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行业专项成果综述-华南暖区暴雨发生发展机制及关键预报技术研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/10/26 16:20:21   标签:   浏览次数:3818

项目编号GYHY201406003

研究周期2014年1月2016年12月

国拨经费254万元

项目负责人】姜智娜

项目骨干成员】陈涛、杨帅、钟水新、梁建茵、廖菲、吴乃庚、尹金方、梁钊明、王鑫

项目承担单位中国气象科学研究院

项目协作单位】国家气象中心、中国科学院大气物理研究所、中国气象局广州热带海洋气象研究所、广东省气象台、广州市气象局、中国科学院南海海洋研究所

主要研究成果

业务预报实践表明目前暖区对流性暴雨的主观预报、数值预报准确率都相当低;同时在大多数的华南暖区暴雨过程中,天气尺度系统动力强迫往往不足以确定暖区暴雨的落区和量级,天气背景形势分析相当困难。本项目旨在拓展对华南暖区暴雨的科学认识,深入探讨华南暖区暴雨的气候分布特征,在深化对华南暖区暴雨中尺度概念模型建设的基础上,根据历史统计和业务模式预报检验,发展针对华南暖区暴雨的客观预报技术。主要研究内容和成果包括如下三个方面:

1)华南暖区暴雨的气候统计特征和中尺度概念模型

针对2008-20144-6月期间华南前汛期区域性暖区暴雨过程,根据天气形势大致分为锋前型、暖湿气流型、低涡型三种基本类型,对比分析了不同类型暖区暴雨的降水分布、环境场特征、形成暖区暴雨的MCS的卫星和雷达回波特征;揭示了下垫面过程(如城市下垫面和人为热等)对暖区暴雨的影响;给出了暖区暴雨的云微物理特征;分析了暖区暴雨的对流启动机制,指出中尺度辐合线、冷池传播、中尺度地形等对对流系统组织过程的影响,建立了中尺度概念模型,加深了预报员对华南暖区暴雨成因的认识。

2)暖区暴雨诊断预报系统

借助于可诊断和预示暴雨发生发展的集合动力因子预报系统,诊断了适合于华南暖区暴雨的不稳定判据,建立了暖区暴雨的诊断预报系统;利用风廓线雷达资料,对暖区暴雨过程中的低空急流强度、低空急流下传高度、低空急流指数以及各层垂直风切变等物理量进行了分析研究,将各类阈值融入到广州市气象台短时临近预报业务系统中;利用微波辐射计的参数产品,建立了暖区暴雨背景下短时强降水的监测指标。以上诊断方法在广州市气象局应用,提高了暖区暴雨的预报准确率。

3)暖区暴雨客观预报方法

基于传统逻辑回归降水概率预报模型,基于配料法思想,通过对于热力条件、水汽条件、和不稳定的条件的回算训练,提高模型对于对流性降水的识别能力,利用5年历史资料建立模型,预测暖区暴雨。考虑全球模式无法分辨中尺度系统的生消移动,利用华东区域模式的降水预报概率匹配大尺度模式对流性降水预报,在全球模式中融合中尺度模式降水,进一步提高对于暖区暴雨量级分布的预报能力(图2)。

成果应用情况

该项目拓展了90年代以来针对华南暖区暴雨的科学认识,对于深入认识华南暖区暴雨的气候分布特征具有较为重要的意义,其中对于天气尺度和中尺度概念模型的分析总结有助于预报员进一步建立主观预报思路,对于华南暖区暴雨对流系统时空分布、发展特征的统计性研究有助于建立概念模型与局地性暴雨的理论联系,并有助于短时临近预报业务应用。

针对GRAPES区域模式对华南暖区暴雨预报能力偏弱的问题,主要原因之一是模式对复杂地形下南风预报偏强所致。于是,在边界层参数化过程中,通过在动量平衡方程中增加一动量沉积项,并在模式第一层中考虑此拖曳对风场的影响。其中拖曳项中对地形高度取周围格点最大值,由此减少因网格平均法对拖曳力计算的低估。结果表明,该方案能有效改进模式对近地层风场的预报。该成果应用在广东省气象局等业务预报单位应用。

针对暖区暴雨的特点,建立了集合动力因子预报系统,此外结合风廓线雷达资料、微波辐射计的参数产品,建立了暖区暴雨预警指标以及暖区暴雨背景下短时强降水的监测指标。以上诊断方法在广州市气象局应用,提高了暖区暴雨的预报准确率。

    基于传统逻辑回归降水概率预报模型,基于配料法思想,建立了暖区暴雨的客观预报系统,在全球模式中融合中尺度模式降水,进一步提高对于暖区暴雨量级分布的预报能力。在2016年开始在国家气象中心业务内网部署,经20175-9月汛期检验,较原始全球静力模式预报效果提高明显。

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