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1.
基于BGM的暴雨集合预报初始扰动发展分析 总被引：5，自引：3，他引：2
基于增长模繁殖法（BGM）思想,采用AREM（新一代区域η坐标模式）,研究了暴雨过程中,初始随机扰动在繁殖循环中随时间的演变特征和发展机理。结果表明,初始扰动的演变决定于环流背景场的结构和大气中的湿物理过程。背景场不仅影响扰动的演变规律,而且决定了扰动发展的敏感区域。初始扰动随时间演变存在两个敏感区,一是背景场的大风速区,二是降水区附近。对流层高层,大风速区附近扰动得到最优发展;对流层中低层,扰动不仅沿大风速区发展,且与降水区配合较好。初始扰动发展的机理也有两种,一是大气湿物理过程引起的位势不稳定或第二类条件不稳定（CISK）;二是由风切变引起的大气动力不稳定。高层扰动的增长,以干大气的动力不稳定占优,中低层扰动的发展主要是湿物理过程的贡献,初始扰动在模式中的发展与降水的发展是同“源”的,有利于降水发展的环境也有利于初始扰动的发展,从而影响了降水的可预报性。所以利用暴雨预报模式制作集合预报时,BGM仍是可用的方法。 相似文献
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初始扰动对一次华南暴雨预报的影响的研究 总被引：2，自引：1，他引：1
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。 相似文献
3.
在增长模繁殖法(Breeding of the Growing Mode,BGM)的动态繁殖过程中,尺度化因子的选择极为关键。利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,在分析飑线系统数值模拟误差增长机制的基础上,根据飑线发展过程中湿对流区域误差更容易快速增长的特点,提出了一种根据湿对流区域时空分布调整的BGM初始扰动改进方案。该方案通过在动态繁殖过程中对小扰动的水平结构进行调整,加强湿对流区域扰动,捕获到增长最快方向上的小扰动并将其作为初始扰动。试验结果表明:根据降水量调整的改进方案相比其他方案扰动能量较大,各集合成员之间差异也较大,集合平均预报误差较小;对强降水范围的模拟相对理想,暴雨的降水评分较高;对风廓线及水汽场的预报更接近于实况,较好地改善了集合预报效果。 相似文献
4.
集合预报初始扰动准确描述大气运动的不确定性是集合预报研究的核心问题,合理的扰动结构及振幅应能更好地反映大气运动状态的预报误差特征。随着集合扰动和资料同化的深入研究和理解,集合初始扰动方案与集合同化紧密结合协同发展。本文基于中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES-REPS集合预报系统,针对其初始扰动的结构和振幅与预报误差一致性较差的不合理问题,结合不同空间尺度天气系统预报误差特征,将表征预报不确定性的集合扰动与表达观测和预报不确定性的资料同化分析增量有效结合,研究提出了一种改善集合初始扰动质量的分析约束方案,以实现对集合初始扰动质量进一步改善。分析约束方案充分考虑资料同化分析增量的空间结构和量值特征,分别构造了单一定常和具有一定适应能力的两种分析约束函数,实现对初始扰动中不合理信息的识别和约束调整。试验结果表明,具有适应能力的分析约束方案对集合初始扰动具有良好的调整能力,约束后集合扰动的结构和振幅与中小尺度天气系统的预报误差更为吻合,其集合离散度和扰动能量的空间结构与演变特征更加趋于合理。分析约束方案可有效改善集合初始扰动质量及其预报性能。 相似文献
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利用WRF模式,从模式的不确定性角度来构造中尺度的集合预报,重点对比分析了不同物理参数化方案、物理过程随机扰动方案、积云对流参数化敏感参数扰动方案对中尺度对流复合体降水集合预报的影响。试验结果表明:3种物理过程扰动方法都可以反映中尺度对流复合体降水预报的不确定性特征,其预报效果比控制预报好。物理过程随机扰动方案集合平均的降水落区及强度最接近实况,并且其降水的ETS评分要高于其他2种方案。从均方根误差与离散度的角度来看,3种方案中物理过程随机扰动的均方根误差要小于其他2种方案,而其离散度要大于其他2种方案,物理过程随机扰动方案要优于其他2种方案。 相似文献
6.
