ECMWF-数值预报模式简介
探析ECMWF细网格产品在一次大到暴雨天气预报中的使用
探析ECMWF细网格产品在一次大到暴雨天气预报中的使用2018年第8期65农业科技1.ECMWF细网格产品概述。
ECMWF为建立在EPS之上的极端天气预报产品，由EFI 和SOT 构成，包含平均气温、降水量、10m阵风等多种天气要素。
所谓的EPS，则是集合预报系统，EFI则是极端天气预报指数，SOT为某极端事件发生概率相对气候概率大小，可以通过补充EFI更好的进行极端天气预报。
而ECMWF产品包含粗网格和细网格两类，前一种空间和时间分辨率分别为2.5°×2.5°和24h，后一种则为0.25°×0.25°和3h。
在过去天气预报业务中，主要依靠ECMWF粗网格产品提供数据依据，可以进行天气的准确、可靠预报。
但是相较于ECMWF细网格产品，利用ECMWF粗网格产品制作的预报产品依然不够精细，难以实现定点、定时和定量的预报，无法满足极端天气的预警需求，因此还应加强对ECMWF细网格产品的应用分析。
2.ECMWF细网格产品在大到暴雨天气预报中的使用2.1天气概况。
某地区在2017年7月23日出现暴雨天气，共6个国家站和区域站暴雨，降水中心过程降水量达74mm，降水强度较强，涉及范围较广，造成了部分地区基础设施受损，引起了洪涝灾害和经济损失。
针对该地区出现的暴雨天气，利用ECMWF细网格产品进行预报分析，从而确定暴雨天气预报的准确率。
采用的ECMWF细网格产品为中央气象台每日下发的大尺度降水分析资料，从北京时间20时开始预报，实效为未来1-2天。
2.2产品的使用。
对产品500hPa形势分析场进行分析可以发现，降雨地区位于副热带高压西侧外围，处于偏南风环流形势中，西部位于大陆高压东侧，处于偏西北环流中，而北侧和南侧分别位于高压低压槽偏西气流和高原低涡偏东气流中，造成了高压外围暖湿气流与低压槽中弱冷空气结合，继而导致大的降水在交汇区出现。
根据23日20点地面温度场情况来看，加密区域站附近存在较大的温度梯度，造成了地面锋生。
ECMWF模式降水预报与极端天气预报指数在暴雨预报中的评估与应用
ECMWF模式降水预报与极端天气预报指数在暴雨预报中的评估与应用季晓东;漆梁波【摘要】评估分析了欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF)细网格模式(以下简称EC-thin)在长三角地区汛期(5—9月)的暴雨预报评分及ECMWF降水极端天气预报指数(EFI)对暴雨预警的指示作用.研究发现:(1)EC-thin降水和降水EFI对暴雨预报的ETS评分随着预报时效的延长而明显降低,在短时效内,细网格模式降水预报占优,超过60 h后,降水EFI的评分相对更好.(2)对EC-thin降水而言,在不同的预报时效采用不同的降水阈值来预报暴雨,可望达到最佳的评分效果.短期时效内该阈值随着预报时效的延长,大致从55 mm逐渐下降到35 mm.(3)对于降水EFI而言,12—36 h内EFI为0.65～0.7时,暴雨预报ETS评分最高.随着预报时效的延长逐渐下降,60—84 h内EFI为0.55～0.6时,暴雨预报ETS评分最高.(4)在不同预报时效内,采用合理的方式和阈值综合考虑EC-thin降水和降水EFI,可望得到更高的暴雨预报评分.【期刊名称】《暴雨灾害》【年(卷),期】2018(037)006【总页数】8页(P566-573)【关键词】暴雨预报;ECMWF细网格模式;极端天气预报指数EFI;ETS评分【作者】季晓东;漆梁波【作者单位】上海中心气象台,上海 200030;上海中心气象台,上海 200030【正文语种】中文【中图分类】P338+.8引言随着气候变暖，暴雨发生频率和强度有增加的趋势，常常衍生的洪涝灾害对社会和生态的影响力和破坏力也越来越严重[1,2]，因此，探索提高暴雨预报的方法迫不及待。
随着数值天气预报的发展，高分辨数值模式产品在现代天气预报业务中已不可或缺[3]。
EC⁃MWF全球确定性模式（以下简称EC-thin）是最先进的数值天气预报模式之一，其对暴雨预报能力在持续上升[4,5]。
NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述
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欧洲中期天气预报中心
会员
会员
欧洲中期天气预报中心为18个欧洲国家：奥地利、比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、爱尔兰共和国、 意大利、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士、土耳其、英国
欧洲中期天气预报中心与以下国家有合作协议：克罗地亚、捷克、爱沙尼亚、冰岛、立陶宛、匈牙利、摩洛 哥、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛伐克
基本信息
基本信息
该中心于1979年6月首次做出了实时的中期天气预报。自1979年8月1日中心开始发布业务性中期天气预报， 为其成员国提供实时的天气预报服务。
