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热力和动力环境因子对与台风“海燕”路径相似的两类台风强度的相对贡献

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大气科学学报 2024年第2期47卷 224-234页

作者：徐昝敏李天明宝应县气象局江苏扬州225800 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

本文分析了热力、动力环境因子对与百年一遇超强台风“海燕”有相似路径的热带气旋的强度的影响。为了定量分析环境因子的相对重要性,将相似路径下的台风分为超强台风和一般台风两类。结果表明,相较于动力因子,热力因子对生成超强台风... 详细信息

本文分析了热力、动力环境因子对与百年一遇超强台风“海燕”有相似路径的热带气旋的强度的影响。为了定量分析环境因子的相对重要性,将相似路径下的台风分为超强台风和一般台风两类。结果表明,相较于动力因子,热力因子对生成超强台风更为重要。根据BDI(Box Difference Index)指数的排序,选择925 hPa湿静力能MSE(Moist Static Energy)、950 hPa比湿、900 hPa温度作为重要预测因子来判断是否生成超强台风。此外,海洋热容量和台风移动速度在两类台风中有着明显差异,也可以作为辅助预测因子。最后,用WRF模式(Weather Research and Forecasting)设计理想数值试验,揭示环境温度和水汽垂直剖面对台风强度影响的相对重要性。敏感性试验结果表明,环境水汽和温度的相对贡献比约为1∶4,它们的共同作用使得相似路径下的一般台风可以发展成为超强台风。

关键词：热力和动力环境因子热带气旋强度 BDI指数相对贡献

基于GRAPES-GFS次季节预报的误差诊断和预报能力分析

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大气科学 2022年第2期46卷 327-345页

作者：齐倩倩朱跃建陈静田华佟华中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 国家气象中心北京100081 美国国家海洋和大气管理局/国家气象局/国家环境预报中心/环境模式中心马里兰大学帕克分校美国20742

基于GRAPES(Global and Regional Assimilation Prediction System)全球预报系统(GRAPES-GFS)的2018年9月至2019年8月的分析场和35天预报的试验数据,对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明,该系统可描述2018冬... 详细信息

基于GRAPES(Global and Regional Assimilation Prediction System)全球预报系统(GRAPES-GFS)的2018年9月至2019年8月的分析场和35天预报的试验数据,对该系统延伸期次季节预报进行误差诊断和预报能力分析。结果表明,该系统可描述2018冬季及2019年夏季2 m温度和500 hPa位势高度的空间分布特征,但在热力强迫作用显著的高原沙漠地区,尤其是非洲干旱区,GRAPES-GFS的2 m温度分析场存在较大的系统偏差。GRAPES-GFS模式的2 m温度在超前1~3周预报的均方根误差近似线型增长,最终趋于稳定。海洋区域2 m温度的预报技巧较陆地低,东亚及澳大利亚预报技巧较高。关于500 hPa位势高度,在超前1~3周预报时,东亚中低纬度预报技巧明显高于中高纬度地区,热带地区的远低于其它地区,北半球的高于南半球。关于MJO,GRAPES-GFS可描述高层和低层纬向风场的传播和模态特征,可抓住较强对流活动信号的具体位置,但地球向外长波辐射(OLR)在赤道地区正距平信号偏弱,负距平信号偏强。GRAPES-GFS模式对MJO的距平相关系数(ACC)有效预报技巧达到11天左右,与一般大气模式预报水平接近。对于选取的两次强MJO事件个例,在超前6天的预报上,GRAPES-GFS可准确地描述2次事件的传播过程,但MJO信号在发展和衰亡阶段强度偏强。

关键词： 2 m温度 500 hPa位势高度 MJO GRAPES-GFS模式次季节预报

CMA-GEPS对中国超强梅雨天气过程的预报能力分析

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大气科学学报 2023年第3期46卷 415-430页

作者：齐倩倩朱跃建陈静佟华郭云谦中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 美国国家海洋和大气管理局/国家气象局/国家环境预报中心/环境模式中心美国马里兰州20742 国家气象中心北京100081

基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS,针对2020年6—7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程,开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明,西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动... 详细信息

基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS,针对2020年6—7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程,开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明,西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动力和水汽条件。CMA-GEPS对西太副高各指数的快速调整趋势预报,可提前7~10 d在预报中呈现;对西太副高强度和面积预报技巧与NCEP集合预报相当,表现为偏弱的估计,脊线和西伸脊点预报技巧与ECMWF集合预报相当,表现为脊线位置偏南、西伸脊点偏东的偏差。CMA-GEPS对东亚夏季风指数预报技巧在9 d以上,较控制预报提前2 d。CMA-GEPS的控制预报存在强度偏弱、雨带位置偏南的系统性偏差和漏报现象;基于空间和时间权重修正的邻域方案TSWNP,明显提高了大雨预报的技巧,减少了漏报的发生,优于控制预报和传统的单点概率预报,从而表明,TSWNP方案对梅汛期大雨过程的预报是有效且合理的。

