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ECMWF模式对2020年夏季江淮流域降水的预报偏差分析

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暴雨灾害 2022年第3期41卷 315-323页

作者：卜文惠陈昊明李普曦中国气象科学研究院北京100081

基于CMPAS多源融合降水和ERA5再分析产品,评估ECMWF全球高分辨率确定性预报产品对2020年梅雨期(6月10日—7月20日)极端强降水过程的预报性能。同时,基于面向对象的诊断评估方法(MODE),揭示ECMWF模式对强降水落区的质心经纬度、面积、长... 详细信息

基于CMPAS多源融合降水和ERA5再分析产品,评估ECMWF全球高分辨率确定性预报产品对2020年梅雨期(6月10日—7月20日)极端强降水过程的预报性能。同时,基于面向对象的诊断评估方法(MODE),揭示ECMWF模式对强降水落区的质心经纬度、面积、长度、宽度、轴角等空间特征的预报性能。结果表明,ECMWF模式对于梅雨期的日降水量预报,在雨带的空间位置上,模式预报偏北、偏西的偏差较多;在落区形态上,模式预报的雨带面积偏大,轴角倾斜度更大。观测中江淮流域区域平均降水的日变化主峰值出现在清晨至上午,ECMWF预报能够再现降水日变化特征。针对模式对主雨带南北落区质心位置预报偏差的评估表明,模式预报主雨带位置偏北的频次呈现出双峰分布的日变化特征,峰值出现在夜间和午后。雨带位置预报偏南的频次为单峰分布,峰值在上午。低空急流的日变化特征明显,且峰值时刻超前降水峰值时刻3 h,而ECMWF预报急流峰值时刻则较观测早3 h。ECMWF预报降水落区位置偏差与预报低层南风分量的强弱偏差相关,当对流层低层南风分量偏强时,雨带位置预报易偏北;南风分量较弱时雨带位置预报易偏南。针对ECMWF预报位置偏北和偏差较小的两次典型强降水事件的对比分析,结果表明在小时尺度上急流与降水的日变化一致,ECMWF预报降水落区的偏北与前3 h内强度更强的急流有关。

关键词： ECMWF模式预报梅雨降水 MODE方法模式偏差

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影响FGOALS-g2地表温度模拟偏差的模式过程分解

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影响FGOALS-g2地表温度模拟偏差的模式过程分解

区域海气耦合模式FROALS的发展及其应用

第32届中国气象学会年会

作者：刘博周天军吕建华中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室中国科学院大学海洋-大气预报研究中心佛罗里达州立大学

本文利用CFRAM(Climate Feedback-Response Analysis Method)方法,通过对比ERA-Interim资料,对FGOALS-g2(Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land-System model Grid-point version 2)模拟的年平均地表温度偏差进行了分解,并定量地计算了各个过程的贡献。地表温度模拟偏差在本文中被分解为7个分量,分别是与地表反照率,水汽,云,地表感热,地表潜热,陆地/海洋热输送和大气热输送过程相伴随的温度偏差。结果表明,全球平均的冷偏差(-1.39K)主要是由地表反照率和陆地/海洋热输送过程造成的,而地表潜热通量倾向于减弱这种偏差。此外,云导致的温度偏差,在低纬度地区和高纬度地区分别以其短波辐射效应和长波辐射效应为主。对海洋而言,混合层深度与海洋热输送造成的偏差在北太平洋,北大西洋以及南大洋是一致的。在全球尺度上,对于总的地表温度偏差而言,辐射过程和非辐射过程的贡献是相当的,而且在北半球高纬度以外的地区,它们倾向于相互抵消。

关键词：模式偏差过程分解 CFRAM

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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大气科学 2016年第1期40卷 86-101页

作者：周天军邹立维韩振宇刘博姚隽琛中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 国家气候中心北京100081 中国科学院大学北京100049

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具。本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid D... 详细信息

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具。本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics)/IAP(Institute of Atmospheric Physics)发展的区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean–Atmosphere–Land System model),并总结了过去五年围绕该区域海气耦合模式开展的研究工作。FROALS的特点之一是有两个完全不同的大气模式分量和海洋模式分量选项,可以适应不同的模拟研究需求。针对区域海气耦合模式在西北太平洋地区的模拟偏差,通过分步骤考察不同大气模式分量和不同海洋模式分量对模式模拟性能的影响,指出大气模式是导致区域海气耦合偏差的主要分量。通过改进对流触发的相对湿度阈值标准,有效地改善了此前区域海气耦合模式在亚洲季风区普遍出现的"模拟海温冷偏差"。改进的FROALS对西北太平洋地区的大气和海洋环境有较好的模拟能力,合理地再现了西北太平洋地区表层洋流气候态和年际变率。较之非耦合模式,考虑区域海气耦合过程后,改进了东亚和南亚地区的降水和热带气旋潜势年际变率的模拟。最后,针对东亚—西北太平洋地区,利用FROALS对IAP/LASG全球气候模式模拟和预估的结果进行了动力降尺度,得到了东亚区域50 km高分辨率区域气候变化信息。分析显示,FROALS模拟得到的东亚区域气候较之全球气候模式和非耦合区域气候模式结果具有明显的"增值",显示出区域海气耦合模式在该区域良好的应用前景。