此外，ECMWF还与克罗地亚、冰岛、匈牙利和斯洛文尼亚达成了合作协议，与世界气象组织（WMO）、欧洲 气象卫星开发组织（EUMETSAT）和非洲气象应用发展中心（ACMAD）也有业务工作上的具体协议。同时ECMWF与 世界各国气象预报机构在天气预报领域有广泛的。ECMWF主要提供10天的中期数值预报产品，各成员国通过专用 的区域气象数据通信络得到这些产品后做出各自的中期预报，同时ECMWF也通过由世界气象组织（WMO）维护的全 球通信络向世界所有国家发送部分有用的中期数值预报产品。其使用的模式充分利用四维同化资料，可提供全球 在65公里高度内60层的40公里格密度共20，911，680个点的风、温、湿预报。
目标
目标
为中期天气预报的数值方法发展 准备分发中期天气预报到会员国 进行科学和技术研究，改善天气预报 搜集和储存适当的气象数据
工作和计划
工作和计划
欧洲中期天气预报中心自1979年8月1日开展运行制作中期天气预报。 欧洲中期天气预报中心运行两个“再分析”（re-analysis）计划，首个ECMWF re-analysis(ERA-15)再 分析计划由1978年12月至1994年2月产生。ERA-40计划由1957年12月至2002年8月产生。 欧洲中期天气预报中心的历史记录于书本《Medium-Range Weather Prediction - the European Approach》，由Austin Woods撰写，2005年发行。
ECMWF-数值预报模式简介幻灯片
Future Earth System model and assimilation developments
Erland Källén, ECMWF
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Solar and non solar fluxes, E-P
Roughness Air density
Gustiness Neutral wind
coupled model computes observation misfits in each outer iteration
SST computed in NEMO and constrained by relaxation
atmospheric and ocean increments are computed in parallel to correct the initial state
land
waves sea ice
Karl and Trenberth 2003
New coupled assimilation system (CERA) for the coupled Earth model:
•
atmospheric and ocean observations assimilated simultaneously
静力学平衡：运动的垂直尺 度远小于水平尺度的情况下 成立
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基于连续方程的模式分类
非静力学模式根据模式中是否包含声波，分为： 滞（非）弹性（anelastic)模式
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fluxes.
Impact of Resolution on tropical cyclone forecast
For instance Typhoon Haiyan: forecasts from 4th, 5th and 6th November 2013, 0 U all from operational analysis.
ECMWF 数值预报模式简介PPT课件
GSM T213 (60km)
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MSM(10km)
RSM(20km)
ECMWF 致力于2016-2025 数值预报发展战略：
利用集合预报方法提前2周预报高影响天气事件 提前4周，无缝隙地预报大尺度系统形势和系统移动 提前1年预测全球范围的异常状况
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研究和更丰富的知识 基于集合预报的分析和预报技术
Call to NEMO every hour (or 3 hours) with averaged accumulated
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fluxes.
Impact of Resolution on tropical cyclone forecast
For instance Typhoon Haiyan: forecasts from 4th, 5th and 6th November 2013, 0 U all from operational analysis.
Currents Sea surface temperature
AtmosphericTCo1279/TCo639 Towards a fully coupled system
model (IFS) 9km/18km
(currently only operational in EPS)
Every IFS time step
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* Calling sequence of the single executable
Simplified flow chart of the coupled model, here two time steps are
shown.