《高原气象》2017,(3)
基于WRF模式构建集合更新预报系统,利用Haar小波分解方法分析了北京"7·21"特大暴雨过程中三种初始扰动方案所构造集合扰动的多尺度特征,基于此探讨了混合初始扰动方法的可行性,并对比了三种扰动对误差的模拟能力。其中扰动方案一是由集合转换卡尔曼滤波方法(ETKF)对NCEP全球集合预报的分析扰动更新后得到,扰动方案二(DOWN)是直接由NCEP全球集合预报扰动插值到试验所设置的模式网格中得到,而扰动方案三(BLEND)则是将上述二者通过Barnes滤波进行尺度混合后得到。结果表明:各组扰动的能量均随时间增长,其中包含分析不确定性的ETKF扰动在预报中前期有较高的中小尺度能量,而DOWN扰动有较高的大尺度能量且能量增长速度明显快于ETKF,二者能量的大值区最终都向中尺度(64~128 km)部分发展,混合后的扰动(BLEND)能量在预报中前期增长速度最快,综合表现最优。从扰动成分来看,ETKF和DOWN中在预报前期可以快速增长的部分均集中在8~32 km的小尺度上,64~128 km部分的中小尺度的扰动信息增长缓慢,而256 km的中尺度信息则很快被耗散,这为如何选取合理的滤波波段构造多尺度混合扰动提供了依据。从降水预报结果来看,控制预报误差主要集中在降水的大值区,虚假初始扰动会导致预报初期产生虚假降水区;在暖区降水阶段,扰动对误差的模拟能力较弱,而在锋面降水阶段,扰动对误差的模拟能力明显提高,总体来看大尺度的误差较难模拟,三种方案中BLEND对误差的模拟能力最强;根据扰动-误差的相关分析同样验证了BLEND在误差模拟能力方面的优势;在降水预报TS评分方面,各组集合试验均优于控制试验,其中BLEND的效果略优于ETKF和DOWN。 相似文献
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GRAPES全球集合预报的集合卡尔曼变换初始扰动方案初步研究 总被引：6，自引：5，他引：6
初始扰动方案是集合预报研究的核心问题之一.文中根据最新提出的基于集合卡尔曼变换(ETKF)理论的集合初始扰动方案,利用模拟观测系统及其调整的观测误差与放大因子的方案,研究发展了针对中国GRAPES全球预报系统的集合初始扰动方案,建立了GRAPES全球集合预报系统.利用14个集合成员进行了近两个月的集合预报试验,重点研究了初始扰动的结构特征、扰动振幅以及扰动增长特征,分析了集合扰动初始场的质量与性能.初步试验结果表明,基于ETKF初始扰动方案的GRAPES全球集合初始扰动能够较好地反映分析误差方差的主要模态结构和扰动振幅,并具有比较合理的集合离散度.分析误差方差能够准确地反应模拟观测资料的空间分布特征.初始扰动方差近似等于预报误差方差,并对全球观测系统的空间变化具有准确的响应.集合扰动具有合适的增长率,在96 h的预报时效内可以有效地保持适当的集合离散度.52 d集合预报统计分析显示,北半球集合平均的预报质量评分相对于控制预报具有较明显的优势,副热带高压特征线的个例预报也表明GRAPES全球集合预报在短期预报时效内具有很好的预报效果.基于ETKF初始扰动方案的GRAPES全球集合预报系统显示出良好的发展前景和应用潜力. 相似文献
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一次梅雨暴雨预报中的误差演变及可预报性分析 总被引：4，自引：0，他引：4
针对2003年7月3—4日淮河流域梅雨暴雨过程,利用AREM模式,在分析暴雨预报对不同来源的初始资料和不同要素初始误差的敏感性的基础上,重点研究了降水过程中误差的演变特征和发展机理。分析结果表明,初始小振幅误差增长最快,而伴随着降水的发生和发展,误差演变特征表现为由局地增长发展为全局传播的过程,且误差最优增长总是出现于雨区,这意味着雨带是误差增长的敏感区域。雨区内存在的初始误差对降水预报误差具有重要贡献,初始湿度条件不仅影响误差的传播特征,还使雨带上中小尺度误差迅速增长并造成更大尺度的误差。基于误差能量公式的计算结果表明,误差增长的能量来源主要由凝结加热提供,因此,从能量角度而言,误差增长和降水增大是同"源"的,从而使暴雨可预报性受到固有的限制。 相似文献
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通过设计3组不同的观测误差均方差,对2012年8月1日—29日进行了基于GRAPES-M EPS(Global/Regional Assimilation and Prediction System-Mesoscale Ensemble Prediction System)的集合预报敏感性试验,研究观测误差均方差对集合预报初始扰动场结构、扰动量及垂直扰动总能量发展的影响,评估集合预报结果的差异,并分析了一次典型的江淮流域强降水个例。结果显示,模式变量扰动结构和扰动振幅对观测误差均方差较敏感,较小的观测误差均方差使得温度和风等模式变量的初始扰动量增大,扰动总能量增长更快,降水集合预报效果更优。因此在GRAPES-MEPS中,可以考虑对观测误差均方差进行适当的扰动,以体现观测误差均方差的不确定性对集合预报的影响,提高GRAPES-MEPS的集合预报技巧。 相似文献
10.
