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数字滤波初始化(DFI)在高水平分辨率模式中的应用问题

数字滤波初始化(DFI)在高水平分辨率模式中的应用问题

引用

第七届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会

作者：陈敏中国气象局北京城市气象研究所

数字滤波初始化(DFI)应用的前提假设之一即是不平衡重力惯性波在频率谱上与有天气意义的波动不重叠。随着水平分辨率的不断提高,数值模式能够解析的重力波具有更短波长、更加高频的性质,模式中有天气意义的波动与高频噪声之间的界线更... 详细信息

数字滤波初始化(DFI)应用的前提假设之一即是不平衡重力惯性波在频率谱上与有天气意义的波动不重叠。随着水平分辨率的不断提高,数值模式能够解析的重力波具有更短波长、更加高频的性质,模式中有天气意义的波动与高频噪声之间的界线更加模糊,因此数字滤波初始化在高分辨率模式中的应用性能尚未明确。本文以一次深对流过程为例,在3km水平分辨率条件下采用不同滤波参数配置进行数字滤波初始化试验,试图对高水平分辨率预报初始场中高频噪声特征、如何区分具有天气意义的高频信号和虚假噪声、DFI在WRF模式高水平分辨率条件下的应用性能等一系列相关问题给出初步的认识。试验结果表明,在针对高分辨率模式进行数字滤波初始化时,原有应用于低分辨率模式的初始化配置参数已不适用,必须根据高分辨率噪声的特点重新设计相应的滤波方案。即使在‘无噪声’状态下,有天气意义的信息在模式中也具有与虚假高频噪声一致的表现形式,即大的地面气压变化倾向。DFI的确能对特定切断频率的高频振荡进行滤波,但是DFI无法区分其性质究竟是具有天气意义的高频信号,还仅仅只是虚假的高频噪声。如果要达到滤除初始场中高频噪声的理想效果、并且消除积分过程中的高频振荡,必须延长滤波时间窗,但这是以增加额外的积分时间、以及有可能损害气象上有意义的波动为代价的。滤波效果越显著,滤波结果对初始场的改变越大,此两个方面实质上是冲突的,因此在应用DFI时必须在滤波效果可接受和保证预报性能两方面之间进行妥协。最后我们就DFI在高分辨率有限区域数值模式中的可能应用提出了具体的建议。

关键词：数字滤波初始化分辨率惯性重力波

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海岸带大暴雨FY-2E、CloudSat及物理量场对比分析

海岸带大暴雨FY-2E、CloudSat及物理量场对比分析

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2010年全国灾害性天气预报技术研讨会

作者：李延江张玉红李佳旭邢进河北省秦皇岛气象台秦皇岛 066000

利用FY-2E卫星红外和水汽云图、CloudSat卫星雷达剖面、Micaps3.0、T639数值预报产品ωγ剖面、雷电及同步降水资料,对2010年7月19日、8月4日及8月21日出现在渤海西海岸带地区大暴雨天气过程进行叠加对比分析.初步得出：在NE-SW向天气... 详细信息

利用FY-2E卫星红外和水汽云图、CloudSat卫星雷达剖面、Micaps3.0、T639数值预报产品ωγ剖面、雷电及同步降水资料,对2010年7月19日、8月4日及8月21日出现在渤海西海岸带地区大暴雨天气过程进行叠加对比分析.初步得出：在NE-SW向天气尺度雨带背景下,红外和水汽云图与6h雨量叠加明显看出多个β中尺度云团沿副热带高压588线西侧引导气流移动,涡旋状云系对应低层风场的中尺度低涡,降水中心距离588线100～200 km,带状云系则对应低层风场中尺度切变线,降水中心距离588线50～100 km;MCS中的β中尺度对流云团强弱交替变化为3～6 h,即中尺度云团造成河套东南部地区暴雨后北上影响渤海西岸区,然后继续东北向移动影响辽宁南部一吉林东部,河北海岸带大暴雨仅是天气尺度雨带一个中间过程,暴雨中心对应的云图中尺度像元TBB为-96～-115℃(MCC本地极值);同步CloudSat及物理量空间剖面结构分析显示：渤海西岸区中β中尺度雨团是一个动态变化过程,上游暴雨减弱雨团移动到河北海岸带,在有利局地的垂直速度、相对湿度辐合区域产生新的暴雨云团,结束后对下游中尺度雨团发展是一个快速水平输送过程,与多单体风暴的传播机制相似;同步雷电资料地闪频数峰值与强降水时段峰值基本一致,沿海岸带3次过程强降水前期1～3 h同步物理量剖面垂直速度中尺度低涡正、负速度以对称性为主,切变线类则不对称;上升速度区后部存在明显低空急流,说明对流降水性质明显,是雨量增幅的原因之一.在0～12 h实际的暴雨预报及预警信号升、降级的应用中,红外和水汽云图与实况雨量综合叠加并配合数值产品,取得良好的业务效益,Ts值5个单站评分为5/15,为海岸带大暴雨天气概念模型的改进提供一些新的依据.

