中尺度数值天气预报模式_图文.ppt
3.7中小尺度天气系统解析
龙卷的天气特征
• 破坏力强：破坏力巨大，给局部地区带来严重 的灾难。1956年9月24日，上海出现的一次龙 卷，一座三层楼卷倒，一座钢筋水泥的4层楼 被削去一角，一个重达110吨的储油罐拔起15 米，吹离120米之远。
• 中心气压极低：中心气压可降至400hpa以下， 甚至达到200hpa。
• 形状：在对流云底如同“象鼻子”一样的漏斗 状云柱。
龙卷的天气特征
• 范围小：水龙卷直径为25～100米，陆龙卷稍 大100～1000米，高度800～1500米。
• 生命期短：一般为几分钟到几十分钟。 • 风力大：自中心到40米处风速最大，100m/s
的风速不足为奇，最大近200m/s。 • 直线移动：移动路径多为直线，平均移速
第七节 中小尺度天气系统
• 7.1 雷暴 • 7.2 飑线 • 7.3 龙卷
雷暴
• 定义：指积雨云中发生的雷电交加的激烈放电 现象。通常伴有暴雨、阵性大风、有时有冰雹、 龙卷等灾害性天气。
• 雷暴的地区性和季节性：雷暴低纬度出现的次 数多于中纬度，中纬度又多于高纬度。季节变 化明显，夏季多，春秋少，冬季没有。
雷暴及雷暴高压
飑线（Squall line）
飑线定义：有若干排列成行的雷暴单体或 雷暴群组成的狭窄强对流天气系统.范围： 宽度小于1Km，长度几十公里到几百公 里。生命史：几十分钟到十几小时。
飑线的天气特征： • 1. 飑线与雷暴高压相伴而产生，高压的
前沿就是飑线。 • 2. 天气现象：雷暴、暴雨、阵性大风、
日变化：明显，上午弱，午后强， 数天。
傍晚弱。
无明显日变化。
性质：在气团内部发生发展.
两种性质不同的气团的交 接面。
5、我国有限区中尺度数值天气预报进展和释用概况
科 技 服 务中 的 法 律 问 题
卢学政
( 南阳市气象局 , 河南 南阳 473003)
随着气 象事业结构调 整和各种 运行机 制的日 趋完善 , 气 象科技服务已渗透到工业、 农业、 交通运输、 能源等各行 各业 , 在国民经济建设和防灾减灾中发挥着越来越重要的作用。服 务领域的不 断拓宽和服务 项目的逐 年增加 , 促 使科技 服务队 伍不断壮大 。但在实 际工作 中 , 一些单位 和个人 法律观 念淡 薄 , 工作中存在着重服 务、 轻 法律的 现象 , 往往给 单位带 来不 必要的经济损失。因此 , 在做好优质服务的同时 , 必须增强法 制观念 , 善于运用法律武器来维护自己的合法权益 , 保障气象 科技服务工作的顺利开展。
# 4 #
河南气象 2000 年第 1 期
∃ 1. 875 ∀经纬网格 , 垂直 方向为 15 层 不等 距
坐标。模 式以
资料同化系统。中国气 象科学 研究院、 国家 气象研 究中心 和 北京市气象科学研究所 联合引进和开发了 MM 5 模式 , 分 辨率 达 0. 5 ∀ ∃ 0. 5∀, 称 HBFS 模式。 HBFS 模 式已投入应 用 , 在 第八 届全运会开幕、 香港回归等 有重大 意义活 动的天 气预报 服务 中 , 取得了明显成效。 1. 3 东海 T c 模式 [ 3] Tc 模式是上海台风研究所 在 MM 4 模 式基础 上发展 的东 海区域热带气旋路径业务模式 , 是一个可移动、 单向自嵌套中 尺度模式。该模式粗网格距 150 km, 细 网格距 50 km; 垂 直分 为 11 层 ; 时间积分采用显式方 案 ; 客观分析为二 维最优差值 , 而相对湿度采用三维最优差值 ; 地形资料的分辨率为 10(。试 验证明 , 热带气旋中心位置预报与实 况位置平 均误差 24 h 为 164. 1 km, 48 h 为 296. 8 km, 效果 较好。 1996 年 , 上海 又开 发 了 SLAM5 模式 , 1997 年 12 月 投入业 务运行 , 为 138 个城市 提 供预报服务。 1. 4 南海台风数值预报增强模式 [ 4] 广东省在 MM 4 模式基 础上 , 改 进了模 式物 理过程 、 下垫 面参数及 面水平扩散方案 , 建立 了水平 分辨率 为 45 km 、 具 有完善物理过程和反映 地形作用的台风中尺度数值预报增强 模式。试验表明 , 对台风暴雨预报准确 率明显优 于 LAFS 。近 来广东又研制了分辨 率为 0. 25~ 0. 125 经 纬度 的中 模式。 1. 5 ETA 模式 成都中心气象台引进了美国 国家气象中心 ( NMC) 使 用的 有限 区 模 式。该 模 式 是美 国 NMC 从 80 年 代 开 始 研制 , 于 1993 年 6 月投入业务运行。其主要特色是 采用了 ! 坐标。这 是因为 系的地形坐标 , 在陡坡地形条件下 , 气压梯度力 有较 面和 较薄 的 层, 可 大误差 ; 当增加垂直分辨率 时 , 陡峭 的 尺度
