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本文利用美国大气辐射测量项目(ARM)制作的“气候模拟最佳估计”(CMBE)观测数据集,检验美国环境预报中心(NCEP)全球预报系统(GFS)2001-2008年在ARM Southern Great Plains(SGP)站点预报的地表通量、地表2米温度、地表降水、以及大气温度、相对湿度和云量的垂直分布,主要结论如下:
NCEP GFS预报地表向下短波辐射通量偏差最大达到200Wm-2,预报的偏差在夏季最大；地表向上短波通量的预报偏差基本在30Wm-2左右,且偏差大部分为负；2003年8月NCEP GFS模式长波方案的调整(GFDL转变为RRTM方案)提高了地表长波通量的白天预报;2006年8月NCEP GFS模式修正了向下长波辐射方案中的错误,提高了地表向下长波辐射通量全天的预报；NCEP GFS高估了所有季节夜晚负的感热值；NCEP GFS高估了全天的潜热值,白天的偏差要大于夜晚。对于地表2米温度,预报的白天午后温度偏冷,夜间至白天中午温度偏暖。模式逐年夏季的降水预报与实况存在较大的差异,但从所有年份的平均看夏季预报的降水与观测十分接近,这是由于逐年偏差正负抵消的缘故。
GFS较好地预报出了温度和相对湿度的季节变化；各个季节平均而言,GFS高估了1.5-12 km的大气温度,同时低估了春冬季13-16 km和秋冬季1.5 km以下的大气温度,各高度上温度偏差绝对值小于1℃；GFS预报结果再现了观测到的相对湿度垂直分布的双峰结构,但是高估了4-12 km的相对湿度；模式分辨率提高(T170L42更新为T254L64)显著改进了14-18km相对湿度的预报。预报的云量在10 km以下小于观测值,在10-13 km则高于观测值,而且,GFS没有预报出非降水性低云的云量,其预报的降水云的云量在8km以下也低于观测值,反映出GFS模式中浅对流和深对流活动不够活跃。NCEP GFS模式用预报的相对湿度和云水／云冰混合比(qc)诊断云量,我们采用同样的诊断公式由观测的相对湿度和GFS预报输出的qc计算云量,得到的云量在11km以下所有高度上都更加显著地小于观测值,即比GFS对云量的低估更加严重,说明GFS可能低估了此高度区间的qc。2001-2008年间GFS预报的温度、湿度和云量改进不显著,其预报云量和qc的误差很可能与模式中深对流和浅对流方案、层云微物理方案的不确定性有关。