气象科普

捕捉前兆信号可延长暴雨预报时效

发布时间:2020-08-31 10:29:30 作者: 字体:

本期嘉宾:中国气象科学研究院研究员 翟盘茂  副研究员 陈阳  博士 周佰铨

中央气象台首席预报员 牛若芸

采访人:本报记者 李慧

本期观点:基于天气学概念及典型环流型的显著前兆信号,可提高持续性强降水预报准确性,延长预报时效。

近年来,降水研究是气候变化领域中最热门的领域之一。今年夏季,我国南方持续性强降雨天气更是各大媒体关注的焦点。IPCC 第五次评估报告也指出,全球持续升温的背景下,极端降水事件的频率和强度总体上呈增加趋势,但在具体区域上,极端降水事件呈现出复杂的变化特征。

夏季持续性暴雨事件如何确定

翟盘茂研究员表示,持续性重大天气,尤其是夏季持续性强降水,是我国影响范围大、影响程度特别严重的灾害性气象事件,对人民生命财产安全和国民经济发展造成严重影响。开展其变化特征、形成机理、预报理论和方法的研究,对于提高持续性重大异常天气的预报能力,保障人民生命财产安全和促进国民经济可持续发展有着重要的作用。

那么,到底什么是持续性强降水呢?如果某一个地区24小时累计降雨量达到50毫米,此时该地区可能发生城市内涝或者严重积水。如果降水连续几天都达到或者超过此强度,就认为是发生了一次持续性强降雨过程。翟盘茂研究员的科研团队在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“我国持续性重大天气异常形成机理与预测理论和方法研究”支持下,历时五年对中国持续性强降水形成过程与机理及预测方法进行了深入研究,取得了一些重要的进展。

陈阳介绍:“首先,我们给出了持续性强降雨的定义,综合考虑持续性、极端性和影响范围等致灾要素,要求持续性暴雨(日降水量大于或者等于50毫米)且在三个紧邻的地市级观测站至少持续三天,便可确定为夏季持续性暴雨事件。”

根据逐日降水观测资料,研究团队识别出近50年74例区域持续性暴雨事件,这些事件主要发生在江淮-江南地区和华南地区。依据一系列分析和相应关键系统的稳定性研究,陈阳提取了两类持续性暴雨环流配置概念模型,完善和发展了陶诗言等在2002年提出的持续性暴雨天气学概念模型。“当出现这种环流配置时,我国江淮-江南地区就有可能出现持续性暴雨事件,这也可以为预报员提供参考。”翟盘茂表示。

提前发现前兆信号

要想预报持续性暴雨事件,光有概念模型是不够的,还需要从持续性暴雨发生的大气环境中寻找“蛛丝马迹”,进而发现前兆信号,并结合有能力预报这类降水的数值模式等对此类降水进行预报。

想要发现前兆信号,首先需要从大气内部环流特征以及海温等外部强迫因素来入手。陈阳表示,通过一系列的研究,团队发现东亚-太平洋遥相关是持续性强降水形成的决定性因素,同时决定了影响持续性暴雨的关键系统副热带高压、梅雨锋和鄂霍次克阻塞高压的异常。

此外,在次季节尺度上,热带海温强迫又是关键遥相关型和关键环流系统的影响因素。“我们发现,在持续性强降水事件开始前两周,海洋性大陆西侧开始出现显著的暖海温异常,中国南海-菲律宾一带主要为冷海温所控制。这些外强迫因子通过影响东亚-太平洋遥相关的发展和维持,进一步影响持续性强降水的发生与维持。所以,此前兆信号(大气遥相关和关键海区)可以提前1周至2周被发现,进一步为预报持续性强降水打出提前量。”翟盘茂介绍。

建立相似预报系统——KISAM

前兆信号有了,具体预报持续性强降水的落区与量级还需要数值模式来“帮忙”。但是现有的数值模式有很多,到底应该听从哪家模式的“意见”?

牛若芸和周佰铨等对运用多种统计方法对影响持续性强降水的关键环流系统进行了天气学检验评估,将对东亚关键区副高及南亚高压预报最优的欧洲中期天气预报中心 (ECWMF)动力模式输出的环流场作为物理统计模型中的预报因子场,并基于前期提取的典型环流及前兆信号,同时引入元启发式参数优化方法和集合平均理念,在不同预报时效上根据关键环流系统的重要性赋予其变动的权重,建立了一个基于关键环流系统配置的相似预报模型——KISAM。

周佰铨表示,经过多次独立预报试验的检验,KISAM模型在3天及更长的时效上对强降水时间单日降水量的预报效果要明显好于欧洲中心模式直接预报。对于持续性强降水事件来说,从均方根误差技巧来看,KISAM的预报效果也要好于欧洲中心模式直接预报,这说明KISAM能够更好地预报较强的持续性极端降水,而且KISAM能够提前1周预报出持续性强降水事件,预报时效明显长于欧洲中心模式直接预报,且在相同的预报时效上KISAM对降水的强度和落区的预报要明显好于欧洲中心模式的直接预报。所以,KISAM相似预报模型能够为预报员预报1周及以上时效的持续性强降水提供有力的帮助。


