WRF3.0参数化敏感性及集合预报试验

为了研究WRF模式中的参数化方案对暴雨数值模拟的影响及物理过程集合预报在WRF降水集合预报中的适用性,利用中尺度WRF3.0数值模式,将模式中的物理过程参数化方案进行组合,构造了20个集合预报成员,对2003年7月8、9日发生在江淮地区的一次降水过程进行了集合预报试验。得到:集合成员之间存在一定的不确定性,不确定性随降水量级增大而增大,最终维持在一个较高的水平;通过定量比较发现,对于0.1 mm量级降水和25 mm以上量级降水,积云对流参数化方案对降水的影响要大于行星边界层方案对降水的影响;而对于10 mm量级降水,行星边界层方案对降水的影响要大于积云参数化方案对降水的影响。对20个预报成员进行了集合平均及降水概率预报试验,结果表明,集合平均的结果要比各个成员的稳定、可靠;概率预报能够提供一些有利于降水预报的信息。     

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式（MM5）为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明：模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云...     

适用北京地区短历时强降水模拟的WRF模型物理参数化方案研究

以短历时强降水为特征的暴雨事件增多是北京地区近年来暴雨内涝频发的主要原因.为提高北京地区短历时强降水的模拟和预报能力,选用WRF(weather research and forecasting,WRF)模型中对降水模拟结果影响较为明显的3类参数化方案组成12组物理参数化方案组合,对北京地区具有不同中尺度环流特征的2类共8场短历时强降水事件进行模拟.基于构建的评价指标体系,评估各类参数化方案模拟北京地区短历时强降水过程的能力,评选出综合表现最好的物理参数化方案组合.研究结果表明:积云对流参数化方案对各类型强降水模拟结果的影响最大,云微物理参数化方案次之,行星边界层参数化方案的影响最小;从模拟北京地区短历时强降水过程的综合能力来看,表现较好且较稳定的方案分别为WSM6云微物理参数化方案、GD积云参数化方案和MYJ行星边界层方案;从模型模拟不同类型强降水过程的整体表现来看,模型对具有连续性降水特点且受地形抬升作用影响相对较小的第2类强降水过程的模拟效果最好,而对具有间歇性降水特点的深对流强降水过程及其相关的湿物理过程的模拟效果较差.研究结果对于提高区域强降水预警预报能力,改进模型参数化方案具有参考意义.     

一次梅雨锋中尺度暴雨的模拟试验

利用中尺度气象模式MM5对1998年6月23－26日梅雨锋中的一次中尺度暴雨过程中进行了二重网格双向嵌套全物理过程的模拟试验。控制试验模拟结果与实况比较吻合，对降水的模拟结果表明，选择合适的物理方案，MM5能很好地模拟出梅雨锋中尺度雨团的位置、强度及移动，对开展中尺度天气数值预报具有报导意义。对可分辨尺度降水物理方案和边界层方案的试验表明：就本个例而言，用简单冰相的参数化方案能较好地描述梅雨锋中的中尺度降水物理，其效果优于混合冰相；Blackadar高分辨率边界层方案效果优于MRF方案。     

LAPS同化MTSAT-2水汽资料在一次中尺度大暴雨模拟中的应用

中尺度分析系统LAPS(local analysis and prediction system)在国内已业务化多年,可以融合多种国内观测资料;但是针对卫星资料的融合应用研究还不够充分。为此,实现了LAPS融合MTSAT-2卫星资料的接口;并结合WRF模式,选取2014年7月24~25日发生在江苏及附近地区的一次强降水过程进行模拟。通过对比LAPS系统融合MTSAT-2卫星资料前后的物理量场的差异,以及经WRF模式预报的降水量差异,分析基于LAPS系统同化MTSAT-2资料对暴雨预报的作用。结果表明,LAPS融合MTSAT-2卫星资料后对地面相对湿度场和降水区域分布均有明显改善作用。利用多种评分方法对24 h累计降水进行检验,发现同化MTSAT-2资料对大雨及以上量级降水的预报改善作用明显,特别是对大暴雨级别的降水预报效果改善最为显著。     

