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Enhancing Rainfall Prediction Affected by the Northeast China Cold Vortex Using FY-4B GIIRS Radiance Data in CMA-MESO
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作者 Xiao PAN Deqin LI +2 位作者 Wei HAN Ruixia LIU Hao WANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 2026年第4期769-787,共19页
The Northeast China Cold Vortex(NCCV)is a common cut-off low-pressure system in Northeast China,frequently causing localized heavy rainfall,strong winds,and thunderstorms during the early summer.In this study,the clea... The Northeast China Cold Vortex(NCCV)is a common cut-off low-pressure system in Northeast China,frequently causing localized heavy rainfall,strong winds,and thunderstorms during the early summer.In this study,the clear-sky radiance of 48 longwave channels from the FY-4B Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS)is assimilated into the China Meteorological Administration mesoscale model(CMA-MESO)to evaluate its impact on NCCV development and its effects on rainfall forecasting.The results show that after assimilating the GIIRS radiance data,the warm center at 200 hPa and the cold center at 850 hPa of the NCCV are strengthened,and the dry intrusion at 850 hPa becomes more pronounced.This leads to a stronger NCCV intensity in the following 24 hours and brings the precipitation intensity and area closer to the observation,resulting in significant improvements compared to the experiments that do not assimilate GIIRS radiance data.Furthermore,it is found that the enhancement of the precipitation forecast is associated with the strengthening of cold air in the middle and lower troposphere,which intensifies the uplift of the warm,moist airflow.These results highlight the potential value of GIIRS data assimilation in enhancing early warnings and forecasts of extreme weather events influenced by the NCCV. 展开更多
关键词 FY-4B GIIRS Northeast China Cold Vortex data assimilation cma-meso
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CMA-MESO和CMA-SH9模式对中国东部地区降水预报的性能检验 被引量:1
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作者 徐同 王琴 +1 位作者 漆梁波 黄伟 《气象》 北大核心 2025年第2期167-181,共15页
采用标准降水检验方法和MODE空间检验方法,对CMA-MESO和CMA-SH9模式的2021年我国东部地区降水预报效果进行评估。结果表明:CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报技巧相对较高,第一和第四季度的预报技巧相对较低,显示区域数值模... 采用标准降水检验方法和MODE空间检验方法,对CMA-MESO和CMA-SH9模式的2021年我国东部地区降水预报效果进行评估。结果表明:CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报技巧相对较高,第一和第四季度的预报技巧相对较低,显示区域数值模式在暖季降水预报方面有较好的应用潜力。综合四个季度的ETS评分和BIAS分析,CMA-MESO模式第三季度降水预报技巧整体高于CMA-SH9模式,其他季节则是CMA-SH9模式预报技巧相对更高,另外,两家模式在各季度均存在BIAS偏大的特征,而且总体呈现出空报率较高的特征,改善这两方面的不足是提升区域模式降水预报技巧的重要抓手。四个季度的暴雨MODE空间检验结果显示,CMA-MESO和CMA-SH9模式对第二和第三季度的预报能力相对更优,但均存在对暴雨降水目标面积预报偏大的特征。CMA-SH9模式四个季度对暴雨降水目标各分位强度预报均相对观测值偏强,而CMA-MESO模式与观测值更为接近,仅第一季度呈现预报偏强特征。“21·7”河南特大暴雨和台风烟花的MODE空间检验结果显示CMA-MESO和CMA-SH9模式对大暴雨以上量级强降水预报均表现出影响范围偏大的特征,但对于降水极值预报偏小,CMA-SH9模式与观测极值更为接近。 展开更多
