

T213全球集合预报系统性误差订正研究

针对模式系统性误差一直存在的现状,研究使用卡尔曼滤波的自适应误差订正方法对国家气象中心业务全球集合预报系统的系统性误差进行估计和订正.本文主要介绍这种方法及其原理,其优点是需要的样本量比较小,能够快速经济地对模式产品进行有效的误差估计和订正.使用这种方法对全球T213集合预报系统500 hPa高度场、850 hPa温度场和2 m温度的预报产品进行一阶偏差订正,对订正前后集合预报产品进行检验分析和对比,结果表明,订正后的高层形势场集合预报和2 m温度集合预报的均一性、集合平均的均方根误差和距平相关系数都得到了改善,系统性偏差得到了不同程度的订正,对于存在较大系统性误差的2 m温度预报,订正效果尤其显著.     

ECMWF产品在东亚中纬度地区预报精度检验

利用求预报场与实况场绝对误差和相关系数，对ECMWF资料进行预报精度检验，结果表明：500hPa高度，850hPa温度和相对湿度，海平面气压等4个物理量场预报较好；850hPa相对湿度预报比700hPa的误差小；东西风预报比南北风预报好；绝对误差值随预报时效延长而增大，相关系数则随预报时效延长而减小。     

递减平均法对陕西SCMOC精细化温度预报的订正效果

利用递减平均法对2012—2013年陕西区域99站共731 d的SCMOC温度精细化指导预报进行误差订正,订正结果表明:该订正方法总体表现为正的订正效果,对08:00和20:00起报的定时温度、日最高温度以及08:00起报的日最低温度有明显的订正能力,在准确率偏低的预报时效内订正效果较好;对于48 h内逐3 h定时温度预报,在夜间的准确率高于白天,对应的"递减平均法"在白天的订正能力高于夜间;对于168 h内日最高(低)温度预报,随着预报时效的增加准确率降低,但是"递减平均法"的误差订正能力增强;"递减平均法"对48 h内逐3 h定时温度和24 h内日最低温度的订正能力在准确率偏低的月份偏强。     

欧洲中心集合预报在中国区域中期时效离散度预报技巧关系分析

预测数值模式对于中期天气预报能力是集合预报的重要应用之一。为研究集合预报在中国区域中期时效(96～360h)预报技巧的预测能力,本文基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)全球集合预报系统2007—2011年500 hPa高度场和850hPa温度场预报数据,采取两种不同的离散度-预报技巧关系表征方法进行对比分析,结果表明:(1)以均方根误差为表征的预报技巧(RMS_(ENS))和离散度(SP_(RMSE))表现出季节循环特征,即冬(夏)季值高(低),这是大气内在性质的表现。而以距平相关为表征的预报技巧(AC_(ENS))和离散度(SP_(AC))没有显著的内在季节变化特征。(2)对比分析两种不同表征的离散度-预报技巧关系可知,以距平相关为表征的离散度-预报技巧关系更能反映中期时效的预报技巧,且850 hPa温度场较500 hPa高度场二者的相关性更好。(3)定量分析离散度-预报技巧关系表明,小离散度情况下更能体现高的预报技巧,但这种关系从96～360 h样本百分比下降了20%左右,而在大离散度情况下离散度-预报技巧关系相对弱一些,且随预报时效的延长样本百分比没有显著的降低。(4)样本统计显示中期各时效SP_(RMSE)和SP_(AC)二者一致的样本占59%～66%,并没有显示较高的一致性特征。上述分析结果为集合预报在中期时效预报技巧预测方面提供定性和定量的参考。     

基于T213集合预报的延伸期产品释用方法及初步试验

基于T213集合预报系统2008年1月中国及附近区域500 hPa高度和850 hPa温度的1~15 d预报资料,构建延伸期产品释用方法,通过对逐日11~15 d预报资料做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均,进而得到延伸期(11~15 d)候平均和候距平预报,并对预报效果进行检验,结果表明:对11~15 d预报场做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均均能降低预报误差,改善整体预报效果。由此得到的500 hPa高度场和850 hPa温度场11~1 5 d候平均预报误差与逐日控制预报第5d的水平相当,候距平相关系数均接近0.6,整体而言效果较好,具备一定的应用价值。500 hPa高度场和850 hPa温度场11~15 d候距平预报在中国大陆地区位相准确率均较高,东南沿海和东北部分地区稍差,且850 hPa温度场的位相准确率整体高于500 hPa高度场。候距平预报对延伸期(11~15 d)的大范围持续性异常距平具有较强的捕捉能力,对异常距平出现的范围和分布、强距平中心的位置的预报均较好,但强度整体偏弱。     

