风暴尺度集合预报初始扰动方法及误差演变特征研究

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目前对于短期集合预报方面的研究认识还比较缺乏,其中对如何构造适合于短期预报的初始扰动还不够清楚,因此需要针对风暴尺度的特点研究误差的发展演变特征,比较不同初始扰动方法的效能。本文利用WRF模式,针对一个典型的风暴系统,对初始场采用了随机扰动和异物理模态扰动方法进行了集合预报实验,为此构造了2个集合系统,分别从误差分布和演变以及集合评分等方面对系统进行了分析。结论有: (1)无论是在哪个位置引入初始扰动,最大误差总在湿对流区域出现,并且随着风暴而发展。垂直方向上的分布是水汽含量误差集中在低层,风场的误差集中在中层,温度场的误差集中在高层。(2)在湿对流区误差的发展是一个非线性的增长过程。减小初始扰动的振幅只能有限的提高预报时效,误差最终仍会发展起来。(3)选择对流发展的不同时期加入扰动很重要,在20分钟时加入扰动所产生的误差范围最大。在对流区扰动加入的越晚,误差增长速度越快。(4)在对流区域加入的扰动在短时间内就被环境场所控制,无论怎样的扰动都会趋于一致,而对背景场作扰动后发现仅在100min内误差是非线性增长,而100min后误差发展主要由对流外部的误差所控制,误差线性增长。(5)不同微物理过程参数化方案对不同物理量的影响是不相同的,标准化后发现对U,T的影响最大。采用异物理模态法构造的初始成员在对流区的分布不均匀,能够反映出在对流区的不稳定性。(6)对2种扰动方法构造的集合系统比较发现采用异物理模态扰动法构造的集合系统较随机扰动方法更为发散,集合平均4小时地面累积降水量显示,异物理模态相比于随机扰动系统有较大的改进。(7)从集合检验结果来看,2种扰动方法在总体上均要好于控制预报,并且在积分前期异物理模态扰动法能改进随机扰动的干偏差,但是随着积分时间的延长,异物理模态法又表现出过湿的现象。对于降水大于12.7mm的大雨,异物理模态集合平均的预报技巧要高于随机扰动集合平均。
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