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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-CPEPS和CMA-REPS集合预报系统对2023年中国汛期降水预报的对比评估
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作者 熊洁 李俊 +3 位作者 陈法敬 李红祺 王明欢 康兆萍 《气象》 北大核心 2025年第9期1046-1060,共15页
基于CMA对流尺度集合预报系统(CMA-CPEPS)和区域集合预报系统(CMA-REPS)对2023年中国汛期(6月15日至8月28日)降水预报性能进行评估,并检验“23·7”华北特大暴雨过程的预报,得到如下主要结论:CMA-REPS存在降水预报系统性偏强的问题,... 基于CMA对流尺度集合预报系统(CMA-CPEPS)和区域集合预报系统(CMA-REPS)对2023年中国汛期(6月15日至8月28日)降水预报性能进行评估,并检验“23·7”华北特大暴雨过程的预报,得到如下主要结论:CMA-REPS存在降水预报系统性偏强的问题,CMA-CPEPS显著改善了这一问题;相比于CMA-REPS,CMA-CPEPS对晴雨的预报及其随时间变化的预报能力明显更优,且对降水的概率预报和分辨能力更好;CMA-CPEPS和CMA-REPS离散度均偏小,两套系统离散度与均方根误差的比值及空间相关系数均相当;对于“23·7”华北特大暴雨过程的预报,CMA-CPEPS比CMA-REPS展现出更强的时空分布细节捕捉能力,且CMA-CPEPS在降水强度、降水强度随时间演变趋势以及强降水的时空分辨能力方面均更出色,尤其在短历时强降水的预报上具有明显优势。总体来说,CMA-CPEPS对2023年中国汛期降水的预报能力在CMA-REPS基础上提升明显。 展开更多
关键词 CMA对流尺度集合预报系统(CMA-CPEPS) CMA区域集合预报系统(CMA-REPS) “23·7”华北特大暴雨 FSS评分
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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-GFS模式的冷云作业潜势预报研究
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作者 孙晶 史月琴 +3 位作者 左懂飞 麦榕 安英玉 陈英英 《气象科技》 2025年第6期869-879,共11页
利用中国气象局全球数值预报模式CMA-GFS的温湿度预报参量,实现了不同云层云顶温度计算,对有利降水产生的过冷水潜势进行识别,形成168 h预报时效内的全国范围人影冷云作业潜势预报产品,结合人影飞机观测对过冷水潜势算法和冷云作业潜势... 利用中国气象局全球数值预报模式CMA-GFS的温湿度预报参量,实现了不同云层云顶温度计算,对有利降水产生的过冷水潜势进行识别,形成168 h预报时效内的全国范围人影冷云作业潜势预报产品,结合人影飞机观测对过冷水潜势算法和冷云作业潜势预报进行了检验。结果表明:过冷水潜势算法可以合理表达过冷水出现的可能性,阈值为15%时积冰命中率为97.7%,无积冰命中率66.0%;阈值为25%时的预报技巧评分最高为0.74。冷云作业潜势预报产品在2024年春季人影增雨作业中开展了应用,以40%为识别阈值则8架次含过冷水的积冰个例预报命中率在87.5%,2架次无过冷水积冰个例预报均准确,可预报时效在60~168 h之间,潜势大小可以反映积冰和过冷水的强弱,相比定量过冷水预报有一定优势。该产品可为提前1周开展人影作业过程预报和作业展望业务提供技术支撑。 展开更多
关键词 CMA-GFS 人工影响天气 过冷水 潜势预报 积冰
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基于两类CMA模式的西南涡暖区暴雨预报差异评估
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作者 王彬雁 肖红茹 +2 位作者 王佳津 李志远 曹萍萍 《高原山地气象研究》 2025年第3期111-119,共9页
为了评估CMA系列模式在四川地区西南涡暴雨过程中的预报效果,本文利用目标对象检验法,对比分析了CMAMESO和CMA-GFS模式预报不同类型西南涡暖区暴雨的能力差异。结果表明:(1)对于九龙涡型西南涡暖区暴雨过程,CMA-MESO模式的降水空间预报... 为了评估CMA系列模式在四川地区西南涡暴雨过程中的预报效果,本文利用目标对象检验法,对比分析了CMAMESO和CMA-GFS模式预报不同类型西南涡暖区暴雨的能力差异。结果表明:(1)对于九龙涡型西南涡暖区暴雨过程,CMA-MESO模式的降水空间预报能力更稳定,参考价值优于CMA-GFS;(2)对于盆地涡型西南涡暖区暴雨过程,虽然CMAGFS模式降水空间预报较CMA-MESO略稳定,但CMA-MESO空间检验总评分更高;(3)CMA-GFS模式在不同类型西南涡暖区暴雨过程中,对大雨以上量级降水的雨带位置、走向预报均与实况较为一致,但对九龙涡型西南涡暖区暴雨过程的降水均值、极值及面积预报均较实况偏小;(4)CMA-MESO大部分时段对大雨以上量级降水的雨带位置、均值和极值强度预报与实况基本一致,但面积预报易较实况偏小;(5)两类模式对高度场的预报效果最好,风场次之,低层温度、湿度场较差。 展开更多
关键词 CMA模式 西南涡 目标对象检验
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基于扰动观测的EDA方法在CMA集合预报中的应用
6
作者 张涵斌 夏宇 曹亚杰 《应用气象学报》 北大核心 2025年第2期129-141,共13页
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
关键词 CMA-MESO模式 对流尺度集合预报 观测扰动 集合资料同化
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CMA数值预报模式在线交互式试验管理系统 被引量:2
