数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在基础理论研究、关键技术突破和业务系统研制方面取得了有广泛国际影响力的研究成果。在回顾中国数值天气预报技术及业务系统发展...数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在基础理论研究、关键技术突破和业务系统研制方面取得了有广泛国际影响力的研究成果。在回顾中国数值天气预报技术及业务系统发展基础上,重点综述中国自主发展的GRAPES(Global Regional Assimilation and PrEdiction System)和YHGSM(YinHe Global Spectral Model)两大业务预报系统的重要科技进展。GRAPES在模式动力框架、四维变分资料同化、卫星资料同化技术、雷达资料同化应用、集合预报和云物理过程等方面实现了技术突破,建立了无缝隙的、包含确定性预报和集合预报系统的中国气象局数值天气预报业务体系。YHGSM持续走谱模式发展路线,突破了干空气质量守恒全球大气谱模式、集合四维变分资料同化、海-陆-气耦合集合预报等技术,建立了以高分辨率全球中期和月延伸数值预报系统为核心的数值预报体系。军队和地方自主研发的数值天气预报系统是长期坚持既定科学技术方向、学术研究和业务研制紧密结合的结果。展开更多
针对未配备气象传感器的全球卫星导航系统(GNSS)站缺乏实测气象参数,通常利用再分析数据、经验模型替代反演大气可降水量(PWV)的问题,定量分析地面气压(P)和加权平均温度(Tm)在反演PWV中的适用性:利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布...针对未配备气象传感器的全球卫星导航系统(GNSS)站缺乏实测气象参数,通常利用再分析数据、经验模型替代反演大气可降水量(PWV)的问题,定量分析地面气压(P)和加权平均温度(Tm)在反演PWV中的适用性:利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的第五代再分析数据集(ERA5)、美国国家环境预报中心(NCEP)/国家大气研究中心(NCAR)再分析数据、第二代和第三代全球气压和温度模型(GPT2和GPT3)、全球格网非线性加权平均温度模型(GGNTm)计算P和Tm;然后以探空站实测气象数据为参考,评估不同P和Tm的精度及其对PWV反演的影响。结果表明:1)ERA5、NCEP、GPT2、GPT3获取P的偏差(bias)绝对值小于1 h Pa,均方根误差(RMSE)小于5.5 h Pa;2)在获取Tm方面,ERA5、NCEP、GGNTm、GPT3的bias绝对值小于2.5 K,RMSE小于5.5 K;3)将ERA5、NCEP、GPT2+GGNTm、GPT3获取的气象参数应用到PWV反演中,PWV偏差绝对值小于0.5 mm,RMSE小于3 mm。分析得出应用非实测气象参数反演的GNSS大气可降水量也可获得较高精度的结论。展开更多
太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这...太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS(Local Analysis Prediction System)多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF(Weather Research and Forecasting)模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季(6~8月)北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m^(-2)和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。展开更多
文摘数值天气预报是天气预报业务和防灾减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在基础理论研究、关键技术突破和业务系统研制方面取得了有广泛国际影响力的研究成果。在回顾中国数值天气预报技术及业务系统发展基础上,重点综述中国自主发展的GRAPES(Global Regional Assimilation and PrEdiction System)和YHGSM(YinHe Global Spectral Model)两大业务预报系统的重要科技进展。GRAPES在模式动力框架、四维变分资料同化、卫星资料同化技术、雷达资料同化应用、集合预报和云物理过程等方面实现了技术突破,建立了无缝隙的、包含确定性预报和集合预报系统的中国气象局数值天气预报业务体系。YHGSM持续走谱模式发展路线,突破了干空气质量守恒全球大气谱模式、集合四维变分资料同化、海-陆-气耦合集合预报等技术,建立了以高分辨率全球中期和月延伸数值预报系统为核心的数值预报体系。军队和地方自主研发的数值天气预报系统是长期坚持既定科学技术方向、学术研究和业务研制紧密结合的结果。
文摘针对未配备气象传感器的全球卫星导航系统(GNSS)站缺乏实测气象参数,通常利用再分析数据、经验模型替代反演大气可降水量(PWV)的问题,定量分析地面气压(P)和加权平均温度(Tm)在反演PWV中的适用性:利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的第五代再分析数据集(ERA5)、美国国家环境预报中心(NCEP)/国家大气研究中心(NCAR)再分析数据、第二代和第三代全球气压和温度模型(GPT2和GPT3)、全球格网非线性加权平均温度模型(GGNTm)计算P和Tm;然后以探空站实测气象数据为参考,评估不同P和Tm的精度及其对PWV反演的影响。结果表明:1)ERA5、NCEP、GPT2、GPT3获取P的偏差(bias)绝对值小于1 h Pa,均方根误差(RMSE)小于5.5 h Pa;2)在获取Tm方面,ERA5、NCEP、GGNTm、GPT3的bias绝对值小于2.5 K,RMSE小于5.5 K;3)将ERA5、NCEP、GPT2+GGNTm、GPT3获取的气象参数应用到PWV反演中,PWV偏差绝对值小于0.5 mm,RMSE小于3 mm。分析得出应用非实测气象参数反演的GNSS大气可降水量也可获得较高精度的结论。
文摘太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS(Local Analysis Prediction System)多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF(Weather Research and Forecasting)模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季(6~8月)北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m^(-2)和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。
