检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李坤国防科技大学

学位级别：硕士

对流可分辨尺度集合预报在强对流天气预报上有着重要的作用。本文利用一种新型局地增长模培育法（Local Breeding Growth Mode,LBGM）,对两个飑线个例开展了对流可分辨尺度集合预报试验,检验了LBGM法在飑线天气中的实际预报效果,探讨了... 详细信息

对流可分辨尺度集合预报在强对流天气预报上有着重要的作用。本文利用一种新型局地增长模培育法（Local Breeding Growth Mode,LBGM）,对两个飑线个例开展了对流可分辨尺度集合预报试验,检验了LBGM法在飑线天气中的实际预报效果,探讨了不同分辨率下的LBGM扰动的增长特征。随后,考虑到局地范围内格点差异性,提出了高斯权重,并进行集合对比试验。主要结论如下:首先,针对集合平均（Ensemble mean,EM）预报强度不足和高分辨率下评分不合理等问题,引入概率匹配平均（Probability matched mean,PMM）和分数技巧评分（Fractions skill score,FSS）对LBGM预报效果进行合理检验。在飑线结构模拟和强降水预报上,LBGM优于BGM。PMM和EM能够预报出回波位置,且PMM对强对流天气指示作用更好。FSS比传统ETS更好地反映对流可分辨尺度集合预报能力,特别是在大暴雨量级降水评估上。EM对于小雨、中雨和大雨级别降水的预报技巧高于PMM,PMM对于暴雨和大暴雨级别降水更有优势。其次,9km和3km两种不同分辨率下的LBGM扰动到达饱和时间均为24-30小时。扰动饱和后,低层和高层的扰动形态变化均受流场形势影响。低层扰动形态变化较快,而高层相对稳定。不同个例之间,动能谱结构也不同。对于大尺度强迫强的个例,谱能量主要集中于大尺度范围,而大尺度强迫弱的个例,其部分谱能量分布于中小尺度范围。相较于9km,3km分辨率下培育的扰动能够包含小尺度信息。最后,针对LBGM中未考虑局地半径内格点之间差异性的问题,提出了高斯权重——局地半径内的格点对中心格点的影响随着距离的增加呈高斯函数衰减。与原LBGM的等权重的对比结果表明,高斯权重增加了局地特征,使得初值扰动形态分布上具有更明显的流依赖性。高斯权重能够使初值扰动包含更多的大尺度信息,对中尺度信息也略有改善。对于非降水变量的预报,高斯权重改善了预报均方根误差与离散度的一致性,提高了风场、温度场、位势高度场以及湿度场的预报技巧。对于降水预报,高斯权重成功地模拟出降水结构,能够为飑线降水的演变过程提供更好的概率预报结果。

关键词：对流可分辨尺度集合预报局地增长模培育法概率匹配平均分数技巧评分扰动饱和高斯权重

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基于局地增长模培育法的对流可分辨尺度WRF模式对河南“21·7”特大暴雨的预报评估

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大气科学学报 2023年第5期46卷 725-737页

作者：刘侃陈超辉何宏让姜勇强陈祥国王伟亮国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410073 空军指挥学院北京100017

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式,选取河南“21·7”特大暴雨事件,采用局地增长模培育法(Local Breeding Growth Mode,LBGM)生成对流尺度集合预报系统,在此基础上对24 h累积降水量进行SAL(Structure,Amplitude and Location)检验,结合预报成功指数(Threat Score,TS)、公平成功指数(Equitable Threat Score,ETS)评分等评分结果进行对比分析,综合评估集合预报成员的预报效果,表明:1)基于局地增长模培育法生成初始扰动的集合预报系统成员对于强降水预报有一定优势,在降水强度和位置的预报上与实况较接近;2)经检验,成员e003的TS和ETS评分在20日00时—21日00时(北京时,下同)和21日08时—22日08时两个强降水时段内表现最佳,并在SAL检验中对应较好的降雨强度A和雨区位置L,而成员e008暴雨TS、ETS评分最低,对应SAL检验中具有一定的位置偏差,即TS、ETS评分和SAL检验之间存在相关性,将二者有机结合,可以为业务工作中定量评估模式降水预报效果提供参考;3)通过对比整体评分表现较好的成员e003和较差的成员e008,两者预报的位势高度场与ERA5(ECMWF reanalysis v5,ERA5)再分析资料之间的差值,可以验证降水预报误差主要源于对低涡系统的预报偏差,同时预报评分较好的成员其位势高度偏差较小,综合评估效果更佳。

关键词：集合预报局地增长模培育法对流可分辨尺度 SAL检验

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新型局地增长模培育法对两次飑线个例的对流尺度集合预报试验