关键词 cma-meso CMA-SH9 中国东部地区 降水检验
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CMA-MESO 3 km模式中自适应时间步长方案试验 被引量:2
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作者 邓莲堂 朱立娟 +1 位作者 张进 于翡 《气象科技》 2025年第1期10-21,共12页
时间步长是数值天气模式稳定运行的关键参数。为实现业务模式稳定运行并保证运行效率,根据CMA-MESO 3 km模式时间积分方案特点,设计了自适应时间步长方案。以模式最大库朗数为依据,提出瞄准法和削顶法两种方法。根据CMA-MESO模式动力框... 时间步长是数值天气模式稳定运行的关键参数。为实现业务模式稳定运行并保证运行效率,根据CMA-MESO 3 km模式时间积分方案特点,设计了自适应时间步长方案。以模式最大库朗数为依据,提出瞄准法和削顶法两种方法。根据CMA-MESO模式动力框架特点,研发了相应时间控制技术并在CMA-MESO 3 km系统中程序实现了自适应时间步长方案。个例和批量试验结果显示,采用瞄准法,模式中最大库朗数会在目标值附近变化,使模式更加稳定。采用削顶法,会调整模式中最大库朗数超出目标值的部分,保证模式稳定积分的同时,又尽量少地干预模式。总之,两种方法的自适应时间步长方案能够有效避免模式积分溢出情况,显著地提高模式的稳定性。对于3 km分辨率的模式来说,当库朗数目标值取1.2左右时,削顶法比瞄准法更适合业务运行。目前,自适应时间步长方案已投入业务应用。 展开更多
关键词 cma-meso 自适应时间步长 瞄准法 削顶法
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基于CMA-MESO模式的机场高影响低温事件预测能力评估及订正
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作者 陈浩 何晓凤 唐娴 《气象与环境学报》 2025年第3期29-35,共7页
利用2021年东北地区13个机场天气报告(METAR)、气象站观测资料和数值模式产品,对易出现高影响低温事件的机场温度预测效果进行评估,并对高影响低温区间的预测能力进行检验,以期研究影响飞机起降的低温事件的预测能力,结果表明:东北绝大... 利用2021年东北地区13个机场天气报告(METAR)、气象站观测资料和数值模式产品,对易出现高影响低温事件的机场温度预测效果进行评估,并对高影响低温区间的预测能力进行检验,以期研究影响飞机起降的低温事件的预测能力,结果表明:东北绝大部分机场温度预报偏大,偏北、偏东和高海拔地区机场的温度绝对误差和均方根误差明显大于平原地区机场;温度误差、绝对误差和均方根误差均有明显的日变化和季节变化,06—07时是机场气温预报误差最大的时段;温度高于0℃时,预测与观测接近,温度低于0℃时,预测相对集中;ZBES、ZYMH和ZYLD采用累积概率密度订正方法对机场温度预报进行误差订正后,低温事件命中率分别提升56%、14%和9%。 展开更多
关键词 cma-meso 温度预报 机场低温事件 订正
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CMA-MESO 3 km模式10 m风预报产品在山西区域的定量检验及客观订正 被引量:2
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作者 苗青 董春卿 +1 位作者 孙颖姝 毕玉婷 《气象科技》 2025年第1期22-34,共13页
风场预报是智能网格预报的重要支撑,提高风场预报准确率,能够为风能预报提供核心保障。在综合评估2023年汛期CMA-MESO 3 km(China Meteorological Administration Mesoscale Model at 3 km resolution)模式在山西逐小时10 m风预报能力... 风场预报是智能网格预报的重要支撑,提高风场预报准确率,能够为风能预报提供核心保障。在综合评估2023年汛期CMA-MESO 3 km(China Meteorological Administration Mesoscale Model at 3 km resolution)模式在山西逐小时10 m风预报能力的基础上,基于自适应Kalman滤波方法,开展针对纬向风(U)、经向风(V)的客观订正,以期建立适应山西复杂地形特征的客观预报方案,促进国产模式本地化业务应用。结果表明:①全风速预报偏大,预报误差呈“单峰型”日变化,峰值出现在18:00-20:00,正偏差主要位于忻定和太原盆地以及山西南部。②U、V预报误差与预报值呈显著正相关,需考虑不同强度预报风速误差随时效变化的特征,避免订正不足或过订正。③Kalman滤波方案(KM)订正幅度小且不稳定,订正后均方根误差R MSE削减不足6%,准确率提升不足2%。④基于动态分级的改进方案(CBKM)突破KM订正瓶颈,更准确地估计系统误差并有效订正,更好再现不同地区风速日变化,平均误差M E趋近0,R MSE削减32.8%,风向、风速预报准确率分别提升8.29%、7.92%,峰值时刻订正率达83.49%。 展开更多
