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基于CMA-BJ的北京地区短时强降水预报试验

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应用气象学报 2023年第6期34卷 641-654页

作者：邢楠仲跻芹雷蕾杨艺亚徐路扬北京市气象台北京100089 北京城市气象研究院北京100089

基于2019—2021年4—9月北京快速更新数值预报系统(CMA-BJ)产品以及北京地区地面气象站逐时降水实况,从表征水汽条件、热力和能量条件以及动力条件的多个物理量中筛选出在有无降水、是否强降水情形中有显著差异的物理量作为因子,采用配... 详细信息

基于2019—2021年4—9月北京快速更新数值预报系统(CMA-BJ)产品以及北京地区地面气象站逐时降水实况,从表征水汽条件、热力和能量条件以及动力条件的多个物理量中筛选出在有无降水、是否强降水情形中有显著差异的物理量作为因子,采用配料法和模糊逻辑算法构建北京地区0~12 h时效逐小时短时强降水概率预报模型。以2019—2021年4—9月最优TS评分和偏差评分的概率值和组合反射率因子为确定性预报的概率阈值和消空处理阈值,运用该预报模型对2022年4—9月每日4次0~12 h预报时效北京地区短时强降水产品进行预报和检验。结果表明:北京地区短时强降水TS评分和偏差评分分别为0.104和1.341,预报效果明显优于CMA-BJ预报产品。概率预报模型能够有效提升强降水高发地区,即山前及平原地区的短时强降水预报技巧,获得较为平衡的命中率和空报率,但对山区预报技巧的提升有限。

关键词：短时强降水 CMA-BJ 物理参量预报模型

夏季两次不同强度暴雨过程的低空急流特征及其作用对比分析

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气象 2022年第11期48卷 1384-1401页

作者：李青春程丛兰全继萍陈敏窦有俊仲跻芹北京城市气象研究院北京100089

为了揭示北京地区夏季暴雨形成过程中的低空急流成因、结构特征及其作用,利用风廓线雷达测风数据、NCEP/GFS再分析资料(0.5°×0.5°)、国家级地面气象观测站和区域自动气象站小时降水量观测数据,对两次不同天气系统类型和强度等级的暴... 详细信息

为了揭示北京地区夏季暴雨形成过程中的低空急流成因、结构特征及其作用,利用风廓线雷达测风数据、NCEP/GFS再分析资料(0.5°×0.5°)、国家级地面气象观测站和区域自动气象站小时降水量观测数据,对两次不同天气系统类型和强度等级的暴雨过程开展对比分析,得到结论如下:2018年7月16日(简称“7·16”)北京特大暴雨是在副热带高压边缘低空西南急流的影响下形成的,低涡低槽东移发展、低空急流不断加强,加之地形辐合线的影响,为大暴雨的发生提供了极为有利的低空水汽输送、辐合和抬升条件。2019年7月22日(简称“7·22”)北京暴雨是在高空槽前低空急流的影响下形成的,低空急流是由高空急流东移、下传所产生,低空水汽输送和辐合作用相对较小。在两次暴雨过程中的强降水发生前3 h,均出现低空急流强度增大、低空急流最低高度下降、低空急流指数激增、1500 m以下出现明显的垂直风切变并且逐渐增大等特征。在“7·16”暴雨过程中,边界层急流遇到山脉地形触发了对流新生,低空急流、地形辐合线共同作用使对流系统不断发展和组织化,是沿山地区极端强降水形成的关键原因。低空急流特征量(低空最大风速、急流最低高度和低空急流指数)和1500 m以下的垂直风切变大小对强降水的发生具有重要的指示意义。

关键词：北京暴雨低空急流边界层急流垂直风切变地形辐合线风廓线雷达

北京地区一次强降水过程的多种观测资料四维变分同化试验

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北京大学学报（自然科学版） 2008年第5期44卷 756-764页