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大气科学学报 2021年第4期44卷 518-528页

作者：李坤陈超辉何宏让马申佳姜勇强国防科技大学气象海洋学院江苏南京2111101 解放军78127部队成都610000

利用局地增长模培育法对两次典型飑线过程进行了对流尺度集合预报试验,通过与传统增长模培育法对比,检验了局地增长模培育法的实际预报效果。通过概率匹配平均处理后,将降水预报结果与实况资料进行对比分析,并用分数技巧评分来代替传统... 详细信息

利用局地增长模培育法对两次典型飑线过程进行了对流尺度集合预报试验,通过与传统增长模培育法对比,检验了局地增长模培育法的实际预报效果。通过概率匹配平均处理后,将降水预报结果与实况资料进行对比分析,并用分数技巧评分来代替传统公平技巧评分实现对降水结果的合理检验,得出结论:1)在飑线降水预报上,局地增长模培育法优于增长模培育法。2)分数技巧评分比公平技巧评分更好地反映对流尺度集合预报能力,特别是在大暴雨量级降水评估上。3)降水评分结果显示,集合平均对于小雨、中雨和大雨级别降水的预报技巧高于概率匹配平均,概率匹配平均对于暴雨和大暴雨级别降水更有优势。

关键词：局地增长模培育法对流尺度集合预报概率匹配平均分数技巧评分

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基于对流尺度集合预报特性的局地增长模培育算法

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中国科学：地球科学 2018年第4期48卷 510-520页

作者：陈超辉李湘何宏让项杰马申佳国防科技大学气象海洋学院南京211101

结合对流尺度集合预报的强局地性特征,提出了一种局地增长模培育法,并根据理想试验结果从扰动形态、离散度和预报均方根误差三个方面对局地增长模培育法进行了初步评估.局地增长模培育法在增长模培育法的基础上,引入影响半径.在培育过程... 详细信息

结合对流尺度集合预报的强局地性特征,提出了一种局地增长模培育法,并根据理想试验结果从扰动形态、离散度和预报均方根误差三个方面对局地增长模培育法进行了初步评估.局地增长模培育法在增长模培育法的基础上,引入影响半径.在培育过程中,通过计算每个格点的局地预报均方根误差与初始时刻全场预报均方根误差之比,对扰动进行缩放调整.试验结果表明,经过局地增长模培育法调整后的扰动,具有更多的局地化特征.对于扰动物理量与一些近地面气象要素而言,局地增长模培育法能够提高集合的离散度并降低预报均方根误差,提高集合预报系统性能.局地增长模培育法是一种不同于现有基于全局正交思路的初始扰动方法,充分考虑了对流尺度天气系统的局地性,有助于提高对流尺度集合预报的预报效果.

关键词：对流尺度集合预报局地增长模培育法扰动形态离散度预报均方根误差

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一次高原地区强降水过程的对流可分辨尺度集合预报评估

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高原气象 2024年第2期43卷 353-365页

作者：刘侃陈超辉陈祥国何宏让姜勇强陈雄国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410073

利用FNL(Final Reanalysis Data)、ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料和GPM(Global Precipitation Measurement)全球逐半小时降水数据,选取我国西南高原地区一次强降水过程,研究了对流尺度集合预报中两种初始扰动方法BGM(Breeding Growth Mode)和LBGM法(Local Breeding Growth Mode)对复杂地形强降水的预报能力。基于对象诊断的MODE(Method for Object-Based Diagnostic Evaluation)方法评估了模式对降水对象的位置、结构、强度的模拟能力,并与TS(Threat Score)等评分方法进行对比分析,综合评估模式预报性能,表明:(1)基于BGM和LBGM法生成初始扰动的集合预报系统BGM-EPS和LBGM-EPS,集合平均预报对24 h各个量级降水评分均优于控制预报,且暴雨的TS评分LBGM-EPS优于BGM-EPS;(2)整体上,WRF模式能够较好捕获降水对象,尤其是对于高原山地复杂地形的降水预报效果很好,LBGM-EPS在降水目标的整体相似度表现上优于BGM-EPS,且从扰动总能量随预报时间的演变中能看出LBGM较BGM扰动总能量更大,更能代表预报误差的增长,突出LBGM方法在对流尺度集合预报中表示强对流能力的优势;(3)与传统TS评分等检验方法相比,MODE法更能反映降水预报的空间位置信息,在卷积半径和降水阈值相同情况下,基于LBGM方法的集合平均预报识别降水对象的效果更佳。