统计预报海温场驱动的CAM3.1模式预报试验

基于动力气候模式进行月一季尺度预报的“两步法”思想,提出一种新的预报海温场统计模型,并以该统计模型预报的海温场驱动NCAR CAM3.1模式对1981-2000年月时间尺度的东亚500 hPa高度距平场进行客观回报试验;在此基础上,提出了对预报结果的订正方法。结果表明:统计预报海温模型的预报海温场能够反映出全球海温空间分布的基本特征,并对表征ENSO事件的Ni?o3.4区海温变化的预报能力较强。该统计模型预报的海温场驱动的CAM3.1模式可以较好地预报出东亚500 hPa环流的主要分布特征,试验表明:适当的统计订正方法可以在一定程度上提高CAM3.1模式对东亚夏季500 hPa环流背景的预报技巧。     

THE IMPACT OF PRECEDING ATMOSPHERIC CIRCULATION AND SST VARIATION ON FLOOD SEASON RAINFALL IN YUNNAN

Spatial and temporal distribution characteristics and scale range of two significant areas were obtained by analyzing the relationship among summer rainfall in Yunnan province, height field and SST field (40°S – 40°N, 30 °E – 70°W) across the North Hemisphere at 200 hPa, 500 hPa and 850 hPa for Jan. to May and correlation, and field wave structure. Remote key regions among summer rainfall in Yunnan province, height field and SST field (40°S – 40°N, 30°E – 70°W) across the North Hemisphere at 200 hPa, 500 hPa and 850 hPa were studied through further analyzing of the circulation system and its climate / weather significance. The result shows that the forecast has dependable physical basis when height and SST fields were viewed as predictors and physical models of impacts on rainy season precipitation in Yunnan are preliminarily concluded.     

Comparative tests and analyses on monsoon and regional precipitation

Summary Due to the strong variation of the Asian monsoon, many countries in Asia often suffer from serious natural disasters. Droughts and floods appear in East China frequently related to the large anomalies of the two branches of East Asian monsoon. Based on rainfall data recorded by 336 Chinese stations in the 1980s, two distinctly opposite rainfall types over East China in summer (JJA) are discovered. Correspondly, 850 hPa anomalous wind fields in the Eastern Hemisphere are also possessed by two types of converse patterns in spring (MAM) and summer (JJA). The onset time and intensity of the Somali jet and the two branches of Southeast and Indian monsoon are quite different. Furthermore, in the 500 hPa geopotential height anomaly fields in spring and summer, the variations of the previous general atmospheric circulation (in spring) are closely correlated to the two kinds of conversely distributed rainfall in summer. These two types of rainfall are also related to two types of conversely distributed sea surface temperature anomaly (SSTA) in the equatorial Pacific and Indian Oceans. To investigate model capabilities refelecting the above observed features, eight numerical experiments are carried out using the IAP 2-L AGCM, with observed monthly mean global SSTs as external forcing and observed atmospheric data on February 15 as initial conditions. The simulated distributions of rainfall anomalies over East China in summer are in good accordance with observations. With conversely distributed SSTAs in the equatorial Pacific, the simulated 850 hPa anomalous wind fields and the 500 hPa geopotential height anomalies are also conversely distributed, and are closely related to the two types of simulated rainfall anomalies over East China. The cross equatorial wind varies in strength, space and time. The simulated distributions of anomalous 500 hPa geopotential height in spring and the anomalous wind at 850 hPa in spring and summer are quite similar to observations.With 10 Figures     

