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在目前的天气预报中,数值天气预报占据了十分重要的地位。当前世界上已有WRF,ARPS,MM5以及中国自主研发的GRAPES-MESO等先进的中尺度区域数值天气预报模式,这些模式系统皆具有可移植、易维护、可扩充、高效率等诸多特性。很多研究表明,模式初始场对于模拟效果影响较大。如在对中尺度系统的模拟或模拟过程中,通过同化观测资料改进模式的初始场,能够有效改善模式的预报效果。中国目前已经建立了比较完善的地基、空基、天基气象综合观测网,可以提供多种样的观测资料用于同化从而改善模式初始场。如何使用数值天气预报模式,充分使用现有的多源资料,构建了一套适合我国的自动控制的精细化预报系统,是一项从国家需求出发,有极高应用科学价值的工作。
本工作从国家需求出发,以上述中尺度区域数值天气预报模式为基础,使用了包括地面观测、探空、自动站报文和雷达、卫星等观测资料,构建了一套适合我国的自动控制的精细化数值预报系统,以便为我们关注区域提供精细化客观预报,提供高时空分辨率的多种天气预报产品。该系统包括资料收集及预处理系统、资料同化系统、精细化预报分系统和产品显示分系统。此外,还实现了实时下载多源资料,自动资料处理、自动运行和检验以及自动生成产品的自动化流程,有效减少了人工操作的繁琐步骤,争取了更多的预报时间。该系统接口灵活,可同时支持上述的几种中尺度模式,通过格式转换的功能模块实现资料在多个个模式间的交互使用。
本文还以ARPS模式为例,使用此精细化数值预报系统在2009年汛期过程中实行了实时滚动模拟预报,通过将降水预报的检验发现ARPS模式24和48小时的大范围降水落区和量级存在不同的偏差,实际使用其进行预报时需要进行修正;随后,通过对60周年国庆天气服务中1小时降水和趋势预报的检验,发现ARPS模式1小时的累积降水预报的降水开始时间较实际降水时间提前1-3小时,1小时累积降水随时间变化趋势预报比较准确。这进一步说明该预报系统具有一定的精细化预报能力。此外,本文还探讨了雷达基数据和风云2C云顶亮温数据对改善精细化数值预报系统(以ARPS为例)的初始场和预报场的作用。研究发现,同化这两种遥感资料后模式对水汽场和降水的预报均有较好的改善。
综合看来,以ARPS模式构建的精细化数值预报系统是可信的,其提供的精细化数值产品对于精细化天气预报决策具有较好的参考价值。但同时还有一些值得进一步改进或完善的地方,如可增加更丰富的诊断分析产品、建立多模式的集合预报及产品检验等,这些都将在今后的工作中进一步完善。