关键词：亚洲季风区域海气耦合模式模式偏差季风的模拟和预估

亚洲季风降水季节演变特征的气候系统模式模拟:基于FGOALS-g3和FGOALS-g2的比较评估

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大气科学 2023年第5期47卷 1388-1404页

作者：王泽毅陈晓龙周天军邹立维李立娟林鹏飞何林强中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

亚洲季风降水的季节演变对亚洲农业生产和社会经济有重要的影响。本文通过与观测资料对比,评估了中国科学院大气物理研究所研发的最新版本的气候系统模式FGOALS-g3相对于上一版本FGOALS-g2对亚洲季风降水季节演变的模拟能力,并通过与FGO... 详细信息

亚洲季风降水的季节演变对亚洲农业生产和社会经济有重要的影响。本文通过与观测资料对比,评估了中国科学院大气物理研究所研发的最新版本的气候系统模式FGOALS-g3相对于上一版本FGOALS-g2对亚洲季风降水季节演变的模拟能力,并通过与FGOALS-g3海温驱动的大气模式结果对比,研究海气相互作用对季风降水量年循环模拟的影响。结果表明,FGOALS-g3提高了对南亚和西北太平洋降水量年循环的模拟能力,部分源于大气模式的改进,但对其他区域模拟性能改进不明显。FGOALS-g3对西北太平洋季风爆发、撤退、峰值和持续时间、阿拉伯海东部季风撤退和持续时间以及印度半岛至中国南海季风峰值时间的模拟偏差有所改进,且考虑模式自身海气耦合过程后,可显著改善西北太平洋区域降水量年循环等模拟偏差。与FGOALS-g2相比,在南亚和中南半岛区域,FGOALS-g3模拟的季风爆发更晚,这是由非洲大陆降水量干偏差导致索马里越赤道急流减弱,加剧该区域5月负降水量偏差导致。在西北太平洋,FGOALS-g3显著改善了季风爆发西侧推迟而东侧提前的模拟偏差,原因是太平洋东暖西冷的海温偏差显著减小,局地Hadley环流增强,在该区域产生异常下沉运动,减小了西侧1月降水量湿偏差,使5月相对于1月的降水量增加,而东侧5月降水量与1月降水量的干偏差得以互相抵消。研究表明热带大尺度海温型模拟偏差的改进对提高亚洲季风降水量年循环的模拟能力有重要作用。

关键词：降水季节演变亚洲季风爆发模式偏差 FGOALS 模式

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一个多参数优化系统在简单模型中的应用

海洋预报 2021年第3期38卷 11-18页

作者：祖子清杨庆夏江江张蕴斐朱学明国家海洋环境预报中心自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室北京100081 中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室中国科学院大气物理研究所北京100029

针对数值模式的物理参数,发展了一个多参数优化系统,可以根据观测数据对模式的多个参数进行同时调整。该系统具有设计简单、无需伴随模式和便于移植等特点。在孪生试验中,针对盒子模型的3个参数,经过约10次迭代,多参数优化系统可以收敛... 详细信息

针对数值模式的物理参数,发展了一个多参数优化系统,可以根据观测数据对模式的多个参数进行同时调整。该系统具有设计简单、无需伴随模式和便于移植等特点。在孪生试验中,针对盒子模型的3个参数,经过约10次迭代,多参数优化系统可以收敛到预先给定的参数真值。通过对比同时优化和分别单独优化3个参数增量,发现分别单独优化参数增量存在一定的局限性。将多参数优化系统应用到简单模型的尝试和检验,结果表明:优化算法的收敛速度和模型的积分次数处于可接受的范围内,因此具有同时调整多个复杂模式物理参数的潜力。

