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行业专项成果综述-数值模式变量物理分解法在中期-延伸期区域暴雨预报中的天气学释用

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/5/22 16:43:37   标签:   浏览次数:479

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项目编号GYHY201306013

研究周期2013 1—2015 12

国拨经费103万元

项目负责人】钱维宏

项目骨干成员】蒋宁,单晓龙,梁卓轩,黄静,陈运,武凯军,石剑,丑纪范,符娇兰,储海

项目承担单位】北京大学

项目协作单位】国家气象中心,上海中心气象台,兰州大学

主要研究成果

暴雨属于地面观测到的极端天气事件。观测的和模式预报的产品中包含了日循环和年循环变化的瞬时气候和与地面极端天气事件相关的偏差分量。在本项目之前,我们已经对发生在中国大陆的区域干旱、暴雨、热浪和低温-雨雪冰冻等地面极端事件与对流层大气扰动变量的关系进行了系统的分析研究,2012年在国内发表了10多篇论文,并在科学出版社出版了《中期-延伸期天气预报原理》的专著。这些研究表明,当前日常使用的常规天气图和数值天气预报产品中包含了与极端天气事件有关的和无关的信息。瞬变扰动天气图及其扰动物理量就是剔除了那些无关的大气信息,提取了与地面极端天气有密切关系的瞬变扰动信息。

常规天气图在业务天气预报中已经使用了近百年。本项目及其以前研究提出的瞬变扰动天气图是对近百年来预报方法上的一个创新。由实况观测大气资料分解后的瞬变扰动天气图可以给预报员和研究人员直观地表现地面暴雨等极端天气事件与当前大气中扰动系统之间的关系,并追踪对应扰动系统的前期信号,对中期-延伸期预报就有指示意义。

当前欧美中期数值天气预报模式产品和集合预报产品可以提供给业务部门0-10天和0-15天的产品预报了。这些模式是从原始观测的总场出发预报出的未来0-15天的产品。这些产品中也包含与未来地面极端天气事件有关的和无关的信息,甚至预报误差。对这些预报产品做扰动量的分解得到的扰动变量预报图和预报扰动指标量也能进一步地提高对地面极端天气事件的指示能力。

项目开展3年多来,我们对国内外的各种地面极端天气事件开展了多方面的研究。这些研究中的10文章已经发表在欧美日等国家的核心刊物上,表明该分解方法得到了国际同行的认可。

成果应用情况

自2013年以来,利用欧洲中期模式预报产品分解的扰动天气图和扰动物理量软件已经安装在了国家气象中心、上海气象台、广西气象台和南通气象台等业务预报单位。使用结果表明,瞬变扰动天气图和扰动物理量在中-短期内对区域和极端暴雨有较好的指示能力。

北京大学已经建立了覆盖中国大陆和标注30个省会所在地的多层(500,700,850和925hPa层)扰动环流天气图和扰动散度异常指标量的未来1-10天每6小时时段的分解系统。这个系统对2016年第一个影响我国大陆的台风减弱后的苏北特大暴雨预报发挥了决定性的作用。该分解系统在2016年7月9日0000世界时预报11日有两个小尺度扰动涡旋在减弱了的台风系统中发生打转并伴有湿散度扰动中心??悸堑秸饬礁鍪⒍热哦行脑?月11日白天影响苏北东南部地区,10日短信和电话与南通气象台进行了大暴雨的预报通报。实况是南通部分地区12:00至20:00的8个小时中降水量大于100mm,其中南通大学16:00至17:00的两个小时内降水量233.4mm,达到特大暴雨的量级(参考南通气象台证明)??拷贤ū辈康亩ê痛蠓岬厍?小时降水量也得到了100至182.6mm。

   广西气象台的使用表明:在暴雨方面,利用分解的风场、温度场、高度场,结合湿异常涡度这一扰动变量,更准确地定位了华南西部暴雨雨带的位置和范围,系统运算提供的湿异常涡度变量对广西的一般和台风暴雨预报有较好的指示性,所提示的范围、落区能够帮助预报员有效地订正模式对降水的预报。上海气象台也认为对切变线和台风暴雨有较好的指示能力。

    对切变线降水,分解方法(天气图)不但对历史(2010年)41例子暴雨有较好的平均提前6-7天指示意义(Qian等2013),对2015年6月份的9次长江中下游地区的切变线强降水过程也表现了出色的优势(国家气象中心天气预报室应用证明)。 河北省气象台指出,扰动天气图对弱系统下的强降水更具有指示意义。南通气象台总结了分解法在2015年的0-10天区域降水量级和0-30天降水过程中的应用认为,该方法能够得到暴雨过程的前兆信号。

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