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尺度分解技术在定量降水临近预报检验中的应用

孔荣 王建捷 梁丰 赵文芳

孔荣, 王建捷, 梁丰, 等. 尺度分解技术在定量降水临近预报检验中的应用. 应用气象学报, 2010, 21(5): 535-544..
引用本文: 孔荣, 王建捷, 梁丰, 等. 尺度分解技术在定量降水临近预报检验中的应用. 应用气象学报, 2010, 21(5): 535-544.
Kong Rong, Wang Jianjie, Liang Feng, et al. Applying scale decomposition method to verification of quantitative precipitation nowcasts. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(5): 535-544.
Citation: Kong Rong, Wang Jianjie, Liang Feng, et al. Applying scale decomposition method to verification of quantitative precipitation nowcasts. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(5): 535-544.

尺度分解技术在定量降水临近预报检验中的应用

资助项目: 

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项“强度-尺度等新技术在精细预报检验中的应用"课题 IUMKY200808

北京市科技计划“奥运绿色通道"项目“北京奥运会国际天气预报示范计划支持技术研究"课题 Z0006279040191

2007年公益类行业专项“京津冀城市群强对流天气短时临近预报关键技术研究"项目 GYHY (QX)2007-06004

Applying Scale Decomposition Method to Verification of Quantitative Precipitation Nowcasts

  • 摘要: 采用2004年Casati提出的强度尺度检验技术,选取2008年汛期代表不同类型降水(对流云降水、层状云降水、混合云降水)的4个降水过程,从尺度分解角度入手,对“世界气象组织天气研究计划——北京奥运会预报示范项目”(WWRP B08FDP)项目中4个临近预报参加系统(BJANC, GRAPES SWIFT, STEPS, CARDS)的1 h定量降水预报进行时空尺度分解检验,研究降水预报技巧与降水时空尺度和强度之间的关系。结果表明:尽管目前国际先进的临近预报系统的水平分辨率已高达1 2 km,但其有技巧的临近预报能力主要集中于空间尺度大于32 km、时间尺度大于1 h的降水系统,而对小于这些尺度的降水系统预报能力仍非常有限;在不同时空尺度的临近预报降水误差中,60%以上的误差来自于空间尺度小于8 km的降水,85%以上的误差来自于时间尺度小于1 h的降水,传统的外推技术不能满足这些较小时空尺度降水预报的需求,要发展有效的预报方法来提高较小时空尺度降水的预报能力。将基于外推的临近预报和基于稠密观测资料、快速更新的数值预报的潜势预报相结合可能是一条有效的解决途径。
  • 图  1  一维哈尔小波变换示意图

    Fig. 1  Schematic diagram of one dimensional Harr wavelet transform

    图  2  检验区域示意图 (覆盖北京及其周边地区512km×512km的范围)

    Fig. 2  Schematic figure of verification region (512 km×512 km cover Beijing area)

    图  3  2008年B08FDP示范期间6个主要降水个例在不同空间尺度 (a) 和时间尺度 (b) 上1h降水的特征能量 (用母小波的平方表示) 与所有尺度上总能量比率分布图 (尺度分解图中每个个例都取其过程平均值)

    Fig. 3  1-hour precipitation energy (Wml2) ratio of different spatial scale (a) and temporal scale (b) to the whole scales (from analysis fields) for 6 cases during B08FDP demo period

    图  4  2008年7月14日09:00—7月15日09:00(a), 8月8日19:00—8月9日12:00(b), 8月14日11:00—22:00(c), 8月21日12:00—8月22日07:00(d) 临近预报系统 (4个系统平均)1 h定量降水预报技巧同降水的空间尺度和阈值强度之间的变化关系 (每个个例都取其过程平均值)

    Fig. 4  Skill score distribution of 1-hour precipitation forecast (average of 4 systems) with precipitation spatial scale and intensity for 4 cases (taking the process average for every case) in 2008 (a) 09:00 14 July—09:00 15 July, (b) 19:00 8 August—12:00 9 August, (c) 11:00—22:00 14 August, (d) 12:00 21 August—07:00 22 August

    图  5  2008年7月14日09:00—7月15日09:00 (a), 8月8日19:00—8月9日12:00 (b), 8月14日11:00—22:00 (c), 8月21日12:00—8月22日07:00临近预报系统在不同降水阈值、不同特征尺度上的1h定量降水预报误差与所有尺度总体误差的比率分布 (每个个例都取其过程平均值)

    Fig. 5  Error contribution of 1-hour precipitation forecast (average of 4 systems) on each scale to that of the sum of whole scales for 4 casesin 2008 (taking the process average for every case) (a) 09:00 14 July—09:00 15 July, (b) 19:00 8 August—12:00 9 August, (c) 11:00—22:00 14 August, (d) 12:00 21 August—07:00 22 August

    图  6  2008年7月14日09:00—7月15日09:00 (a), 8月8日19:00—8月9日12:00 (b), 8月14日11:00—22:00(c), 8月21日12:00—8月22日07:00(d) 临近预报系统1h定量降水预报技巧同降水的时间尺度和阈值强度之间的变化关系

    Fig. 6  Skill score distribution of 1-hour precipitation forecast with precipitation temporal scale and intensity for 4 casesin 2008 (a) 09:00 14 July—09:00 15 July, (b) 19:00 8 August—12:00 9 August, (c) 11:00—22:00 14 August, (d) 12:00 21 August—07:00 22 August

    图  7  2008年7月14日09:00—7月15日09:00(a), 8月8日19:00—8月9日12:00(b), 8月14日11:00—22:00(c), 8月21日12:00—8月22日07:00(d) 临近预报系统在不同降水阈值、不同时间尺度上1h定量降水预报误差与所有尺度总误差的比率

    Fig. 7  Error contribution of 1-hour precipitation forecast (average of 4 systems) on each temporal scale to that of the sum of whole scale for 4 cases in 2008 (a) 09:00 14July— 09:00 15 July, (b) 19:00 8 August—12:00 9 August, (c) 11:00—22:00 14 August, (d) 12:00 21 August—07:00 22 August

    表  1  事件A的概率分布表

    Table  1  Probability distribution of event A

    表  2  随机事件B的后验概率分布表

    Table  2  Posterior probability distribution of event B

    表  3  2008年主要降水过程

    Table  3  List of main rainfall processes in 2008

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出版历程
  • 收稿日期:  2009-07-13
  • 修回日期:  2010-07-17
  • 刊出日期:  2010-10-31

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