ECMWF 数值预报模式简介
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]。
ECMWF高分辨率数值预报产品
ECMWF高分辨率数值预报产品附件2调整后的ECMWF高分辨率数值预报产品清单(2016年8月)ECMWF高分辨率数值预报产品全部都可通过全国地面宽带网(CMANet)提供各省下载,每时次合计38、6 GB(含大气模式集合预报中国区域裁剪产品,不含大气模式集合延伸预报产品与季节模式预报产品)。
通过CMACast广播下发的ECMWF高分辨率数值预报产品包括大气模式产品与大气模式集合预报区域裁剪产品,每时次合计16、2 GB。
1一、调整后的ECMWF高分辨率数值预报产品文件清单11.CMACast广播与下载文件名文件名模板:W_NAFP_C_ECMF_yyyyMMddhhmmss_P_ccSMMDDHHIImmddhhiiE[-ACHN]、bz2其中,2W:固定代码,用于指示产品文件采用的文件名格式。
NAFP:固定代码,用于指示通过数值分析预报模式获得的各种分析与预报产品。
C:固定代码,表示其后字段为产品中心的四码代号(CCCC)。
ECMF:固定代码,表示产品中心为ECMWF。
yyyyMMddhhmmss:文件发布时间,以国际时的年、月、日、时、分、秒表示。
P:固定代码,用于指示加工产品。
ccSMMDDHHIImmddhhiiE:ECMWF产品原文件名。
-ACHN:区域裁剪产品的文件名中包含-ACHN字段,表示中国区域产品。
bz2:固定代码,表示bzip2格式文件扩展名。
3二、调整后的ECMWF高分辨率数值预报产品要素清单1大气模式确定性预报产品(HRES)1.1地面层分析场分辨率:0、125° x 0、125°区域:全球(0°E - 359、875°E,90°N - 90°S)11.2地面层预报场分辨率:0、125° x 0、125°区域:全球(0°E - 359、875°E,90°N - 90°S)21.3气压层分析场与预报场层次(19个):1000,950,925,900,850,800,700,600,500,400,300,250,200,150,100,70,50,20,10 hPa3分辨率:0、25°x 0、25°区域:60°E - 150°E,60°N - 10°S1.4模式层分析场与预报场分辨率:0、25° x 0、25°区域:60°E - 150°E,60°N - 10°S42海浪模式产品(HRES WAM)2.1海面层分析场与预报场分辨率:0、25° x 0、25°区域:全球(0°E - 359、875°E,90°N - 90°S)3大气模式集合预报产品(ENS)3.1地面层预报场分辨率:0、5° x 0、5°原始数据区域:40°E - 180°E,70°N - 10°S裁剪数据区域:40°E - 180°E,70°N - 10°S集合成员:0-50(0为控制预报,其余为扰动预报)【注:“集合成员编号”存储于每个变量场的number属性中。
以ECMWF数值产品为基础的单站气温中短期预报
２１ ０ ２年 ２月
云 南 地 理 环 境 研 究
．
Ｖｏ． ４， Ｎｏ １ １２ ． Ｆｂ ｅ ．， ２ １ ０２
ＹＵＮ Ａ ＧＥＯＧＲＡＰＨＩ ＮＶＩ Ｎ Ｎ ＣＥ ＲＯＮＭ ＥＮＴ Ｒ Ｅ ＥＳ ＡＲＣＨ
以 Ｅ ＭＷＦ数 值产 品为 基 础 的单 站气 温 中短 期预 报 Ｃ
基金项 目：云南省气象局 预报员专项 （ Ｂ ０ １ １ Ｙ ２ １０ ）． 作者简介 ：吴星霖 （ ９ ２一） １７ ，女 ，云南省昭通市绥江县人 ，高级 工程师 ，主要从事天气气候分析研究
第２ ４卷
吴星霖等：以 Ｅ Ｍ 数值产品为基础的单站气温中短期预报 Ｃ ＷＦ
３ １
天气 现象 表 现下气 温 日较 差 差别 大 ） 。
的现 实 意 义 。 混 凝 土 中 产 生 裂 缝 有 多 种 具 体 原 因¨ ３ ，气 温 的 变 化 是 引 起 混 凝 土 裂 缝 的 重 要 原 Ｉ
对气温的客观预报 ，很多人从不 同角度做了不 少 的工作 引，归纳 起来有 ３类 ：
（ ）经 验 ＋ 计方 法 。刘 国忠等 通 过数 理统 １ 统 计 和气候 分析 的方法 ，得 出最 高 最低 气 温 突升 突 降 的概念模 型预报 工具 。王凤娇 等 在 分析单 站 气 温 变化基本 特征 的基 础 上 ，划 分 了云量 、风 向风速 等 对温度 变化影 响 的分级 ，研 究探 讨 采 用分 类气 温 平
报成果制作效率及预报准确率的提高。
０ 引言
国家 重点 工 程溪洛 渡水 电站 是西 部 能 源基 地 建 设 的重 要 组 成 部 分 ，主 体 工 程 大 坝混 凝 土 浇 筑 于 ２０ ０９年 ３月 ２ 日开 始 ，计 划 于 ２ １ ７ ０ ３年蓄 水 发 电 ， ２１ ０５年工程 完 工 。溪洛渡 水 电站工程施 工重 点 转 移 到大坝 混凝 土 浇筑后 ，施 工 中如何 有 效避 免 混 凝 土 裂缝 的产 生 ，以保 证砼 的施 工质 量 ，具 有非 常 重 要
NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述
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ECMWF 数值预报模式简介PPT课件
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
.
