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1、A R E M 模式对 2 0 0 2 年汛期降水的实时预报试验 * 王叶红 王志斌 中国气象局武汉暴雨研究所武汉 4 3 0 0 7 4 摘 要 2 0 0 2年主汛期9 7 3中国暴雨项目研制开发的坐标有限区域数值预报模式A R E M 在武汉暴 雨研究所进行了每天两个时次0 8 时2 0 时的实时数值预报试验实时预报表明该模式适合于我国计 算机条件对我国夏季降水有相当预报能力对试验结果进行了分区 T S 评分检验模式对我国东部地区的 降水预报评分最高0 8 时起报的 024h 时效的降水预报对 24 小时降水量大于 0.11025 和 50mm 的 TS 评分分别为 0.5780.282
2、0.144 和 0.062 对 2 0 0 2 年主汛期的几次强降水过程的预报结果表明模式对 2 0 0 2 年梅雨长江流域暴雨华南暴雨 和华北暴雨都有很好的预报模式对雨带的位置移动降水强度降水的持续与减弱的预报都具备一定 的能力 关键词A R E M 模式 降水预报 T s 评分 暴雨 1 引言 A R E M 模式( A d v a n c e d R e g i o n a l E - g r i d - c o o r d i n a t e M o d e l ) 是在9 7 3中国暴雨 项目支持下由中国科学院大气物理研究所宇如聪等12人设计开发的是我国具有自主知 识产权的中尺度暴雨
3、数值预报模式之一A R E M模式研制成功后为进一步证实模式的稳定 性和预报能力使之早日投入业务应用9 7 3中国暴雨项目组将该模式在湖北安徽 等省应用2 0 0 2 年 5 月中国气象局武汉暴雨研究所引进 A R E M模式经过模式的安装调 试自动接收资料自动提交作业等一系列前期准备工作之后于 2 0 0 2 年 6 - 8 月湖北省主 汛期期间 将 A R E M 模式投入业务试验运行 试验所采用的模式范围为 85 E135 E 15 N 55 N积分步长设为 225 秒采用 P 4 1 . 7 G的普通微机模式积分 3 6 小时约需 7 0 分钟 可满足业务实时性的需求试验期间每天进行两
4、个时次的预报0 8 时和 2 0 时北京时下 同做 0 - 3 6 小时降水量预报 并将客观定量的降水预报产品实时进入湖北省气象局计算机 系统与武汉中心气象台预报业务平台联网供预报员制作预报时调用参考连续三个月的 实时预报试验模式运行基本稳定为客观定量评价 A R E M 模式对降水的预报能力我们 对 2 0 0 2 年汛期试验结果进行了分区 T S 评分检验为 AREM 模式的进一步开发与应用提供 参考依据 2 模式概述 AREM 模式由中国科学院大气物理研究所宇如聪等12人设计并经过改进模式垂直 坐标选用坐标其表达式为 s = ; () () tbrf tsrf S PZP PZP = ;
5、 ts t PP PP = 其中 Zs 是模式中的地形高度 Zb 是用来构造坐标面的平缓地形 Prf(Z)是标准层结大气在 Z 高度处的气压PtPs 和 P 分别表示模式层顶气压地面气压和气压坐标保留了坐 *由科技部重点转面上项目 我国南方致洪暴雨预测预警系统及湖北省科技攻关计划项目 2001AA313B01 号课题共同资助 标具有的简单下边界条件 又避免了在陡峭地形下坐标模式计算误差较大的缺点坐标 把地形表示为三维阶梯状在模式内部形成侧边界模式中变量的水平分布采用 E 网格 水平分辨率平均约 37km对应 E 网格的两个子 C 网格水平分辨率为 0.500.50垂直方向 等距分为 25 层模
6、式顶为 100hPa模式的物理过程包括非局地边界层水平扩散大尺度 凝结降水及 Betts 对流参数化调整方案 用地面热平衡方程预报地面温度 Tg考虑了地面对 长短波辐射的能量收支以及地面的感热潜热通量输送水汽平流计算采用保形正定平流 差分侧边界为固定边界 3 2 0 0 2 年中国汛期降水预报的 T S 评分检验 3 . 1 分区预报 T S 评分格点对格点 试验结束后对模式预报范围内各区进行格点对格点的累计降水的 TS 评分检验分 中国东部1051240E22350N长江流域1001230E26330N华南109.51230E 20260N华北-东北1051330E33530N中国西北部87
7、1050E33500N和青藏 高原871000E23330N等 6 个区进行检验累计降水分为 24 小时降水量大于 0.110 2550 mm 等 4 个级别24 小时实况降水量经客观分析插值到模式范围内各网格点上考 虑到 08 时08 时的 24 小时降水实况资料比较容易获取 因此所检验的预报降水时段为两个 以 08 时为初始时刻模式预报的 024h 降水量和以 20 时为初始时刻模式预报的1236h 降水 量对各区 678 月分别进行评定并给出夏季平均的降水预报 TS 评分表 1 从表 1 中模式 08 时起报的 024h 降水预报的 TS 评分结果可见 整个试验期间夏季平均对于不同级别的
8、累计降水量的 T S 评分来说模式对晴雨 预报R 0.1mm的评分最高随着降水量级的增加预报评分逐渐降低50mm 以上的强 降水的预报评分最低6 月7 月和 8 月也是如此 整个试验期间从不同区域的评分看中国东部长江流域华南的降水预报评分明 显高于其他区域的评分 总体而言 中国东部评分最高 西北部及青藏高原地区的评分最低 对 24 小时降水量大于 0.1mm 的 TS 评分华南最高0.615中国西北部最低0.199 对大于 102550mm 降水预报的 TS 评分均是中国东部地区最高长江流域华南次之 对大于 50mm 的降水预报 中国东部 长江流域 华南和华北-东北区的 TS 评分分别为 0.
