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GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用

朱立娟 龚建东 黄丽萍 陈德辉 江源 邓莲堂

朱立娟, 龚建东, 黄丽萍, 等. GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用. 应用气象学报, 2017, 28(1): 38-51. DOI: 10.11898/1001-7313.20170104..
引用本文: 朱立娟, 龚建东, 黄丽萍, 等. GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用. 应用气象学报, 2017, 28(1): 38-51. DOI: 10.11898/1001-7313.20170104.
Zhu lijuan, Gong Jiandong, Huang Liping, et al. Three-dimensional cloud initial field created and applied to GRAPES numerical weather prediction nowcasting. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 38-51. DOI:  10.11898/1001-7313.20170104.
Citation: Zhu lijuan, Gong Jiandong, Huang Liping, et al. Three-dimensional cloud initial field created and applied to GRAPES numerical weather prediction nowcasting. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 38-51. DOI:  10.11898/1001-7313.20170104.

GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用

DOI: 10.11898/1001-7313.20170104
资助项目: 

中国气象局数值预报GRAPES发展专项 GRAPES-FZZX-2016-03

国家重点基础研究发展计划 2013CB430106

国家自然科学基金项目 41275103

国家自然科学基金项目 41505093

公益性行业(气象)科研专项 GYHY-201206007

详细信息
    通信作者:

    朱立娟, email:juan6750482@163.com

Three-dimensional Cloud Initial Field Created and Applied to GRAPES Numerical Weather Prediction Nowcasting

  • 摘要: 围绕GRAPES_Meso的云初始场形成,以ARPS模式云分析方案为基础,优化诊断后应用我国风云二号静止气象卫星云产品、多普勒天气雷达三维组网拼图产品等观测资料结合模式背景信息,根据云热力-动力学原理及观测试验经验关系等,对云初始场的信息进行分析并通过松弛逼近同化方法实现对云内微物理信息同化应用。GRAPES_Meso中采用优化后的云初始场方案,水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°的1个月(2014年7月15日-8月14日)连续试验和个例分析结果显示:云初始场形成方案能够分析出飑线等天气系统的云系和云内微物理变量特征。从模拟云图看,包含云初始场信息的GRAPES_Meso的云系的形态特征和分布范围短时临近预报结果更为准确。云初始场信息同化应用后,在1 h的时间尺度上,即可预报出与实况更为接近的降水;0~12 h时间范围内对降水均有积极的影响,可满足短时临近预报的需求,降水量级略偏大。批量连续试验(水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°)的各个量级降水ETS(equitable threat score)评分都显著提高。
  • 图  1  云初始场形成流程图

    Fig. 1  Flowchart of cloud initial field construction

    图  2  优化后的相对湿度与格点云量关系

    Fig. 2  The relationship between relative humidity and grid cloud fraction

    图  3  2014年7月18日12:00雷达组合反射率因子(a)和12:00-18:00 6 h实况降水(b)

    Fig. 3  Radar composite reflectiveity at 1200 UTC 18 Jul 2014(a) and 6 h accumulate precipitation observation from 1200 UTC to 1800 UTC on 18 Jul 2014(b)

    图  4  应用观测资料分布(a) FY-2E总云量, (b) FY-2E小时平均亮温, (c)雷达反射率因子

    Fig. 4  Distribution of experiment data source (a) FY-2E total amount of cloud, (b) hourly TBB of FY-2E, (c) radar reflectivity factor

    图  5  2014年7月18日12:00云初始场水物质垂直累积含量(单位:g·kg-1) (a)云水,(b)云冰,(c)雨水,(d)雪,(e)雹,(f)水汽

    Fig. 5  Vertically integrated cloud hydrometer at 1200 UTC 18 Jul 2014(unit:g·kg-1) (a) cloud water, (b) cloud ice, (c) rain water, (d) snow, (e) graupel, (f) vapor

    图  6  2014年7月18日FY-2E 6.8 μm水汽通道亮温(a)13:00观测,(b)13:00控制试验预报,(c)13:00敏感性试验预报,(d)15:00观测,(e)15:00控制试验预报,(f)15:00敏感性试验预报,(g)18:00观测,(h)18:00控制试验预报,(i)18:00敏感性试验预报

    Fig. 6  TBB of FY-2E 6.8 μm vaper channel on 18 Jul 2014 (a) measurement at 1300 UTC, (b) control test forecast at 1300 UTC, (c) sensitivity test forecast at 1300 UTC, (d) measurement at 1500 UTC, (e) control test forecast at 1500 UTC, (f) sensitivity test forecast at 1500 UTC, (g) measurement at 1800 UTC, (h) control test forecast at 1800 UTC, (i) sensitivity test forecast at 1800 UTC

    图  7  2014年7月18日FY-2E 11 μm红外通道亮温(a)13:00观测,(b)13:00控制试验预报,(c)13:00敏感性试验预报,(d)15:00观测,(e)15:00控制试验预报,(f)15:00敏感性试验预报,(g)18:00观测,(h)18:00控制试验预报,(i)18:00敏感性试验预报

    Fig. 7  TBB of FY-2E 11 μm infrared channel 18 Jul 2014 (a) measurement at 1300 UTC, (b) control test forecast at 1300 UTC, (c) sensitivity test forecast at 1300 UTC, (d) measurement at 1500 UTC, (e) control test forecast at 1500 UTC, (f) sensitivity test forecast at 1500 UTC, (g) measurement at 1800 UTC, (h) control test forecast at 1800 UTC, (i) sensitivity test forecast at 1800 UTC

    图  8  2014年7月18日雷达组合反射率因子(a)15:00观测,(b)15:00控制试验预报,(c)15:00敏感性试验预报,(d)17:00观测,(e)17:00控制试验预报,(f)17:00敏感性试验预报

    Fig. 8  Radar composite reflectivity factor on 18 Jul 2014 (a) observation at 1500 UTC, (b) control test forecast at 1500 UTC, (c) sensitivity test forecast at 1500 UTC, (d) observation at 1700 UTC, (e) control test forecast at 1700 UTC, (f) sensitivity test forecast at 1700 UTC

    图  9  2014年7月18日12:00-18:00模式预报6 h累积降水(单位:mm) (a)控制试验,(b)敏感性试验

    Fig. 9  6 h accumulate precipitation from 1200 UTC to 1800 UTC on 18 Jul 2014 (a) control test forecast, (b) sensitivity test forecast

    图  10  2014年7月15日-8月14日GRAPES_Meso (0.03°×0.03°)连续试验逐6 h累积降水ETS评分(a)0~6 h预报,(b)6~12 h预报,(c)12~18 h预报,(d)18~24 h预报

    Fig. 10  ETS of GRAPES_Meso with 0.03°×0.03° batch experiments from 15 Jul to 14 Aug in 2014 (a) forecast of 0-6 h, (b) forecast of 6-12 h, (c) forecast of 12-18 h, (d) forecast of 18-24 h

    图  11  2014年7月15日-8月14日GRAPES_Meso (0.1°×0.1°)连续试验逐6 h降水ETS评分(a) 0~6 h预报, (b)6~12 h预报, (c)12~18 h预报, (d)18~24 h预报

    Fig. 11  ETS of GRAPES_Meso with 0.1°×0.1° batch experiments from 15 Jul to 14 Aug in 2014 (a) forecast of 0-6 h, (b) forecast of 6-12 h, (c) forecast of 12-18 h, (d) forecast of 18-24 h

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-22
  • 修回日期:  2016-10-12
  • 刊出日期:  2017-01-31

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