连云港市一次暴雨过程的预报分析

本文使用WRF模式以NCEP的GFS预报场为背景场,对2008年7月9日至10日的一次强降水过程进行了预报。预报结果显示,WRF模式对这次降水过程的整体预报效果较好,尤其对市中心的强降水有比较好的预报效果。通过与江苏省气象局的预报结果进行对比发现,该预报结果更加详细和准确,对精细化天气预报的制作具有一定的指导意义。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

一次特大暴雨天气的数值模拟试验研究

目的检验各非绝热物理过程参数化方案对模式输出结果的影响,进一步了解和认识MM5模式中不同积云对流参数化方案的性能、特点和适用范围,为合理选择使用模式中的物理过程参数化方案提供依据,提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。方法运用相互比较和试验分析的方法在不同模式分辨率下,对MM5V3模式中的不同物理过程参数化方案设计18种组合方案,进行比较试验和分析。结果主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感,但模拟的暴雨中心强度、范围、雨带走向随参数化方案的不同有较大变化,甚至出现虚假的强降水中心。各组合方案模拟的天气尺度系统水平环流结构差别较小,模拟的中尺度系统结构存在着较大差别,这种差别对定点、定量降水的准确预报产生影响。结论在实际预报中可根据初始气象场的分型特点选择较合适的组合方案启动数值预报模式,从而达到提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。     

六种微物理方案对湖北一次强对流过程的数值模拟

利用中尺度数值模式WRF(weather researchforecasting model),选定六种微物理方案(Lin、WSM6、WDM6、Morrison、Milbrandt-Yau、NSSL),对发生在2007年4月15日湖北地区的一次强对流天气进行模拟,对比分析了各方案所模拟出的降水差异及成因。结果显示:六种方案模拟出的降水区域均偏西,其中Milbrandt-Yau方案降水偏少,其余五种方案则偏多;不同方案所模拟的云中微物理结构不同,云中冰相过程的发展很大程度上影响了降水强度,降水主要来源于大的雹霰粒子下落融化。雹霰粒子半径不同是引起降水差异的主要原因,大粒子含量高,则会产生较强的降水;反之,则降水较少。     

赣东一次对流性暴雨成因及漏报原因分析

利用自动加密观测资料和雷达云图等资料对2016年6月29日赣东对流性暴雨成因和漏报原因进行了分析,结果表明:这是一次典型的低层急流配合垂直抽吸作用使副热带高压边缘产生强降水过程,露点锋上激发出对流性降水是此次过程最主要原因。另外,强降水落区与发展旺盛的中尺度对流云团、强雷达反射率因子的强度和中气旋有较好的对应关系。此外漏报主要原因是对低空急流核和高空辐散的分析得不够深入,对误差较大的模式预报未进行不断的订正,以及对中尺度物理量资料和雷达卫星云图资料等未能充分使用。     

不同类型暴雨过程的ECMWF模式降水偏差及订正方法

为提高暴雨预报准确率,减少暴雨灾害损失,利用常规及非常规观测资料、ECMWF模式预报资料及NCEP逐6 h再分析资料,对2021年5月15日及2021年7月1日发生在怀化的两次不同类型暴雨天气过程的ECMWF模式降水偏差及订正方法进行分析研究,给出了预报这两类暴雨着眼点和订正预报的思路。结果表明：5月15日过程是一次暖平流强迫类降水过程,对流性降水特征明显,暴雨区与地面辐合线配合较好,ECMWF模式对影响系统预报略偏北、对对流性降水预报偏弱、对地形引起的降水增幅的预报能力有限,使得降水预报偏差较大,在对流性降水预报的基础上进行相应订正将取得较好的预报效果;而7月1日过程是一次系统性的低涡切变类暴雨天气过程,强降水出现在850 hPa切变线南侧,暴雨主要处于850 hPa急流轴出口左侧,ECMWF模式对影响系统预报偏北、维持时间预报偏短、切变强度预报偏弱、对对流性降水预报偏大,使得降水预报偏差较大,在大尺度降水预报的基础上进行相应订正将取得较好的预报效果。     