关键词：超强梅雨过程西太副高东亚季风 CMA-GEPS TSWNP方案

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台风“山竹”外围强龙卷的结构和机理分析

大气科学 2024年第3期48卷 843-858页

作者：徐敬涵冉令坤炎利军智海沈新勇李小凡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南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029 上海市气象灾害防御技术中心上海200030 佛山市气象局龙卷风研究中心广东佛山528000 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 浙江大学地球科学学院杭州310027

本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1,对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的“增强藤田等级”2级(EF2)强龙卷过程开展49 m分辨率数值模拟,利用模式数据,分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,简称TLV)的... 详细信息

本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1,对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的“增强藤田等级”2级(EF2)强龙卷过程开展49 m分辨率数值模拟,利用模式数据,分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,简称TLV)的结构特征,并通过涡度方程诊断TLV的动力成因,结果表明:龙卷由台风“山竹”外围螺旋雨带内的超级单体产生,该单体具有钩状回波、入流缺口、有界弱回波、悬垂回波等典型特征,水成物图上可见上冲云顶、云砧和后部云墙;单体内垂直环流由中部上升气流(UD)、前部下沉气流(FFD)和后部下沉气流(RFD)构成;TLV发生在低层UD和RFD之间,其生命史可分为初始期、发展期、成熟期和减弱期,成熟期TLV具有内部下沉、外部上升的结构;涡度方程的诊断分析表明,发展期扭转项对TLV的加强上传更为关键,成熟期拉伸项主导了TLV强度和形态的变化。

关键词：龙卷超级单体类龙卷涡旋扭转项拉伸项

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椒江沿海大风特征分析及精细化预报方法研究

海洋预报 2024年第3期41卷 98-109页

作者：邱王泽禾章蓝文台州市椒江区气象局浙江台州318000 台州市黄岩区气象局浙江台州318020

利用大陈气象站、椒江口和一江山自动站的观测资料及美国国家环境预报中心分辨率为1°×1°的逐6 h再分析数据和欧洲中期天气预报中心的EC细网格(分辨率为0.25°×0.25°)模式资料,分析了椒江沿海大风月际、年际变化特征及影响因子,构... 详细信息

利用大陈气象站、椒江口和一江山自动站的观测资料及美国国家环境预报中心分辨率为1°×1°的逐6 h再分析数据和欧洲中期天气预报中心的EC细网格(分辨率为0.25°×0.25°)模式资料,分析了椒江沿海大风月际、年际变化特征及影响因子,构建预报模态,提炼沿海大风预报思路,并对EC细网格模式大风预报进行检验。结果表明:冬季冷空气大风为椒江沿海大风的主要类型;气压梯度和高空环流形势是冷空气大风的两大影响因素;当椒江沿海存在负变压中心,极有可能在未来24~36 h出现变压大风;气旋北大风可划分为北槽南涡型和低涡切变型,气旋南大风可划分为东亚大槽型和沿海高压型;针对冷空气偏北大风和气旋偏北大风,EC细网格模式具有一定的可参考性,与实况极大风速相比,绝大多数情况下的预报风速偏小。

关键词：沿海大风环流形势变压气旋环流 EC风场检验

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基于循环神经网络的欧亚中高纬夏季极端高温年代际预测模型研究

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大气科学学报 2024年第2期47卷 273-283页

作者：索朗多旦黄艳艳陈雨豪王会军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 工布江达县气象局西藏林芝860000 南方海洋科学与工程广东省试验室(珠海) 广东珠海519080

近几十年来频繁发生的极端高温事件严重威胁着自然生态系统、社会经济发展和人类生命安全。针对生态环境脆弱的欧亚中高纬地区,首先评估了当前主流动力模式(CMIP6 DCPP)对于该地区夏季极端高温的年代际预测水平,并构建了基于循环神经网... 详细信息

近几十年来频繁发生的极端高温事件严重威胁着自然生态系统、社会经济发展和人类生命安全。针对生态环境脆弱的欧亚中高纬地区,首先评估了当前主流动力模式(CMIP6 DCPP)对于该地区夏季极端高温的年代际预测水平,并构建了基于循环神经网络(Recurrent Neural Networks,RNN)的年代际预测模型。多模式集合平均(Multi-Model Ensemble,MME)的评估结果显示,得益于大样本和初始化的贡献,当前动力模式对于60°N以南区域(South Eurasia,SEA)展现了预测技巧,准确预测出了其线性增长趋势和1968—2008年间主要的年代际变率,然而模式对于60°N以北区域(North Eurasia,NEA)极端高温的年代际变率几乎没有任何预测技巧,仅预测出比观测低的线性增长趋势。基于86个初始场的动力模式大样本预测结果,RNN将2008—2020年间NEA和SEA极端高温的年代际变率预测技巧显著提高,距平相关系数技巧从MME中的-0.61和-0.03,提升至0.86和0.83,均方差技巧评分从MME中的-1.10和-0.94,提升至0.37和0.52。RNN的实时预测结果表明,在2021—2026年,SEA区域的极端高温将持续增加,2026年很可能发生突破历史极值的极端高温事件,NEA区域在2022年异常偏低,而后将呈现波动上升。

