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广州热带所聚焦多尺度复杂地形影响和数值模式改进助华南暖区暴雨预报能力提升

发布时间:2021年09月16日 来源:中国气象报社

  今年第7号台风“查帕卡”自生成到登陆广东阳江沿海,以及登陆后对粤西造成的风雨影响,均被广东省气象局南海台风模式预报紧紧锁定。最终,实况和预报结论的高度吻合,再次验证了南海台风模式预报的准确率,这也是对中国气象局广州热带海洋气象研究所(以下简称“热带所”)承担的国家自然科学基金“多尺度复杂地形对华南暖区暴雨的影响机理及其数值预报效果改进研究”成果的有力印证。

  业务难题催生研究落地

  华南地区地处低纬度,地形复杂、暴雨频发,尤其是每年汛期,华南暖区暴雨强度大、降水集中,常常造成局地山洪、滑坡和泥石流等灾害。作为气象领域的重点难点问题,华南暖区暴雨预报成为业务中难啃的硬骨头。

  重任落在热带所研究员钟水新博士及其团队肩上。若想解决预报难题,必须先了解难点在哪,找到根源方能有的放矢解决问题。

  钟水新介绍,曾经华南暖区暴雨的预报TS评分仅为0.07,尤其是对复杂地形下的暖区暴雨预报难度更大,数值模式往往出现漏报和降水量级明显偏弱等现象。

  经过认真分析总结、复盘以往的预报案例,钟水新团队找到了解答预报难题的“钥匙”——针对复杂地形对华南暖区暴雨的影响机理与数值预报改进效果的研究是重要突破口,“这对于提高复杂地形下暖区暴雨发生发展机理认识和预测能力具有重要的现实意义和科学价值。”

  由此,热带所承担了国家自然科学基金项目“多尺度复杂地形对华南暖区暴雨的影响机理及其数值预报效果改进研究”。

  样本个例以点带面

  地形对暖区暴雨的影响机制复杂,而数值模式对地形效应描述能力不足……这些问题决定了此项研究并非一蹴而就。为此,研究团队从影响机理和数值预报效果改进方面着手,逐个解决。

  团队实地采集了华南暖区暴雨研究的多样本个例,其中,信宜市由于七成多是山地,成为团队的优质研究对象。

  钟水新介绍,信宜的暖区暴雨有一些规律。暴雨发生前,北面存在明显的锋面系统南移,暖区对流区南北温差明显;北面山区温度和风场存在显著的日变化,山区降温幅度大。降水发生前地面风从南风转为北风,而信宜以南存在偏南风增强现象,两者形成中尺度对流边界,配合局地小地形抬升触发效应,以及云开山脉的阻挡作用,使得暖区对流发生、发展和维持,从而在信宜形成特大暴雨。

  以信宜暴雨个例为参照,进而延伸到整个华南区域暖区暴雨机理研究——研究团队对复杂地形下华南暖区暴雨发生发展机理有了更深入的认识,取得了显著成果。他们研究了地形对暖区暴雨的触发、增强和维持作用,统计分析了复杂地形下气象要素日变化特征,并用数值模拟进行对比验证,建立了多尺度地形对暖区暴雨影响机理的物理模型。

  此外,研究团队还发展了次网格地形拖曳参数化方案,有效降低了区域数值模式的系统性偏差;基于典型个例复盘模拟研究和评估分析,揭示了数值模式对华南暖区暴雨预报的若干误差来源,针对性提出了地形降水参数化方案和基于稠密地面温度观测的快速nudging方案等,提高了数值模式对华南暖区暴雨的预报水平。

  面向应用提高模式预报准确率

  针对今年第4号台风“小熊”,南海台风模式提前五天预报台风生成,稳定预报台风路径与强度趋势,降水分布和量级预报比EC和NCEP更接近实况。

  对于台风“查帕卡”,南海台风模式对登陆点预报稳定在阳江附近,登陆时间预报也稳定在7月20日20时,与实况较吻合。其中,南海台风模式的路径预报相对较优,对粤西地区的暴雨预报较为准确。

  华南中尺度模式对2020年5月22日珠三角特大暴雨过程、今年6月下旬广东出现的持续强降水过程的预报,均具有较高的参考价值。

  ……

  成功的预报案例不胜枚举,这其中,研究团队的次网格地形拖曳参数化研究成果对于预报的重要支撑作用不可或缺。

  目前,项目研究成果已应用于华南数值预报业务系统,在引入研究成果之一的次网格地形拖曳参数化方案后,南海台风模式对台风路径和强度预报能力均有所提高,对台风预报时长越长,改进效果愈加显著。“次网格地形拖曳参数化方案,有效改善了华南中尺度模式对复杂地形下暖区暴雨的强度和落区预报,减少了对大雨和暴雨的漏报率和预报偏差,提高了区域数值模式对华南暖区暴雨的整体预报效果。”钟水新说。

  (作者:宛霞 责任编辑:张林)

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