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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

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

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北京地区中尺度数值业务预报的客观检验

应用气象学报 2003年第5期14卷 522-532页

作者：陈敏王迎春仲跻芹张朝林中国气象局北京城市气象科学研究所北京100089

对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍 ,分析了北京地区冬季 ( 2 0 0 1年 1 1月 1日～ 2 0 0 2年 2月 2 8日 )主要预报要素的客观检验结果 ,在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征 ... 详细信息

对北京地区中尺度数值天气预报客观检验系统的框架和方法进行了详细的介绍 ,分析了北京地区冬季 ( 2 0 0 1年 1 1月 1日～ 2 0 0 2年 2月 2 8日 )主要预报要素的客观检验结果 ,在此基础上给出北京地区冬季中尺度数值预报业务的误差特征 ,并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。结果表明 ,模式地形的强迫作用是地面和对流层低层预报系统性误差的重要来源 ;测站高空预报要素的非系统性误差显著 ,初始时刻存在的误差在积分过程中被进一步放大 ;对北京 ( 5 4 5 1 1 )单站地面要素预报的检验结果发现 ,2 m温度预报冬季整体偏低。

关键词：北京地区中尺度数值预报客观检验系统误差

雷达反射率三维拼图观测资料在北方区域数值模式预报系统中的同化应用研究

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气象学报 2019年第2期77卷 210-232页

作者：何静陈敏仲跻芹洪晓媛北京城市气象研究院北京100089 中山市气象局中山528400

以业务应用为目标,开展雷达反射率三维拼图观测资料在北方区域数值预报系统中的同化应用研究。采用雷达反射率间接同化方法同化北方雷达反射率拼图观测资料,重点关注其对降水、湿度、温度及风的预报能力影响。首先,基于2017年8月雷达拼... 详细信息

以业务应用为目标,开展雷达反射率三维拼图观测资料在北方区域数值预报系统中的同化应用研究。采用雷达反射率间接同化方法同化北方雷达反射率拼图观测资料,重点关注其对降水、湿度、温度及风的预报能力影响。首先,基于2017年8月雷达拼图观测资料批量同化和对比试验,对雷达拼图资料同化应用效果进行定量评估,结果表明雷达拼图资料同化虽然加大了地面风场预报误差,但在降水预报和湿度、温度预报等方面有明显的改善作用。其次,选择在业务中预报难度较大的强降水个例开展分析研究,分析表明:(1)同化雷达拼图观测资料有效提高了模式降水预报性能,临近降水发生的循环起报时次预报效果更好;(2)对于短时间多次强降水过程发生的预报,循环同化雷达拼图资料可及时弥补模式中由于前次降水导致的水汽、能量等消耗及热/动力条件削弱,持续支持降水系统发展。最后,通过考察雷达反射率的不同同化方案,发现同化反演水凝物或者估计水汽均能改善模式降水预报性能,但是同化估计水汽对降水预报性能的改善更为明显,联合使用两方案能同时对水凝物分布、热力场等进行调整,可提高模式降水预报性能。

关键词：雷达反射率三维拼图三维变分同化区域数值预报系统降水预报

AMDAR资料在北京数值预报系统中的同化应用

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应用气象学报 2010年第1期21卷 19-28页

作者：仲跻芹陈敏范水勇张朝林中国气象局北京城市气象研究所北京100089

该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统（BJ—RUC），通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析，探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明：飞机观测资料... 详细信息

该文针对北京市气象局业务快速更新循环同化预报系统（BJ—RUC），通过对有无飞机观测资料参加同化的预报试验客观要素预报均方根误差和降水量TS评分的对比分析，探讨了飞机观测资料对短期数值天气预报的影响。结果表明：飞机观测资料的同化对于前9h预报时效内的高空风和温度预报有明显的正面影响。其中，对风预报的正面影响集中在925-250hPa高度上；而对温度预报的正面影响主要体现在850～400hPa之间的各层内。在快速更新循环的暖启动模式下，飞机观测资料同化比冷启动模式下带给预报结果更明显的正面贡献。飞机观测资料参加同化对于降水预报技巧的提高也有正面效应，对24h和12h累积降水量TS评分以及12～18h和18～24h时段内的6h累积降水TS评分有明显提高，提高的最大幅度达50％，并对相应阈值和时段内无飞机观测资料参加同化的试验中雨区偏大现象有改善。分析增量分布特征与同化带来的风温要素3h预报改进的垂直特征基本对应，表明飞机观测资料参加同化对初始场中风场和温度场质量的改进。

关键词：飞机观测资料变分同化数值天气预报

WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究

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气象学报 2019年第6期77卷 1028-1040页

作者：卢冰王薇杨扬仲跻芹陈敏北京城市气象研究院北京100089 美国国家大气研究中心科罗拉多博尔德80307

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF(Weather Research and Forecasting)模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数... 详细信息

