基于增长模繁殖法的集合预报试验-气象科学.PDF

维普资讯 第 26卷 第 3期 气 象 科 学 Vo1．26，No．3 2006年 6月 SCIENTIA M ETE0ROLOGICA SINICA June，2006 基于增长模繁殖法的集合预报试验 关吉平 张立凤 (1解放军理工大学气象学院，南京 211101) (2中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京 100029) 摘 要 利用微机版本 的T63L9全球谱模式 ，首先进行 了，用增长模繁殖法 (BGM)制作集合 预报 的方案设计 ，然后用确定的方案进行 了中期数值预报 的集合预报 试验 。繁殖循环 的初始扰 ． 动为T63L9谱模式各层 24h预报的均方根误差乘随机数 ，该随机数服从[一1，+13区间上 的均匀 分布 ，繁殖循环每 12h1次，繁殖循环 的周期为 3d，集合成员为 9个 。结果表 明：在 1～8d的预 报 中，集合预报可以比控制预报 的时效延长 1d，集合预报无论是距平相关系数还是预报均方根误 差都 明显优于控制预报 ，集合预报对形势场 的预报较控制预报更为接近实况分析场 。 关键词 中期数值预报 集合预报 增长模繁殖法 分类号 P456．7 文献标识码 A 引 言 自从 1922年 Richardson首先提出数值天气预报的概念后 ，在过去的近一个世纪里 ，数值天气预报取得 了迅速的发展 ，目前数值预报模式可以提供短时、短期 、中期 以及气候等各个时间尺度 的预报 ，而且随着模式 分辨率的提高和物理参数化方案的不断完善 ，数值预报的水平也在不断提高。然而，在最近的几十年里，人 们发现 ，靠传统 的单一的确定性预报来提高数值预报的水平变得越来越 困难 ，原因在于 ，数值预报的初始场 存在不确定性 ，而大气是一个非线性 的、对初值敏感 的动力系统 ，这意味着从两个差别很小的初始场出发的 预报，在积分一定的时间后可能会变得面 目全非 ，也 即失去可预报性 ，集合预报为解决单一的确定性预报存 在不确定性的问题提供了一条新的途径[1]。 集合预报的概念首先 由Epsteinl2(1969)和Leith](1974)提出，集合预报就是针对初值的不确定性，尽 可能地给出能最好反映初始时刻误差分布的 “误差集”(V／始扰动)，把不同的初始扰动叠加于预报模式的初 始场分别制作预报 ，扰动预报与控制预报的全体就构成了集合预报 。最初的集合预报思想是针对初值的不 确定性提出来的，即初值集合，后来把模式内部的不确定性和随机性也考虑了进去，这就是物理集合，近几年 有人提 出把不 同的模式其预报的不确定性作为一个整体来考虑，用多个模式制作集合预报 ，这就是多模式集 合预报 。本文将针对中期数值预报中初值的不确定性进行初值集合预报试验 ，对于初值集合 ，初始扰动的生 成是制作集合预报的关键 ，到 目前为止 ，生成初始扰动的方法主要有 4种 ，分别为 ：蒙特卡洛法 (MCF)、时间 滞后平均法 (LAF)、奇异向量法 (SV)和增长模繁殖法 (BGM)。 蒙特卡洛法和时间滞后平均法虽然曾在集合预报的研究中占有重要地位 ，有的甚至还被应用到业务预 报中，然而它们并不是产生初始扰动的理想方法 。其原因在于 ]，首先为了反映所有可能的随机初始误差 ， 必然需要非常庞大的初始扰动数 目，而这在实际的业务预报中很难办到，其次用这些方法得到的集合预报成 收稿日期 ：2004一II一08I修改稿 日期 ：2005—04—06 基金项目：本文 由国家重点基础研究发展规划项 目(编号：2004CB18300)和 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模 拟国家重点实验室开放课题(编号 ：2004一Ol一01)共 同资助 第一作者简介：关吉平(1978一)，男(汉)，山西 阳高，助教 ，现在解放军理工大学气象学 院，主要从事数值预报研究 E-mail：guanji—ping@sina．tom