BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京夏季邊界層的預(yù)報(bào)性能評(píng)估

劉夢(mèng)娟陳 敏

1）（北京大學(xué)物理學(xué)院大氣科學(xué)系，北京100871）2）（中國(guó)氣象局北京城市氣象研究所，北京100089）

BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京夏季邊界層的預(yù)報(bào)性能評(píng)估

劉夢(mèng)娟1）陳 敏2）*

1）（北京大學(xué)物理學(xué)院大氣科學(xué)系，北京100871）2）（中國(guó)氣象局北京城市氣象研究所，北京100089）

以北京市觀象臺(tái)2010年8月、2011年8月每日3次（08：00，14：00，20：00，北京時(shí)，下同）L波段探空秒間隔數(shù)據(jù)為實(shí)況，對(duì)BJ-RUC系統(tǒng)（rapid updated cycle system for the Beijing area）分析和預(yù)報(bào)邊界層性能進(jìn)行了初步評(píng)估。結(jié)果表明：BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京地區(qū)夏季白天邊界層的細(xì)致特征具有較好的預(yù)報(bào)能力，但也存在明顯的系統(tǒng)性誤差。08：00邊界層偏冷；14：00和20：00 1 km以下的邊界層則顯著偏暖，邊界層內(nèi)明顯偏濕。整體上模式對(duì)邊界層內(nèi)溫度、濕度的預(yù)報(bào)誤差均高于自由大氣。該系統(tǒng)對(duì)北京地區(qū)邊界層內(nèi)早晨（08：00）從夜間山風(fēng)向白天谷風(fēng)環(huán)流過(guò)渡、午后（14：00）到日落后（20：00）1500 m以下盛行西南偏南氣流的日變化特征具有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力。系統(tǒng)預(yù)報(bào)的14：00邊界層頂高度與評(píng)估時(shí)段內(nèi)實(shí)際對(duì)流邊界層高度的變化趨勢(shì)一致。但預(yù)報(bào)的對(duì)流邊界層頂偏高，這與BJ-RUC系統(tǒng)采用YSU邊界層參數(shù)化方案的垂直混合更強(qiáng)有關(guān)。

邊界層；L波段探空；業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)

引 言

近年來(lái)，數(shù)值模式對(duì)大氣邊界層的模擬和預(yù)報(bào)能力越來(lái)越受到人們的關(guān)注［1-4］，尤其是對(duì)某一特定地區(qū)（幾公里到幾十公里范圍）大氣邊界層氣象要素（風(fēng)、溫、濕）的空間分布和時(shí)間演變進(jìn)行短時(shí)預(yù)報(bào)，已成為邊界層氣象應(yīng)用的一個(gè)重要方面［5］。雖然針對(duì)業(yè)務(wù)模式自由大氣和地面要素預(yù)報(bào)性能的客觀檢驗(yàn)和評(píng)估工作已經(jīng)廣泛開(kāi)展［6-10］，但業(yè)務(wù)模式在大氣邊界層內(nèi)預(yù)報(bào)和同化質(zhì)量如何尚缺乏系統(tǒng)的研究，較多的是通過(guò)分析典型個(gè)例［11-14］或者對(duì)地面氣象要素預(yù)報(bào)性能評(píng)估來(lái)間接了解［15-17］。一個(gè)重要原因是缺少與模式可以直接對(duì)比的、能夠反映邊界層內(nèi)風(fēng)、溫、濕特征的實(shí)況資料。目前直接用于業(yè)務(wù)天氣分析應(yīng)用的探空觀測(cè)資料在邊界層內(nèi)垂直分辨率低，不能分辨邊界層內(nèi)細(xì)致的垂直結(jié)構(gòu)；且常規(guī)探空觀測(cè)時(shí)間為08：00（北京時(shí)，下同）和20：00，缺少午后對(duì)流邊界層發(fā)展旺盛時(shí)刻以及夜間邊界層穩(wěn)定時(shí)刻的實(shí)況資料。