In reality, IFS/WAM coupling every IFS time step, but
利用ECMWF数值产品制作逐日温度预报
利用ECMWF数值产品制作逐日温度预报梁伟群;王吉贤;张永成;王伟红【摘要】结合欧洲数值预报产品(Ecmwf)20:00 850 hPa的温度场,按照预报员制作天气要素预报过程中的基本思路,通过"温度格点差值"→"形势分析"→"天气分型"→"格点差值订正"的方法和步骤,实现了对单站最高、最低温度的经验预报,有很大的适用性.利用VB编程,实现单站温度预报的程序化、数字化、自动化.【期刊名称】《黑龙江气象》【年(卷),期】2010(027)002【总页数】3页(P30-32)【关键词】温度预报;天气分型;差值订正;自动化;VB编程【作者】梁伟群;王吉贤;张永成;王伟红【作者单位】双鸭山市气象局,黑龙江双鸭山155100;黑龙江省气象局,黑龙江哈尔滨150001;双鸭山市气象局,黑龙江双鸭山155100;双鸭山市气象局,黑龙江双鸭山155100【正文语种】中文【中图分类】P457.3温度预报是天气预报的重要项目之一，也是天气预报的主要内容。
目前国内多采用模式预报和卡尔曼滤波方法进行温度预报，还有采用多极相似等方法进行温度预报。
由于影响气温变化的因素较多，也很复杂，如天气形势背景、影响系统、天空状况等气象因素，又如地理环境、季节、人为因素等非气象因素。
综合考虑这些因素，我们通过“温度格点差值”→“形势分析”→“天气分型”→“格点差值订正”的方法和步骤，实现了双鸭山市温度预报的本地化、程序化、数字化、自动化。
由于欧洲中心的数值预报产品（Ecmwf）有较高的准确率，且稳定性好，资料积累时间相对较长；而自动气象站系统则为各基层台站提供了自动化的探测手段，其探测结果详尽准确，具有很强的时效性。
因此，我们在精细化温度预报研究中，采用以数值预报产品为基础的技术路线，数值预报格点资料选用Ecmwf的08：00和20：00 850 hPa的格点资料，网格范围选取（130°～132.5°）E、（45°～47.5°）N内的格点，格点间距为2.5个经度，利用内插计算双鸭山本站的格点值。
利用ECMWF数值产品制作逐日温度预报
利用Ｅ Ｍ 数值产品制作逐日温度预报 Ｃ ＷＦ
梁伟 群 ， 吉 贤 ， 永 成 ， 王 张 王伟 红
（． 鸭 山 市 气 象局 ， 龙 江 双 鸭 山 １５ ０ ； 龙 江 省 气 象局 ， １ 双 黑 ５ １ ０ ２黑 黑龙 江 哈 尔滨 １预 报 产 品 （ｃ ｆ２ ：０８ ０ｈ ａ的温 度 场 ， 照预 报 员 制 作 天 气 要 素 预 报 结 Ｅ ｍｗ ）０ Ｏ ５ Ｐ 按
温 度 预 报 是 天 气 预 报 的 重要 项 目之 一 。也 是 天 气 预 报 的 阴、 冷平流 一雨 、 暖平流 一晴 、 暖平 流 一阴和暖平流 雨六种 主要 内容 。 目前 国 内 多 采 用模 式 预 报 和 卡 尔 曼 滤 波 方 法 进 行 情 形 。 过计 算 提 取 本 站 格 点 数 据 ， 用 差 值 统 计 和 算 术 平 均 通 利 ｃｗ 产 ８ ０ 、Ｏ ０ ４ｈ变 温 度 预 报 ． 有采 用 多 极 相 似 等方 法 进 行 温 度 预 报 。由于 影 响 的 方 法 分别 计 算 出 Ｅ ｍ ｆ 品 ０ ：ｏ ２ ：ｏ２ 温 。同 时 还 － ２月 最 气 温 变 化 的 因 素 较 多 ， 很 复 杂 ， 天气 形 势 背景 、 响 系统 、 利 用 统 计 分 析 方 法 得 到 双 鸭 山 市 １ １ 最 低 、 高 气 温 在 相 也 如 影 天 空 状 况 等 气 象 因 素 ， 如 地 理 环 境 、 节 、 为 因 素 等 非 气 应 天气 形 势 下 变 温 的 订正 经 验 值 又 季 人 、 。 最后通过公式 （） １ 和公 式 （ ） 出 逐 日的 最 低 、 高 温 度 ２求 最 象 因 素 。综 合考 虑 这 些 因素 ， 们 通 过 “ 度 格 点 差 值 ” “ 我 温 一 形 势 分析 ” “ 气 分 型 ” “ 点差 值订 正 ” 一 天 一 格 的方 法 和 步 骤 ， 现 预报 值 。 实 了 双鸭 山市 温 度 预报 的本 地 化 、 序 化 、 字 化 、 程 数 自动 化 。 １ ＋ ＝ ， ｍ 锄 ） ／ｒ ｍ． １ ＋ Ｉ （） １ ２ 资料 的 选 取 其 中 为 最 低 气 温 预 报 值 ， 为 当 日最低 实 况 ， 由 于欧 洲 中 心 的 数 值 预 报 产 品 （ ｃ ｗ ） 较 高 的 准 确 率 ， Ｅ ｍ ｆ有 鼬 — 砌 ｍ Ｉ 为 Ｅ ｍ ｆ ｃ ｗ 产 品 ０ ：０ ８０ｈ ａ温 度 预 报 日与 前 ８ ０ ５ Ｐ 且 稳定 性 好 。 