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基于cwrf模式夏季日降水量的订正技术对比

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热带气象学报 2019年第6期35卷 842-851页

作者：李欣韵余锦华梁信忠南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 Earth System Science Interdisciplinary Center University of MarylandMDUSA 20742

误差订正是提高模式模拟和预报性能的有效方法。基于cwrf(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)25套不同物理参数化方案的日降水量模拟资料,对比仅进行降水日数订正(OCD)、仅进行降水量订正(OCM)和先订正降水日数... 详细信息

误差订正是提高模式模拟和预报性能的有效方法。基于cwrf(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)25套不同物理参数化方案的日降水量模拟资料,对比仅进行降水日数订正(OCD)、仅进行降水量订正(OCM)和先订正降水日数再订正降水量(COR)三种订正方法,先订正再等权重集成和先等权重集成再订正两种订正思路,重点对1997—2015年华中和华南地区夏季日降水进行订正效果的对比。结果表明:(1)降水日的订正是必要的,综合而言COR方法对cwrf模式日降水的订正效果更佳,尤其是小量级降水,但降水强度的表现不如OCM;(2)先集成后订正的效果更好;(3)cwrf模式不同参数化方案对日降水的模拟能力有显著差别,经过订正后模拟能力均有所提升,但对于不同的模拟方案,其订正效果也不同。表明,误差订正确实能有效提高模式模拟及预报性能,但其效果存在不确定性。提高模式的预报性能,关键还是提高模式对真实大气动力学的表述能力。

关键词： cwrf模式误差订正分位数映射方法

不同积云参数化方案对中国区域极端降水的模拟研究

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不同积云参数化方案对中国区域极端降水的模拟研究

作者：张诗雨中国气象科学研究院

学位级别：硕士

气候模式对极端降水的模拟能力仍然是一个悬而未决的问题,大多数现有模式对极端降水的模拟仍存在显著偏差。为了理解模式偏差原因进而改进模式模拟和预测效果,本文使用区域气候模式cwrf中五种不同的积云参数化方案,研究其对1980-2016年... 详细信息

气候模式对极端降水的模拟能力仍然是一个悬而未决的问题,大多数现有模式对极端降水的模拟仍存在显著偏差。为了理解模式偏差原因进而改进模式模拟和预测效果,本文使用区域气候模式cwrf中五种不同的积云参数化方案,研究其对1980-2016年中国区域极端降水的模拟性能和误差原因。本文还利用BCC＿CSM模式回报资料驱动cwrf模式的降尺度预测结果,对1991-2021年中国区域夏季降水和大气环流的模式预测性能进行了评估。主要结论如下:(1)cwrf模式采用集合积云参数化(ECP)方案对季节平均降水和极端降水空间分布和时间演变特征的模拟结果整体优于ERI再分析资料,特别是在山区和沿海地区显示出了有效的增益。不同的积云参数化方案在不同地区和季节的模拟偏差和技巧得分上有很大差异,ECP方案最真实地再现了日第95百分位降水量(P95)的空间分布,其它四种方案或高估(KFeta,Tiedtke)或低估(BMJ,NSAS)了中国区域的P95。(2)积云参数化方案不仅在气候平均空间分布方面,而且在区域平均年际变化特征方面都对极端降水模拟产生了显著影响。ECP方案在大部分季节对华北、华中和华南地区的P95年际变化模拟最好(相关性最高,均方根误差最小),NSAS(New Simplified Arakawa-Schubert)方案排名第二,KFeta(Kain-Fritsch Eta)方案排名第三,Tiedtke方案排名第四,而BMJ(Betts-Miller-Janjic)方案表现最差。观测和MERRA-2的P95偏差与22个关键变量(包括气温、辐射、大气环流等)偏差场的年际变化相关系数表明,除在华中地区的相关性较低外,模拟与MERRA-2的偏差相关系数能很好地再现华北和华南地区大部分季节模拟与观测的偏差相关系数的量级和符号。因此,在缺乏观测场数据时,MERRA-2作为参考数据是一个很好的选择。(3)为了明晰造成P95偏差的潜在物理过程,基于ECP方案建立了极端降水的回归模型。研究发现华北地区P95偏差主要受水汽辐合、行星边界层高度和抬升凝结高度(贡献为18%–32%)的影响;在华中地区,水汽垂直上升运动、感热通量和行星边界层高度(贡献为18%–30%)则占主导地位;华南地区P95偏差受水汽垂直上升运动和水平输送(贡献为26%–37%)的影响最大。此外,感热通量、地表和大气层顶辐射通量、大气可降水量、对流有效位能以及云水路径对P95偏差也有较大影响(次一级的重要因子,贡献为14%–31%)。各个因子对P95模拟偏差的影响不同,并且不同因子之间相互作用,从而决定了cwrf模式对极端降水的模拟能力,为今后模式评估和改进提供重要的参考依据。(4)利用BCC＿CSM模式驱动cwrf模式采用不同积云参数化方案(ECP、KFeta和NSAS方案)的动力降尺度回报结果,对夏季降水和大气环流特征进行了比较分析。研究发现,相比较于BCC＿CSM模式,ECP方案对夏季降水的预测结果最好,具有最小的降水偏差和较高的空间相关系数。KFeta方案预测的夏季P95、降水日数(NRD)、最大连续干旱日数(CDD)与观测资料在中国东部地区的偏差最小,而NSAS方案对夏季NRD和CDD的空间型态的捕捉能力较好。此外,NSAS方案预测的500h Pa位势高度场的空间型态与再分析资料ERA5最为接近。ECP方案对200h Pa高空急流的位置和强度的预测能力最好。然而,不同积云参数化方案之间对850h Pa低空环流场的预测技巧差异较小。尽管不同积云参数化方案预测的大气环流特征与ERA5再分析资料存在一定的误差,但仍显著改善了BCC＿CSM模式的预测能力。cwrf模式与BCC＿CSM模式对华中和华南地区整层积分的水汽输送预测结果均不符合实况,模式还有待进一步的改进以提升预测能力。