近年來(lái)，我國(guó)自行研制的L波段高空探測(cè)系統(tǒng)逐步投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。2010年底，我國(guó)探空站的探空系統(tǒng)升級(jí)為L(zhǎng)波段探空系統(tǒng)，其電子探空儀采用電子感應(yīng)元件，采樣周期約為1.2 s，因此也稱L波段探空基數(shù)據(jù)為秒間隔數(shù)據(jù)，全國(guó)120個(gè)站點(diǎn)可連續(xù)自動(dòng)測(cè)定高空氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素值，按照400 m/min的升速計(jì)算，探空數(shù)據(jù)垂直采樣間隔為8 m，探測(cè)高度可達(dá)10 hPa，且資料中有時(shí)偏差、經(jīng)度差和緯度差，氣球升空直至爆炸，每一時(shí)刻的位置都能獲知，因此同傳統(tǒng)的探空資料相比，L波段探空秒間隔數(shù)據(jù)具有高時(shí)空分辨率、定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能對(duì)全國(guó)高空大氣進(jìn)行同步立體探測(cè)，其總體性能優(yōu)于59-701高空氣象探測(cè)系統(tǒng)［18］。

目前針對(duì)L波段探空秒間隔數(shù)據(jù)已開(kāi)展了一些應(yīng)用，例如周毓荃等［19］利用探空秒間隔數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)制作了云垂直結(jié)構(gòu)探空分析顯示圖，初步形成基于我國(guó)業(yè)務(wù)探空的云結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；楊湘婧等［20］對(duì)比分析了L波段探空秒間隔數(shù)據(jù)與JICA-PBL通量鐵塔梯度觀測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)造了L波段探空再分析與通量鐵塔近地層氣象信息相關(guān)模型，認(rèn)為L(zhǎng)波段探空垂直高分辨率廓線近地層數(shù)據(jù)能夠較好地描述大氣邊界層內(nèi)近地層溫、濕、壓特征。陶士偉等［21］認(rèn)為L(zhǎng)波段和59型兩種探空系統(tǒng)的觀測(cè)資料與模式背景場(chǎng)之差（簡(jiǎn)稱OMB）具有相似的平均偏差特征，但對(duì)于溫度的OMB標(biāo)準(zhǔn)差和擬合觀測(cè)誤差，L波段探空系統(tǒng)較59型有較大改進(jìn)。該系統(tǒng)提供的探空資料時(shí)間分辨率達(dá)1.2 s，能夠極為精細(xì)地反映探空氣球在升空過(guò)程中所獲取的垂直方向上各氣象要素的變化狀況。因此可以嘗試以該觀測(cè)資料為實(shí)況，對(duì)數(shù)值模式在邊界層內(nèi)的預(yù)報(bào)性能開(kāi)展檢驗(yàn)評(píng)估。

2008年以來(lái)，北京市觀象臺(tái)探空站每年汛期在14：00增加1次加密探空，其L波段探空系統(tǒng)的秒間隔數(shù)據(jù)具有足夠高的垂直分辨率，可以描述北京地區(qū)邊界層的廓線特征。因此，以北京觀象臺(tái)L波段探空系統(tǒng)08：00，14：00和20：00在邊界層內(nèi)獲取的秒間隔數(shù)據(jù)為實(shí)況，對(duì)北京市氣象局快速更新同化和預(yù)報(bào)循環(huán)系統(tǒng)（BJ-RUC）在北京地區(qū)的夏季邊界層預(yù)報(bào)性能進(jìn)行評(píng)估。

