GRAPES_Meso 3km模式及云分析系统在西北地区天气预报中的应用评估及水汽方案改进

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本文利用GRAPES_Meso 3km模式及其云分析系统,对西北地区2018年夏季13次强降水天气过程进行数值预报试验,并通过2018年7月一个月的批量试验,检验评估该千米尺度分辨率模式在西北地区的天气预报能力,及其云分析系统的效用。基于水汽精确度对模式预报的重要性,在对比分析云分析系统中两种水汽调整方案的应用效果的基础上,重构了适于西北地区的水汽调整方案,并用多个例和一个月批量试验检验评估了该重构方案的预报效果。主要结论如下:(1)GRAPES_Meso 3km模式对我国西北地区降水有良好且稳定的预报能力。13个强降水个例和一个月批量试验的降水预报结果均表明,模式可以较好地再现西北地区降水的发生发展过程,可为短时临近天气预报业务提供支撑。同时,模式对2 m温度的预报较好,对10 m风有一定的预报能力,但其预报质量不如2 m温度。(2)云分析系统的应用提高了模式在西北地区的天气预报能力。云分析系统通过吸收雷达和卫星观测资料合理地调整了空间水凝物场、湿度场信息,明显降低了中尺度模式普遍存在的spin-up问题对预报的影响,使模式对降水、雷达反射率、2 m温度和10 m风的预报能力均有提高,但云分析系统的应用会导致预报得到的回波强度偏强。(3)构建了适于西北地区云分析系统的水汽调整方案(NewRH方案)。两种水汽调整方案对模式的降水预报效果有明显影响,且构建方案的敏感性试验也表明即使对同一水汽调整方案,降水预报结果对方案中的参数选取较为敏感,反映出水汽精度对模式预报能力的重要影响。NewRH方案的构建方法为获取其他区域或模式云分析系统中适宜的水汽调整方案参数提供一种有效途径。(4)NewRH方案的应用进一步提高了模式对西北地区的降水预报能力。相比原水汽调整方案,应用NewRH方案得到的水凝物等物理量场的空间结构更为合理,降水粒子含量、水汽场等与降水观测有较好地对应关系,能够较好地刻画降水的细致结构。多个强降水天气个例和一个月批量试验结果都表明,NewRH方案的降水预报效果优于原水汽调整方案,且有较好的稳定性。(5)NewRH方案的应用能够进一步提高2 m温度和10 m风的预报效果。8个强降水天气个例结果表明应用NewRH方案预报的2 m温度和10 m风与观测的相关系数明显高于原水汽调整方案,且预报误差更低;批量试验应用效果不如8个例的结果,NewRH方案预报的2 m温度、10 m风的相关系数在0-12 h预报时段高于原方案,但2m温度的误差略高,10m风的预报误差和原方案结果相当,这可能是由于NewRH方案的构建样本来源于强降水天气个例的预报场。
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