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全球大气环流模式对1998年夏季江淮流域强降水过程的回报试验研究

颉卫华  
【摘要】:在天气预报中,降水的可预报性一直是人们普遍关注的焦点,尤其对于东亚季风区降水的预报被认为是一项极具挑战的工作。近几年,国际上已开始研究全球大气环流模式对天气过程的可预报性问题,用以改进物理参数化方案和研发气候模式同化系统。另外,“天气或气候模式功能逐渐倾向天气-气候一体化”已成为未来数值模式的发展趋势。利用气候模式进行天气预报的研究工作具有重要的科学价值和实际应用价值。本文利用中国气象局北京气候中心全球大气环流模式(BCC_AGCM2.0.1)针对1998年夏季6月24日至7月3日发生在我国江淮流域的一次强降水天气过程进行回报试验研究,讨论了气候模式在没有自身同化系统条件下,模式初值协调性问题;分析了BCC_AGCM模式对全球500hPa位势高度形势场的可预报性;检验评估了气候模式对我国区域降水的预报性能;初步探讨了模式不同起报时间的预报集合对模式预报性能的影响。论文的主要结论如下: 1、协调的数值模式初值对于天气可预报性的提高非常重要。以NCEP-II再分析值作为BCC_AGCM模式初值,在起报之初利用NCEP再分析逐时温度、涡度和散度场对模式物理-动力过程进行一段时间初始协调积分,结果表明:经过1天以上初始协调对全球500hPa位势高度的预报效果明显好于直接使用NCEP-II初始场的预报结果,其中经过10天的初始协调时间在模式起报后前3天的预报效果最好;研究还发现对中国区域降水而言,模式使用协调5天以上的初值对对流性降水和大尺度降水预报可达到稳定水平。因此,要提高降水和环流的预报需要至少5天以上的初值协调过程。 2、通过对1998年夏季6~8月逐日的回报试验结果表明(所有试验都经过10天的初始协调积分),BCC_AGCM对全球500hPa位势高度的天气尺度演变过程预报具有4~7天左右的可预报性;模式能够较真实地模拟出北半球中高纬地区500hPa等压面上的大尺度槽脊系统在起报后未来6天的演变过程,在起报第4天之后,如有新的槽脊系统发展生成,模式的可预报性将受到明显的影响,而对北半球热带和副热带地区4天内的槽脊演变具有较好的预报能力;南半球500hPa位势高度可预报性误差大于北半球;从区域分布来看,预报偏差基本上是在模式起报初期存在较小误差地区的基础上发展而来的,多集中在中高纬的高低压中心系统以及南半球等压线密集带。 3、检验评估了BCC_AGCM对中国区域降水的可预报性。针对6月24日~7月3日的我国江淮流域的强降水过程的回报试验进行了重点分析,试验的起报时间是6月24日00时,经过了10天时间的初值协调积分。回报试验结果表明:BCC_AGCM模式可以较好的回报出我国东部(110°E~120°E)从6月24日~7月3日的雨带位置随时间演变的基本特征,但降水强度较实况有所偏弱;从降水的空间分布来看,6月24日起报后的前3天降水区域位置大体一致,但降水中心的强度有所差异,从第5天起,模式对降水中心落区及其中心强度的预报均出现了明显的偏差;利用BIA、ETS和HK评分方法对6月24日至7月3日的逐日降水预报结果进行评估,对起报后未来2天的5mm和10mm以上的降水预报能力相对较强,ETS评分值达到了0.25以上,HK评分超过了0.4,降水区域范围预报也较准确,BIA评分趋于1.0。模式对20mm以上的降水在起报后2日内具有一定的可预报性,但模式对强降水的预报能力较差,结合三个降水评分指数可以看出,模式对大于30mm以上降水的预报范围明显偏大,BIA评分值偏离1.0较大,其中ETS和HK评分较低。总体来看,前3天的降水具有较高的可预报性。 4、研究发现,不同起报时间的预报结果集合对5天后的天气预报性能有明显提高。仍然针对1998年6月24日~7月3日的降水过程,对分别从1998年6月21~24日00时逐日起报的多个回报结果进行了集合,分析表明:BCC_AGCM模式对全球500hPa位势高度的可预报性在6月24日后的前5天预报结果低于从6月24日起报的单个回报试验,而5天后的可预报性要明显高于未集合的预报结果;集合预报对中国东部区域强降水雨带位置随时间演变过程和中国区域降水空间分布的预报能力对6月24日起4天之后的预报结果比未经集合的预报有明显提升,其中对5mm以上的BIA评分有提高,而对5mm和10mm以上的ETS评分和HK评分有显著提高。


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