The Relationship between Deterministic and Ensemble Mean Forecast Errors Revealed by Global and Local Attractor Radii     

Jie FENG  Jianping LI  Jing ZHANG  Deqiang LIU  Ruiqiang DING 《大气科学进展》2019,36(3):271-278

It has been demonstrated that ensemble mean forecasts, in the context of the sample mean, have higher forecasting skill than deterministic(or single) forecasts. However, few studies have focused on quantifying the relationship between their forecast errors, especially in individual prediction cases. Clarification of the characteristics of deterministic and ensemble mean forecasts from the perspective of attractors of dynamical systems has also rarely been involved. In this paper, two attractor statistics—namely, the global and local attractor radii(GAR and LAR, respectively)—are applied to reveal the relationship between deterministic and ensemble mean forecast errors. The practical forecast experiments are implemented in a perfect model scenario with the Lorenz96 model as the numerical results for verification. The sample mean errors of deterministic and ensemble mean forecasts can be expressed by GAR and LAR, respectively, and their ratio is found to approach2~(1/2) with lead time. Meanwhile, the LAR can provide the expected ratio of the ensemble mean and deterministic forecast errors in individual cases.  相似文献   

Sub-seasonal to Seasonal Hindcasts of Stratospheric Sudden Warming by BCC_CSM1.1(m):A Comparison with ECMWF     

Jian RAO  Rongcai REN  Haishan CHEN  Xiangwen LIU  Yueyue YU  Yang YANG 《大气科学进展》2019,36(5):479-494

This study focuses on model predictive skill with respect to stratospheric sudden warming(SSW) events by comparing the hindcast results of BCC_CSM1.1(m) with those of the ECMWF's model under the sub-seasonal to seasonal prediction project of the World Weather Research Program and World Climate Research Program. When the hindcasts are initiated less than two weeks before SSW onset, BCC_CSM and ECMWF show comparable predictive skill in terms of the temporal evolution of the stratospheric circumpolar westerlies and polar temperature up to 30 days after SSW onset. However, with earlier hindcast initialization, the predictive skill of BCC_CSM gradually decreases, and the reproduced maximum circulation anomalies in the hindcasts initiated four weeks before SSW onset replicate only 10% of the circulation anomaly intensities in observations. The earliest successful prediction of the breakdown of the stratospheric polar vortex accompanying SSW onset for BCC_CSM(ECMWF) is the hindcast initiated two(three) weeks earlier. The predictive skills of both models during SSW winters are always higher than that during non-SSW winters, in relation to the successfully captured tropospheric precursors and the associated upward propagation of planetary waves by the model initializations. To narrow the gap in SSW predictive skill between BCC_CSM and ECMWF, ensemble forecasts and error corrections are performed with BCC_CSM. The SSW predictive skill in the ensemble hindcasts and the error corrections are improved compared with the previous control forecasts.  相似文献   

中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验   总被引：6，自引：2，他引：4       下载免费PDF全文

徐致真  陈静  王勇  李红祺  陈法敬  范宇恩 《气象学报》2019,77(5):849-868

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。   相似文献   

智能网格预报产品在大兴安岭暴雪天气中的释用分析     

王付华  李博  王梅  陆忠涛 《黑龙江气象》2019,36(2):1-3

本文利用MICAPS4.1平台上的高空、地面、智能网格预报、集合预报等数值预报产品,对2018年10月26-28日发生在黑龙江省大兴安岭地区的一次区域性暴雪天气过程形成机制进行探讨。结果表明:高空槽后强冷空气与槽前西南暖湿气流在大兴安岭上空交汇,导致暖锋锋生,地面暖锋与低空暖式切变相互作用形成暴雪天气。暴雪的主要触发系统就是超极地冷空气促使高空槽强烈发展切涡,≥20m·s^-1的西南低空急流作为水汽输送带,为暴雪区提供了充足的水汽来源;垂直上升运动中心和散度辐合辐散中心耦合且加强,为暴雪提供了强有力的动力抬升条件,有利于上升运动的增强发展。智能网格预报产品对这次大兴安岭暴雪天气的落区、降水量级以及强降雪的时段,都预报的比较准确。  相似文献   

基于最优概率的中期延伸期过程累计降水量分级订正预报     

牛若芸 《热带气象学报》2019,35(6):721-731

采用ECMWF集合预报降水量资料和中国降水量观测资料,研发了基于最优概率的过程累计降水量分级订正预报(OPPF)技术,并在遵循总体技术思路的基础上设计出三种不同的OPPF计算方案(OPPF1、OPPF2、OPPF3),继而选用2015—2017年汛期(5—9月)中国91次区域性强降水过程进行回报试验和预报效果对比评估,结果表明:(1)在中期延伸期预报时效(96~360小时),对强降水和有无降水的预报效果,三种OPPF均明显优于集合平均(EMPF)和控制预报(CTPF);对中等以上或较强以上强度降水的预报效果,OPPF1和OPPF3明显优于CTPF、与EMPF基本接近。(2)三种OPPF相比,OPPF3的预报效果较OPPF1总体略胜一筹,两者均好于OPPF2。(3)预报效果存在明显的地域差异,南方地区强降水预报的TS评分明显大于北方地区,且OPPF3预报效果明显优于EMPF;在96~240小时预报时效,东北地区东部OPPF3强降水的预报效果也明显好于EMPF。   相似文献   