关键词 cma-meso 3 km 10 m风 KALMAN滤波 动态分级
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基于机器学习的CMA-MESO模式气温预报订正方法研究
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作者 张会 陈军明 +5 位作者 王亚强 马凤莲 周煜 卢宇坤 刘通 张良玉 《气象与环境学报》 2025年第3期18-28,共11页
为提高雄安新区及上游保定地区气温预报准确性,利用CMA-MESO中尺度天气模式预报产品和地面观测数据,采用线性回归(Linear Regression)、长短期记忆全卷积网络(LSTM-FCN)和轻量级梯度提升机(LightGBM)等三种机器学习方法,围绕站点划分和... 为提高雄安新区及上游保定地区气温预报准确性,利用CMA-MESO中尺度天气模式预报产品和地面观测数据,采用线性回归(Linear Regression)、长短期记忆全卷积网络(LSTM-FCN)和轻量级梯度提升机(LightGBM)等三种机器学习方法,围绕站点划分和特征因子选择设计4种订正方案开展气温预报研究。结果显示:采用分区站点模型优于全站点模型,LightGBM在全部方案中表现最优。特别是结合起报时刻前48 h的实况数据以及预报时刻前4·k的预报或实况要素(在预报时效0~36 h内:0~12 h预报时效采用预报时刻前0~12 h的实况数据,k取0~12;13~36 h预报时效采用预报时刻前12h的预报数据,k固定为12)构建复合特征因子,LightGBM预测性能进一步提升。37个预报时效均在CMA-MESO模式预报结果基础上提高了精度,尤其在海拔超过1000 m的高原地区,均方根误差订正改善率超过30%。此外,在转折性天气背景下,这些方法依旧展现出较强的适应能力。从整体预报性能来看,LightGBM最优,均方根误差、平均绝对误差、准确率分别为1.86℃、1.42℃、75%,相比CMA-MESO预报,分别提高了36.5%、38.9%和44.4%。 展开更多
关键词 cma-meso 预报订正 机器学习 气温预报
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CMA-MESO模式暖季小时及日降水预报性能评估--以伊犁河谷为例
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作者 牟欢 陈春艳 +1 位作者 杨霞 赵丽 《干旱区地理》 北大核心 2025年第2期179-189,共11页
定量降水预报性能评估可以为降水预报释用和改进提供科学依据。利用2022—2023年5—9月(暖季)小时站点降水观测和CMA-MESO模式降水预报数据,采用晴雨准确率、成功指数(Threat score,TS)、空报率和漏报率等评估指标,对伊犁河谷降水预报... 定量降水预报性能评估可以为降水预报释用和改进提供科学依据。利用2022—2023年5—9月(暖季)小时站点降水观测和CMA-MESO模式降水预报数据,采用晴雨准确率、成功指数(Threat score,TS)、空报率和漏报率等评估指标,对伊犁河谷降水预报性能进行深入研究。结果表明:(1)CMA-MESO模式能合理刻画出伊犁河谷暖季1 h和24 h降水特征。随降水强等级的增大,降水预报和观测频率均呈下降趋势。(2)模式预报不同强度降水的TS评分与降水预报的累积概率偏差密切相关。6.1~12.0 mm的24 h降水预报TS评分最低,其累积概率预报偏差最高,均值超过2.0%;1 h预报TS评分随着降水强度的增强显著下降,偏差在0.1 mm时达峰值1.7%。(3)预报与观测降水频率均随海拔呈增长趋势,但24 h预报频率在不同高度均为负偏差,而1 h预报频率在低海拔区为正偏差,亚高海拔区为负偏差。(4)日变化方面,CMA-MESO模式没有准确模拟出伊犁河谷降水频率昼少夜多的特征。具体而言,模式对白天降水空报偏多,而对夜间降水漏报偏多,预报偏差在中午13:00—14:00和凌晨02:00—05:00最显著。 展开更多
关键词 cma-meso 降水评估 暖季 小时及日降水 伊犁河谷
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CMA-MESO模式在ARM架构、麒麟系统超算上的效果评估
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作者 彭芳 严小冬 +1 位作者 齐大鹏 唐维尧 《山地气象学报》 2025年第6期12-19,共8页
【目的】为开展基于国产ARM架构超算的区域数值模式的适用性研究。【方法】以CMA-MESO模式为基准,分别在中国气象局超算派平台(X86架构)、贵州气象超算kunpeng平台(ARM架构、麒麟系统)进行预报试验,对温度和降水进行检验,评估CMA-MESO... 【目的】为开展基于国产ARM架构超算的区域数值模式的适用性研究。【方法】以CMA-MESO模式为基准,分别在中国气象局超算派平台(X86架构)、贵州气象超算kunpeng平台(ARM架构、麒麟系统)进行预报试验,对温度和降水进行检验,评估CMA-MESO模式在ARM架构国产超算上的可用性。【结果】1)2个不同架构平台各层的气象要素分布形状和结构的差异不明显。X86架构在加入同化后TS评分效果最好,ARM架构在加入同化后产生了负效果,其他指标随着预报时效的增加保持一致的变化趋势。2)长序列回算检验表明:ARM架构的小时降水均方根误差小于X86架构,TS评分高于X86架构,均方根误差随着预报时效的增加不断增大。2个平台温度的误差较小,变化趋势也一致,CMA-MESO模式在2个平台都表现出误差随预报时效增大而减小的趋势。3)模式的误差主要由积分模块带来,CMA-MESO模式在国产ARM架构平台的超算集群上可以保持与X86平台较小的预报差异,但国产ARM架构集群的计算性能不如主流的X86架构集群。【结论】ARM架构平台可以实现CMA-MESO模式的成功移植,计算结果不能完全与X86架构一致,总体预报评分与X86接近,基本满足业务和科研需求。 展开更多