赣东主汛期模式降水预报检验分析

基于ECMWF模式形势场预报资料及JAPANFAX、GFS、EC-THIN、JMA、T639、NCEP等11家模式降水预报资料,从面雨量、极值降雨量2个方面对2015年江西省抚州市主汛期(6月上旬至7月上旬)区域性暴雨的降水预报结果进行了短期主观检验,对比分析了11种数值模式对江西省抚州市区域性暴雨系统预报的效果。结果表明:1)在面雨量预报方面,EC集合预报、T639模式预报、GFS预报在主汛期的降水预报准确率较好; 2)在极值降雨量的预报方面,EC-THIN、T639模式预报在主汛期的降水预报准确率更好; 3)得到本地化预报准确的模式,再对2016-2017年的强降水天气过程的面雨量和极值降水量进行了预报验证,找出这2个要素的预报思路及指标,为今后主汛期降水起到较好的参考指导意义。     

台风Wipha云微物理特征数值模拟

 借助非静力中尺度模式ARPS,利用美国国家环境预报中心（NCEP）全球逐6h最终分析资料（FNL）与中国气象局MICAPS系统地面资料和探空资料进行四维同化作为初始场和侧边界,每6h利用实测雨带反插调整模式初始水汽场,进行三重嵌套细网格模拟,利用模式结果研究0713号台风Wipha不同阶段暴雨云微物理过程水平和垂直特征,对了解台风暴雨不同发展阶段云结构和强降水形成机制具有科学意义。     

西南地区气象资料测试、预处理和加工研究报告

西南地区是我国西部山区大型滑坡灾害的主要发生地,因此西南地区的气象资料所映射出的信息对大型滑坡致灾因子的识别和预报预警方法的研究具有非常重要的意义。由于获取的大量原始气象资料的存储格式、观测时次疏密、分辨率等均存在差异,因而造成应用过程中的困难和局限,往往需要对实际观测的多源资料进行测试和预处理。(1)通过四川、重庆、云南和贵州4省市逐日常规气象观测资料的统计加工处理,获得了西南地区各时间尺度的降水趋势、地理分布以及各级别降水量的气候概率值。(2)由于西南地区地形复杂,局地小尺度的气象要素特征在常规气象观测资料中可能会被平滑或显示不明显,因此利用观测网格更为细致的逐小时区域自动站的资料就非常必要,利用收集的西南地区2 469个区域自动站资料分析了局地小尺度的气象要素分布及变化特点。(3)运用收集到的风云二号(FY2)卫星云图资料和反演的降水估计产品,进一步分析了西部地区尤其是西藏西北部资料空白区域的降水分布;卫星资料反演降水产品与实况降水对比相似率在60%以上,精度达到40%左右。(4)通过四川凉山州对流性降水案例的雷达图像资料的加工处理,分析了西南地区雷达回波资料在强降水天气及滑坡和泥石流灾害发生时的环境条件和临近预报预警的可行性。(5)利用发生在四川盆地边缘山地的两次降水过程进行WRF数值模式的敏感性试验和环流特征分析及动力特征等分析。模拟再现了降水的雨带走向、形状特征、雨区位置、暴雨中心位置以及中尺度辐合线、中尺度低涡等中尺度系统活动过程,表明WRF模式的敏感性和应用性。     

江淮流域一次区域性大暴雨过程的诊断分析与预报

利用常规天气图、Ncep再分析资料(1°×1°)、地面加密站资料、雷达资料、数值预报模式产品等,对2011年7月5日发生在江淮流域一次大暴雨天气过程进行了综合分析。这次强降水过程处于江淮梅雨期,高低空上冷下暖配置,各种物理因素相互影响作用,促成了这次强降水过程的发生。各家数值模式对西太平洋副高动态、强降水落区预报有一定的指示意义。     

