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广州区域数值模式业务系统介绍

广州区域气象中心以GRAPES_MESO为核心模块,开发建立华南区域嵌套的热带气象数值预报系统,该系统已经在高性能机器(IBM)上投入业务运行,该系统包括:(1)中国南海台风模式(TRAMS2.0,0.18º);(2)华南中尺度模式(MARS,0.09º);(3)华南精细数值预报模式(MARS,0.03º)以及专业模式海洋气象数值预报模式和环境气象数值预报模式。

中国南海台风模式。

南海台风模式,水平分辨0.18º,垂直65层。模式层顶高度为31000 m。业务发布七天热带海洋天气预报和台风预报。基于GRAPES_TMM(GRAPES Tropical Mesoscale Model)的非静力平衡模式,水平方向采用等距的经-纬格点和Arakawa-C格式。

分析同化:3DVAR等压面分析,资料主要包括地面、船舶、探空、ATOVS资料和云导风资料等,采用简单的背景误差协方差。

台风初值: 主要是采用台风重定位技术和人造台风模型技术,通过三维变分和初值化方法引入数值模式。

动力框架:全可压-非静力平衡、半隐式-半拉格朗日差分方案、采用等温大气静力扣除、改进正定水汽平流方案、高度地形追随坐标、垂直方向采Charney-Philip跳层设置。

物理过程:微物理(WSM6)、长波辐射(RRTM)、短波辐射(ECMWF)、近地面层(M-O相似理论)、边界层(MRF)、陆面过程(SAS)、积云对流(SAS),地形重力波拖曳(KA95)。

侧边界:GFS、T639。

(1)模式预报范围:经度81.6°E至160.8°E; 纬度0.8°N 至50.5°N。

(2)预报时次:每日四次(00、12 UTC分别发布168小时预报,06、18 UTC分别发布72小时预报)

(3)热带风暴起报条件:编号热带气旋进入起报范围,90.0°E以东,155.0°E以西,5.0°N以北,50.0°N以南范围时,模式将自动加入人造台风模型,并发布台风预报产品。

华南中尺度模式

华南中尺度天气预报模式,水平分辨0.09º,垂直55层。模式层顶高度约为35000 m。业务发布7天(即168小时)华南中尺度天气预报和精细要素预报。预报模式基于GRAPES_TMM(GRAPES Tropical Mesoscale Model)的非静力平衡模式,水平方向采用等距的经-纬格点和Arakawa-C格式。

分析同化:3DVAR等压面分析,资料主要包括地面、船舶、探空、ATOVS资料、云导风、、飞机报、雷达VAD资料等,采用简单的背景误差协方差。

台风初值: 主要是采用台风重定位技术和人造台风模型技术,通过三维变分和初值化方法引入数值模式。

动力框架:全可压-非静力平衡、半隐式-半拉格朗日差分方案、采用等温大气静力扣除、改进正定水汽平流方案、高度地形追随坐标、垂直方向采Charney-Philip跳层设置。

物理过程:微物理(WSM6)、长波辐射(RRTM)、短波辐射(ECMWF)、近地面层(M-O相似理论)、边界层(MRF)、陆面过程(SLAB)、积云对流(SAS),地形重力波拖曳(KA95)。

下垫面:起报时模式的下垫面条件,采用实时陆面单变量分析订正。

侧边界:GFS、TRAMS、T639。

(1)模式预报范围:经度95.0°E至130.0°E; 纬度10.0°N 至35.0°N。

(2)预报时次:日四次(00、12 UTC分别发布168小时预报,06、18 UTC分别发布72小时预报)

(3)热带风暴起报条件:编号热带气旋进入起报范围,97.0°E以东,128.0°E以西,12.0°N以北,34.0°N以南范围时,模式将自动加入人造台风模型,并发布台风预报中尺度产品。

华南精细数值预报模式

华南中尺度天气预报模式,水平分辨0.03º,垂直55层。模式层顶高度约为28 km。业务发布一天(即24小时)华南中尺度天气预报和精细要素预报。预报模式基于GRAPES_TMM(GRAPES Tropical Mesoscale Model)的非静力平衡模式,水平方向采用等距的经-纬格点和Arakawa-C格式。

分析同化:3DVAR等压面分析,资料主要包括地面、船舶、探空、ATOVS资料、云导风、、飞机报、雷达VAD资料等,采用简单的背景误差协方差。

动力框架:全可压-非静力平衡、半隐式-半拉格朗日差分方案、采用等温大气静力扣除、改进正定水汽平流方案、高度地形追随坐标、垂直方向采Charney-Philip跳层设置。

物理过程:微物理(WSM6)、长波辐射(RRTM)、短波辐射(ECMWF)、近地面层(M-O相似理论)、边界层(MRF)、陆面过程(SLAB)、积云对流(SAS)。

下垫面:起报时模式的下垫面条件,采用实时陆面单变量分析订正。

侧边界:EC、GFS、MARS。

(1)模式预报范围:经度103.5°E至122.5°E; 纬度17.0°N 至30.0°N。

(2)预报时次:逐小时发布24小时预报。 

海洋气象数值预报模式

海洋气象数值预报系统主要包括区域海洋环流模式、区域海浪模式和风暴潮模式三个部分。海洋环流模式以GFDL开发的MOM模式为基本框架,由中国气象局业务台风模式输出海气界面交换的通量驱动模式预报海温和海流。模式输出变量水平范围81.6°E—160.8°E,0.8°N—50.48°N,分辨率0.36°×0.36°,发布三天(72小时)6小时海温和海洋环流预报。区域海浪数值预报模式建立在第三代海浪模式WAVE WATCH III 基础上,预报范围纬度10°N至30°N,经度100°至130°E,分辨率0.25º × 0.25º, 24个方向,25段频率,发布0-72小时有效波高、平均周期预报。风暴潮模式以JMA风暴潮模式为主要框架,中尺度模式或主观预报构成的理想风场作为驱动风场,提供风暴增水预报。模式预报范围90.0°E—150.0°E,5.0°N—50.0°N,分辨率0.0333º × 0.0333º,发布两天(48小时)逐小时台风风暴增水预报。

环境气象模式

环境气象模式,基于CMAQ模式为核心,三重嵌套,分别对应的水平分辨为27km、9km、3km,取地形追随静力气压垂直坐标,垂直25层。业务发布3天广东省和珠三角区域的空气质量要素。

排放源清单输入:第一、二重嵌套源清单数据来自INTEX-B 2006亚洲排放源清单。第三重嵌套的珠三角源清单以2006年作为基准年普查的本地化的珠江三角洲大气排放源清单,该清单能代表最新珠江三角洲排放源特征的高时空分辨率动态分布。

初始条件和边界条件设置:利用前一天模拟结果作为后一天模拟的初始条件,母嵌套模拟结果作为子嵌套模拟的边界条件。

化学机理:选用改进的CBM-IV机理(CB4-AE4-AQ,CB-IV gas-phase mechanism, 4rd generation CMAQ aerosol mechanism with sea salt, aqueous/cloud chemistry),该机理同时考虑了液相和气溶胶化学;化学机理利用QSSA解法求解;使用JPROC模块计算物种光解率。

侧边界:GFS、T639。

(1)模式预报范围:经度108.9°E至117.7°E; 纬度19.5°N 至25.7°N。

(2)预报时次:每日两次(00、12 UTC),分别发布72小时预报产品