卫星反演湿度场及其在暴雨预报中的初步应用分析 总被引：11，自引：2，他引：9
文中分别用两套相对湿度初始场方案 ,对 5个暴雨个例进行了预报对比试验 ,探讨了利用GMS- 5卫星图象反演的高分辨率湿度场资料改进初始场 ,以提高暴雨中尺度数值预报水平的可能性。结果表明 :( 1 )引入卫星反演湿度场能较好地反映出实际湿度场的水平中尺度结构 ,尤其是有效地增强了对降水有重要影响的高湿区的分析 ,且与实际探空资料更为接近 ;( 2 )引入卫星反演湿度场资料改进初始场一般会使 2 4 h的降水预报评分有所提高 ,特别是具有使预报前期 ( 0～ 6h)的降水场向观测场逼近的作用 ,但对预报后期 ( 6～ 2 4 h)降水场的影响具有不确定性。 相似文献
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Performance of a regional climate model (RCM), WRF, for downscaling East Asian summer season climate is investigated based on 11-summer integrations associated with different climate conditions with reanalysis data as the lateral boundary conditions. It is found that while the RCM is essentially unable to improve large-scale circulation patterns in the upper troposphere for most years, it is able to simulate better lower-level meridional moisture transport in the East Asian summer monsoon. For precipitation downscaling, the RCM produces more realistic magnitude of the interannual variation in most areas of East Asia than that in the reanalysis. Furthermore, the RCM significantly improves the spatial pattern of summer rainfall over dry inland areas and mountainous areas, such as Mongolia and the Tibetan Plateau. Meanwhile, it reduces the wet bias over southeast China. Over Mongolia, however, the performance of precipitation downscaling strongly depends on the year: the WRF is skillful for normal and wet years, but not for dry years, which suggests that land surface processes play an important role in downscaling ability. Over the dry area of North China, the WRF shows the worst performance. Additional sensitivity experiments testing land effects in downscaling suggest the initial soil moisture condition and representation of land surface processes with different schemes are sources of uncertainty for precipitation downscaling. Correction of initial soil moisture using the climatology dataset from GSWP-2 is a useful approach to robustly reducing wet bias in inland areas as well as to improve spatial distribution of precipitation. Despite the improvement on RCM downscaling, regional analyses reveal that accurate simulation of precipitation over East China, where the precipitation pattern is strongly influenced by the activity of the Meiyu/Baiu rainfall band, is difficult. Since the location of the rainfall band is closely associated with both lower-level meridional moisture transport and upper-level circulation structures, it is necessary to have realistic upper-air circulation patterns in the RCM as well as lower-level moisture transport in order to improve the circulation-associated convective rainfall band in East Asia. 相似文献
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A record-breaking heavy rainfall event that occurred in Zhengzhou, Henan province during 19–21 July 2021 is simulated using the Weather Research and Forecasting Model, and the large-scale precipitation efficiency(LSPE) and cloud-microphysical precipitation efficiency(CMPE) of the rainfall are analyzed based on the model results. Then, the key physical factors that influenced LSPE and CMPE, and the possible mechanisms for the extreme rainfall over Zhengzhou are explored. Results show that water v... 相似文献