资料 积 累 时 间相 对 较 长 ； 自动 气 象 站 系 统 则 为 日 Ｅ ｍ ｆ 品 Ｏ ：０８０ｈ ａ温 度 格 点 差 值 ， ’ 为 相 应 天 而 ｃｗ产 ８ ０ ５ Ｐ ｋ 各 基 层 台站 提 供 了 自动 化 的探 测手 段 。 探 测 结 果 详 尽 准 确 ， 气 形 势 下 本 站 最 低 气 温 对 应 ８０ｈ ａ温 度 格 点 值 差 值 的 订 正 其 ５ Ｐ 具有很强的时效性。因此 。 们在精细化温度预报研究 中． 我 采 经 验 值 。 用 以数 值 预 报 产 品 为基 础 的技 术 路 线 。数 值 预报 格 点 资 料 选 Ｉ咖＝ ｜ 跚 １ ） Ｉ Ｆ ｌ Ｔ鲥 ＋ 枷． ・ ＋ （） ２ 用 Ｅ ｍ ｆ Ｏ ：ｏ和 ２ ：０８ ０ｈ ａ的格 点资 料 ， 格 范 围 选 ｃ ｗ 的 ８ｏ ０ Ｏ ５ Ｐ 网 其 中 Ｔ． 为 最 高 气 温 预 报 值 ， 为 当 日 最 低 实 况 ， ｆ 眦 取 （ ３ ￣ １ ２ 。 Ｅ （ ５ ７ 。 Ｎ 内 的格 点 ，格 点 间 距 为 ２５ １ ０ ￣ ３ ． ） 、 ４ 。４ ． ） ５ ５ ． 为 Ｅ ｍｗ 产 品 ２ ：０８ ０ｈ ａ温度 预报 日与 前 ｃ ｆ ０ ０ ５ Ｐ Ⅲ 个 经度 ， 用 内插 计 算 双 鸭 山本 站 的 格 点值 。 料 年 代 为 ２ ｏ 日 Ｅ ｍ ｆ 品 ２ ：０８ ０ｈ ａ温 度 格 点 差 值 ， 利 资 ０５ ｃｗ 产 ０ ０ ５ Ｐ 为 相 应 天 年 开始 的每 天 ０ １ ８ｈ的 温 度 预报 场 ．建 立 温度 格 点 数 据 库 。 气 形 势 下 本 站 最 高 气 温 与 ８ ０ｈ ａ温度 格 点 值 差 值 的 订 正 经 —６ ５ Ｐ 新 的 资料 每 天 追 加 到 数 据 库 中 ；实 况 资 料 读 取 自动 气 象 站 系 验 值 。 统 的最 低 、 高 气 温 。 最 ４ 统 计 结 果及 分 析 ３ 预 报 思 路和 方 法 由于 各 月 的 温 度 变 化 有 所不 同 ，将 天 气 分 型 细 化 到 每 个 不 同天 气 形 势 下 ， 度 的 变 化 不 同 ． 别 是 晴 雨 对 温 度 的 月 。 合 ４ａ的 气 象 观 测 资 料 和欧 洲数 值 预 报 资 料 。 用 统 计 温 特 结 利 影 响 非 常 大 ， 考 虑 到 冷 暖 平 流 的 强 度 决 定 气 温 升 降 的程 度 ， 分 析 方法 统 计 得 出 各 月 各种 天 气 形 势 下 订 正 值 变化 概率 （ 还 １月 系 统 性 垂 直 运 动 如 下沉 运 动可 使 局 地 气 温 增 高 、 上 升 运 动 可 为 例 ） 图 １： （ 见 ） 使 局地 气 温 下 降 。非绝 热 因子 对 气 温变 化 的作 用 也很 大 ， 晴 如 分析各 月不 同天气形 势 下格点 温度差 值 的订正值 （ 区 天、 阴雨 、 、 风 以及 地 表 等 。 会 对 温 度 产 生 影 响 。 因此 将 高 空 间 ） 取各 月相 应 天 气 形 势 下 订 正 值 概 率 之 和 在 ８％ 以上 对 应 都 ， ０
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式；承载数值模式计算、显示和通讯平台 驾驭观测、资料分析和数值模式发展和应 用的人才队伍
水圈
大气圈 人类圈
岩石圈
冰晶圈 /冰冻圈
生物圈
纷繁多样数值预报 产品
-什么会有差别？
分辨率不同 模式的表述的物理过程有差异 计算方案、网格、变量分布等
再分析资料分析的初值能代表大气实况吗？
Orography and Resolutions
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fluxes.
Impact of Resolution on tropical cyclone forecast
For instance Typhoon Haiyan: forecasts from 4th, 5th and 6th November 2013, 0 U all from operational analysis.
ECMWF 数值预报 模式简介
气象预报的四个方面问题
*当前的天气或气候信息—完备的综合观测系统
完善的观测系统；资料信息识别；资料的综合处理（同化）
*天气或气候的演变规律—从资料得到新认识