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捕捉前兆信号可延长暴雨预报时效
2020-08-31 10:29:30

本期嘉宾:中国气象科学研究院研究员 翟盘茂  副研究员 陈阳  博士 周佰铨

中央气象台首席预报员 牛若芸

采访人:本报记者 李慧

本期观点:基于天气学概念及典型环流型的显著前兆信号,可提高持续性强降水预报准确性,延长预报时效。

近年来,降水研究是气候变化领域中最热门的领域之一。今年夏季,我国南方持续性强降雨天气更是各大媒体关注的焦点。IPCC 第五次评估报告也指出,全球持续升温的背景下,极端降水事件的频率和强度总体上呈增加趋势,但在具体区域上,极端降水事件呈现出复杂的变化特征。

夏季持续性暴雨事件如何确定

翟盘茂研究员表示,持续性重大天气,尤其是夏季持续性强降水,是我国影响范围大、影响程度特别严重的灾害性气象事件,对人民生命财产安全和国民经济发展造成严重影响。开展其变化特征、形成机理、预报理论和方法的研究,对于提高持续性重大异常天气的预报能力,保障人民生命财产安全和促进国民经济可持续发展有着重要的作用。

那么,到底什么是持续性强降水呢?如果某一个地区24小时累计降雨量达到50毫米,此时该地区可能发生城市内涝或者严重积水。如果降水连续几天都达到或者超过此强度,就认为是发生了一次持续性强降雨过程。翟盘茂研究员的科研团队在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“我国持续性重大天气异常形成机理与预测理论和方法研究”支持下,历时五年对中国持续性强降水形成过程与机理及预测方法进行了深入研究,取得了一些重要的进展。

陈阳介绍:“首先,我们给出了持续性强降雨的定义,综合考虑持续性、极端性和影响范围等致灾要素,要求持续性暴雨(日降水量大于或者等于50毫米)且在三个紧邻的地市级观测站至少持续三天,便可确定为夏季持续性暴雨事件。”

根据逐日降水观测资料,研究团队识别出近50年74例区域持续性暴雨事件,这些事件主要发生在江淮-江南地区和华南地区。依据一系列分析和相应关键系统的稳定性研究,陈阳提取了两类持续性暴雨环流配置概念模型,完善和发展了陶诗言等在2002年提出的持续性暴雨天气学概念模型。“当出现这种环流配置时,我国江淮-江南地区就有可能出现持续性暴雨事件,这也可以为预报员提供参考。”翟盘茂表示。

提前发现前兆信号

要想预报持续性暴雨事件,光有概念模型是不够的,还需要从持续性暴雨发生的大气环境中寻找“蛛丝马迹”,进而发现前兆信号,并结合有能力预报这类降水的数值模式等对此类降水进行预报。

想要发现前兆信号,首先需要从大气内部环流特征以及海温等外部强迫因素来入手。陈阳表示,通过一系列的研究,团队发现东亚-太平洋遥相关是持续性强降水形成的决定性因素,同时决定了影响持续性暴雨的关键系统副热带高压、梅雨锋和鄂霍次克阻塞高压的异常。

此外,在次季节尺度上,热带海温强迫又是关键遥相关型和关键环流系统的影响因素。“我们发现,在持续性强降水事件开始前两周,海洋性大陆西侧开始出现显著的暖海温异常,中国南海-菲律宾一带主要为冷海温所控制。这些外强迫因子通过影响东亚-太平洋遥相关的发展和维持,进一步影响持续性强降水的发生与维持。所以,此前兆信号(大气遥相关和关键海区)可以提前1周至2周被发现,进一步为预报持续性强降水打出提前量。”翟盘茂介绍。

建立相似预报系统——KISAM

前兆信号有了,具体预报持续性强降水的落区与量级还需要数值模式来“帮忙”。但是现有的数值模式有很多,到底应该听从哪家模式的“意见”?

牛若芸和周佰铨等对运用多种统计方法对影响持续性强降水的关键环流系统进行了天气学检验评估,将对东亚关键区副高及南亚高压预报最优的欧洲中期天气预报中心 (ECWMF)动力模式输出的环流场作为物理统计模型中的预报因子场,并基于前期提取的典型环流及前兆信号,同时引入元启发式参数优化方法和集合平均理念,在不同预报时效上根据关键环流系统的重要性赋予其变动的权重,建立了一个基于关键环流系统配置的相似预报模型——KISAM。

周佰铨表示,经过多次独立预报试验的检验,KISAM模型在3天及更长的时效上对强降水时间单日降水量的预报效果要明显好于欧洲中心模式直接预报。对于持续性强降水事件来说,从均方根误差技巧来看,KISAM的预报效果也要好于欧洲中心模式直接预报,这说明KISAM能够更好地预报较强的持续性极端降水,而且KISAM能够提前1周预报出持续性强降水事件,预报时效明显长于欧洲中心模式直接预报,且在相同的预报时效上KISAM对降水的强度和落区的预报要明显好于欧洲中心模式的直接预报。所以,KISAM相似预报模型能够为预报员预报1周及以上时效的持续性强降水提供有力的帮助。

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中国气象局 陕西省政府网站