关键词：集合预报增长模培育法局地增长模培育法对流可分辨尺度 MODE

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基于邻域思想的对流尺度集合预报在飑线系统中的应用研究

基于邻域思想的对流尺度集合预报在飑线系统中的应用研究

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作者：马申佳国防科技大学

学位级别：硕士

对流尺度集合预报作为数值天气预报的研究热点之一,在提高灾害性强对流天气预报准确率方面具有重要的意义与价值。本文首先利用传统的增长模培育(Breeding Growth Mode,BGM)法针对一次飑线过程开展了对流尺度集合预报试验,对经典的初始... 详细信息

对流尺度集合预报作为数值天气预报的研究热点之一,在提高灾害性强对流天气预报准确率方面具有重要的意义与价值。本文首先利用传统的增长模培育(Breeding Growth Mode,BGM)法针对一次飑线过程开展了对流尺度集合预报试验,对经典的初始扰动方法在对流尺度集合预报中的应用进行了分析研究。随后,结合对流尺度天气系统的强局地特征,围绕着邻域思想改进了对流尺度集合预报的后处理和初始扰动方法,分别进行了降水预报效果评估和集合预报对比试验。主要结论如下:首先,针对传统集合平均平滑掉大量级预报值,降低集合预报对强对流天气预报能力的缺陷,引入概率匹配平均(Probability Matched Mean,PMM)法,从集合预报对飑线结构特征模拟的影响、确定性降水预报及评分检验方面开展了研究。降水预报和评分检验结果表明,对流尺度集合预报的降水预报准确率大于控制预报,传统集合平均在小量级降水预报上更加准确,而PMM法在大量级降水上的预报效果更好。该方法作为一种改进的集合平均方法,使得预报结果既保留了集合平均较好的落区分布,又避免了集合平均平滑削弱掉极端降水量的缺陷。通过对飑线系统结构特征分析可知,集合预报得到的冷池强度增加,飑线后部的雷暴高压范围增大、强度增强,水凝物带状结构更加清晰,风场更加组织化,且模拟出了飑线系统近地面冷池与垂直风切变的相互作用,对飑线结构特征有明显的改善作用。其次,针对当前邻域概率(Neighborhood Probability,NP)法主要考虑高分辨率预报结果的空间位移误差,而不能有效解决预报结果存在时间超前或滞后的问题,将时间维度引入到NP法中,结合分数技巧评分和相对作用特征曲线在不同时空邻域上对降水概率预报效果进行了评估。结果表明,对于此类飑线过程的对流尺度天气系统,邻域半径为15～45km的空间尺度能够改善降水位移误差的空间不确定性,使其预报效果达到最优,其中15～30km的邻域半径对于尺度更小的大量级降水事件预报能力更高。在具有研究意义的时间邻域内,对于小量级降水而言,时间尺度越大概率预报效果越好,而大量级降水的预报技巧随时间尺度的降低而升高。对流尺度降水预报所考虑的时间尺度窗口与降水量级之间存在着对应关系,不同时间尺度可以捕获到不同量级降水的时间不确定性。同时时空尺度两个邻域因素对于降水预报效果的影响是相互关联的。改进的NP法能够同时包含高分辨率模式预报结果在对流尺度降水上存在的时空不确定性,实现了对流尺度降水在时空邻域上的综合评估,并能为不同量级降水提供与其时空尺度相匹配的概率预报结果。最后,结合对流尺度天气系统的强局地特征,将邻域思想引入到初始扰动方法中,得到新型的局地增长模培育(Local Breeding Growth Mode,LBGM)法,并开展了对流尺度集合预报对比试验和适用性检验。LBGM法将对流尺度天气系统的局地相互作用考虑到扰动培育过程中,使得培育后的扰动具有了更多的局地特征。扰动分布较传统BGM法呈现出更显著的大气流依赖特征,得到具有更明确动力学意义的初始扰动。信息熵能够较好地衡量扰动场内部的局地信息量,验证了LBGM法较BGM法能够提升初始扰动局地信息的事实。对于集合离散度而言,LBGM法得到的各扰动物理量在培育阶段和预报阶段均大于BGM法,解决了传统BGM法得到的集合离散度不够高的问题。同时LBGM法进一步降低了各扰动物理量的预报均方根误差,一定程度上提高了集合预报的预报效果。从飑线结构特征和降水预报可以看出,LBGM法得到的结果较BGM法更加接近实况。通过另一飑线过程开展的适用性检验可知,LBGM法能够更好地预报出雷达回波和降水的落区与形态分布,初步检验了新型LBGM法在对流尺度集合预报中的适用性。这为进一步发展应用于对流尺度集合预报的初始扰动方法提供了参考依据。

关键词：对流尺度集合预报飑线系统时空邻域邻域概率法局地增长模培育法

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