关键词：极端降水积云参数化方案短期气候预测 cwrf模式

一种基于神经网络的中国区域夏季降水预测订正算法

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干旱气象 2022年第2期40卷 308-316页

作者：李涛陈杰汪方韩锐南京信息工程大学人工智能学院江苏南京210044 南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 国家气候中心北京100081 中国人民解放军93117部队江苏南京210018

基于cwrf(climate extension of WRF)区域气候模式的动力降尺度预测技术对夏季降水预测存在一定偏差,难以实现准确预测。本文立足于中国区域夏季降水特点,分析与夏季降水相关的气象要素,采用树突(dendrite,DD)网络与人工神经网络(artifi... 详细信息

基于cwrf(climate extension of WRF)区域气候模式的动力降尺度预测技术对夏季降水预测存在一定偏差,难以实现准确预测。本文立足于中国区域夏季降水特点,分析与夏季降水相关的气象要素,采用树突(dendrite,DD)网络与人工神经网络(artificial neural networks,ANN)相结合的方法,针对cwrf模式回报的1996—2019年夏季降水量进行订正,检验其订正效果。结果表明:人工树突神经网络(artificial dendritic neural network,ADNN)算法模型订正的中国夏季降水量整体好于cwrf模式历史回报,距平相关系数和时间相关系数较订正前均提高约0.10,均方误差下降约26%,趋势异常综合检验评分提高6.55,表明ADNN机器学习方法能够对cwrf模式夏季降水预测实现一定程度的订正,从而提高该模式降水预测精度。

关键词： cwrf模式夏季降水预测订正 DD与ANN 均方误差时间相关系数距平相关系数

地形对2008年初中国南方持续性冰冻灾害分布影响的数值模拟

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高原气象 2009年第6期28卷 1376-1387页

作者：曾明剑陆维松梁信忠王文兰周嘉陵南京信息工程大学江苏南京210044 江苏省气象台江苏南京210008 University of Illinois at Urbana Champaign/Illinois State Water Survey IL 61820 USA

2008年初我国南方发生了大范围、持续性低温冰冻雨雪天气,冻雨、暴雪灾害属历史罕见,许多地方突破50年记录。本文主要从数值模拟方面讨论了1月25日～2月2日冰冻雨雪最为严重的过程。cwrf数值模式较成功地模拟出与实况基本一致的降水分... 详细信息

2008年初我国南方发生了大范围、持续性低温冰冻雨雪天气,冻雨、暴雪灾害属历史罕见,许多地方突破50年记录。本文主要从数值模拟方面讨论了1月25日～2月2日冰冻雨雪最为严重的过程。cwrf数值模式较成功地模拟出与实况基本一致的降水分布、温度垂直分布特征和地面气温状况,较准确地再现了这次罕见的冰冻雨雪过程。地形敏感性试验表明,横断山脉和南岭山脉及邻近山区对冻雨的形成和维持具有重要影响,这种影响是通过锋区特征的改变来实现的。具体体现在,有地形时,因暖湿空气的抬升和冷空气在近地面的堆积而形成易于产生冻雨的倾斜锋区;无地形情况下,锋区坡度增大,冻雨赖以形成的逆温层结结构遭到破坏,使冻雨(冰冻)灾害区在经历短暂的西进南扩后,很快减弱消失。上述地形的移出还通过对环流特征的改变,使对流层底层偏东气流更有组织,整个回流也更清晰,这对南方大范围的降水强度和强降水落区会产生显著影响,但对整体降水的区域分布没有明显影响。

关键词：冰冻 cwrf模式数值模拟地形