1 資料和方法

BJ-RUC系統(tǒng)是基于WRF三維變分同化技術(shù)和WRF模式建立的華北區(qū)域3 h周期快速更新循環(huán)同化預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)?重嵌套，分辨率分別為27 km，9 km和3 km［7-8］。本文對(duì)2010年8月和2011年8月的BJ-RUC系統(tǒng)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。采用的實(shí)況數(shù)據(jù)為該時(shí)段內(nèi)08：00，14：00，20：00北京市觀象臺(tái)（區(qū)站號(hào)為54511）經(jīng)質(zhì)量控制后的探空秒間隔數(shù)據(jù)，該站作為北京地區(qū)唯一一個(gè)探空站，對(duì)于北京地區(qū)的環(huán)境大氣在空間上具有代表性。相應(yīng)的模式數(shù)據(jù)由BJ-RUC系統(tǒng)的3 km區(qū)域在上述3個(gè)時(shí)次的分析場(chǎng)以及3 h，6 h預(yù)報(bào)場(chǎng)插值到北京市觀象臺(tái)的空間位置生成。由于本文研究對(duì)象為夏季邊界層，其高度不超過(guò)3 km，因此本文著重評(píng)估3 km以下19個(gè)模式層上的預(yù)報(bào)探空性能，相應(yīng)的實(shí)況為與每一模式層最鄰近高度層（通常高度差不超過(guò)5 m）上的探空秒間隔數(shù)據(jù)，本文考察的邊界層氣象要素為各層溫度、比濕、風(fēng)速、風(fēng)向。

2 北京市觀象臺(tái)夏季邊界層要素預(yù)報(bào)性能

2.1 溫濕垂直廓線

模式對(duì)邊界層內(nèi)溫濕垂直廓線的預(yù)報(bào)性能直接反映了模式對(duì)邊界層內(nèi)輸送過(guò)程的描述能力。如圖1所示，08：00邊界層內(nèi)溫度的對(duì)比結(jié)果表明，觀測(cè)的溫度垂直廓線在400 m以下有一個(gè)垂直遞減率相對(duì)較小的薄層（183～421 m），模式大致預(yù)報(bào)出該特征，但溫度預(yù)報(bào)整層均偏冷，其中3 h預(yù)報(bào)偏冷約1℃，6 h預(yù)報(bào)偏冷約0.5℃，這與模式預(yù)報(bào)的08：00 2 m溫度系統(tǒng)性偏低（圖略）一致。14：00模式預(yù)報(bào)的溫度在1200 m以下均偏暖，其中800 m以下平均偏暖可達(dá)1℃左右，明顯大于模式在自由大氣中的預(yù)報(bào)偏差，相應(yīng)的14：00 2 m溫度也較實(shí)況顯著偏暖。20：00模式預(yù)報(bào)的邊界層1 km以下偏暖現(xiàn)象則更為顯著，平均溫度較實(shí)況偏暖1℃以上。

圖1 北京市觀象臺(tái)2010年8月和2011年8月邊界層內(nèi)平均溫度與分析場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)的平均偏差及均方根誤差Fig.1 Vertical profiles of mean temperature，bias and root mean square error of analysis，3-h forecast and 6-h forecast in boundary layer of Beijing Weather Observatory in August 2010 and August 2011

