江淮梅雨锋暴雨对流尺度模拟偏差特征分析及可预报性研究
批准号:
42105008
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
庄潇然
依托单位:
学科分类:
天气学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
庄潇然
中文摘要
业务对流尺度数值预报系统(水平分辨率1~4km)能够解析γ到α中尺度的多尺度天气系统,各尺度误差在模拟过程中相互作用并快速增长最终限制了模式可预报性。梅雨锋暴雨是江淮地区最具代表性的高影响天气,具有典型的多尺度特征,对其开展对流尺度模拟的偏差分析和可预报性研究可以解释模拟偏差成因并为模式优化提供依据。本项目针对近年来江淮地区的梅雨锋暴雨实例,分析业务对流尺度数值预报系统降水模拟偏差特征,构建典型偏差案例库,加深对模式应用的认知;基于对流尺度集合预报分析典型降水偏差的天气学不确定性来源,揭示产生各类典型降水偏差的关键影响因子;研究造成典型降水偏差的预报误差增长机制及对实际和内在可预报性的影响,揭示误差增长及其影响降水偏差的机理。研究结论不仅是对对流尺度模拟可预报性理论的完善,还能提高对流尺度模式的业务应用价值,并为相应集合预报技术改进提供科学依据。
英文摘要
Operational convection-allowing model (CAM) with a resolution between 1 to 4km resolves multiscale weather systems from meso-γ- to meso-α-scales, rapid forecast error growth from different sources and different scales strongly limits the predictability of CAM. Convective precipitation forecasting of Meiyu frontal extreme rainfall events is an inherently multi-scale challenge because of broad range of spatial scales impacting the initiation and evolution of convective systems. Therefore, the study on the predictability of CAM of Meiyu frontal rainfall event helps explain and potentially aids the improvement of CAM. In this project, we aim to understand the application of CAM on frontal rainfall events through systematical forecast evaluation and precipitation error analysis. Through CAM ensemble forecasts, we use ensemble sensitivity analysis to reveal the uncertainty source of representative precipitation forecast error. We investigate error growth dynamics within CAM ensemble forecasts and associated impacts on both practical and intrinsic predictability, and further build a conceptual model to reveal the relationship between error growth and representative precipitation forecast error. In summary, the project has important scientific significance not only for the predictability of CAM, but also aids the improvement of CAM-based ensemble generation.
梅雨锋暴雨是江淮地区最典型的极端天气,每年汛期给地区国民经济和人民生命财产造成重大威胁。本项目聚焦对流尺度数值模式暴雨预报偏差及可预报性问题,设置了三点研究内容:第一部分研究通过分析对流尺度模式对梅雨暴雨模拟的降水偏差特征,统计典型偏差案例库,并分析对流尺度模式与欧洲中心中期预报系统的共性和异性预报偏差,加深对于对流尺度模式应用的认知,具有鲜明的需求导向、问题导向和目标导向特征。在发现现象(典型偏差特征)的基础上,本项目的第二部分研究旨在探寻现象背后的内因,从可预报性角度出发,通过分析典型偏差产生的天气学不确定性来源,揭示影响对流尺度模式对梅雨暴雨模拟的关键影响因子,并在第三部分研究中进一步探索造成典型降水偏差的预报误差增长过程及实际和内在可预报性,阐明对流尺度模式中的误差增长机制及其影响典型降水偏差的机理,从而解决技术瓶颈背后的核心可预报性科学问题,为更好地应用对流尺度模式并发展集合预报技术提供依据。.通过三年的研究攻关,项目组凝练形成了一项理论成果和一项业务应用成果:(1)阐明了江淮梅雨锋暴雨过程的对流尺度数值预报的不确定性来源,构建了对流尺度模式对梅雨锋暴雨模拟的误差增长物理概念模型,(2)形成基于对流尺度数值预报系统等多种数值模式产品的暴雨互补主观订正技术,相关技术应用于江苏省气象台,2022-2024年暴雨TS评分达到0.27,较EC提升22.7%,较PWAFS提升58.8%,为江淮地区防灾减灾工作提供了重要技术支撑。此外,项目组还发表/录用7篇学术论文,完成1项会议报告,获得由中国气象学会颁发的优秀报告奖,项目主持人庄潇然博士在执行期内获评气象高级工程师,并获评中国气象局青年气象英才、江苏省第七期“333”高层次人才等荣誉称号。
国内基金
海外基金