作者：陈敏仲跻芹郑祚芳中国气象局北京城市气象研究所北京100089

采用MM5非静力预报模式及其伴随模式系统,对2005年汛期北京地区的一次局地强对流降水过程进行了包括地面每3小时一次的湿度观测资料、北京地区自动站逐小时降水资料、北京地区逐30分钟GPS可降水量观测在内的多种观测资料的四维变分同化... 详细信息

采用MM5非静力预报模式及其伴随模式系统,对2005年汛期北京地区的一次局地强对流降水过程进行了包括地面每3小时一次的湿度观测资料、北京地区自动站逐小时降水资料、北京地区逐30分钟GPS可降水量观测在内的多种观测资料的四维变分同化试验。结果表明,采用四维变分方法同化多种非常规中尺度观测资料后,模式成功地模拟出此次降水过程,不仅很好地修正了变分同化窗内的降水预报,同时也使同化窗口以后的降水预报获得了较为明显的改善,并且发现同化了多种观测资料后获得的最优初始场较原模式初始场对流不稳定能量显著增加,具有更利于降水形成的动力及热力条件。还对各种观测资料在四维变分同化中的相对重要性进行了分析。

关键词：四维变分同化数值天气预报

CMA-BJ V2.0系统华北地区降水预报性能评估

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应用气象学报 2023年第2期34卷 129-141页

作者：张舒婷仲跻芹卢冰黄向宇陈敏张鑫宇全继萍北京城市气象研究院北京100089

利用CMA-BJ V2.0系统在2021年汛期(6—9月)华北地区预报的平均日降水量和24 h内逐时降水量,评估不同水平分辨率(3 km和9 km)在降水量、有效降水时次占比、降水强度、降水日变化等方面的预报性能。结果表明:9 km和3 km分辨率预报均可较... 详细信息

利用CMA-BJ V2.0系统在2021年汛期(6—9月)华北地区预报的平均日降水量和24 h内逐时降水量,评估不同水平分辨率(3 km和9 km)在降水量、有效降水时次占比、降水强度、降水日变化等方面的预报性能。结果表明:9 km和3 km分辨率预报均可较好地反映降水量和落区,捕捉平均日降水量大于8 mm的降水区域分布特征,但降水量级的预报较观测偏大;对小时降水量和有效降水时次占比日变化的预报与观测基本一致,但对傍晚的峰值预报偏强,且多个时段空报,同时高估了小时降水量。与9 km分辨率预报相比,3 km分辨率预报对有效降水时次占比随累积降水量的变化趋势与观测更接近,对小时有效降水时次占比日变化、峰谷值出现时间的预报也与观测更接近。9 km分辨率预报对弱降水过程的预报能力更优,而3 km分辨率预报对强降水过程的预报能力更优。

关键词： CMA-BJ V2.0预报系统偏差特征定量降水预报评估

CMA-BJ 2.0版逐时快速更新追赶循环同化预报系统研发及应用Ⅰ:资料同化及系统构建

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气象学报 2023年第6期81卷 911-925页

作者：陈敏仲跻芹卢冰童文雪冯琎张舒婷黄向宇范水勇北京城市气象研究院北京100089 中国气象局城市气象重点开放实验室北京100089

介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差... 详细信息

介绍了CMA-BJ 2.0版区域逐时快速更新循环同化分析及短时预报业务系统在逐时更新循环和资料同化方面的关键技术特点。该系统采用分析增量更新作为初始化方案,有效抑制了初始噪声累积问题;通过充分考虑各类观测资料实际到报截断时长的差异,发展了包括循环分析和更新预报两个部分耦合的逐时追赶循环运行框架,实现了对各类观测资料充分高效的利用,也较好地兼顾了短临预报服务对逐时更新循环预报产品的时效性要求;通过在分析循环的同化背景场部分应用动态混合方案,实现了全球模式大尺度场对区域模式中小尺度热动力场发展的动态约束,有效抑制了快速更新循环预报误差累积导致的大尺度预报场变形的问题;在资料同化方面,实现了中国全国雷达反射率因子拼图资料的同化应用,并通过仅在更新预报部分开展雷达反射率资料同化以规避连续循环同化造成的水汽正向过量累积、调整雷达同化时的背景场误差的方差和长度尺度两方面的策略优化有效提升了雷达同化的应用效果;此外,在CMA-BJ 2.0版系统中实现了中国全国风廓线雷达观测资料的实时同化应用。