关键词 cma-meso ARM架构 鲲鹏 麒麟V10 检验评估
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Evaluating vector winds over eastern China in 2022 predicted by the CMA-MESO model and ECMWF forecast 被引量:1
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作者 Fang Huang Mingjian Zeng +4 位作者 Zhongfeng Xu Boni Wang Ming Sun Hangcheng Ge Shoukang Wu 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 2025年第4期41-47,共7页
Vector winds play a crucial role in weather and climate,as well as the effective utilization of wind energy resources.However,limited research has been conducted on treating the wind field as a vector field in the eva... Vector winds play a crucial role in weather and climate,as well as the effective utilization of wind energy resources.However,limited research has been conducted on treating the wind field as a vector field in the evaluation of numerical weather prediction models.In this study,the authors treat vector winds as a whole by employing a vector field evaluation method,and evaluate the mesoscale model of the China Meteorological Administration(CMA-MESO)and ECMWF forecast,with reference to ERA5 reanalysis,in terms of multiple aspects of vector winds over eastern China in 2022.The results show that the ECMWF forecast is superior to CMA-MESO in predicting the spatial distribution and intensity of 10-m vector winds.Both models overestimate the wind speed in East China,and CMA-MESO overestimates the wind speed to a greater extent.The forecasting skill of the vector wind field in both models decreases with increasing lead time.The forecasting skill of CMA-MESO fluctuates more and decreases faster than that of the ECMWF forecast.There is a significant negative correlation between the model vector wind forecasting skill and terrain height.This study provides a scientific evaluation of the local application of vector wind forecasts of the CMA-MESO model and ECMWF forecast. 展开更多
关键词 Model evaluation Vector winds cma-meso ECMWF Forecasting skill
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基于CMA-MESO模式的四川降水事件预报效果评估
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作者 杨雨辰 《高原山地气象研究》 2025年第S1期33-37,共5页
利用2022年汛期四川省地面观测站逐时和逐日降水量观测数据,检验分析以CMA-MESO_3KM为主的多个业务模式在四川不同地区的预报偏差。结果表明:(1)CMA-MESO_3KM模式降水落区预报较其他模式预报更为准确,但降水量预报偏多,降水范围偏广;(2... 利用2022年汛期四川省地面观测站逐时和逐日降水量观测数据,检验分析以CMA-MESO_3KM为主的多个业务模式在四川不同地区的预报偏差。结果表明:(1)CMA-MESO_3KM模式降水落区预报较其他模式预报更为准确,但降水量预报偏多,降水范围偏广;(2)从不同起报时次对同一时段的预报结果来看,起报时次越临近的降水预报性能越高,反映了CMAMESO_3KM模式快速更新的优势;(3)CMA-MESO_3KM模式在降水频率日变化上最为接近实况,但在边坡区域与四川盆地后半夜的降水频率预报相较于实况偏高。 展开更多
