国家重点基础研究项目 我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究

1. 国家重点基础研究项目 我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究 第四课题 我国南方中尺度暴雨预报的基本理论问题研究 课题情况汇报 课题编号:2004CB418304

2. 汇报提纲 • 课题内容简述 • 课题进展及成果 • 存在的主要问题

3. 一、课题内容简述

4. 研究内容 • 研究影响中尺度暴雨预报精度的动力与物理过程 • 定量研究模式初始条件与模式的不确定性对中尺度暴雨预报误差的贡献 • 我国南方暴雨预报最大能力估测及其影响因子的理论研究 • 中尺度暴雨预报的最优集合预报方法研究

5. 目标 以AREM模式为基础,通过建立暴雨数值预报模式的基本评估方法,开展模式在动力过程、物理过程、初值和边界强迫等方面的不确定性成因分析研究，结合集合预报和可预报性的理论研究，对AREM的可预报能力有个合理认识，并通过该课题的研究，建立一套开展中尺度暴雨数值预报模式可预报性研究的基本方法。

6. 课题分解 • 1 AREM暴雨预报的评估分析和能力估测 • AREM暴雨预报初值不确定性研究 • 南方暴雨降水结构观测分析与模式对比研究 • 4 AREM暴雨预报边界强迫的不确定性研究 • 5 暴雨可预报性问题理论研究 • 6 结合典型个例分析AREM预报的误差成因 • 7 基于AREM的暴雨集合预报方法研究

7. 2003 AREM南方暴雨 汛期试验和后报研究 2004 2005 暴雨预报的评估分析和能力估测—徐幼平、程锐 暴雨预报初值不确定性研究—王斌 南方暴雨降水结构观测分析与模式对比研究—傅云飞 暴雨预报边界强迫的不确定性研究—李昀英、徐海明 暴雨可预报性问题理论研究—林万涛 结合典型个例分析预报的误差成因—林永辉 暴雨集合预报方法研究—张立凤 通过该课题的研究，对AREM的暴雨可预报能力有个合理认识，建立一套开展中尺度暴雨数值预报模式可预报性研究的基本方法。

8. 二、课题进展及成果

9. 课题进展 2.1 开展了AREM暴雨预报的评估分析和能力估测分 析 2.2 进行了中国南方雨带分型及相应环流特征研究 2.3 对不同积云参数化方案的效果进行了分析和检验，特别分析了积云参数化方案对“云娜”降水预报的影响 2.4 完成了新的三维变分映射资料同化方法（3DVM)基本理论研究,并建立3DVM基本系统 2.5 分析研究了华南暴雨初值不确定性对模拟的影响 2.6 利用TRMM探测结果对热对流强降水进行了研究，并就TRMM探测的中国南方暴雨典型个例进行了筛选整理

10. 2.1 AREM暴雨预报的评估分析和能力估测分析 B.采用NMC降水统计评分算法，对AREM模式2003和2004年汛期（6~8月）的南方暴雨预报结果进行了统计检验，并用同一检验方法，对T213和日本模式同期的预报结果作了对比研究。结果初步表明，AREM对大到暴雨具有更好的预报能力。其主要体现在TS评分最高，而漏报率最小。但AREM的不足是，空报率比较大。

11. 2004年6~8月长江中下游及华南地区评分 TS评分 漏报率 空报率

12. 2.2 中国南方雨带分型及相应环流特征研究 ——主要研究进展 为了评估AREM对我国南方不同类型暴雨的预报能力和不足，用1988~2002年共计15年的汛期降水分析资料(合计1203天)，对南方暴雨进行了雨带分型研究，初步确定了五种常见的降水类型和基本天气变化型。它为开展模式动力及物理过程和初值不确定性对南方暴雨预报影响的分类研究提供了基础。