續(xù)圖1

垂直方向上能夠影響邊界層的常規(guī)觀測(cè)數(shù)量遠(yuǎn)少于自由大氣。對(duì)于溫度而言，僅有925 hPa和850 hPa兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓層以及飛機(jī)起降過(guò)程中可以提供的相關(guān)溫度觀測(cè)，地面溫度觀測(cè)的同化也可影響邊界層底層，但資料同化在邊界層內(nèi)仍有較為明顯的正效應(yīng)。如08：00 BJ-RUC系統(tǒng)同化的背景場(chǎng)為前次循環(huán)的3 h預(yù)報(bào)，在邊界層500 m左右的高度上明顯偏冷，而同化后獲得的分析場(chǎng)在400 m以上幾乎沒(méi)有系統(tǒng)性偏差，即資料同化有效修正了背景場(chǎng)偏冷，但400 m以下偏暖；14：00溫度分析場(chǎng)廓線也表現(xiàn)出類似特征，表現(xiàn)為分析場(chǎng)有效修正了1200 m以下前次循環(huán)3 h預(yù)報(bào)的暖偏差。值得注意的是，20：00在近地面200 m附近形成了一個(gè)明顯的虛假偏冷層。由于20：00預(yù)報(bào)系統(tǒng)為冷啟動(dòng)，客觀分析采用美國(guó)NCEP GFS全球6 h預(yù)報(bào)來(lái)作為資料同化的初猜場(chǎng)，而此初猜場(chǎng)被證明在近地面層存在顯著偏冷的系統(tǒng)性誤差①http：∥www.emc.ncep.noaa.gov/GFS/impl.php.，該場(chǎng)在近地面層的系統(tǒng)性偏冷可能也會(huì)對(duì)模式夜間的溫度預(yù)報(bào)起到直接的影響。

圖2給出了邊界層內(nèi)實(shí)況、分析場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)的平均濕度垂直廓線分布。整體來(lái)看，邊界層內(nèi)BJRUC系統(tǒng)的分析場(chǎng)和預(yù)報(bào)場(chǎng)表現(xiàn)為顯著的系統(tǒng)性偏濕，其中14：00偏濕最為明顯，該現(xiàn)象的出現(xiàn)一方面是由于在資料同化過(guò)程中，GPS可降水量觀測(cè)的同化為模式大氣增加了額外的水汽，另外也可能是常規(guī)無(wú)線電探空的濕度觀測(cè)相對(duì)實(shí)際大氣顯著偏干的結(jié)果［22-24］。

續(xù)圖2

2.2 邊界層局地環(huán)流

北京地區(qū)受特殊地形影響，夏季在晴朗少云和微風(fēng)條件下通常表現(xiàn)出明顯的山谷風(fēng)局地環(huán)流日變化特征［25］，即午后到日落北京平原地區(qū)均為偏南風(fēng)，夜間到日出后則轉(zhuǎn)換為由北向南的山風(fēng)。通過(guò)分析邊界層內(nèi)不同高度（0～300 m，301～750 m，751～1500 m）的風(fēng)玫瑰圖（圖3～5），來(lái)定量描述模式對(duì)北京地區(qū)邊界層內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)以及局地環(huán)流的預(yù)報(bào)性能。

圖3 2010年8月與2011年8月北京市觀象臺(tái)08：00不同高度風(fēng)玫瑰圖（圖中扇形半徑代表該風(fēng)向所占百分比，圓心處為0；每圈代表5%）Fig.3 Wind rose map between different levels of Beijing Weather Observatory at 0800 BT in August 2010 and August 2011（the radius of sector indicates the percentage for each wind direction，starting from the center as 0；each circle indicates 5%）

圖4 同圖3，但為14：00Fig.4 The same as in Fig.3，but for 1400 BT

首先分析觀測(cè)所反映的白天邊界層環(huán)流特征。由圖3可以看到，08：00北京地區(qū)正處于從夜間山風(fēng)向白天谷風(fēng)環(huán)流過(guò)渡的階段，因此該時(shí)刻北京市觀象臺(tái)偏北的山風(fēng)環(huán)流層較薄，300 m以下的主要風(fēng)向?yàn)闁|北偏北風(fēng)（0°～67.5°，占42.1%）；301～750 m的風(fēng)向由北向南轉(zhuǎn)折：東北偏北風(fēng)（0°～45°）與西南風(fēng)（202.5°～247.5°）出現(xiàn)的頻次分別為20.53%和30.04%；而在751～1500 m主要為西南風(fēng)（180°～247.5°，占44.2%）；1500 m以上則沒(méi)有主導(dǎo)的盛行風(fēng)向（圖略）。14：00地面到1500 m內(nèi)幾乎均為南風(fēng)（圖4），其中300 m以下南風(fēng)（135°～225°）和750 m以下西南偏南風(fēng)（180°～247.5°）風(fēng)向出現(xiàn)頻次分別占54.0%和46.4%；751～1500 m主導(dǎo)風(fēng)向以西南風(fēng)（180°～247.5°）為主，但不占明顯優(yōu)勢(shì)（僅占37.4%）。20：00北京市觀象臺(tái)南風(fēng)（135°～225°）（圖5）風(fēng)向在300 m以下、301～750 m和751～1500 m之間發(fā)生的頻次分別占68.7%，66.0%，48.9%，由此可見(jiàn)，日間的谷風(fēng)環(huán)流可以維持到日落，其厚度可達(dá)1500 m。