关键词：数据同化参数估计模式偏差多参数优化

GRAPES区域集合预报初值扰动增长特征诊断及改进

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GRAPES区域集合预报初值扰动增长特征诊断及改进

作者：王婧卓中国气象科学研究院

学位级别：硕士

确定性数值预报由于初始条件及预报模式的误差会引起较大的不确定性,而集合预报方法是解决确定性数值预报不确定性的一种有效方法,其关键问题是合理描述数值预报初值误差源和分布特征,正确给出初值误差随时间的演变,故合理的初值扰动结... 详细信息

确定性数值预报由于初始条件及预报模式的误差会引起较大的不确定性,而集合预报方法是解决确定性数值预报不确定性的一种有效方法,其关键问题是合理描述数值预报初值误差源和分布特征,正确给出初值误差随时间的演变,故合理的初值扰动结构及扰动增长特征对集合预报而言是至关重要的。目前,我国已建立了基于ETKF初值扰动方法的GRAPES-REPS区域集合预报系统,但对ETKF初值扰动结构及扰动增长特征的分析诊断较少,且尚未针对ETKF方法存在的不足进行改进,形成更为合理的初值扰动结构及扰动增长特征。为深入评估ETKF方法,提高GRAPES-REPS区域集合预报系统对预报不确定性的描述能力,本文首先通过分析ETKF初值扰动分量、初值扰动方差准确率、动能谱、扰动能量演变、日变化及集合离散度、均方根误差等特征,揭示了GRAPES-REPS区域集合预报系统ETKF初值扰动结构及扰动增长特征;并针对ETKF方法存在的不足,构建了“双分量ETKF初值扰动方法”,以期提高低层集合预报效果;其次,本文探索了模式偏差对集合预报检验评估的影响,为构建合理的集合预报评估方法及扰动方法提供依据;最后,针对GRAPES-REPS模式存在系统性偏差问题,提出集合预报三维偏差修正方法,试图减少模式的系统性偏差并提高集合预报效果。得到了以下主要结论:(1)ETKF初值扰动方法生成的扰动场以大尺度扰动为主,扰动结构及能量具有随流型依赖特征,且集合扰动可以有效捕捉预报误差的结构;扰动总能量和集合离散度随预报时效的延长均呈发展趋势,但低层要素的离散度与均方根误差增长率小于中高层相应要素;水平分辨率提高可以增加中高层大尺度扰动波谱能量,并能改进等压面及近地面风场及温度场的集合预报效果。(2)双分量ETKF初值扰动方法可以增加低层的绝对分析扰动量级、初始时刻扰动总能量及集合离散度,且扰动总能量和集合离散度基本能够代表预报误差的增长。(3)只有消除预报的系统性误差才能正确评估集合预报系统真实质量,当集合预报系统有很小甚至没有偏差时,未消除系统性误差的集合预报检验指标方可正确地揭示集合预报真实质量。(4)集合预报三维偏差修正方法可以显著减少模式的预报偏差并提高集合预报效果,其对集合离散度空间结构影响较小,但离散度—技巧的关系显著提高,偏差订正后的概率预报更加可靠。

关键词： GRAPES-REPS区域集合预报初值扰动双分量ETKF方法模式偏差集合预报三维偏差修正方法

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云南一次极端强降水过程成因和地形影响分析

高原山地气象研究 2021年第4期41卷 25-34页

作者：马文倩陈小华李华宏李耀孙云南省气象台昆明650034 中国气象局横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心昆明650034

基于多种站点观测资料和ERA5再分析资料,对2020年8月15~19日云南一次影响全省的强降水过程的持续性和预报偏差原因进行探究。结果表明:青藏高压的持续东移,是此次降水过程得以维持的关键因素。500hPa影响降水的关键天气系统是由滇缅高... 详细信息

基于多种站点观测资料和ERA5再分析资料,对2020年8月15~19日云南一次影响全省的强降水过程的持续性和预报偏差原因进行探究。结果表明:青藏高压的持续东移,是此次降水过程得以维持的关键因素。500hPa影响降水的关键天气系统是由滇缅高压和西太平洋副热带高压形成的两高辐合系统,其演变为北槽南涡,最终发展为青藏高压和西太平洋副热带高压形成的两高辐合系统。此过程中,中高纬度中高层冷平流促使短波槽发展,中层入侵云南的冷空气加强了其上空的层结不稳定性,低层冷空气则增强了对暖湿空气的抬升。在有利天气形势下,云南西南部哀牢山对该地区降水有明显的增幅作用,尤其是迎风坡,海拔高度和降水的正相关性较好,但地形对降水的增幅作用并不一直随海拔高度的增加而增大。ECMWF数值模式没有预报出影响云南降水的两高辐合系统的西移,导致云南中部至西南部降水量预报明显偏小。

关键词：强降水持续性地形影响模式偏差