关键词：极端高温 DCPP 年代际预测循环神经网络

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新一代火星大气模式GoPlanet-Mars V1的研制

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科学通报 2024年第10期69卷 1343-1350页

作者：董理普业李艺苑刘鸿波刘娟娟邓世雅黄叶薇刘明宇刘帅王斌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 中国科学院大学海洋学院青岛266400 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其... 详细信息

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其中的动力框架完全自主研发,具有二阶精度、能保证质量守恒.GoMars引进并耦合了美国宇航局艾姆斯研究中心的火星物理过程,具备模拟沙尘、水和CO_(2)的能力.基于我国“祝融号”、美国“维京1号、2号”的实测数据以及国际火星大气全球数据集评估了GoMars,结果表明:GoMars能成功再现3个探测器记录的火星大气独特的地表气压“两峰两谷”特征;在全球地表温度、纬向急流、极区CO_(2)冰和沙尘方面,GoMars也具备良好的模拟性能,可为我国火星探测计划实施提供新的气象环境保障手段.

关键词：火星大气模式气象环境祝融号

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基于最新全球集合预报系统的可预报性评估

大气科学学报 2020年第1期43卷 193-200页

作者：朱跃建美国国家海洋与大气管理局(NOAA)/国家气象局(NWC)/美国国家环境预报中心(NCEP)环境模式中心(EMC) 马里兰州20740

为了提供有价值且可靠的概率(或者不确定性)预报,最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行,以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验,可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报(或集合预报... 详细信息

为了提供有价值且可靠的概率(或者不确定性)预报,最新的全球集合预报系统已在美国国家环境预报中心日常业务运行,以满足社会需求。通过对各个关键要素的概率预报统计检验,可为广大用户提供这些概率预报的信心指数。但是预报(或集合预报)能力不仅取决于我们使用的预测要素,而且与时间和空间分辨率,极端事件或者高影响天气,以及预报时效有关。以大尺度天气系统预报为例,通常选择北半球500 hPa位势高度距平相关指数或概率指数表征模式的预报能力。如参照北半球500 hPa位势高度的距平相关指数(60%AC)或概率预报技巧指数(25%CRPSS),美国全球集合预报系统能够提供大约10 d的技巧预报。从全球集合预报系统输出的各预报要素,满足不同时空尺度需求的角度进行讨论,其可预报性(或预报极限)能够为模式研发人员、一线预报员和用户提供参考。尤其是对大气可预报性的深入研究,对于从科学与技术角度全面提升数值预报系统水平非常重要。当能够确定可预报性(或是预报误差)的真实来源时,科学家(包括模式研发人员)就能够有针对性地修改与完善。将传统的可预报性研究与改进的能够更客观地表述预报不确定性的集合预报相结合,所得可预报性将提供另一种有价值的参考。可预报性研究总体表明,全球集合预报系统对行星波、大尺度和天气尺度的系统(或者过程)可能分别具备约15、12、10 d的预报能力。对于热带天气过程的预报,如果进一步改善模式偏差和物理参数化过程,其MJO(Madden-Julian Oscillation)预报技巧可以延长至32.5 d。

关键词：集合预报预报的不确定性可预报性

粤港澳大湾区汛期降水的多模式集成预报方法的评估检验

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热带气象学报 2024年第2期40卷 258-271页

作者：朱鹏程王东海曾智琳孙磊李智丽资桂中山大学大气科学学院/广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室/热带海洋系统科学教育部重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 澳门海岸带生态环境国家野外科学观测研究站/澳门科技大学澳门环境研究院中国澳门999078 珠海市公共气象服务中心广东珠海519000

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,简称TIGGE)资料集的确定性... 详细信息

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、中国气象局(CMA)、日本气象厅(JMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)、英国气象局(UKMO)五个模式集成的交互式全球大集合预报系统(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,简称TIGGE)资料集的确定性预报、集合预报以及地面降水观测数据,采用多模式集成平均(EMN)、消除偏差集成平均(BREM)、滑动训练期超级集合方法(R_SUP)对2018年华南汛期(4—9月)粤港澳大湾区的降水预报开展了评估检验。总体而言,多模式集成预报方法在大湾区前汛期降水预报的均方根误差平均比后汛期高2 mm;多模式集成预报方法的预报能力在前汛期随着预报时效的延长而呈持续下降趋势,后汛期则表现为短期(24~72 h)下降、中期(72~168 h)持续平稳的变化特点。与预先的假设差异主要表现在:对前、后汛期的降水预报综合表现最好的均是数学原理相对简单的EMN,而BREM和R_SUP的空间平均评分指标则稍差,但其在降水落区预报中仍有较好的预报技巧。

关键词：粤港澳大湾区多模式集成预报评估检验