9、062 0.0620.052 和 0.033表明 AREM 模式对上述地区的暴雨都具有一定的预报能力 从不同月份的预报看不同的区域表现不尽相同中国东部长江流域和华北-东北 区均表现为6 月份对各个级别的降水预报情况都明显好于其他两个月这与 6 月份降水在 上述地区较 78 月份集中有关一般说来降水越清楚模式的 TS 评分就越高对 24 小 时降水量大于 0.1mm 和 50mm 的 TS 评分8 月份最低而对大于 10mm 和 25mm 的降水 预报7 月份评分最低华南地区对 24 小时降水量大于 0.1mm 的 TS 评分7 月份最高8 月份最低而对大于 25mm 和 50mm 降水预报的
10、TS 评分6 月份最高7 月份最低中国 西北部 6 月份对各个级别的降水预报情况都明显好于其他两个月8 月评分最低注意到 对 50mm 以上的强降水的 TS 评分67 月都是-即实况和模式预报都没有出现大于 50mm 的降水这表明模式对该地区暴雨的预报没有出现空报的情况青藏高原地区预报评 分最高的月份是 7 月6 月最差青藏高原地区 24 小时降水量大于 25mm 和 50mm 的 TS 评分在 678 月均为零表明模式对该地区的强降水过程预报能力较差 表 1 0 8 时起报的 0 - 2 4 h 降水及 2 0 时起报的 1 2 - 3 6 h 降水预报检验 08 时起报 024h 降水量
11、20 时起报 1236h 降水量 月份 雨型 mm 中国 东部 长江 流域 华南 华北- 东北 中国 西北部 青藏 高原 中国 东部 长江 流域 华南 华北- 东北 中国 西北部 青藏 高原 R 0.1 .604 .573 .612 .400 .263 .291 .579 .558 .583 .329 .223 .270 R 10 .364 .320 .279 .149 .031 .004 .264 .234 .188 .094 .026 .003 R 25 .212 .211 .151 .075 .014 .000 .121 .119 .085 .050 .004 .000 6 月 R 50
12、 .096 .089 .079 .039 - .000 .038 .047 .019 .011 - .000 R 0.1 .567 .536 .682 .361 .214 .424 .486 .446 .575 .296 .142 .318 R 10 .220 .168 .263 .116 .013 .017 .133 .098 .116 .060 .004 .012 R 25 .103 .086 .100 .048 .000 .000 .058 .046 .037 .034 - * .000 7 月 R 50 .053 .074 .031 .030 - .000 .022 .016 .010
13、 .014 - .000 R 0.1 .563 .530 .552 .325 .120 .280 .500 .486 .453 .248 .083 .241 R 10 .263 .228 .206 .127 .012 .015 .192 .187 .128 .108 .008 .017* R 25 .117 .104 .120 .056 .000 .000 .065 .065 .062 .064* - * .000 8 月 R 50 .037 .024 .046 .030 .000 .000 .016 .011 .022 .023 - * .000 R 0.1 .578 .546 .615 .
14、362 .199 .332 .522 .497 .537 .291 .149 .276 R 10 .282 .239 .249 .131 .019 .012 .196 .173 .144 .087 .013 .011 R 25 .144 .134 .124 .060 .005 .000 .081 .077 .061 .049 .004 .000 夏季 平均 R 50 .062 .062 .052 .033 .000 .000 .025 .025 .017 .016 - * .000 表中-表示实况与预报均未出现该级别降水 从表 1 中模式 20 时起报的 1236h 降水预报的 TS 评分结果
15、可见 1 2 3 6 h 时效的降水检验从整体上来看表现出与 0 24h 时效降水检验相同的特征 随着降水量级的增加预报评分逐渐降低中国东部长江流域华南的降水预报评分明显高 于其他区域的评分 不同月份的预报 各区域的表现也与 024h 时效的预报特征基本一致 而两个不同预报时效的降水 T S 评分检验主要有以下不同 整个试验期间 1 2 36h 时效的降水预报 TS 评分要低于 024h 时效的预报检验 说 明随着预报时效的增加模式对降水的预报水平有所下降 从不同月份的预报看中国东部长江流域华南等区域 1 2 36h 时效的降水预报 TS 评分检验均比 024h 时效的 TS 评分低678 各
16、月及整个夏季平均的情况均如此 而对其他三个区来说1 2 36h 时效的 TS 评分在某些情况下比 024h 时效的 TS 评分还要 高表 2 中加*号的均是比 024h 时效评分高的中国西北部对于 24 小时降水大于 2550mm 的降水来说1236h 时效的预报减少了空报现象所以评分比 024h 时效的评 分高 3 . 2 长江中下游和华南地区降水预报的 T S 评分站点对站点 以上分析可见AREM 模式对长江流域和华南地区的降水预报能力最强为进一步客 观反映该模式的预报水平我们着重对长江中下游75 个代表站和华南地区37 个代表 站进行测站对测站的 TS 评分将模式预报的 24 小时累积降水量插值到各代表站点与 实际观测值进行比较仍然对各级别的累计降水量进行
