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不同扰动方法集合离散度演变的异同性暨地形扰动初探

作者: 李俊 [1] 杜钧 [2] 刘羽 [3] 许建玉 [1]
关键字: 北京“7   21”大暴雨 集合预报 地形扰动 初值和物理扰动 离散度的异同性                                                                                                                
摘要:基于北京“7.21”特大暴雨个例,设计了一种考虑地形不确定性对降水影响的集合预报方案,在对该方案进行初步评估的基础上,重点通过计算相关系数、扰动总能量和尺度分解,对包括地形扰动方案在内的4种集合预报方案(初值、多物理、地形、初值-多物理混合)中离散度演变的异同性进行了分析.结果表明:(1)考虑模式地形不确定性的扰动方案,在不影响集合平均降水预报质量的基础上,对集合降水预报的离散度和概率预报略有正贡献.(2)离散度空间结构的演变与天气形势的演变密切相关.不同扰动方案产生的离散度在初始时刻的空间分布各不相同,但随模式向前积分其离散度的相似度快速增大,其中0-6 h内增长速度最快,离散度场之间的相关系数可以超过0.6.混合方案与单一扰动方案相比,对离散度空间结构的贡献不大.(3)虽然不同方案的离散度空间结构相似,但其幅度却存在明显的差异,如地形扰动方案的离散度幅度明显小于初值扰动和物理过程扰动方案.混合方案可以增加原单一扰动方案的离散度振幅,但这种增加在高层明显,而在近地面层并不明显,因而增加降水和其他近地面大气变量的离散度要比增加上层大气变量的离散度更困难.(4)尺度分离的结果表明,随着空间尺度的增大和积分时间的延长,不同扰动方法产生的离散度结构会逐渐变得相似,但在积分早期(<12 h)和较小的空间尺度(<448 km)上离散度结构的差异仍明显,并且在较小的空间尺度(<448 km)上,不同扰动方法产生的离散度幅度有明显的差异.所以对于小空间尺度系统或甚短期预报,选择扰动方案比大尺度和较长期的预报更重要.以上研究可为集合预报如何合理采用不同扰动方案或不同方案的组合提供科学依据.