为发展中国气象局地球系统数值预报中心CMA-MESO模式对流尺度集合预报,基于CMA-MESO模式设计了观测扰动构建技术,并利用该技术发展集合资料同化(ensemble data assimilation,EDA)初值扰动方法。开展观测扰动敏感性试验、EDA方法在CMA-M...为发展中国气象局地球系统数值预报中心CMA-MESO模式对流尺度集合预报,基于CMA-MESO模式设计了观测扰动构建技术,并利用该技术发展集合资料同化(ensemble data assimilation,EDA)初值扰动方法。开展观测扰动敏感性试验、EDA方法在CMA-MESO对流尺度集合预报中的应用试验,分析观测扰动构建合理性及影响特征,并对比传统的动力降尺度方法与EDA方法的效果,结果表明:观测扰动可有效表征同化中来源于观测资料的不确定性特征;观测扰动主要影响CMA-MESO模式短时效预报效果,随时效延长逐渐耗散;EDA方法可有效形成对流尺度集合预报初值扰动,相对于传统的动力降尺度,该方法可显著减少初值扰动中来自背景场的扰动分量,并增加观测扰动分量体现观测的不确定性;强对流降水个例试验也表明,EDA方法可有效提高降水概率预报效果。展开更多
文摘为发展中国气象局地球系统数值预报中心CMA-MESO模式对流尺度集合预报,基于CMA-MESO模式设计了观测扰动构建技术,并利用该技术发展集合资料同化(ensemble data assimilation,EDA)初值扰动方法。开展观测扰动敏感性试验、EDA方法在CMA-MESO对流尺度集合预报中的应用试验,分析观测扰动构建合理性及影响特征,并对比传统的动力降尺度方法与EDA方法的效果,结果表明:观测扰动可有效表征同化中来源于观测资料的不确定性特征;观测扰动主要影响CMA-MESO模式短时效预报效果,随时效延长逐渐耗散;EDA方法可有效形成对流尺度集合预报初值扰动,相对于传统的动力降尺度,该方法可显著减少初值扰动中来自背景场的扰动分量,并增加观测扰动分量体现观测的不确定性;强对流降水个例试验也表明,EDA方法可有效提高降水概率预报效果。
文摘边界层参数化方案的准确性会影响模式对近地面变量和大气低层热动力结构的模拟,对雷暴等强对流天气的预报非常重要,但边界层方案内在的不确定性使得单一预报具有局限性。为了提高对流尺度数值模式中边界层方案的预报效果,基于WRF(The Weather Research and Forecasting Model)模式,应用随机参数扰动(SPP)方法对Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)边界层方案中重要的3个不确定参数进行扰动,探究了该方法对北京地区一次雷暴过程模拟的影响。同时考虑了对流尺度集合预报系统的特点,调整随机参数扰动方法的3个参量(去相关时间尺度、空间尺度和格点标准差)探究了对流尺度中对MYNN方案参数进行扰动的最优设置。结果显示:随机扰动MYNN边界层方案参数(SPPM)方法可以有效提高近地面变量和700 hPa以下低层变量的离散度,同时提高了短时强降水位置和强度的预报技巧。3个参量的试验说明,去相关时间尺度增大到12 h集合离散度有明显提高;格点标准差增大到0.20,预报技巧也略有提高;去相关空间尺度维持在默认值700 km较好,尺度过小(150 km)预报技巧明显降低。上述结果表明,在对流尺度中SPPM方法可以有效表达边界层参数化方案的不确定性,提高集合预报系统的预报技巧。
文摘2017年5月7日,在弱天气尺度强迫下,广州发生了暖区特大暴雨,局地发展迅速,降水强度极端,多家业务模式出现了漏报情况。为了探究此次降水过程模式预报的不确定性,采用条件非线性最优参数扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation related to Parameters,CNOP-P)方法筛选出最能体现中小尺度系统非线性误差增长特征的关键物理参数,以此构造CNOP-P-RP模式扰动方案,并基于CMA-Meso模式进行对流尺度集合预报试验,最后探究了CNOP-P关键参数影响局地对流发生、发展不同阶段的物理机理。结果显示,不同降水阶段的CNOP-P敏感参数主要与垂直扩散、云雨自动转换或其他水成物向雨滴的转换有关。与业务上常用的随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案相比,在本次降水过程中,基于CNOP-P-RP方案构造的集合预报试验具有更高的降水和地面要素的概率预报技巧,集合预报系统可靠性也占优。进一步分析发现,垂直扩散不确定性导致的山前温度梯度和地面冷池的变化在对流触发和暴雨发展中起重要作用。7日00—04时(北京时,下同),花都强降水中心附近垂直扩散的增强使热量、动量和水汽的垂直输送加强,由此造成的雪、霰粒子融化增多是降水量增大的主要原因,说明该阶段雨滴的形成虽以云水的凝结碰并为主,但冰相粒子的作用不容忽视;7日04—08时,随着水汽输送和上升运动增强,更活跃的暖雨过程主导了增城强降水中心降水量的增大。该研究初步证明CNOP-P-RP方案在刻画对流尺度模式不确定性方面的可行性,可为华南暖区暴雨预报的改进提供一定参考。