从资料得到新认识；反映大气运动数学物理规律的微分方程 组。
*外力和强迫的变化—地形和边界强迫；太阳常数；引力等 *从已知预报未来的手段—完备的数值模
Stokes drift Stress
Adding active sea ice model
Implementation End 2016.
Ocean model (NEMO)
Ice model (LIM) ORCA0.25°_Z75
* Calling sequence of the single executable
Wave model (ECWAM)
All configurations Ensemble FC future operational
Single executable
Currents
Sea surface temperature
Ice concentration
Ice concentration
Turbulent energy
Currents Sea surface temperature
AtmosphericTCo1279/TCo639 Towards a fully coupled system
model (IFS) 9km/18km
(currently only operational in EPS)
Every IFS time step
Stokes drift Stress
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric model (IFS)
Towards a coupled system
Roughness Air density
Gustiness Neutral wind
All configurations Ensemble FC
Single executable
Wave model (ECWAM) 14km/28km
Every coupling time step (1 or 3 hours)
Ensemble systems only: - Medium range forecast - Monthly forecast - Seasonal forecast
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric TCo1279/TCo639 model (IFS) 9km/18km
Towards
a
coupled
system
Roughness Air density
Gustiness Neutral wind
Simplified flow chart of the coupled model, here two time steps are shown. In reality, IFS/WAM coupling every IFS time step, but Call to NEMO every hour (or 3 hours) with averaged accumulated
Future Earth System model and assimilation developments Erland Källén, ECMWF
Solar and non solar fluxes, E-P
Roughness Air density
Gustiness Neutral wind
GSM T213 (60km)
MSM(10km)
RSM(20km)
ECMWF 致力于2016-2025 数值预报发展战略：
利用集合预报方法提前2周预报高影响天气事件 提前4周，无缝隙地预报大尺度系统形势和系统移动 提前1年预测全球范围的异常状况
研究和更丰富的知识 基于集合预报的分析和预报技术
Wave model (ECWAM) 14km/28km
All configurations
Ensemble FC
Single executable
Operational from day 0 since 2013
Currents
Sea surface temperature
Turbulent energy
如何实现目标：
➢Observations ➢ High resolution ensemble ➢ Earth-system ➢ Scalability ➢ Funding ➢ People
（引自 Erland Källén，“Earth system modelling for seamless prediction” ECMWF Annual Seminar 2016）