2015年5月大气环流和天气分析   总被引：1，自引：1，他引：0  

陈双  何立富 《气象》2015,41(8):1042-1048

对2015年3—5月T639、ECMWF（文中简称EC）及日本数值模式中期预报产品进行了检验和对比。结果表明：三个模式对亚洲中高纬地区大尺度环流和850 hPa温度的演变和调整均具有较好的预报性能,EC模式对西风指数、850 hPa温度转折过程和变化幅度的预报略优于其他两个模式。对2015年3月31日至4月1日北方地区强沙尘暴天气过程的主要影响天气系统,三个模式预报能力相当,121 h时效都较好地预报出了地面冷高压,但强度和范围与实况有一定偏差。  相似文献   

“频率匹配法”在集合降水预报中的应用研究   总被引：8，自引：1，他引：7  

李俊  杜钧  陈超君 《气象》2015,41(6):674-684

基于“频率匹配法”的思路,采用两种方法进行了集合降水预报的订正研究,一种方法是利用集合成员降水频率订正简单集合平均平滑效应的“概率匹配平均”法,另一种方法是利用实况降水频率订正集合成员降水预报系统偏差的“预报偏差订正”法,通过个例和批量试验,结果表明:(1)概率匹配平均法可以矫正简单集合平均的平滑作用所造成的小量级降水分布范围增大而强降水被削弱的负作用,这种改进对强降水区更显著,并且集合系统离散度越大这种改进也越大;但该方法对预报区域内总降水量的预报没有改进作用,不能改善预报的系统性偏差.(2)虽然预报偏差订正法对降水落区预报的改进有限,但可以订正模式降水预报的系统性误差,改进雨量预报以及集合预报系统的离散度特征和概率预报技巧;直接对集合平均预报进行偏差订正的效果优于单个成员偏差订正后的简单算术平均.(3)在对每个集合成员的降水预报进行偏差订正后,概率匹配平均仍可改善其简单平均的效果,因此在实际业务中,应该综合采用上述两种方法,以获得在消除系统性偏差的同时各量级降水分布又合理的集合平均降水预报.  相似文献   

广西“回南天”发生特征及预报着眼点     

陈见  李佳颖  高安宁  梁维亮  赵金彪 《气象》2015,41(3):372-379

利用常规MICAPS数据资料,对广西“回南天”发生特征及预报着眼点进行分析研究。结果表明：(1) “回南天”发生在春季低温阴雨后期迅速回暖的转变过程中;(2) 有利“回南天”发生的环流形势共同特征为: 500 hPa我国北支西风气流转为纬向环流,南支槽加深并向东移动,850 hPa有西南急流,地面冷空气减弱,华南静止锋减弱北抬;(3) T lnp探空曲线中,锋区逆温层上限持续下降到850 hPa以下,次日落地消失;(4) 室外空气露点温度高于室内物体表面温度,暖湿空气中的水汽入室遇冷后,在物体表面发生相变凝结;(5) 根据前一天最低气温、当天露点温度及升幅,将“回南天”划分为重度、中度和轻度3个等级;(6)“回南天”有冷性结束和暖性结束两种方式。所得成果可应用到预报业务中。  相似文献   

低温雨雪过程的粒子群-神经网络预报模型   总被引：3，自引：0，他引：3       下载免费PDF全文

陆虹  翟盘茂  覃卫坚  金龙  谢敏  钱晰  赵华生 《应用气象学报》2015,26(5):513-524

利用逐日气温和降水量数据、NCEP/NCAR再分析资料以及预报场资料,通过分析提取我国南方区域持续性低温雨雪过程及其预报因子,使用粒子群-神经网络方法建立非线性的统计集合预报模型 (PSONN-EPM),对我国南方区域持续性低温雨雪过程进行预报试验。结果表明:以过程的冷湿程度及影响范围为标准,将低温雨雪过程分为一般过程和严重过程,并建立不同的预报模型效果较好。通过10 d独立样本预报试验看,基于粒子群-神经网络方法建立的集合预报模型比基于逐步回归方法建立的预报模型的预报平均相对误差小,对严重过程预报能力高于对一般过程预报,且这种非线性统计集合建模方法在建模过程中不需要调整神经网络参数,在实际预报业务中值得尝试。  相似文献   

MJO预报研究进展   总被引：9，自引：5，他引：4       下载免费PDF全文

任宏利  吴捷  赵崇博  刘颖  贾小龙  张培群 《应用气象学报》2015,26(6):658-668

热带大气季节内振荡 (Madden-Julian oscillation,MJO) 是次季节-季节时间尺度气候变率的支配模态。它不仅对低纬度地区天气气候产生重要影响,还能够通过经向传播和激发大气遥相关波列对中高纬度地区产生影响,是延伸期尺度最重要的可预报性来源。因此,MJO预报是次季节-季节气候预测中极为重要的部分,近年来受到国际学术界广泛关注。该文回顾了MJO预报发展历史,概述了当前国际上主要科研业务机构的MJO预报发展现状。目前基于统计方法和气候模式的MJO预报研究取得了较大进展,特别是多个耦合气候模式和一种基于时空投影方法的统计模型均能够显著提升MJO预报技巧 (有效预报可达20 d以上)。该文还介绍了中国气象局国家气候中心在MJO预报技术发展和业务系统研制方面的新进展,当前基于第2代大气环流模式的MJO业务预报填补了国内空白,技巧为16~17 d,而耦合气候模式试验的技巧已达到约20 d。总体来看,利用耦合模式预报MJO是未来发展的主要方向,其中,面向MJO的模式初始化和集合预报新方法研究将是关注重点。  相似文献