关键词：快速更新循环初始化雷达资料同化风廓线同化分析增量更新

“CMA北京模式”中三种不同阵风诊断方案在北京地区大风预报中的评估

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气象学报 2022年第1期80卷 108-123页

作者：全继萍李青春仲跻芹张舒婷陈敏张鑫宇祁妙北京城市气象研究院北京100089 河北省环境气象中心石家庄050000

数值模式预报是阵风预报的重要途径之一,对"中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(简称CMA北京模式)"中AFWA、UPP、IUM三种阵风诊断方案在北京地区大风预报中的性能进行了分析评估。两次大风过程的分析以及各季节大风预报的批量试验... 详细信息

数值模式预报是阵风预报的重要途径之一,对"中国气象局北京快速更新循环数值预报系统(简称CMA北京模式)"中AFWA、UPP、IUM三种阵风诊断方案在北京地区大风预报中的性能进行了分析评估。两次大风过程的分析以及各季节大风预报的批量试验检验结果显示:三种方案的阵风预报存在明显差异,IUM方案的阵风预报能力优势明显。IUM方案对冷空气大风和雷暴大风预警都有较好的指示意义。其对2020年3月18日冷空气大风过程中大风起始时间、大风区位置和演变以及过程极大风速均有较好的预报效果,对2020年8月2日雷暴大风过程中大风区范围预报偏大且位置存在偏差,但对大风预警的指示意义最强。IUM方案的阵风风速预报整体偏强,但对各个季节达到或超过5级阵风的等级预报较为准确。总体而言,IUM方案对北京地区大风预报性能较好,基于该方案制作的阵风预报产品可为大风预报提供有力支撑。

关键词： CMA北京模式阵风诊断冷空气大风雷暴大风批量试验

智慧冬奥2022天气预报示范计划的实施与评估

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大气科学学报 2023年

作者：陈明轩杨璐秦睿宋林烨李靖邢楠仲跻芹孙超王颖刘凑华窦以文孙成云时少英于波荆浩甘璐王宗敏北京市气象数据中心河北省气候中心北京市气象台北京城市气象研究院南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心国家气象中心国家气象信息中心

主要介绍了“智慧冬奥2022天气预报示范计划”（简称FDP）的运行与评估结果。此次FDP 是在我国首次针对中纬度山区 0-10 天冬季天气预报展开的示范计划，国内气象部门内外共22家单位、近 40 个数值模式或客观预报系统参与了该计划。FDP... 详细信息

主要介绍了“智慧冬奥2022天气预报示范计划”（简称FDP）的运行与评估结果。此次FDP 是在我国首次针对中纬度山区 0-10 天冬季天气预报展开的示范计划，国内气象部门内外共22家单位、近 40 个数值模式或客观预报系统参与了该计划。FDP实现了实时运行所需的多种源数据和多源数据产品的高效传输分发、监控、实时处理、综合集成显示。首次开展了次百米级客观预报、人工智能释用订正预报等新型技术在冬奥复杂山地赛场的实时示范应用，为冬奥气象中心和三个赛区预报团队提供了丰富多样和稳定可靠的高精度客观产品，有力支撑了高标准的冬奥气象服务保障。针对参与FDP产品的系统性检验评估，发现与模式系统原始预报相比，释用后的专项站点预报对平均风、阵风、温度、相对湿度等要素的预报误差明显减小。但是对于冬季复杂山地的降水、能见度预报，客观预报技术有待进一步改进，而且站点解释应用效果不明显。此次FDP对风、温度、降水、能见度、相对湿度的最优预报检验指标（最小误差值），总体体现了目前国内在中纬度山区冬季天气客观预报的大致水平和现实能力，对于认识复杂山地冬季天气预报存在困难、提升高精度天气预报水平等具有极为重要的价值。