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2016年9月28日1617号台风"鲇鱼"登陆后由台风本体环流和外围环流引发了不同性质的暴雨,这是本次秋季登陆台风暴雨预报的难点。利用常规气象观测资料以及NCEP的1°×1°再分析资料等,对不同性质暴雨的成因进行了诊断对比分析。结果表明:浙江东南部对流性降水和江西南部稳定性降水的大气层结结构具有明显的差异。中高纬度低槽距离台风较远,冷空气主要从低层入侵台风西北侧,破坏台风低层的暖心结构。台风外围中层干冷空气随东南风向浙江东南部输送,并叠加在低层暖湿气流之上,形成上冷下暖的不稳定层结,同时在对流层上层有干冷空气下沉至台风环流中下层(干侵入),导致浙江文成附近出现了局地特大暴雨。江西南部由于低层被湿冷空气占据,层结较为稳定,降水发展平缓。低空东南急流为台风外围环流暴雨提供了充足的水汽,浙江东南部地形对降水起到了增幅作用。不稳定层结及中层冷空气的输送对对流性暴雨的激发作用可以为登陆台风降水性质和强度预报提供参考依据。 相似文献
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A Case Study of the Error Growth and Predictability of a Meiyu Frontal Heavy Precipitation Event 
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下载免费PDF全文 The Advanced Regional Eta-coordinate Model (AREM) is used to explore the predictability of a heavy rainfall event along the Meiyu front in China during 3-4 July 2003.Based on the sensitivity of precipitation prediction to initial data sources and initial uncertainties in different variables,the evolution of error growth and the associated mechanism are described and discussed in detail in this paper.The results indicate that the smaller-amplitude initial error presents a faster growth rate and its growth is characterized by a transition from localized growth to widespread expansion error.Such modality of the error growth is closely related to the evolvement of the precipitation episode,and consequcntly remarkable forecast divergence is found near the rainband,indicating that the rainfall area is a sensitive region for error growth.The initial error in the rainband contributes significantly to the forecast divergence,and its amplification and propagation are largely determined by the initial moisture distribution.The moisture condition also affects the error growth on smaller scales and the subsequent upscale error cascade.In addition,the error growth defined by an energy norm reveals that large error energy collocates well with the strong latent heating,implying that the occurrence of precipitation and error growth share the same energy source-the latent heat.This may impose an intrinsic predictability limit on the prediction of heavy precipitation. 相似文献
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冷空气和热带低压共同作用下的一次暴雨预报失败原因分析 总被引：3，自引：2，他引：1
利用NCEP再分析资料、高空、地面观测资料和雷达资料分三个阶段,从水平、垂直方向分析了2014年8月18—20日冷空气和热带低压共同作用下的浙江暴雨过程中水汽输送、垂直运动过程,以及对流不稳定特征,总结预报失败原因。结果表明:(1)第一阶段浙北的暴雨主要是由冷锋引起的,但南海热带低压的存在加强了西南暖湿气流,使得北方冷空气与西南暖湿气流相遇,产生变形场锋生作用。预报偏小的原因主要是没有注意到热带低压的存在和影响,其次是对降水时间的长度也估计不足。(2)第二阶段浙中南的大暴雨,水汽主要是由热带低压东侧和南侧的偏南或西南气流输送的。热带低压在福建登陆后,与冷空气相遇,移动缓慢,导致低层在浙南有中尺度辐合线长时间维持。两个系统耦合,产生了强烈的上升运动,低层又有不稳定能量释放,最终产生了大暴雨。预报偏小的原因是对热带低压的作用估计不足(包括水汽、动力和不稳定能量方面)。(3)第三阶段预报偏大的原因主要是数值预报误差较大。得出的一些启示:预报暴雨时要注意分析降水时间长度,也应重视分析热力条件,以及对数值预报的订正应用。热带系统和中纬度系统相遇,往往会造成大暴雨,主要原因是两个系统耦合会造成强烈的上升运动,同时两个系统对峙会使强降水区长时间维持在同一个地方,热带系统附带的急流又提供了充足的水汽、能量,所以实际雨量往往会比数值预报更大。 相似文献