WRF中尺度天气预报模式简介
ARW模式系统简介一．概述1997年美国国家大气研究中心(NCAR) 中小尺度气象处(MMM)、国家环境预报中心(NCEP)的环境模拟中心(EMC)、预报系统试验室的预报研究处(FRD)和俄克拉荷马大学的风暴分析预报中心(CAPS)四部门联合发起新一代高分辨率中尺度天气研究预报模式WRF ( Weather Research Forecast) 开发计划, 拟重点解决分辨率为1～10Km、时效为60h以内的有限区域天气预报和模拟问题。
该计划由美国国家自然科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)共同支持, 1998年已形成共同开发的标准, 2000年2月被确定为实现美国天气研究计划(USWRP)主要目标而制定的研究实施计划之一。
现在,这项计划吸引了许多其它研究部门及大学的科学家共同参与。
WRF在发展过程中由于科研与业务的不同需求, 形成了两个不同的版本, 一个是在NCAR的MM5模式基础上发展的ARW(Advanced Research WRF), 另一个是在NCEP的Eta模式上发展而来的NMM(Nonhydrostatic Mesoscale Model) [1、2]。
ARW作为一个公共模式, 由NCAR负责维护和技术支持,免费对外发布。
第一版发布于2000年11月30日, 随后在2001年5月8日发布了1.1版。
2001年11月6日, 很快进行了模式的第三次发布, 只是改了两个错误, 没有很大的改动, 因此版本号定为1.1.1。
直到2002年4月24日, 才正式第四次发布, 版本号为1.2。
同样, 在稍微修改一些错误后, 2002年5月22日第五次发布模式系统, 版本号为1.2.1。
原定于2002年10月前后的第六次发布, 直到2003年3月20才推出, 版本号为1.3。
2003年11月21日进行了更新。
2004年5月21日推出了嵌套版本V2.0。
2004年6月3日进行了更新, 至2006年1月30日为止最新版本为2.1.2[3]。
天气学分析 中尺度天气分析
§5.1 地面中分析的基本项目和基本原则 地面中尺度天气分析的基本图包括气压分布图 气压分布图（根据风和气压分 气压分布图 析）；温度分布图；降水量图；云和对流性天气分布图；总能量分 温度分布图； 温度分布图 降水量图；云和对流性天气分布图； 布图等。 布图等。 在作中分析时，有三条基本原则 第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则。第一条是保持每小时图上天气 三条基本原则 形势的合理的历史连贯性。 形势的合理的历史连贯性。（对于演变较快的系统则常需用每10分 钟或每30分钟图来表现其历史连贯性）；第二条是注意各种图的配 第二条是注意各种图的配 即各种气象要素之间的合理关系； 合，即各种气象要素之间的合理关系；第三条是纯粹的局地性现象 可以光滑掉。 可以光滑掉。 §5.2 气象要素的时间一空间转换 气象要素只有通过自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录，许 自记仪器才能进行完全连续的观测和记录 多重要的中小尺度扰动（如雷暴高压，中尺度低压，龙卷等）都只 有自记仪器才能正确地对其进行记录。作中分析时，可以利用气象 利用气象 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。 要素在自记曲线上反映的变化来了解气象要素的空间梯度。将气象 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换” 要素的时间变化转换成空间分布的方法叫做“时间一空间转换”， （简称“时空转换”）。由于一般台站网的观测难以做到在空间上 完全连续的观测，因此要了解中系统的正确的空间结构常常必须应 用“时空转换”的方法。
天气预报 中尺度分析new
中低层槽、切变线和辐合线
四、垂直风切变条件分析
• 分析对流层各层流场，判断有利于对流天气发生发展和加强的动 力组织条件。
• 主要通过高低空的风向风速来判断 • 分析层次包括925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa、300h和结合其它要素（温度、 湿度等）分析判断平流过程
急流核
• 综合判断与大风速带相伴的急流核大值区域，辅助判断有利于 垂直运动的环境场条件
标识流线
• 分析目的：气流的辅助分析。
• 技术要求：对于不属于大风速带的气流，当有助 于识别流场中的辐合辐散区、风速切变区以及其
它必要的天气系统时分析识别流线，识别流线走 向与风向一致。
• 200 hPa分析符号：