关键词：北京冬奥会天气预报示范计划 FDP 检验评估

数值预报在青藏高原的不确定性对其下游预报的影响

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高原气象 2016年第6期35卷 1430-1440页

作者：张宇陈德辉仲跻芹南京信息工程大学南京210044 中国气象科学研究院北京100091 国家气象中心北京100091 中国气象局北京城市气象研究所北京100142

通过NCEP全球预报在不同地区的预报误差分析、包含大地形(亚洲青藏高原、北美落基山脉)与否的区域模拟试验、同化青藏高原地区人造观测的观测系统模拟试验,探讨了数值预报在青藏高原地区的不确定性对其下游地区预报的影响。结果表明:(1... 详细信息

通过NCEP全球预报在不同地区的预报误差分析、包含大地形(亚洲青藏高原、北美落基山脉)与否的区域模拟试验、同化青藏高原地区人造观测的观测系统模拟试验,探讨了数值预报在青藏高原地区的不确定性对其下游地区预报的影响。结果表明:(1)数值模式在青藏高原地区的不确定性包括模式本身的动力与物理过程不确定性以及模式初值的不确定性,这种不确定性引起的预报误差会制约青藏高原下游地区预报性能;(2)若数值模拟区域不包含青藏高原地区,可避免青藏高原地区的模式不确定性引起的预报误差对下游地区的影响,提高下游地区预报技巧;(3)同化青藏高原地区"人造"加密观测资料,可有效减少数值预报在青藏高原地区的初值不确定性,进而减小青藏高原本区及其下游地区的预报误差、改进预报水平。

关键词：青藏高原模式不确定性初值不确定性观测系统模拟试验

基于BJ-RUC系统的临近探空及其对强对流发生潜势预报的指示性能初探

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气象学报 2011年第1期69卷 181-194页

作者：陈敏范水勇郑祚芳仲跻芹中国气象局北京城市气象研究所北京100089

缺乏对流天气发生临近时刻的探空观测资料是制约强对流短时预报水平进一步发展的重要因素。随着数值预报技术水平的持续提高,高时空分辨率数值预报输出的模式探空性能越来越好,这为获取对流发生前的临近探空提供了有益的补充。本文针对... 详细信息

缺乏对流天气发生临近时刻的探空观测资料是制约强对流短时预报水平进一步发展的重要因素。随着数值预报技术水平的持续提高,高时空分辨率数值预报输出的模式探空性能越来越好,这为获取对流发生前的临近探空提供了有益的补充。本文针对北京地区2008年夏季20次较强的对流过程,得出北京市气象局BJ-RUC数值预报系统输出的54511站在分析时次(t=0)和预报时效分别为3和6 h的预报偏差均略差于t=0的分析探空,但是此两个时次的预报探空误差仍然处于可接受的范围内。对比20个对流个例54511站分别基于观测和分析或预报的对流不稳定能量、水平风的垂直切变等基本对流参数可以发现,t=0时次模式分析探空在趋辨和量级上与基于实际探空观测诊断的对流参数均有较好的一致性,基本上能够较为正确地在模式中反映临近对流发生前实际大气的环境特征;但是当考虑实际的预报时效时,t=3和6h的预报探空能够提前约1和4h为预报员提供对未来对流发生潜势预报的判断。因此,此两个时次探空更具有实际的业务应用价值。以两个强对流个例为例分析了BJ-RUC系统提供的分析和预报临近探空的性能及其对强对流潜势预报的指示性作用。结果表明,BJ-RUC输出的分析和预报探空对未来对流发生潜势具有较好的指示作用。但依据模式输出的探空变化要对对流发生时间、强度、落区乃至对流类型进行准确预报仍有一定的难度。

关键词：对流潜势临近探空数值预报