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A case study of the error growth and predictability of a Meiyu frontal heavy precipitation event 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 The Advanced Regional Eta-coordinate Model (AREM) is used to explore the predictability of a heavy rainfall event along the Meiyu front in China during 3-4 July 2003. Based on the sensitivity of precipitation prediction to initial data sources and initial uncertainties in different variables, the evolution of error growth and the associated mechanism are described and discussed in detail in this paper. The results indicate that the smaller-amplitude initial error presents a faster growth rate and its growth... 相似文献
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利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料、自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY-2E云顶亮温资料,对2013年6月29日至7月1日发生在四川东部的大暴雨过程进行分析,结合涡度收支方程重点分析了引发这次大暴雨的西南涡结构。结果表明：在西南低涡发生发展过程中,对低涡发展起直接作用的是水平辐合辐散项和水平平流项,低涡形成前水平辐合辐散项起主要贡献,低涡形成后水平平流项贡献增大,并在对流层中低层以正贡献为主,扭转项贡献最小,而垂直输送项在低涡形成前期以正贡献为主,低涡减弱阶段以负贡献为主;在西南低涡形成前期,对流层高层有位涡大值区向下传输至中层,中高层正位涡叠加在低层负位涡之上,有利于低层低涡的发展及不稳定能量的存储与释放,是低涡维持发展的重要因素。 相似文献
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Sensitivity simulations are conducted in AREM (Advanced Regional Eta-Coordinate numerical heavy-rain prediction Model) for a torrential precipitation in June 2008 along South China to investigate the effect of initial uncertainty on precipitation predictability. It is found that the strong initial-condition sensitivity for precipitation prediction can be attributed to the upscale evolution of error growth. However, different modality of error growth can be observed in lower and upper layers. Compared with lower-level, significant error growth in the upper-layer appears over both convective area and high jet stream. It thus indicates that the error growth depends on both moist convection due to convective instability and the wind shear associated with dynamic instability. As heavy rainfall process can be described as a series of energy conversion, it reveals that the advection-term and latent heating serve as significant energy sources. Moreover, the dominant source terms of error-energy growth are nonlinearity advection (ADVT) and difference in latent heating (DLHT), with the latter being largely responsible for the rapid error growth in the initial stage. In this sense, the occurrence of precipitation and error-growth share the energy source, which implies the inherent predictability of heavy rainfall. In addition, a decomposition of ADVT further indicates that the flow-dependent error growth is closely related to the atmospheric instability. Thus the system growing from unstable flow regime has its intrinsic predictability. 相似文献
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为了研究初值不确定性对我国南方暴雨数值预报的影响,依据历史降水资料的统计分型,选取华南暴雨型、江淮暴雨型和黄淮暴雨型等三类型中具有代表性的暴雨过程,采用AREM模式以不同资料分析场(常规观测资料、NCEP和ERA40同化分析资料)作为初值进行暴雨预报对比试验。试验结果表明,对于各类型暴雨,不同资料初值的差异都会引起暴雨数值预报结果的较大差异;在此基础上,采用经验正交函数(EOF)分析方法,分析了各类暴雨初值误差及其变化信息,从中提取出主要的误差分量,并对这类误差的数值预报影响进行了敏感性试验和预报验证,结果显示,寻找和消除主要的初值误差,对改进暴雨数值预报结果具有重要作用。 相似文献
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用美国国家环境预报中心 (NCEP) 再分析的高空月平均资料以及中国范围内160个测站的月降水量资料, 对夏季我国东北地区的降水进行分型并分析其环流形势.结果表明, 我国东北三江地区夏季多雨年和少雨年的环流形势存在明显的差异, 1998年夏季属于典型的多雨年; 鄂霍茨克海阻塞高压的出现和发展, 是造成嫩江、松花江流域夏季降水异常偏多的主要原因; 对流层低层水汽通量辐合加强, 是东北地区降水的重要水汽条件; 12月份或冬季的极涡强度指数与次年8月份或夏季我国东北地区的降水存在密切的正相关, 这种关系可以作为预测我国东北地区夏季持续强降水的一个信号. 相似文献