一次中尺度辐合线引起的短时强降水天气

利用常规观测资料、自动加密站数据、卫星云图等资料对锦州地区7月1日短时强降水过程的天气形势、物理量条件、卫星云图等进行分析研究,结果表明:该次降水过程是由于低层冷空气入侵同时又有地面中尺度系统相配合产生的;低层充足的水汽与辐合上升运动有利于强降水的产生,不稳定能量较强有利于强对流天气的产生;中尺度对流云团的位置和持续时间与地面中尺度系统基本吻合,并与强降水落区和持续时间基本一致。     

长江中下游地区一次辐射雾的数值模拟

为了解中尺度数值模式对辐射雾的模拟能力及对辐射雾生消有明显影响的物理过程，利用MM5模式对2003年12月11、12日的1次辐射雾生消过程进行了数值模拟研究。并针对明显影响辐射雾生消的微物理过程和辐射传输过程，以及模式水平分辨率精度进行了3组敏感性对比模拟试验。结果表明，适当选取中尺度数值模式中的物理参数化方案和水平分辨率，可以有效地模拟出辐射雾的生消及分布，模拟雾的生成时间、高度和雾区范围与实况较为相近。     

昆明市两次局地短时暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达、地面自动站加密资料及NCEP再分析资料,对2017年7月20日和2019年7月20日发生在云南省昆明市主城区的两次局地短时暴雨天气进行对比分析.结果表明,两次过程均是在两高辐合、低层切变影响背景下产生的,不稳定层结、充沛的水汽条件和地面中尺度辐合线为短时暴雨提供了热力不稳定、动力抬升和水汽条件."19.7.20"过程的水汽条件,垂直上升运动较"17.7.20"过程更明显,因此短时暴雨的强度和范围更大.雷达资料显示,"17.7.20"过程以层状-积云混合降水为主,强回波发展较高,"19.7.20"过程以层状云降水为主,为低质心降水结构,两次过程对流回波在昆明主城上空不断加强发展,移速缓慢,持续时间长,速度图上有小尺度辐合区,对强降水的维持和加强有重要作用.地面中尺度辐合线对强降水的发生有1～2 h的提前预报实效,主城特殊的喇叭口地形对降水的增幅作用明显.     

雷达和卫星资料同化在一次华南暴雨预报中的应用

利用WRF模式和GSI同化系统,搭建了一套可以业务运行的预报系统,实现了对多普勒天气雷达反射率和径向风、葵花(Himawari-8)气象卫星等资料的同化功能。基于本系统,针对同化非常规资料可能带来的资料应用和预报效果问题,设计了多组同化方案,对2017年7月17～18日发生在华南的一次强降水过程进行模拟分析和同化效果评估。结果表明:分别同化常规资料、雷达径向风、雷达反射率反射率、卫星资料均对预报效果有所改进,特别是同化卫星资料,可以改善系统对云水物质的分析能力,进而提高海上天气过程的降水预报。基于分类试验同化的结果,对整体同化常规资料、雷达径向风、雷达反射率和卫星资料等对温度、风向风速、相对湿度和降水等模拟技巧进行评估后发现,整体同化对强降水的发生时间和强度预报有改进,但并非在所有方面都优于单独同化某一类资料的结果。     

IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报的试验研究

对2014年6月26日到6月28日发生在江淮地区的一次暴雨过程,运用中尺度预报模式WRF以及同化系统WRFDA同化ATOVS(包括AMSUA、MHS、HIRS4)和IASI(CO2吸收波段)亮温资料,对比不同卫星资料同化对此次暴雨过程预报影响,评价IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报效果。结果表明,相比ATOVS资料同化,IASI资料同化对温度、湿度等气象要素的调整更明显。在24 h和12 h累计降水量模拟上,同化IASI资料对降水范围和降水强度的模拟与实况最为接近。在同化ATOVS试验中加入IASI资料后,降水模拟效果改进不大,说明同化资料的种类越多,相应累计误差越大,对降水模拟改进越不明显。