ISSN 1004-4965

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基于CMA-GEPS的延伸期预报能力评估

齐倩倩 朱跃建 陈静 李晓莉 田华 汪叶

齐倩倩, 朱跃建, 陈静, 李晓莉, 田华, 汪叶. 基于CMA-GEPS的延伸期预报能力评估[J]. 热带气象学报, 2024, 40(4): 557-572. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050
引用本文: 齐倩倩, 朱跃建, 陈静, 李晓莉, 田华, 汪叶. 基于CMA-GEPS的延伸期预报能力评估[J]. 热带气象学报, 2024, 40(4): 557-572. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050
QI Qianqian, ZHU Yuejian, CHEN Jing, LI Xiaoli, TIAN Hua, WANG Ye. Assessment of Extended-Range Prediction Capability Based on CMA-GEPS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(4): 557-572. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050
Citation: QI Qianqian, ZHU Yuejian, CHEN Jing, LI Xiaoli, TIAN Hua, WANG Ye. Assessment of Extended-Range Prediction Capability Based on CMA-GEPS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(4): 557-572. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050

基于CMA-GEPS的延伸期预报能力评估

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.050
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 42375152

国家自然科学基金青年基金项目 41906022

国家自然科学基金青年基金项目 42105057

中国气象局地球系统数值预报中心青年基金 CEMC-QNJJ-2021005

详细信息
    通讯作者:

    陈静,女,研究员,四川省人,主要从事集合预报技术研发。E-mail:chenj@cma.gov.cn

  • 中图分类号: P435

Assessment of Extended-Range Prediction Capability Based on CMA-GEPS

  • 摘要: 基于CMA-GEPS系统开展1~35天的延伸期集合预报,并对该系统的延伸期尺度天气进行预报能力评估。结果表明:关于500 hPa位势高度,以距平相关系数(ACC)为表征的集合预报有效天数在北半球和南半球分别为9天和8.7天,且在北半球呈现季节循环特征,即冬(夏)季值高(低),为大气内在性质的表现;定量分析离散度-均方根误差关系表明,集合预报系统比确定性预报在延伸期尺度上可预报性更高,且北半球及南半球的潜在可预报天数分别为18天和16天。关于2 m温度,CMA-GEPS在延伸期尺度上可较好地描述温度场的空间分布特征,其较大的系统偏差主要位于热力强迫显著的高原或沙漠地区。关于MJO,CMA-GEPS对MJO的有效预报技巧达到15天,优于一般的大气模式,说明CMA-GEPS有潜力进一步发展延伸期天气预报。进一步诊断分析表明:CMA-GEPS对MJO预报的强度偏弱,这与CMA-GEPS描述的热带对流系统偏弱有关;传播速度前8天略偏快,8天之后偏慢;CMA-GEPS可较好地预报出MJO东传及北传运动;比较发现,CMA-GEPS对环流信号传播特征的预报优于对流信号,且描述的MJO东传优于北传特征。

     

  • 图  1  北半球(a)与南半球(b)500 hPa位势高度的集合平均预报及控制预报的ACC技巧评分

    图  2  CMA-GEPS对北半球500 hPa位势高度集合平均预报及控制预报的ACC技巧

    超前预报1周(a)、超前预报2周(b)、超前预报3&4周(c)、超前预报1~4周(d);其中,蓝色和红色实线分别代表控制预报和集合平均预报的ACC技巧,蓝色和红色虚线分别代表控制预报和集合平均预报ACC技巧的平均值。

    图  3  基于CMA-GEPS系统的1年平均(2021年1月—2021年12月)的北半球(a)和南半球(b)500 hPa位势高度集合平均预报(红色实线)、控制预报(黑色实线)及集合离散度(蓝色实线)的35天预报

    分析场和ERA5气候平均值的均方根误差以黑色虚线表示。

    图  4  CMA-GEPS系统集合平均预报2 m温度的分析场误差(a),参考态为ERA5资料;超前1周(a1)、2周(a2)、3&4周(a3)及28天(a4)的预报误差,参考态为CMA-GEPS自身分析场;超前1周(b1)、2周(b2)、3&4周(b3)及28天(b4)的预报误差,参考态为ERA5资料

    图  5  三组试验(集合预报CMA-GEPS V1.2, 控制预报CMA-GFS V3.1, CMA-GFS V2.4)2 m温度平均均方根误差(RMSE)对比

    图  6  基于CMA-GEPS分析场计算及基于观测计算的MJO振幅时间序列

    图  7  赤道(15 °S~15 °N)CMA-GEPS集合平均预报及控制预报的MJO要素(850 hPa纬向风、200 hPa纬向风和OLR)距平场的相关系数

    水平虚线为相关系数0.5。

    图  8  2021年1—12月平均的MJO预报技巧

    水平虚线为相关系数0.5。

    图  9  CMA-GEPS集合平均预报及观测的MJO振幅(虚线,左y坐标轴)和振幅偏差

    (实线,右y坐标轴)(a),相位角度偏差(b)

    图  10  CMA-GEPS集合平均OLR延伸期天气预报的相对误差(单位:W·m-2

    a1.超前预报1周的相对误差;a2.超前预报2周的相对误差;a3.超前预报3&4周的相对误差;a4.超前预报1~4周平均的相对误差;

    图  11  15 °S~15 °N平均的CMA-GEPS分析场(a)、7天预报(b)、14天预报(c)和21天预报(d)的时滞-经度传播图

    阴影为OLR异常相关,等值线为850 hPa纬向风异常相关。

    图  12  30~150 °E平均的CMA-GEPS分析场(a)、7天预报(b)、14天预报(c)和21天预报(d)的时滞-纬度传播图

    阴影为OLR异常相关,等值线为850 hPa纬向风异常相关。

    表  1  CMA-GEPS不同预报时效下,MJO东传及北传的预报场与分析场的相似系数

    传播方向 7天预报 14天预报 21天预报
    东传 RU850 = 0.95 RU850 = 0.79 RU850 = 0.54
    ROLR = 0.80 ROLR = 0.61 ROLR = 0.58
    北传 RU850 = 0.93 RU850 = 0.76 RU850 = 0.53
    ROLR = 0.78 ROLR = 0.59 ROLR = 0.54
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-08
  • 修回日期:  2024-07-16
  • 网络出版日期:  2024-10-15
  • 刊出日期:  2024-08-20

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