关键词 cma-meso数值模式 西南复杂地形区 TS评分检验
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Direct Assimilation of Dual-polarization Radar Using the Hydrometeor Background Error Covariance in the CMA-MESO Model and Its Sensitivity to the Microphysics Scheme
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作者 Jiaqi CHEN Yaodeng CHEN +4 位作者 Hong ZHENG Haiqin CHEN Jian SUN Qiying CHEN Haiyang ZHANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 2025年第10期2153-2172,共20页
Numerical models play an important role in convective-scale forecasting,and dual-polarization radar observations can provide detailed microphysical data.In this study,we implement a direct assimilation operator for du... Numerical models play an important role in convective-scale forecasting,and dual-polarization radar observations can provide detailed microphysical data.In this study,we implement a direct assimilation operator for dual-polarization radar data using the hydrometeor background error covariance(HBEC)in the China Meteorological Administration MESO-scale weather forecasting system(CMA-MESO,formerly GRAPES-MESO)and conducted assimilation and forecasting experiments with X-band and S-band dual-polarization radar data on two cases.The results indicate that the direct assimilation of dual-polarization radar data enhanced the microphysical fields and the thermodynamic structure of convective systems to some extent based on the HBEC,thereby improving precipitation forecasts.Among the sensitivity tests of microphysical parameterization schemes,including the LIUMA scheme,the THOMPSON scheme,and the WSM6scheme(WRF Single-Moment 6-class),we find that the greatest improvement in the equivalent potential temperature,relative humidity,wind,and accumulated precipitation forecasts occurred in the experiment using the WSM6 scheme,as the distribution of solid precipitation particles was closer to the hydrometeor classification algorithm from the dualpolarization radar observations in our cases. 展开更多
关键词 cma-meso data assimilation dual-polarization radar microphysics scheme
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CMA-MESO关键技术集成及应用 被引量:56
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作者 黄丽萍 邓莲堂 +12 位作者 王瑞春 庄照荣 江源 徐枝芳 朱立娟 张进 王莉莉 于翡 孙琴 王丹 王皓 周非非 徐国强 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期641-654,共14页