11
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric TCo1279/TCo639 model (IFS) 9km/18km
Towards
a
coupled
system
Roughness Air density
min MSLP (hPa)
950
900
Typhoon Haiyan at
Black: estimated from observations
peak intensity on
Red: old operational Ensemble resolution (32 km) November 7, 2013
models, but it creates new challenges in determining what physical parameters need to be exchanged.
• Furthermore, model parameterisations might need
revisiting.
.
13
* 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
Currents Sea surface temperature
AtmosphericTCo1279/TCo639 Towards a fully coupled system
ECMWF-数值预报模式简介
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
14
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
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
(上海中心气象台,上海 200030)
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。 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 中图法分类号：P338+.8 文献标志码：Ａ DOI：10.3969/j.issn.1004-9045.2018.06.010
(Shanghai Meteorological Center, Shanghai 2000ห้องสมุดไป่ตู้0)
Abstract：European Center for Medium-range Weather Forecasting (ECMWF) high-resolution model and ECMWF Extreme Weather Forecast Index (EFI) are evaluated and compared for heavy rainfall during the flood season (May to September) in Yangtze River Delta. The studies show the following results. (1) The ETS score of ECMWF model and EFI of precipitation for heavy rainfall forecast are significantly reduced with the extension of forecast period. In a short time period, ECMWF model precipitation forecast is superior, but EFI tends to be better
ECMWF-数值预报模式简介幻灯片
Future Earth System model and assimilation developments
Erland Källén, ECMWF
9
10
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
25
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
14
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.
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Wave model (ECWAM)
All configurations Ensemble FC future operational
Single executable
Currents
Sea surface temperature
Ice concentration
Orographic effects are better captured by higher resolution models. The surface parameters such as Tsurf might be predicted more realistically by those models.
14
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.
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
11
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric TCo1279/TCo639 model (IFS) 9km/18km
Towards
a
coupled
system
Roughness Air density
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）
8
Future Earth System model and assimilation developments
Erland Källén, ECMWF
9
10
Solar and non solar fluxes, E-P
Roughness Air density
Gustiness Neutral wind
ECMWF 数值预报 模式简介
1
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
GSM T213 (60km)
6
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
7
研究和更丰富的知识 基于集合预报的分析和预报技术
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
Ice concentration
Turbulent energy
Stokes drift Stress
Adding active sea ice model
Implห้องสมุดไป่ตู้mentation End 2016.
Ocean model (NEMO)
Ice model (LIM)
13
ORCA0.25°_Z75
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
2
水圈
大气圈 人类圈
岩石圈
冰晶圈 /冰冻圈
3
生物圈
纷繁多样数值预报 产品
-什么会有差别？
4
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？
5
Orography and Resolutions
Currents Sea surface temperature
AtmosphericTCo1279/TCo639 Towards a fully coupled system
model (IFS) 9km/18km
(currently only operational in EPS)
Every IFS time step
* 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 Call to NEMO every hour (or 3 hours) with averaged accumulated
Gustiness Neutral wind
Wave model (ECWAM) 14km/28km
All configurations
Ensemble FC
Single executable
Operational from day 0 since 2013
Currents
Sea surface temperature
Turbulent energy
Stokes drift Stress
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
12
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric model (IFS)
Towards a coupled system
Roughness Air density