從預(yù)報(bào)結(jié)果來(lái)看，模式3 h（圖3）比6 h預(yù)報(bào)能夠更好地反映08：00北京地區(qū)300 m以下盛行東北偏北風(fēng)（0°～67.5°）、301～750 m盛行風(fēng)從北風(fēng)向西南風(fēng)過(guò)渡，且3 h和6 h預(yù)報(bào)對(duì)751～1500 m之間的西南偏西風(fēng)（180°～247.5°）均具有較好的預(yù)報(bào)效果，但預(yù)報(bào)風(fēng)速明顯較實(shí)況偏弱（圖3）。3 h和6 h預(yù)報(bào)也基本能夠反映14：00北京地區(qū)邊界層內(nèi)西南偏南主導(dǎo)氣流的特征，但3 h預(yù)報(bào)在301～750 m（圖4）、751～1500 m內(nèi)出現(xiàn)西南風(fēng)的頻次明顯高于實(shí)況，6 h預(yù)報(bào)的西南偏南風(fēng)頻次與實(shí)況類似，且具有更多的東南風(fēng)（圖4）。對(duì)于20：00邊界層內(nèi)1500 m以下日落后谷風(fēng)環(huán)流特征，3 h和6 h預(yù)報(bào)性能基本相似（圖5），二者均預(yù)報(bào)出0～300 m和301～750 m之間202.5°～225°間明顯的西南偏南風(fēng)向發(fā)生的高頻區(qū)，但與實(shí)況相比，仍然報(bào)出了更多的東南風(fēng)發(fā)生頻次。且3 h和6 h預(yù)報(bào)的300 m以下風(fēng)速明顯偏強(qiáng)（圖5），這與YSU邊界層方案垂直混合較強(qiáng)、易導(dǎo)致邊界層內(nèi)風(fēng)速偏強(qiáng)有關(guān)。

從這3個(gè)時(shí)次邊界層內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的分析效果來(lái)看（圖3～5），同化后1500 m以下的邊界層內(nèi)風(fēng)向準(zhǔn)確率均優(yōu)于預(yù)報(bào)，能更好地反映邊界層內(nèi)局地環(huán)流特征。但值得注意的是，同化后獲得的750 m以下風(fēng)速初值明顯較實(shí)況偏弱。由此可見(jiàn)，在邊界層內(nèi)風(fēng)觀測(cè)資料的同化對(duì)背景場(chǎng)中風(fēng)向的修正效果非常顯著，但嚴(yán)重削弱了背景風(fēng)速。因此有必要在未來(lái)的工作中對(duì)邊界層內(nèi)與風(fēng)相關(guān)的觀測(cè)以及同化方法開(kāi)展更為細(xì)致的研究。

