对流尺度资料同化之研究：背景误差协方差研究-气象科技研究-中央.PDF

對流尺度資料同化之研究： 背景誤差協方差研究 林勤芳1 林忠義2 劉嘉騏2 洪景山1 中央氣象局氣象資訊中心1 台灣颱風洪水研究中心2 摘 要 本研究選取兩組不同控制變數之背景誤差協方差，針對其特性進行分析，期望能找出一組 適用於對流尺度下之背景誤差。WRFVAR 一般背景誤差所使用的控制變數為ψχ(CV5)，隱含 溫度、壓力和風場變數之間的熱力風關係，本研究主要著重在對流尺度下的天氣系統，所以另 外使用一組適用於小尺度之背景誤差，以 UV 為控制變數，透過不斷同化觀測資料，由模式積 分來建立平衡關係。背景誤差結構及單點測試結果均顯示以 UV 為控制變數的 CV7 較能表現對 流尺度特性，且能避免變數間轉換導致錯誤的訊息。   其中 x 、xb 、y0 分別為分析場、背景場 一、 前言 及觀測場，B 和 R 分別為背景誤差及觀測誤 台灣因地理位置及地形分布，深受颱 差矩陣，H 則為將模式變數轉換至觀測場之 風、梅雨等劇烈天氣系統影響，所以發展短 觀測因子。直接計算背景場誤差 B 所需的計 期降水預報對於防災有重要助益，而雷達觀 算量相當大(~106 7 -10 ) ，所以導入control 測之高時空解析度非常適用於短期天氣預 variable(v) ，假設x-xb=Uv ，且滿足B=UUT 的 報，因此希望能發展雷達資料同化系統，透 關係，經由控制變數轉換後公式可改寫為 過 WRFDA 模式結合模式預報與雷達觀測資 ′ 料，來得到一組模式初始場，以進行最佳化 的預報。 控制變數轉換可以大幅減少非相關變數的計 模式及觀測相對於真實場都會有誤差， 算量，其將變數投影到正交函數座標，並假 其中觀測誤差可透過模式給定，模式背景誤 設背景誤差矩陣為均質性和等向性。 差協方差矩陣則需要透過 gen_be 套件計算得 分析增量可以分解為 到，本研究使用兩組不同控制變數之背景誤 x 差協方差，針對適用於對流尺度下之特性進 其轉換因子分別為水平轉換() 、垂直轉換 行分析。 (和物理變數轉換 ，水平變數轉換使 二、 研究方法 用 recursive filter 來表示背景誤差的水平自相 關，垂直變數轉換則是使用 EOF 分解背景誤 (一) WRFD