區(qū)域集合預(yù)報(bào)初始擾動(dòng)構(gòu)造中濾波與同化尺度混合方法對比研究.pdf

1、區(qū)域集合預(yù)報(bào)是改進(jìn)強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)能力的重要途徑之一，而影響區(qū)域集合預(yù)報(bào)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一就是初始擾動(dòng)能否合理、實(shí)際地反映分析誤差的振幅與結(jié)構(gòu)，因此構(gòu)造合理的初始擾動(dòng)對提高區(qū)域集合預(yù)報(bào)質(zhì)量非常重要。目前，各種初始擾動(dòng)方案構(gòu)造的區(qū)域集合預(yù)報(bào)初始擾動(dòng)都是單一尺度的，不能全面、準(zhǔn)確地描述實(shí)際大氣運(yùn)動(dòng)特征。為了構(gòu)造更加合理的初始擾動(dòng)，本文先構(gòu)造了基于2D-DCT濾波方法的尺度混合初始擾動(dòng)方案(Filter方案)，并證明了該方案改善原集合預(yù)報(bào)場（R

2、EPS）性能的有效性;考慮到基于濾波方法的尺度混合方案由于濾波界限難以客觀確定且多尺度信息混合時(shí)易產(chǎn)生擾動(dòng)誤差，構(gòu)造了基于GRAPES三維變分同化系統(tǒng)的尺度混合初始擾動(dòng)方案(VAR方案)并分析其性能;最后通過更長時(shí)間的集合預(yù)報(bào)試驗(yàn)，對比分析兩種尺度混合初始擾動(dòng)方案的性能。
　　本文得到的主要研究結(jié)論如下:
　　(1)基于濾波方法的尺度混合初始擾動(dòng)方案可以根據(jù)濾波界限完全融合高質(zhì)量的大尺度信息和中小尺度信息。該方法對降水預(yù)報(bào)有

3、所改善，對應(yīng)的大雨量級、暴雨以上的概率預(yù)報(bào)優(yōu)于原集合預(yù)報(bào)，集合平均優(yōu)于控制預(yù)報(bào)和原集合預(yù)報(bào)的集合平均。該方法可顯著改進(jìn)高度場和溫度場的預(yù)報(bào)能力，對風(fēng)場預(yù)報(bào)能力改善程度偏小。
　　(2)基于同化方法的尺度混合初始擾動(dòng)方案較好地融合全球大尺度信息和中小尺度天氣系統(tǒng)的擾動(dòng)信息;對大雨和暴雨量級的降水概率預(yù)報(bào)效果有明顯改善，集合平均也優(yōu)于原集合預(yù)報(bào)的集合平均和控制預(yù)報(bào);該方案整體改善了原集合預(yù)報(bào)性能，特別是對高度場和溫度場效果更為顯著，但

4、對風(fēng)場的集合預(yù)報(bào)性能影響偏小。
　　(3)基于濾波方法的尺度混合方案和基于同化方法的尺度混合方案的集合預(yù)報(bào)性能均優(yōu)于REPS，兩種方案的優(yōu)勢不同。VAR方案對集合平均均方根誤差的減少程度最大，而Filter方案對模式預(yù)報(bào)初期(0-24 h)集合離散度的改善程度最大，而在模式預(yù)報(bào)后期兩種方案對集合離散度的提高程度相同;總體來看，VAR方案對位勢高度、緯向風(fēng)速的改善效果最大，而Filter方案對溫度的改善程度最大，兩種尺度混合方案對經(jīng)