圖5 同圖3，但為20：00Fig.5 The same as in Fig.3，but for 2000 BT

2.3 對(duì)流邊界層特征

午后為每日邊界層頂最高、混合最強(qiáng)、對(duì)流邊界層特征最為典型的時(shí)刻，因此將14：00系統(tǒng)模式預(yù)報(bào)與根據(jù)探空秒間隔數(shù)據(jù)虛位溫計(jì)算的邊界層頂高度進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)BJ-RUC系統(tǒng)的對(duì)流邊界層預(yù)報(bào)性能。根據(jù)北京市觀象臺(tái)在2010年8月、2011年8月逐日14：00的地面天氣狀況報(bào)告可知，在這兩個(gè)月時(shí)間內(nèi)，晴空及少云天氣出現(xiàn)了48次，多云出現(xiàn)8次，輕霧及霾出現(xiàn)4次，對(duì)流性降水出現(xiàn)了3次。

從兩個(gè)月觀測(cè)和預(yù)報(bào)的邊界層頂高度時(shí)間序列對(duì)比來(lái)看（圖6），在晴空少云天氣時(shí)，邊界層內(nèi)熱力對(duì)流旺盛，邊界層頂可以發(fā)展到較高的高度，大部分可達(dá)1 km以上。3 h與6 h預(yù)報(bào)的對(duì)流邊界層高度與實(shí)況具有非常一致的變化特征。

由圖7可知，晴空少云的平均虛位溫廓線表明，系統(tǒng)預(yù)報(bào)的虛位溫整體偏高，近地面的超絕熱層的虛位溫遞減深度不如觀測(cè)，但發(fā)展出了更厚的混合層，說(shuō)明模式預(yù)報(bào)的對(duì)流邊界層過(guò)強(qiáng)。當(dāng)?shù)涂斩嘣婆c輕霧天氣時(shí)，地面受到的太陽(yáng)輻射較少，熱力對(duì)流不旺盛，混合層頂較低。分析場(chǎng)準(zhǔn)確地描述出此時(shí)邊界層的虛位溫廓線特征，而3 h和6 h預(yù)報(bào)均或多或少地表現(xiàn)出較實(shí)況更強(qiáng)的垂直混合特征，近地面位溫均偏高，預(yù)報(bào)的虛位溫垂直廓線更類似于晴空條件下對(duì)流混合層的分布。對(duì)比相對(duì)濕度的平均廓線（圖略）后發(fā)現(xiàn)，這可能是由于系統(tǒng)預(yù)報(bào)在地面至云底高度間偏干、預(yù)報(bào)的云底高度偏高、預(yù)報(bào)的邊界層內(nèi)混合明顯過(guò)強(qiáng)造成的。而從僅有的3次對(duì)流性降水過(guò)程來(lái)看，整層相對(duì)濕度實(shí)況基本在80%以上，系統(tǒng)預(yù)報(bào)和分析的虛位溫廓線與實(shí)況基本一致。

圖6 北京市觀象臺(tái)在2010年8月與2011年8月14：00邊界層高度變化Fig.6 Variation of boundary layer height of Beijing Weather Observatory at 1400 BT in August 2010 and August 2011

圖7 北京市觀象臺(tái)在2010年8月與2011年8月14：00晴空少云、多云、輕霧、降水情況下的平均虛位溫垂直分布Fig.7 Vertical profiles of mean virtual potential temperature in boundary layer in sunny，cloudy，mist，rainy days of Beijing Weather Observatory at 1400 BT in August 2010 and August 2011

續(xù)圖7

3 結(jié) 論

本研究表明，BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京地區(qū)夏季白天邊界層的特征具有較好的預(yù)報(bào)能力，但也存在明顯的系統(tǒng)性誤差：

1）BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)邊界層內(nèi)的溫濕廓線預(yù)報(bào)誤差均高于自由大氣，即08：00對(duì)400 m以下溫度垂直遞減率較小的薄層模式能夠有一定反映，但溫度預(yù)報(bào)整層偏冷；14：00和20：00對(duì)1 km以下的邊界層內(nèi)溫度預(yù)報(bào)則顯著偏暖；對(duì)于邊界層內(nèi)濕度的分析和預(yù)報(bào)也表現(xiàn)出明顯的濕偏差。