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF(Weather Research and Forecasting)模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据,对2017年6-8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证。结果表明,模拟结果对土壤类型数据集和水文参数表的更新较为敏感,对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据集中,中国东部以粘壤土为主,而在北京师范大学土壤数据集里则以壤土为主;修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明,土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送,致使大气底层温度降低而湿度增大。利用华北区域748个地面气象观测站的2 m温度和2 m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证,结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用,能够将2 m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。

关键词： Noah陆面模式土壤类型土壤水文参数 2 m温、湿度

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北京地区自动气象站气温观测资料的质量评估

应用气象学报 2011年第6期22卷 706-715页

作者：杨萍刘伟东仲跻芹杨杰中国气象局气象干部培训学院北京100081 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 兰州大学大气科学学院兰州730000

该文从完整性、准确性、可靠性3个方面设计了自动气象站数据质量评估的流程,并对北京地区187个自动气象站1998—2009年逐时气温资料进行了质量评估。结果显示:北京地区自动气象站建设初期重点兼顾城区和山区的布设策略,为北京区域气候... 详细信息

该文从完整性、准确性、可靠性3个方面设计了自动气象站数据质量评估的流程,并对北京地区187个自动气象站1998—2009年逐时气温资料进行了质量评估。结果显示:北京地区自动气象站建设初期重点兼顾城区和山区的布设策略,为北京区域气候研究提供了较好的基础;北京地区正常运行的自动气象站发生中度和重度缺测的站点相对较少,离散和轻度连续的缺测较集中,具有较好的区域一致性;错误发生率最高为3.8%,大多数年份错误发生率均在1%以下,可见自动气象站错误数据相对较少:尽管可疑数据涉及的站点相对较多,但经空间一致性检查后,有超过50%可归并为正确数据。评估分析结果表明:北京地区自动气象站数据具有一定的准确性和可靠性,具有较强的应用潜力和前景。

关键词：北京自动气象站气温数据缺测质量评估

华北地区地基GPS天顶总延迟观测的质量控制和同化应用研究

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气象学报 2017年第1期75卷 147-164页

作者：仲跻芹 Yong-Run GUO 张京江中国气象局北京城市气象研究所北京100089 美国国家大气研究中心博尔德科罗拉多80307

地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013... 详细信息

地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013—2014年华北地区天顶总延迟观测资料,发展了一套针对数值预报同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案。该方案从测站稳定性和解算精度、离群值、系统偏差及标准差等考察点切入,从不同角度检查和标记出致使观测序列统计特性偏离高斯分布特征的样本。质量控制后序列统计特征量更接近三维变分系统对观测资料的性质假设,表明了所建立质量控制方案的合理性。基于北京市气象局数值预报业务系统BJ-RUC开展了连续11 d的快速更新循环预报试验。评估结果表明:同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果明显优于同化未质控天顶总延迟试验,表明所建立质量控制方案的有效性。同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果优于未同化GPS资料试验,表明天顶总延迟资料的同化应用可以有效提升预报系统的降水预报效果,特别是在无探空资料参加同化的预报时次;同化质控后天顶总延迟资料试验的降水预报效果也优于同化可降水量的试验,表明使用天顶总延迟资料代替可降水量资料在数值预报业务中开展同化应用是可行的。在天顶总延迟观测质量控制方案研发和同化应用得到了一些有意义的结果,有助于推进该观测资料在数值预报科研和业务中的应用,为提升预报性能提供技术支撑。

关键词： GPS天顶总延迟质量控制变分同化数值预报

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地面自动站资料质量控制方案及应用

高原气象 2009年第5期28卷 1202-1209页

作者：陶士伟仲跻芹徐枝芳郝民中国气象局北京城市气象研究所北京100089 中国气象局国家气象中心北京100081

为满足精细、短时天气预报的需求,我国地面自动站(AWS)观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在... 详细信息

为满足精细、短时天气预报的需求,我国地面自动站(AWS)观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在参考国际先进的AWS QC方案基础上,根据我国地面自动站的特点和数值天气预报模式对地面资料应用的要求设计。其目的是解决AWS观测资料在数值预报中应用的质量问题。本方案采用多种质量控制技术,其中包括台站气候极值检查、要素间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查、背景场一致性检查、空间一致性检查、综合决策算法、自动统计评估反馈技术。本文从检查方法对错误资料的敏感度和确定性进行理论分析表明,该方案具有更强的敏感度和确定性。将该方案应用于北京地区2006年8月AWS实际观测资料检验,结果表明,该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料,有效地为地面自动站资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。

关键词：地面自动站质量控制敏感度观测误差综合决策算法