基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度... 基于GRAPES-MESO 10 km系统,提高模式动力框架计算精度和稳定性,选择调试适合高分辨率模式的物理过程参数化方案组合,建立面向数值天气预报的全国雷达质量控制拼图系统,通过云分析系统融合全国三维组网反射率因子拼图,建立面向中小尺度系统的对流可分辨同化系统和陆面资料同化系统,实现雷达径向风、风廓线雷达、FY-4A成像仪辐射率、卫星云导风、卫星GNSSRO、地面降水观测以及近地面资料等非常规局地稠密资料的同化应用,发展快速循环技术,建立全国3 km间隔3 h的快速循环同化预报系统——CMA-MESO(GRAPES-MESO3 km)并实现业务化运行。2020年6—9月汛期业务检验结果表明:CMA-MESO预报的近地面要素(降水、2 m温度、10 m风场)检验评分全面超越GRAPES-MESO 10 km结果;CMA-MESO的24 h累积降水TS评分略低于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的结果,但逐3 h累积降水预报TS评分尤其是对于较大降水阈值评分明显优于ECMWF结果;同时,对于能够表征模式对降水时空精细化特征预报能力的降水频次和降水强度等检验,CMA-MESO对我国汛期的预报准确率超过了ECMWF细网格模式结果。 展开更多
关键词 cma-meso 快速循环同化系统 局地稠密资料应用 公里尺度变分框架 高分辨率模式
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CMA-MESO逐时快速更新同化预报系统及其短临预报效果初步分析 被引量:9
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作者 庄照荣 江源 +3 位作者 田伟红 黄丽萍 李兴良 邓莲堂 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第4期925-942,共18页
基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统,本文建立逐小时的分析预报循环系统,并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构,同时考察引入全球大尺度信息... 基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统,本文建立逐小时的分析预报循环系统,并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构,同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明:(1)逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场,分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高;(2)在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响,对预报会有不利影响;(3)改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果,因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测,华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。 展开更多
关键词 cma-meso 模式 逐时快速更新同化预报 短临预报 强对流 背景误差协方差
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往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响 被引量:6
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作者 王金成 王丹 +2 位作者 王瑞文 谭娟 容娜 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第2期159-169,共11页
往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘... 往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。 展开更多
关键词 往返平飘式探空 cma-meso 垂直稀疏化 三维变分 资料同化
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地形影响的水平相关模型在CMA-MESO中的应用 被引量:5
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作者 庄照荣 李兴良 +1 位作者 王瑞春 高郁东 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期414-428,共15页
在背景误差水平相关模型中引入地形作用,研究复杂地形下近地面观测资料同化对分析和预报的影响。CMAMESO三维变分系统中背景误差水平相关关系采用高斯相关模型描述,观测信息在高度追随坐标的模式面上各向同性传播。然而在地形复杂的近... 在背景误差水平相关模型中引入地形作用,研究复杂地形下近地面观测资料同化对分析和预报的影响。CMAMESO三维变分系统中背景误差水平相关关系采用高斯相关模型描述,观测信息在高度追随坐标的模式面上各向同性传播。然而在地形复杂的近地面层,观测信息传播受到山脉阻挡,因而其背景误差协方差非均匀且各向异性,观测信息传播应随地形高度变化。为此,采用美国国家气象中心NMC方法统计复杂地形下背景误差水平相关结构,构建包含地形高度和地形梯度影响的高斯相关模型,并将改进的水平相关模型应用于CMA-MESO三维变分分析。理想试验表明:考虑地形项的水平相关模型方案使观测信息以随地形高度变化的各向异性形式传播,越过大地形观测信息影响明显减弱,分析增量更加合理。我国北方一次强降水过程分析预报试验表明:随地形高度变化的水平相关模型方案使地面观测信息各向异性传播,削弱了大地形处近地面的分析增量,对降水预报略有正贡献。针对华东地区降水过程进行5 d逐小时快速更新分析预报循环试验结果表明,随地形变化的水平相关模型方案对10 m风场和24 h时效内降水预报有正贡献。 展开更多