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作者 王彬 胡江凯 +4 位作者 崔应杰 周斌 孙婧 赵春燕 娄盼星 《应用气象学报》 北大核心 2025年第1期110-120,共11页
数值预报研发试验是改进数值预报模式性能的主要技术手段。模式试验管理系统是支持研发试验不可或缺的工具平台。面向数值预报统筹研发工作机制需要,并借鉴国内外相关研究工作,设计数值预报模式在线交互式试验管理系统。该系统采用浏览... 数值预报研发试验是改进数值预报模式性能的主要技术手段。模式试验管理系统是支持研发试验不可或缺的工具平台。面向数值预报统筹研发工作机制需要,并借鉴国内外相关研究工作,设计数值预报模式在线交互式试验管理系统。该系统采用浏览器/服务器软件部署架构,提供模板编辑-流程编排-实例构建功能,支持灵活快捷设计模式试验,所有模块完全打通、一站式访问使用,通过个例数据治理、程序代码制品缓存等手段提升用户体验。系统实现对模式试验全过程的支持,包括模式试验的设计定义、试验实例的创建运行、作业监控管理、结果可视化与检验分析。系统已于2023年上线业务运行,多场景支持数值预报国省统筹研发。 展开更多
关键词 数值预报模式 模式试验 试验管理系统 在线 交互式
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Global Ensemble Weather Prediction from a Deep Learning–Based Model(Pangu-Weather)with the Initial Condition Perturbations of CMA-GEPS
8
作者 Xin LIU Jing CHEN +6 位作者 Yuejian ZHU Yongzhu LIU Fajing CHEN Zhenhua HUO Fei PENG Yanan MA Yuhang GONG 《Advances in Atmospheric Sciences》 2025年第8期1636-1660,共25页
Pangu-Weather(PGW),trained with deep learning–based methods(DL-based model),shows significant potential for global medium-range weather forecasting.However,the interpretability and trustworthiness of global medium-ra... Pangu-Weather(PGW),trained with deep learning–based methods(DL-based model),shows significant potential for global medium-range weather forecasting.However,the interpretability and trustworthiness of global medium-range DLbased models raise many concerns.This study uses the singular vector(SV)initial condition(IC)perturbations of the China Meteorological Administration's Global Ensemble Prediction System(CMA-GEPS)as inputs of PGW for global ensemble prediction(PGW-GEPS)to investigate the ensemble forecast sensitivity of DL-based models to the IC errors.Meanwhile,the CMA-GEPS forecasts serve as benchmarks for comparison and verification.The spatial structures and prediction performance of PGW-GEPS are discussed and compared to CMA-GEPS based on seasonal ensemble experiments.The results show that the ensemble mean and dispersion of PGW-GEPS are similar to those of CMA-GEPS in the medium range but with smoother forecasts.Meanwhile,PGW-GEPS is sensitive to the SV IC perturbations.Specifically,PGWGEPS can generate realistic ensemble spread beyond the sub-synoptic scale(wavenumbers≤64)with SV IC perturbations.However,PGW's kinetic energy is significantly reduced at the sub-synoptic scale,leading to error growth behavior inconsistent with CMA-GEPS at that scale.Thus,this behavior indicates that the effective resolution of PGW-GEPS is beyond the sub-synoptic scale and is limited to predicting mesoscale atmospheric motions.In terms of the global mediumrange ensemble prediction performance,the probability prediction skill of PGW-GEPS is comparable to CMA-GEPS in the extratropic when they use the same IC perturbations.That means that PGW has a general ability to provide skillful global medium-range forecasts with different ICs from numerical weather prediction. 展开更多
