华南持续性强降水的模式动力延伸预报研究

Based on an analysis of the formation mechanism for persistent severe rainfall (PSR) events in South China, this project aims to establish a theoretical framework of dynamic extend forecasting in the regional Weather Research and Forecasting model, develop the theories and methods of model dynamic forecast for the South China PSR events, and so prolong the period of validity for PSR forecasting. Firstly, the dynamical features for different types of PSR will be analysed, to understand the formation mechanism and improve forecasting. Secondly, based on the analysis of model error source and forecast evaluation, the improved methods of model dynamic forecast will be proposed purposefully in order to finalize building the theoretical framework. And finally, interior spectral nudging, low-pass filtering of lateral boundary conditions and update cycle for the initial conditions methods will be used to simulate and forecast different types of PSR in South China, and the prediction effect of dynamic extend forecasting methods will be evaluated objectively, to establish a set of extend forecasting model for PSR events, with theoretical basis, distinct characteristics and realistic application ability.

本项目拟针对华南持续性强降水过程，在进一步提高形成机理的认识的基础上，构建区域模式动力延伸预报理论框架，发展针对华南持续性强降水过程的模式动力预报理论和技术方法，为延伸持续性异常降水预报时效提供新方法和新思路。首先，开展华南持续性强降水过程形成机理的认识研究，分析不同类型持续性降水过程的动力统计特征。其次，从模式误差来源分析及多尺度环流系统的模式预报评估方面对区域模式预报误差进行深入讨论，有针对性地对不同类型误差提出模式动力预报改进方法，最终建立本研究动力延伸预报理论框架。最后，对华南不同类型持续性强降水个例分别进行区域模式边界场低通滤波、内场低频谱逼近以及多尺度混合更新初值滚动预报试验，开展华南汛期持续性降水的批量预报试验，综合客观地评估分析本项目提出的动力延伸预报方案对华南持续性降水的预报效果，发展建立一套具有理论基础、特色明显的又有实际业务应用能力的持续性强降水模式延伸预报模型。

本研究对华南的持续性强降水开展了统计研究，较为全面地分析了持续性强降水的气候态背景特征。选取了典型的华南沿海持续性强降水过程，对其开展了背景误差协方差调优参数敏感性试验与循环同化试验，探讨了采用不同同化方法、使用不同B矩阵的同化和预报效果，发现采用最佳调优参数使用针对中国区域构建 B矩阵的试验（Sen6）对V风分量场和相对湿度场的预报性能改进显著。在此基础上，采用Hybrid同化方法使用针对中国区域构建B矩阵的循环同化试验（Hyb3）可以进一步改善预报效果，并在一定程度上修正个例模拟雨带的位置。此外，在全球集合预报基础上，通过动力降尺度方法获得区域集合预报，结合不同物理参数化方案设计三组集合预报方案，进行了为期32天的批量试验和个例试验，发现通过动力降尺度获得的区域集合预报明显好于全球集合预报，集合平均预报能够有效提高单一预报的预报质量。基于持续性强降水过程形成机理及模式动力中期预报技术，提出了针对持续性强降水的动力中期预报理论基础，设计出全新区域模式动力延伸预报系统，并开展了大量的试验，对内场谱逼近、更新初值滚动预报以及侧边界低通滤波等不同试验方法及其组合方案进行叠加，系统性地验证了多种预报方案混合对持续性强降水事件的预报效果，在此基础上对降水、大尺度环流及相关要素进行了检验和评估，结果表明该系统对中期-延伸期阶段华南地区持续性强降水过程具有较好的预报效果，提升了对致灾性的区域持续强降水预报能力。共发表论文21篇，其中SCI论文9篇，国内核心期刊论文12篇。相关成果已经在广西气候中心实现落地转化应用。