13. 2.3 不同积云参数化方案的效果分析 ——主要研究进展 将Tiedtke、Emanuel等积云对流参数化新方案引入AREM模式，并利用多个典型个例,开展了不同积云对流参数化方案对AREM暴雨预报影响的敏感性试验。初步结果表明，对于大陆地区,网格尺度凝结过程的作用要强于积云对流凝结过程，积云对流参数化方案差异对AREM暴雨预报的总体影响不很大。对热带洋面，Emanuel方案预报的对流性降水要大于Betts-miller和Tiedtke方案。不过，从总降水强度看，Emanuel方案一般较Betts-miller和Tiedtke方案预报得弱。

14. 2.3 不同积云参数化方案的效果分析 ——主要研究进展 开展了AREM对“云娜”台风过程的数值模拟和分析研究，检验和评估了AREM对台风暴雨过程的预报能力。本研究已表明，AREM模式对“云娜”台风过程具有比较好的预报能力。能准确地给出“云娜”台风的路径、云雨特征、热动力结构、登陆的时间、地点及其演变特征预报，并可以很好地保持初始场中台风暖心的结构特征。模式分辨率有助于提高对台风雨带结构的预报能力。不过，由于无台风初值化，所以模式对台风强度预报明显偏弱于实际。

15. 降水特征模拟与验证 37km 12km 观测（左）和模拟的降水 (中图为 mesh A，右为 mesh B) 从2004年8月11日1200 UTC 到8月12日 1200 UTC

16. 1300 UTC, 11 1700 UTC, 11 2100 UTC, 11 0100 UTC, 12 0900 UTC, 12 0500 UTC, 12 台风三维结构模拟 位温三维显示 ( =346K)

17. 2.4 新的三维变分映射资料同化方法基本理论 ——主要研究进展 完成了新的三维变分映射资料同化方法(Three dimensional variational mapped data assimila- -tion,简称3DVM)基本理论研究,并建立3DVM基本系统。选取1999年10月6~7日的Dan台风实例，用该方法把AMSU-A 卫星反演的温度和风场资料同化于MM5模式中进行台风预报试验。结果表明，它能获得比四维变分同化更好的预报效果。无论是对72小时的台风路径和强度预报都优于四维变分同化的结果，而计算时间却只有四维变分方法的1/27。下面将建立结合AREMS的变分同化方案，建立起AREM经济实用的变分同化系统。

18. 2.5 华南暴雨初值不确定性对模拟的影响 ——主要研究进展 基于南方暴雨雨带分型研究，开展了不同初值对AREM暴雨预报影响的数值试验。对初值不确定性引起的预报误差的基本特征和结构进行了研究，初步分析了由初值不确定性引起的预报误差之成因。目前试验初步表明，初值不确定性对中尺度暴雨预报误差贡献是重要的，消除这类误差对改进中尺度暴雨预报有重要意义。

19. 2001年6月6~7日的一个华南暴雨个例误差实验结果2001年6月6~7日的一个华南暴雨个例误差实验结果 STN_EC 实况 STN_EC STN_DAT+误差第一主分量 STN_DAT

20. 2.6TRMM探测结果对强降水结构的研究 ——主要研究进展 （1）对1998、1999、2000、2005夏季TRMM测雨雷达测到的中国南方暴雨个例进行了筛选和整理。 （2）分析研究了华南地区副热带高压中心区域的热对流强降水个例的结构、环流和云特征。分析研究了副热带高压中心陆地区域和海洋区域降水结构的统计特点，并就陆面和洋面副热带高压中心降水的物理机制作了初步探讨。

22. 论文发表情况 到目前为止，发表论文2篇，待发表论文5篇，待投论文5篇

23. 三 下一步工作和存在的主要问题 • 加快同化方法与AREM相结合 • 利用TRMM及静止卫星探测结果检验模式 • 结合同化方法和我们正在开展的误差成因分析方法，研究模式的可预报性 • 开展下垫面强迫对局地强对流降水的可预报性研究

24. 资料问题：静止卫星资料、极轨卫星资料 常规地面观测和探空资料、雷达 地面自动雨量计 • 经费问题 • 交流问题

25. 谢谢!