关键词 deep learning ensemble prediction forecast uncertainty initial condition perturbations CMA-GEPS Pangu-Weather
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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:51
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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-GFS V4.0模式关键技术研发和业务化 被引量:21
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作者 张进 孙健 +12 位作者 沈学顺 苏勇 马占山 井浩 刘奇俊 张红亮 蒋沁谷 陈峰峰 李喆 金之雁 伍湘君 梁妙玲 刘琨 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期513-526,共14页
针对CMA-GFS V3.3强降水预报偏弱、西北太平洋副热带高压等天气系统预报衰减偏快以及模式计算效率偏低等问题,对模式物理过程与动力框架关键技术开展研发改进。在预报性能方面,通过在云微物理方案中增加霰粒子相关的微物理过程、调整蒸... 针对CMA-GFS V3.3强降水预报偏弱、西北太平洋副热带高压等天气系统预报衰减偏快以及模式计算效率偏低等问题,对模式物理过程与动力框架关键技术开展研发改进。在预报性能方面,通过在云微物理方案中增加霰粒子相关的微物理过程、调整蒸发速率,并在积云对流方案中改进触发条件、卷入率、准平衡闭合假定等关键因子的参数化方法,缓解模式强降水预报不足和小雨过多的问题;采用质量守恒修正算法解决模式长时间积分质量损失问题,改善天气形势预报。在计算效率方面,研制二维参考廓线方案延长模式积分时间步长,开发预条件经典斯蒂菲尔迭代(PCSI)算法提高Helmholtz方程的求解效率,对辐射方案、预估-修正算法等进行计算效率优化。通过上述关键技术的研发和应用,CMA-GFS在降水和天气形势方面的预报技巧得到显著提升,计算效率提高1/3左右,满足模式在0.125°分辨率下业务运行的时效要求,为CMA-GFS V3.3升级到V4.0奠定了基础。 展开更多
关键词 CMA-GFS 云微物理 对流参数化 质量守恒修正 参考廓线
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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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CMA-GFS全球预报系统中的台风初始化 被引量:7
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作者 瞿安祥 麻素红 +1 位作者 张进 刘艳 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期269-279,共11页
在CMA-GFS(CMA Global Forecast System)全球四维变分资料同化系统(4DVar)基础上,参照BDA(Bogus Data Assimilation)方法,建立了一个全球模式台风初始化方案。该方案通过4DVar同化窗口吸收诊断处理后的1 h间隔台风中心定位及中心气压信... 在CMA-GFS(CMA Global Forecast System)全球四维变分资料同化系统(4DVar)基础上,参照BDA(Bogus Data Assimilation)方法,建立了一个全球模式台风初始化方案。该方案通过4DVar同化窗口吸收诊断处理后的1 h间隔台风中心定位及中心气压信息,利用模式动力物理约束产生台风环流。同时,考虑到模式对台风的分辨能力,中心气压数据误差采用动态调整技术。2016年西北太平洋22个台风的试验表明,新方案不仅可以促进初始场中台风环流的生成,还可以显著减小CMAGFS全球预报系统的台风路径和强度预报平均误差,具有业务应用前景。 展开更多
关键词 CMA-GFS全球预报系统 台风初始化 四维变分资料同化系统(4DVar) 台风预报
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一种CMA数值预报模式代码质量检测方法与实现
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作者 李佳静 杨泽 +3 位作者 王彬 刘易凡 董泽信 孟涛 《应用气象学报》 北大核心 2025年第2期155-163,共9页
中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满... 中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满足需要。为解决上述问题,该文针对子程序定义、数组操作和I/O操作等常见编程规则设计检测方法。该方法采用程序代码解析、抽象语法树匹配和流敏感的静态程序检测等关键技术,其中对分支和循环语句的分析方法有效避免了路径爆炸问题。基于该方法的检测工具在数值预报科创平台V1.0代码协同开发栏目提供使用,并应用于CMA区域数值模式的国省统筹研发。 展开更多
关键词 数值预报模式代码 代码质量 抽象语法树匹配 流敏感程序分析 有穷状态机
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CMA-GFS 4DVar边界层过程线性化的改进 被引量:7