关键词 背景误差 水平相关模型 地形 三维变分 cma-meso
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CMA-MESO千米尺度变分同化系统中极小化控制变量的重构 被引量:5
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作者 王瑞春 龚建东 孙健 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期208-221,共14页
重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向... 重构GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)全球、区域一体化变分同化系统中的极小化控制变量,提升中、小尺度同化分析能力,为中国气象局业务区域数值预报系统CMA-MESO提供千米尺度适用的同化方案。新方案用纬向风速(u)和经向风速(v)替代原有流函数和势函数作为新的风场控制变量,采用温度和地面气压(T,ps)替代原有非平衡无量纲气压作为新的质量场控制变量,同时不再考虑准地转平衡约束,而是采用连续方程弱约束保证分析平衡。背景误差参数统计和数值试验结果表明,采用重构后的极小化控制变量,观测信息传播更加局地,分析结构更加合理,避免了原方案在中、小尺度应用时存在的虚假相关问题。连续方程弱约束的引入,限制了同化分析中辐合、辐散的不合理增长,帮助新方案在分析更加局地的同时保证分析平衡。为期1个月的连续同化循环和预报试验结果表明,新方案可以减小风场和质量场分析误差,CMAMESO系统地面降水和10 m风场的预报评分显著提升。 展开更多
关键词 cma-meso 千米尺度变分同化 控制变量 平衡约束
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背景误差尺度分离与多尺度混合滤波技术在CMA-MESO 3km系统的应用 被引量:7
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作者 徐枝芳 王瑞春 《气象》 CSCD 北大核心 2022年第12期1525-1538,共14页
为提高CMA-MESO 3 km系统降水预报能力,采用二维离散余弦变换对2018年6月2日至8月31日3个月格点背景误差样本结合模式分辨率和天气系统尺度范围划分进行3种尺度分离,并对这3种尺度背景误差样本分别进行水平协相关尺度拟合,通过采用3个... 为提高CMA-MESO 3 km系统降水预报能力,采用二维离散余弦变换对2018年6月2日至8月31日3个月格点背景误差样本结合模式分辨率和天气系统尺度范围划分进行3种尺度分离,并对这3种尺度背景误差样本分别进行水平协相关尺度拟合,通过采用3个不同水平特征相关尺度的递归滤波器在CMA-MESO三维变分同化系统中实现3种拟合水平协相关尺度应用,替代业务测试系统单一水平特征相关尺度,开展个例和连续试验分析。研究结果表明,采用二维离散余弦变换尺度分离背景误差样本的3种水平特征相关尺度垂直结构相似,水平特征尺度的水平尺度相隔几十至几百千米。拟合水平特征相关尺度在CMA-MESO 3 km系统应用结果显示,3种水平特征相关尺度试验对u风、v风、湿度分析有明显正影响,分析更接近实况,对温度分析影响较小;对降水预报有改善,冷启动预报前6 h的TS评分提高明显,偏差(Bias)减小向1靠近,暖启动24 h逐6 h降水预报TS评分都小幅提升,Bias差异不大。 展开更多
关键词 背景误差 尺度分离 二维离散余弦变换 水平特征相关尺度 cma-meso 3km
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CMA-MESO三维变分同化系统2m相对湿度资料同化研究 被引量:6
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作者 徐枝芳 吴洋 +1 位作者 龚建东 蔡怡 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期943-955,共13页
为了提高CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale model)(原GRAPES)三维变分同化系统中2 m相对湿度资料的应用效果,改善模式中相对湿度的分析和降水预报效果,分析了2015年6—8月T639(T639L60全球中期数值预报系统,0.28... 为了提高CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale model)(原GRAPES)三维变分同化系统中2 m相对湿度资料的应用效果,改善模式中相对湿度的分析和降水预报效果,分析了2015年6—8月T639(T639L60全球中期数值预报系统,0.28125°×0.28125°)分析场低层相对湿度和2 m相对湿度之差与表征稳定度的理查森数(Ri)的关系,发现二者有很好的相关,Ri<0时,模式低层相对湿度与2 m相对湿度的差异较小,基本在同化观测误差范围内。依据该统计结果,对CMA-MESO同化系统中2 m相对湿度同化方案进行优化,Ri<0时,将观测站地形低于模式地形的2 m相对湿度观测由观测站高度改为模式最低层高度进行同化,形成新的2 m相对湿度同化方案,旨在解决2 m相对湿度资料同化时模式地形高度与观测站高度不同的影响。2018年7月CMA-MESO三维变分同化系统(3DVar)个例和连续试验结果显示:新的2 m相对湿度同化方案同化分析资料数量明显增加,且08时多于20时(北京时),新增观测点新息向量(背景减观测)与周围原有观测新息向量保持基本一致,分析残差偏差和均方根误差减小,降水预报效果明显改善。新2 m相对湿度同化方案通过提高观测站低于模式地形高度的观测资料合理应用,从而改善了3 km模式系统同化分析和预报效果。 展开更多