华东高温期的大气环流特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站点资料,对1951—2005年华东高温日数较多（少）月和高温过程各阶段的500 hPa位势高度、850 hPa温度和相对湿度及700 hPa垂直速度的环流特征进行对比分析。结果表明：在高温日数较多月,副高西伸,850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东中南部下沉气流明显,华东多为位势高度、温度和垂直速度正距平及相对湿度负距平;而在高温日数较少月,副高东退,850 hPa温度较低而相对湿度较高,整个华东为上升气流,并为位势高度、温度和垂直速度负距平及相对湿度正距平。与高温前期和衰退期相比,高温盛期副高北抬西进,华东850 hPa温度较高而相对湿度较低,华东南部下沉气流强盛,各要素距平值增加,多数要素距平中心移向华东或其周边。高温间断期则比盛期各要素距平减弱。大气环流要素场及其距平场的变动可以作为预报华东7—8月高温日数多寡和高温进程的参考依据。     

El Niño teleconnections in CMIP5 models

Teleconnections associated with warm El Niño/southern oscillation (ENSO) events in 20 climate model intercomparison project 5 (CMIP5) models have been compared with reanalysis observations. Focus has been placed on compact time and space indices, which can be assigned a specific statistical confidence. Nearly all of the models have surface temperature, precipitation and 250 hPa geopotential height departures in the Tropics that are in good agreement with the observations. Most of the models also have realistic anomalies of Northern Hemisphere near-surface temperature, precipitation and 500 hPa geopotential height. Model skill for these variables is significantly related to the ability of a model to accurately simulate Tropical 250 hPa height departures. Additionally, most models have realistic temperature and precipitation anomalies over North America, which are linked to a model’s ability to simulate Tropical 250 hPa and Northern Hemisphere 500 hPa height departures. The skills of temperature and precipitation departures over the Northern Hemisphere and North America are associated with the ability to realistically simulate realistic ENSO frequency and length. Neither horizontal nor vertical resolution differences for either the model atmosphere or ocean are significantly related at the 95 % level to variations in El Niño simulation quality. Overall, recent versions of earlier models have improved in their ability to simulate El Niño teleconnections. For instance, the average model skills of temperature and precipitation for the Tropics, Northern Hemisphere and North America for 11 CMIP5 models are all larger than those for prior versions.     

月动力延伸预报产品的评估和解释应用

该文用3种客观评分方法对国家气候中心的月动力延伸预报结果（500 hPa位势高度场）进行了全面评估。结果表明,延伸预报环流的旬和月平均场预报准确率明显高于持续性预报,有一定的预报技巧和业务参考价值,但仍未达到可用于实际业务预报的技巧。对形势预报进一步分析发现,500 hPa的部分环流特征量模拟效果好,其预报技巧高于整个形势场的预报。根据已有的经验和研究成果,这些环流特征量和要素预报有较好的相关,可以直接在业务中应用。该方法为动力产品的解释应用提供了又一条途径。     

GRAPES全球三维变分同化中卫星微波温度计亮温的背景误差及在质量控制中的应用

模式变量背景误差在观测空间的投影,也即观测变量的背景误差包含了变分同化系统的重要信息,其在诊断和分析变分同化系统中资料的影响等方面具有重要作用,特别是在背景场检查质量控制中。在GRAPES全球三维变分同化(3DVar)系统中仅给定了控制变量的背景误差,并未直接给定观测变量的背景误差。为了能够对GRAPES全球3DVar进行全面的诊断和分析,改进卫星微波温度计资料的质量控制,推导出GRAPES全球3DVar同化系统控制变量随机扰动方法估计观测变量的背景误差的公式,为分析和改进GRAPES全球3DVar提供了一个有力工具,并进而估计了AMSU-A亮温的背景误差,分析了AMSU-A不同通道亮温的背景误差特征,将其应用于GRAPES全球3DVar的AMSU-A亮温的背景场检查质量控制中。结果表明,控制变量随机扰动方法估计的GRAPES全球3DVar同化系统AMSU-A亮温的背景误差正确合理。同化循环预报试验结果表明,亮温的背景误差在背景场检查中的应用显著提高了GRAPES全球3DVar同化的亮温资料的数量,显著提高了GRAPES南半球对流层中高层位势高度场的预报技巧。在GRAPES全球3DVar同化系统中推导和实现的控制变量扰动方法为诊断和分析GRAPES全球3DVar观测资料同化效果提供了有力工具。