关键词：海岸带暴雨 FY-2E云图叠加 CloudSat剖面物理量剖面

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“090414”黔西南州一次分裂型超级单体风暴环境条件和回波结构分析

“090414”黔西南州一次分裂型超级单体风暴环境条件和回波结构分...

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第七届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会

作者：陈晓燕付琼岑启林张辉兰州大学大气科学学院贵州省兴义市黔西南州气象局

应用兴义多普勒雷达资料和相关实况资料,分析了2009年4月14日傍晚发生在黔西南州安龙、兴义和兴仁的一次强雹暴天气的环境条件和雷达回波结构,详细分析了强雹暴发展过程的回波结构特征,以及在超级单体中观测到的中反气旋流场结构。雹暴... 详细信息

应用兴义多普勒雷达资料和相关实况资料,分析了2009年4月14日傍晚发生在黔西南州安龙、兴义和兴仁的一次强雹暴天气的环境条件和雷达回波结构,详细分析了强雹暴发展过程的回波结构特征,以及在超级单体中观测到的中反气旋流场结构。雹暴发生在地面加热强烈,低层热低压发展,中层有小槽,槽后有冷平流,小槽发展东移,高空有急流的背景下。小槽触发的对流云团在东南移的过程中,在不稳定层结和较强垂直风切变的作用下发展成为超级单体。强风暴在傍晚18:36左右分裂成左移风暴和右移风暴,左移风暴发展强烈,伴随着一个中反气旋,核区直径最小达3km,旋转速度对绝对值之和一度达到60m/s,中反气旋维持了至少40多分钟,风暴是沿着平均风（西北风）左侧向东东南方向移动,是较为少见而又很强的反气旋旋转超级单体风暴,此风暴产生了40mm的大冰雹;右移风暴伴随着一个弱中气旋,弱中气旋维持了三个体扫左右的时间,是沿平均风右侧向南移的右移风暴,此风暴产生了20mm的冰雹。雷达回波显示风暴从回波低层出现强反射率因子梯度,弱回波区和有界弱回波,前后入流缺口,勾状回波、强中反气旋和弱中气旋等超级单体特征,维持了3-4个小时左右的时间。本文还分析了风暴最强盛阶段强中反气旋的结构,强中反气旋在低层为反气旋式辐合,中层为纯粹的反气旋旋转,中反气旋强烈发展时,旋转速度对核直径缩小至3km,垂直延伸4.8km,旋转的强度同时向低层和中高层延伸,显示出强烈的辐合上升运动特征。文章探讨了VIL值在本次的冰雹预报中的应用,VIL大值在本例中对大冰雹有很好的指示性,同时由于VIL大值维持较长时间,是判断超级单体出现的一个依据。

关键词：垂直风切变左移超级单体风暴强中反气旋 VIL值

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2008年热带气旋“蔷薇”预报误差分析和思考

2008年热带气旋“蔷薇”预报误差分析和思考

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第26届中国气象学会年会热带气旋科学研讨会分会场

作者：刘爱鸣林毅黄志刚左平昭福建省气象台宁德市气象台

2008年热带气旋"蔷薇"路径和降雨的预报存在较大误差。应用常规资料对这次预报不理想的原因进行分析,认为:(1)国内外各家台风路径的数值预报误偏差偏大,预报登陆,实际转向,是造成"蔷薇"路径和雨量预报偏大的主要原... 详细信息