2）BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京地區(qū)早晨（08：00）從夜間山風(fēng)向白天谷風(fēng)環(huán)流過(guò)渡、午后（14：00）到日落后（20：00）北京地區(qū)1500 m以下的邊界層內(nèi)盛行西南偏南氣流的日變化特征具有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力，但08：00預(yù)報(bào)的風(fēng)速偏弱，而午后到日落西南偏南氣流的風(fēng)速預(yù)報(bào)偏強(qiáng)。邊界層內(nèi)風(fēng)觀測(cè)資料的同化對(duì)風(fēng)向的修正效果非常顯著，但嚴(yán)重削弱了風(fēng)速，因此有必要在今后的工作中對(duì)邊界層內(nèi)與風(fēng)相關(guān)的觀測(cè)以及同化方法開(kāi)展更為細(xì)致的研究。

3）對(duì)于晴空少云狀況下的混合邊界層特征，BJ-RUC系統(tǒng)預(yù)報(bào)的14：00邊界層頂高度與評(píng)估時(shí)段內(nèi)實(shí)際的對(duì)流邊界層頂高度變化趨勢(shì)吻合，但高度略偏低。在多云和輕霧天氣情況下，系統(tǒng)預(yù)報(bào)描述出較實(shí)況更強(qiáng)的垂直混合特征，這與模式采用的YSU邊界層方案垂直混合更強(qiáng)有關(guān)。

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《應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)》征稿簡(jiǎn)則

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Evaluation of BJ-RUC System for the Forecast Quality of Planetary Boundary Layer in Beijing Area

Liu Mengjuan1）Chen Min2）

1）（Department of Atmospheric and Oceanic Science，Peking University，Beijing 100871）
2）（Institute of Urban Meteorology，CMA，Beijing 100089）

The performance of analyses and forecasts from BJ-RUC（Beijing Rapid Updated Cycling Analysis and Forecast System）are evaluated against the operational L-band radiosonde observations at Beijing Weather Observatory sounding station at 0800 BT，1400 BT and 2000 BT during the 2-month period of August 2010 and August 2011.From the results，it can be found that in Beijing Area，the detailed structure of the boundary layer revealed by the very high vertical resolution L-band radiosonde observations during the daytime，is generally well predicted by the model.However，systematical bias is also significantly identified.For the temperature profile，WRF model is capable of forecasting the thin layer with smaller temperature lapse rate below 400 m，while the whole boundary layer is forecasted with cold bias and warm bias at 1400 BT and 2000 BT for the boundary layer below 1 km.In addition，significant wet biases are also identified from the analyses and forecasts within the boundary layer.Overall，there are much larger systematical biases for forecasts within planetary boundary layer（PBL）than those in free atmosphere.

According to the L-band radiosonde observations，the prevailing PBL mountain breeze at night usually transits into the valley breeze in the morning（around 0800 BT），there after the SSW wind will be dominant in PBL below 1500 m during the afternoon（from 1400 BT to 2000 BT）in Beijing Area.The WRF model accurately predicts such kind of diurnal feature of PBL circulation，but the wind speed in the morning is under-predicted while over-predicted in the afternoon.The forecast performance for height of PBL at 1400 BT is also verified against those derived from radiosonde data.The forecasted daily variation tendencyof the height fits well with the observation during the evaluation period.But more or less，WRF model will over-predict the height under the circumstances of clear sky and light-mist，which could be partially ascribed to the feature of too strong vertical mixing in Yongsei University（YSU）PBL scheme utilized in the model.

planetary boundary layer（PBL）；L-band radiosonde；operational numerical weather forecast

劉夢(mèng)娟，陳敏.BJ-RUC系統(tǒng)對(duì)北京夏季邊界層的預(yù)報(bào)性能評(píng)估.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2014，25（2）：212-221.

2013-02-21收到，2014-01-20收到再改稿。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2013CB430102），國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2008BAC37805）

*通信作者，email：mchen＠ium.cn