上海区域快速同化更新系统(CMA-SH3)云初始化方案中,逐小时同化雷达反射率资料,由地表感热和潜热通量确定对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,有效改进了初始三维云结构。
中国气象局台风数值预报重点实验室
中国气象局台风数值预报重点实验室(以下简称实验室)于2005年成立,其主要定位为:通过创新性研究和技术集成,不断改进和提高数值预报水平与质量,为提高区域及国家现代气象业务水平提供科技支撑,使实验室成为专业特色突出、具有国际影响力的台风数值预报研究基地。中国气象局科技与气候变化司是实验室的管理单位,上海市气象局是实验室的依托单位。实验室主要开展台风资料同化技术、台风模式技术、台风模式应用技术研究,建立和发展国内领先的台风数值预报系统、台风集合预报系统,以及基于台风模式的灾害预报预警系统与台风客观预报系统。近年来,实验室取得的主要科技进展在本网站上展示推介。
上海区域快速同化更新系统(CMA-SH3)云初始化方案中,逐小时同化雷达反射率资料,由地表感热和潜热通量确定对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,有效改进了初始三维云结构。
对流尺度数值天气预报的性能,特别是短临强天气的预报,极其依赖雷达等非常规资料的同化。上海区域快速同化更新系统(CMA-SH3)云初始化方案中,逐小时同化雷达反射率资料,由地表感热和潜热通量确定对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,有效改进了初始三维云结构。试验表明:在云分析中增加对流判据,显著地减小了模式初始场的云冰、云水混合比,有效地减弱了模式积分初始阶段云冰、云水含量的剧烈调整(李佳等,2017,气象学报)。
图1 SMS-WARR V2.0系统1h累计降水预报。(a)CTRL;(b)CSW云分析方案;(c) CSW-CTRL。(李佳等,2017,气象学报)
发展了一套和Thompson微物理方案一致的雷达反射率观测算子,实现了对雷达反射率资料和雷达径向风资料的直接同化功能。个例试验结果表明,反射率资料直接同化对台风强度和降水结构预报有明显正贡献,其中对强度的正贡献可持续16小时以上。而雷达径向风同化不仅可以得到更好的台风涡旋结构及环境风场,还通过集合背景误差协方差中变量之间的物理相关,对湿度场也进行了合理的改进。风场和湿度场的一致性调整,是降水预报改善的主要原因。
图2 雷达反射率资料直接同化对1909利奇马台风降水预报的影响
认识西南季风通道上雷达资料同化对提高登陆我国台风降水的重要性。利用海峡两岸7部雷达数据开展资料同化及数值模拟试验,表明西南气流源源不断的水汽输送导致台风尺度变大、移速变慢及强度增强,进而导致台风降水覆盖面变大,持续时间变长(鲍旭炜等,2017,JMR)。我国沿海省市的雷达资料,特别是西南季风通道上的雷达资料同化对提高我国登陆台风的强降水预报有着非常显著的作用。
快速更新循环同化系统能有效模拟小尺度强对流系统。基于 3 km 水平分辨率的CMA-SH3系统的预报结果,对2016 年6 月23 日江苏阜宁龙卷个例进行了分析,通过螺旋度的时间演变等讨论了龙卷母体—对流单体的发展过程。结果表明,快速更新循环同化系统在阜宁附近模拟出了类似龙卷母体的涡旋结构,同时伴随有剧烈的上升运动,模拟的龙卷发生时间与发展过程和实况基本吻合(李佳等,2017,大气科学)。