客观综合预报方法.ppt

客观综合预报方法及集合预报简介 集合预报及其应用简介 Ensemble Forecasting(Prediction)； ensemble：n. 全体，剧团，联合演出人员，合奏曲，系综； 系综：ensemble，在一定的宏观条件下，大量性质和结构完全相同的、处于各种运动状态的、各自独立的系统的集合。 集合预报：集成预报、系综预报 Ensemble Prediction System(EPS)：集合预报系统； 数值天气预报的发展 数值天气预报（NWP）的成功是20世纪最重要的科学、技术和社会成就之一。 随着计算技术和数值预报理论、方法的发展，数值预报技术体系已经日臻成熟，建立了系统的数值预报理论和业务应用流程。 过去25年来，数值天气预报的技巧有明显提高，至少是每十年增加1天。 目前天气预报面临的问题 高影响天气预报的准确率需要提高。高影响天气是指对社会、经济和环境产生重大影响的天气现象与事件。高影响天气事件的发生是小概率事件，但其后果可能是灾难性的。改进高影响天气的预报技巧是21世纪面临的重大科学与社会挑战之一。 预报时效需要从7天扩展到14天，达到中短期天气预报的极限值。然后再进一步与气候预报相衔接，共同解决2周到几周的天气预报，这是目前无缝隙预报的主要问题。 数值天气预报的不确定性 初始条件不确定性。初始误差随时间增长，3~5天时误差翻倍，小的误差增长更快。 模式不确定性。模式中表征物理过程或计算近似造成的不确定性，也称模式误差。求解的数值近似与次网格过程的参数化造成。 固有不确定性。主要由有限模式分辨率产生，也称剩余不确定性。不论谱模式或格点模式，由离散网格点代替连续时空的计算方法都会带来一定误差。 集合预报概念的PDF描述 解决初值条件误差和模式误差的途径是使用集合预报系统（EPS）来估计可能预报结果发生的概率。 EPS不确定性可由概率密度函数（PDF）表征。它是由不同集合成员构成的频率分布。 集合预报概念的PDF描述 集合预报的分类 按照不确定性的来源： 初值集合（经典集合预报方法）：对初始场进行扰动，反映初值不确定性； 物理集合：对模式内部的物理过程如物理参数化方案、外强迫等进行改动，反映模式不确定性； 多模式集合：把不同模式用初值集合或物理集合制作的集合预报结果再进行集合。“Poor-man”集合预报系统和超级集合预报系统也属于此类。 按照时间尺度可分为：短期、中期、月动力延伸和气候预测。 集合预报系统 集合预报系统与传统预报系统 集合预报的意义 平均值：集合预报平均值的技巧高于控制预报和其它集合预报成员的预报技巧。一周以后，均值的预报技巧甚至超过确定性的业务预报模式的技巧。 方差（集合预报离散度）：集合预报方差是控制预报或确定性的业务预报可靠程度的度量。这是集合预报最重要的应用。 天气事件发生概率：集合预报可方便地确定某一天气现象发生的概率。 对极端事件的预报能力：增加了对极端事件的预报能力。 集合预报的发展与现状 集合预报方法的提出与发展 1960-1970年代，Epstein和Leith提出了集合预报思想和方法，采用Monte Carlo随机扰动方法； 1983年，Hoffman提出LAF（滞后平均）方法； NCEP和ECMWF分别于1992、1994年基于BGM和SV方法建立了各自的集合预报业务系统； CMC基于PO（扰动观测方法）建立了其集合预报业务系统； 从中期中高纬集合预报开始，逐步向包括热带地区的短期、月动力延伸和气候预测发展。 集合预报应用现状 中期集合预报方面最为成熟，短期预报和气候预测方面也开始广泛应用。NCEP已建立了短期集合预报系统（SREF）。 以美国NCEP、欧洲ECMWF和加拿大MSC为代表，这三个中心使用各自开发的初始扰动方法和模式。 中国采用ECMWF的SV方法构建EPS。 日本、南非等国使用NCEP的BV方法构建EPS。 集合预报应用现状 中国集合预报研究应用现状 国家气象中心于1996 年采用LAF方法建立了第一代中期集合预报系统，T63L16； 1999 年采用SV方法（T21L16）建立了第二代中期集合预报系统， T63L16； 1999年年底采用SV方法（T21L19）建立了第二代中期集合预报系统， T106L19，投入准业务运行； 解放军理工大学也在开展中期集合预报研究； 基于GRAPES模式的集合预报系统。 中国集合预报研究应用现状 龚建东、李维京等开展了动力延伸集合预报初值形成的研究； 张永山、杨辉、陈丽娟等对月动力延伸集合预报产品的信息提取及解释应用等进行了研究； 1993 年起，中科院大气所曾庆存等在短期气候预测上采用集合预测方法，用以减少预测结果对初始场误差的敏感性； 赵彦、郭裕福使用IAP L2A GCM1. 1 模式对短期气候数值预报中的集合个