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作者 刘永柱 张林 +1 位作者 陈炯 王超 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期15-26,共12页
持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采... 持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采用基于Lorenz跳点的边界层线性化方案。为改善CMA-GFS 4DVar系统的边界层分析和预报效果,基于C-P跳点的边界层参数化方案研发了新边界层线性化方案,并通过对方案中地表热量通量和水汽通量扰动、自由大气的理查逊系数扰动、边界层的热量和动量交换系数扰动等进行更加精细地规约化约束,在确保CMA-GFS切线性和伴随模式稳定运行的情况下,减少线性化过程对切线性模式预报精度的影响。切线性近似试验检验表明:相较于原方案,新边界层线性化方案可以减少边界层位温和比湿的相对误差,最大可减少10%。批量4DVar循环同化试验表明:新边界层线性化方案可以有效改善切线性模式对低层位温、风场和比湿扰动的预报精度,减少4DVar内外循环目标泛函的相对差异,并提高700 hPa位势高度的可预报时效。 展开更多
关键词 边界层过程 线性化物理过程 CMA-GFS 四维变分同化
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CMA-GFS云预报的偏差分布特征 被引量:15
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作者 李喆 陈炯 +3 位作者 马占山 陆慧娟 胡江凯 刘奇俊 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期527-540,共14页
利用2021年3月—2022年2月ERA5再分析数据云量、云水凝物对中国气象局研发的全球数值预报系统CMA-GFS同期云量产品和由云量、云水凝物产品计算的云发生、云水凝物积分的偏差特征进行诊断评估,初步探讨了CMA-GFS云预报偏差存在的可能原... 利用2021年3月—2022年2月ERA5再分析数据云量、云水凝物对中国气象局研发的全球数值预报系统CMA-GFS同期云量产品和由云量、云水凝物产品计算的云发生、云水凝物积分的偏差特征进行诊断评估,初步探讨了CMA-GFS云预报偏差存在的可能原因。结果显示:CMA-GFS云量、云水凝物的分布较为合理,CMA-GFS能够描绘全球云量、云水凝物的分布特征,并能够反映季节特征;CMA-GFS预报高云和中云的云量偏差大于低云的云量偏差,而高云和中云的云量均方根误差较低云偏小,说明模式高云和中云的预报稳定性优于低云;与ERA5再分析数据相比,CMA-GFS液相水凝物积分以负偏差为主,冰相水凝物积分以正偏差为主;云量、云水凝物的偏差在不同地区成因不同,在热带地区的偏差与对流参数化和微物理方案不协调有关,在南北半球中高纬度地区的偏差与相对湿度偏差相关。 展开更多
关键词 CMAGFS 云发生 云量 水凝物积分
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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:7
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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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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:4
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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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水平分辨率对CMA-REPS集合预报技巧的影响
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作者 叶茂 陈良吕 王婧卓 《气象》 北大核心 2025年第2期153-166,共14页
中国气象局地球系统数值预报中心目前正在研发3 km水平分辨率的区域集合预报系统,鉴于西南地区复杂的地形和天气背景以及CMA区域模式在西南地区的降水预报产品适用性不强等问题,拟在研发过程中重点关注提高CMA区域集合预报系统水平分辨... 中国气象局地球系统数值预报中心目前正在研发3 km水平分辨率的区域集合预报系统,鉴于西南地区复杂的地形和天气背景以及CMA区域模式在西南地区的降水预报产品适用性不强等问题,拟在研发过程中重点关注提高CMA区域集合预报系统水平分辨率对西南地区降水预报的影响。鉴于此,文章基于CMA区域集合预报系统设计水平分辨率为3 km和10 km的两组集合预报试验,针对西南地区复杂地形下2020年8月四川盆地西部频繁的降水过程开展为期25 d的连续试验,并对试验结果进行检验评估和对比分析。结果表明,提高水平分辨率有助于增大各垂直层次的扰动能量,更好地描述中小尺度波动的预报不确定性。由等压面和地面要素检验可知,提高水平分辨率有助于增大集合离散度,改进风场、温度和降水的概率预报技巧,提高降水预报的准确率,但3 km集合预报系统仍存在离散度明显不足的问题。强降水个例分析表明,提高水平分辨率有助于更精细地模拟多尺度地形,更准确地反映暴雨区的水汽条件和动力结构,从而提升对强降水的预报效果。 展开更多
关键词 区域集合预报 集合预报技巧 水平分辨率 西南地区
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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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