2008年热带气旋"蔷薇"路径和降雨的预报存在较大误差。应用常规资料对这次预报不理想的原因进行分析,认为:(1)国内外各家台风路径的数值预报误偏差偏大,预报登陆,实际转向,是造成"蔷薇"路径和雨量预报偏大的主要原因;(2)副高脊线偏南、冷空气影响及台湾地形作用使"蔷薇"转向;(3)冷空气偏强且先于台风环流影响,浙闽沿海为干冷气团所控制,动力和热力不稳定减弱,不利于台风及其外围云团的发展,造成浙闽沿海无强降雨的发生;(4)应用数值预报的结果时,要注重分析环流背景、地形和物理量场对台风路径和降雨的影响。

关键词：热带气旋登陆台湾暴雨强度误差分析

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道面气象条件的数值预报模型及性能检验研究

道面气象条件的数值预报模型及性能检验研究

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第七次全国动力气象学术会议

作者：孟春雷张朝林郑祚芳程丛兰中国气象局北京城市气象研究所

道面具有不透水、低反照率、低热容、高热导率以及无蒸发等特点,现有数值预报模式中的下垫面模式水平分辨率太低,不足以将道路与其它下垫面分离开来,因此对道面参数的预报产生较大误差。本文在通用陆面模式(CoLM)的基础上,针对道面下垫... 详细信息

道面具有不透水、低反照率、低热容、高热导率以及无蒸发等特点,现有数值预报模式中的下垫面模式水平分辨率太低,不足以将道路与其它下垫面分离开来,因此对道面参数的预报产生较大误差。本文在通用陆面模式(CoLM)的基础上,针对道面下垫面的特点,发展了适用于城市街道及公路道面的陆面模式;并于北京快速更新循环中尺度数值天气预报系统(BJ-RUC)结合,构建道面气象条件数值预报模型。通过模拟道面冬季积雪覆盖、夏季道面温度对模型进行了性能检验。结果表明,模式能够较好的模拟道面温度的日变化以及积雪堆积、融化过程;相对于仅采用3km水平分辨率BJ-RUC模式进行预报,新发展的道面数值预报模型在正午前后道面温度非常高时与观测值符合得更好,与观测值相比,误差减小了约50%。本文所发展的道面数值气象预报模型可以应用于道面气象预报专家系统,为城市街道及公路气象预报服务。下一步将对道面数值预报模型进一步改进,并且与现有的北京城市气象研究所道面天气信息系统耦合,投入业务化运行,提高道面气象预报能力。

关键词：道面模式陆面过程交通气象

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视频会议在气象业务中的应用前景分析

视频会议在气象业务中的应用前景分析

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中国气象学会气象通信与信息技术委员会2009年度学术研讨会

作者：姚鸿李春来邓鑫黄珣国家气象信息中心视频与卫星室北京 100081

全国天气预报电视会商系统是视频会议技术在气象业务系统中的典型应用。本文介绍了全国天气预报电视会商系统现状,对视频会商系统的应用前景进行了分析,指出软件视频会商系统的应用将成为现有硬件视频会商系统的有利补充。视频会议系统... 详细信息

全国天气预报电视会商系统是视频会议技术在气象业务系统中的典型应用。本文介绍了全国天气预报电视会商系统现状,对视频会商系统的应用前景进行了分析,指出软件视频会商系统的应用将成为现有硬件视频会商系统的有利补充。视频会议系统在气象业务中的应用也将朝着个人桌面化、应用多元化的方向发展。

关键词：视频会议气象业务天气预报电视会商系统

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风电场风力预测的方法分析

风电场风力预测的方法分析

引用

2009全国水电自动化技术学术交流研讨会暨全国水电厂自动化技术信息网成立30周年纪念座谈会

作者：周海匡礼勇国网电力科学研究院南京南瑞集团公司，江苏省南京市 210003

风力预测是风电领域的全新课题，准确的风力预测将为风电的功率预测提供可靠的数据资源，并为电网调度和安全决策提供技术支持。文中介绍了统计回归法、统计与物理相结合的综合模式法和气象数值预报精细化模式法等方法在风力预测中的应... 详细信息

风力预测是风电领域的全新课题，准确的风力预测将为风电的功率预测提供可靠的数据资源，并为电网调度和安全决策提供技术支持。文中介绍了统计回归法、统计与物理相结合的综合模式法和气象数值预报精细化模式法等方法在风力预测中的应用，并对各种方法的特点进行分析比较。