它是在一定的大尺度环流背景中，由各种物理条件相 互作用形成的中尺度天气系统造成的
• 中尺度分析是指对中尺度天气系统的描述和分析
• 一方面运用常规观测资料和中尺度数值预报分析其发生的可能性， 进行潜势预报；——环境场分析
• 另一方面运用非常规的自动站加密观测资料、危险天气报告、雷达、 卫星等资料进行中尺度系统的监测和短时临近预报（预警 ）
• 分析中低层流场，判断有利于触发对流天气的抬升条件。 • 分析层次包括地面、925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa。 • 主要分析边界层锋区、中低层槽、切变线和辐合线。
边界层锋区
干线（露点锋）
平原：850或925hPa相邻两站Td相差 10℃以上；高原：700hPa相差10℃ 以上
• 500hPa冷850hPa暖
• 高空急流
• 强对流天气落区位于 低涡东南象限的低槽 前
• 连续数日
西北气流型
• 强对流天气出现在高空 低槽后
第7章 中尺度天气系统
第七章中尺度天气系统目录中尺度天气系统 (3)7.1 概述 (3)7.1.1 什么是中尺度 (3)7.1.2 中尺度天气系统的基本特征 (3)7.2 中尺度系统 (4)中尺度系统 (4)7.2.1 中尺度雨团 (4)卫星探测图片1 (5)7.2.2 中尺度雨带 (5)雷达气象部分的补充内容1 (7)7.2.3 中尺度对流复合体 (9)雷达气象部分的补充内容2 (12)卫星探测图片2 (13)7.2.4 飑线 (13)雷达气象部分的补充内容3 (18)卫星探测图片3 (19)7.3 中尺度系统发生发展的大尺度环境条件 (19)中尺度系统发生发展的大尺度环境条件 (20)7.3.1 位势不稳定层结 (20)7.3.2 强垂直风切变 (20)7.3.3 水汽辐合和湿舌 (21)7.3.4 急流的作用 (22)7.3.5 低空辐合和上升运动 (23)7.3.6 地形 (23)7.4 中尺度系统发展和大气过程不稳定 (24)中尺度系统发展和大气过程不稳定 (24)7.4.1 对流不稳定 (24)7.4.2 对称不稳定 (26)7.4.3 锋生强迫的次级环流 (28)7.5 中尺度分析 (29)中尺度分析 (29)7.5.1 资料来源及其处理 (29)7.5.2 时空转换分析 (31)7.5.3 相对坐标分析 (32)7.5.4 变量场分析 (34)7.5.5 雨团和雨带分析 (34)习题 (35)参考文献 (35)中尺度天气系统从本世纪50年代初“中尺度”概念引入气象学以来，中尺度气象学得到蓬勃发展，无论是雷达、卫星等新观测技术的广泛使用，还是在组织中尺度野外观测试验、中尺度天气分析或中尺度天气理论研究和数值模拟等方面，都取得了很大进展。
目前中尺度天气预报，特别是暴雨和强对流类天气的局地、短时预报，已成为预报业务工作中的重要内容。
然而，由于在常规天气图上很难发现、诊断和分析中尺度天气系统，作出准确预报仍是天气学面临的重大难题。
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.
天气预报 中尺度分析new
对流的基本要素
• 湿度条件（水汽条件）
• 静力稳定度（不稳定条件）
• 触发条件（抬升条件）
√基本要素
• 湿度条件（水汽条件） • 静力稳定度（不稳定条件） • 触发条件（抬升条件）
√
触发条件
通常为多种触发机制共同造成
• 天气系统：锋面、低涡、低槽、切变线等 • 边界层辐合线： ——地面要素的不连续线：风向or风速（地面辐合 线）、温度（锋面、地表加热不均匀、城市热导 等）、湿度（露点锋∕干线、湿地和植被区）
——雷暴出流边界 ——海风锋 ——地形辐合线等
地形触发—山区多雷暴
10m/s的地面风产生1m/s的上升运动，若持续1个小时，则上升运动将达到3km高度
例：地形辐合线+雷暴出流边界
2012年8月8日过程分析（金晓青）
13时
13时
14时
15时
16时
例：非锋斜压带+出流边界
20130625（张南、张迎新）
• 分析中低层流场，判断有利于触发对流天气的抬升条件。 • 分析层次包括地面、925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa。 • 主要分析边界层锋区、中低层槽、切变线和辐合线。
边界层锋区
干线（露点锋）
平原：850或925hPa相邻两站Td相差 10℃以上；高原：700hPa相差10℃ 以上
中低层槽、切变线和辐合线
四、垂直风切变条件分析
• 分析对流层各层流场，判断有利于对流天气发生发展和加强的动 力组织条件。
一、水汽条件分析
• 水汽条件分析旨在分析气团的水汽含量和饱和程度，以及它们的 边界。
• 主要分析低层显著湿区、中层干区。 • 分析层次包括925 hPa、850 hPa、700 hPa和500 hPa。