关键词 2m相对湿度 cma-meso 3DVar 同化 理查森数
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基于CMA-MESO的分级短时强降水概率预报方法研究 被引量:8
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作者 钟敏 肖安 许冠宇 《干旱气象》 2022年第4期700-709,共10页
随着预报服务需求不断增长和预报内容日趋精细化,仅针对20 mm·h^(-1)以上的短时强降水预报已不能完全满足业务需要,开展不同雨强等级的短时强降水预报方法研究显得十分必要。利用2016—2019年6—8月中国南方9省1市的国家及区域气... 随着预报服务需求不断增长和预报内容日趋精细化,仅针对20 mm·h^(-1)以上的短时强降水预报已不能完全满足业务需要,开展不同雨强等级的短时强降水预报方法研究显得十分必要。利用2016—2019年6—8月中国南方9省1市的国家及区域气象站共51355站次短时强降水样本,将雨强R分为4个等级:20≤R<30 mm·h^(-1)、30≤R<50 mm·h^(-1)、50≤R<80 mm·h^(-1)及R≥80 mm·h^(-1)(分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)。将各级样本与同时段CMA-MESO(China Meteorological Administration mesoscale model)数值预报模式初始场进行时空匹配,提取22个相关物理量建立数据集并进行百分位值统计;利用XG⁃Boost(extreme gradient boosting)机器学习方法对物理量进行重要性排序以确定权重系数;应用连续概率预报方法,选用升、降半岭函数作为隶属函数,建立不同等级短时强降水概率预报模型。运用该模型在2020年汛期进行实时业务预报,并对湖北省2020年6—8月15次大暴雨过程0~36 h预报时效的逐小时不同等级短时强降水概率预报产品进行检验,结果表明:Ⅰ级概率预报产品60%阈值的TS评分(0.145)最好,对应命中率为55.7%;Ⅱ级概率预报产品65%阈值的TS评分(0.083)最好,对应命中率为39.1%;Ⅲ级概率预报产品70%阈值的TS评分(0.03)最好,对应命中率为21.7%;Ⅳ级概率预报产品80%阈值的TS评分(0.005)最好,对应命中率为5.8%。对不同等级雨强个例对比检验表明,各级概率预报产品对CMA-MESO模式在同时次不同等级短时强降水预报上均有较好的订正作用。对3次强降水过程逐小时预报检验表明,I级概率预报产品命中率为40%~80%,空报率为50%~90%,预报时效达36 h,普遍优于同时次CMA-MESO降水量预报。本研究对不同等级短时强降水分型建模并在实际预报中有较好的参考性,能够对CMA-MESO的降水预报起到订正作用。 展开更多
关键词 cma-meso 分级降水 短时强降水 概率预报
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葵花-8卫星AOD资料在CMA-MESO/CUACE CW 3DVar同化系统中的个例应用研究
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作者 田伟红 庄照荣 +1 位作者 韩威 沈学顺 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第5期1259-1270,共12页
CMA-MESO/CUACE CW化学天气耦合模式是自主研发的大气化学耦合模式,目前CMA-MESO/CUACE CW3DVar同化系统实现了地面气溶胶观测可吸入颗粒物PM_(2.5)和PM10的同化,为增强耦合同化系统非常规观测的同化能力,文中在CMA-MESO大气化学天气耦... CMA-MESO/CUACE CW化学天气耦合模式是自主研发的大气化学耦合模式,目前CMA-MESO/CUACE CW3DVar同化系统实现了地面气溶胶观测可吸入颗粒物PM_(2.5)和PM10的同化,为增强耦合同化系统非常规观测的同化能力,文中在CMA-MESO大气化学天气耦合三维变分同化框架基础上,利用查表法获得气溶胶消光系数,然后建立气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)和气溶胶组分之间关系的观测算子、切线性观测算子和伴随观测算子,实现AOD观测资料的同化应用。针对2016年12月18-20日华北、黄淮地区一次污染天气过程进行同化预报试验,试验结果表明同化葵花-8卫星(Hi‐mawari-8)气溶胶光学厚度观测后,PM_(2.5)分析的重污染区范围有所扩大,山西东南部分析与实况分布更为接近,但是山东大部地区PM_(2.5)分析偏强,与观测相比PM_(2.5)质量浓度存在高估。同时同化Himawari-8 AOD观测和地面气溶胶站点观测的PM_(2.5)分析最优,分析与观测距平相关系数最高,平均偏差、均方根误差及标准差最小。重污染区的PM_(2.5)预报检验结果表明,同化Himawari-8AOD观测对大于350µg·m^(-3)量级PM_(2.5)预报正贡献可以持续到48 h,但整体来说,同时同化Himawari-8AOD观测和地面气溶胶站点观测对各个量级的PM_(2.5)质量浓度预报质量最优。 展开更多
关键词 气溶胶光学厚度观测(AOD) cma-meso三维变分 CUACE 葵花-8(Himawari-8)
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