关键词：风力预测统计回归数值天气预报风电场精细化模式法

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集合预报中增长模在热带地区发展的机制研究

集合预报中增长模在热带地区发展的机制研究

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第七次全国动力气象学术会议

作者：刘家峻张立凤邓文彬中国人民解放军61936部队中国人民解放军理工大学气象学院

由于模式及初始场的不确定性,靠传统、单一的确定性预报来提高数值预报的水平变得越来越困难,集合预报为解决这一问题提供了一条新途径,成为数值预报的一个重要方向。目前中期集合预报对初始扰动的研究主要集中在中高纬地区,后来逐渐开... 详细信息

由于模式及初始场的不确定性,靠传统、单一的确定性预报来提高数值预报的水平变得越来越困难,集合预报为解决这一问题提供了一条新途径,成为数值预报的一个重要方向。目前中期集合预报对初始扰动的研究主要集中在中高纬地区,后来逐渐开始了对热带地区集合预报初始扰动生成方法的研究,但热带地区初始扰动的生成方法仍不太理想,是目前研究的热点之一。很多学者已采用增长模繁殖法（BGM）产生初始扰动场来制作热带气旋集合预报,但研究并没有对BGM法在热带地区的适用性进行讨论,没有为BGM方法应用于热带地区提供理论解释。本文对BGM法在热带地区的适用性问题进行研究和试验,讨论繁殖得到的扰动在热带地区的饱和情况及发展机理,以期为BGM法应用于热带地区提供理论依据。采用全球中期数值预报谱模式T63L9,设计与物理过程、积云对流参数化方案及湿物理过程有关的3个敏感性试验及1个控制试验。为了讨论不同物理过程对BGM生成扰动的影响,对比分析了热带地区扰动分布与对应时次OLR分布的关系,并定义扰动动能变化率对试验结果进行研究。试验结果表明:（1）采用BGM法繁殖得到的风场扰动在中层主要集中在30°S～30°N之间的热带地区,且扰动分布与热带地区的积云对流区基本吻合。（2）在热带地区BGM法繁殖得到的扰动动能高值中心与对应时次OLR<230（m/s）的区域基本相对应,即在热带地区积云对流强盛区,也是扰动快速增长的区域。（3）热带地区扰动的发展主要受物理过程作用;而中高纬地区扰动的发展与大气的动力过程关系更密切,而物理过程对中高纬地区扰动发展的影响主要与繁殖循环过程中的背景场有密切关系。（4）积云对流及湿物理过程在繁殖前5天时间内对热带地区扰动发展有较强影响;当不考虑积云对流及湿物理过程时,相对于控制试验扰动动能减小可达到80%。（6）本文虽然对BGM方法在热带地区的适用性及其发展机理作了系统的分析和讨论,但得出的结论是否与模式有关值得作进一步研究。另外针对不同季节、不同个例BGM法在热带地区的适用性也值得作进一步分析。

关键词：集合预报 BGM 热带地区发展机制

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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

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...

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2009年海峡两岸气象科学技术交流研讨会

作者：陈敏范水勇郑祚芳仲跻芹北京市海淀区紫竹院路44号

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... 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，对北京市气象局BJ-RUC数值预报系统输出的54511站在分析时次(t=0 h)和预报时效分别为t=3 h和t=6 h的模式探空进行了基本预报要素的性能评估。结果表明，分析时次的模式探空偏差基本上都接近于探空仪器标准观测误差的量级，因此可以认为模式的分析探空具有较好的品质。而t=3 h和t=6 h的预报偏差均略差于t=0 h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 h时次模式分析探空在趋势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;特别是当考虑实际的预报时效时，预报员能够提前约1 h和4 h获得此两个时次的预报探空来协助其对于对流发生潜势预报进行判断。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：临近探空 BJ-RUC系统强对流潜势中尺度数值数值预报大气环境特征

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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

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...

引用

2009年海峡两岸气象科学技术研讨会

作者：陈敏范水勇郑祚芳仲跻芹

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,对北京市气象局BJ-RUC数值预报系统输出的545 11站在分析时次(t=0 h)和预报时效分别为t=3 h和t=6 h的模式探空进行了基本预报要素的性能评估。结果表明,分析时次的模式探空偏差基本上都接近于探空仪器标准观测误差的量级,因此可以认为模式的分析探空具有较好的品质。而t=3 h和t=6 h的预报偏差均略差于t=0 h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 h时次模式分析探空在趋势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;特别是当考虑实际的预报时效时,预报员能够提前约1 h和4 h获得此两个时次的预报探空来协助其对于对流发生潜势预报进行判断,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：临近探空强对流中尺度数值预报

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