【摘要】：雖然數(shù)值預(yù)報(bào)水平不斷提高,但由于不完美的初值條件和模式中物理參數(shù)化過程對大氣運(yùn)動(dòng)的不精確描述,使得目前的數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果仍然存在明顯的預(yù)報(bào)誤差。本文將預(yù)報(bào)誤差分為系統(tǒng)性誤差和非系統(tǒng)性誤差兩部分,在對預(yù)報(bào)進(jìn)行系統(tǒng)誤差訂正的基礎(chǔ)上,利用變分方法從以下兩個(gè)方面對非系統(tǒng)性誤差進(jìn)行估算及訂正研究：(1)基于非系統(tǒng)性誤差的流依賴特點(diǎn),通過變分方法建立非系統(tǒng)性誤差與狀態(tài)變量之間的映射關(guān)系(簡稱DEM方法),據(jù)此來估計(jì)非系統(tǒng)性誤差,并對預(yù)報(bào)做出訂正；(2)根據(jù)預(yù)報(bào)誤差在時(shí)間上的延續(xù)性,通過變分方法建立某時(shí)刻非系統(tǒng)性誤差與其前一時(shí)刻的非系統(tǒng)性誤差問的映射關(guān)系(簡稱TEM方法),從而估算出該時(shí)刻非系統(tǒng)性誤差并對預(yù)報(bào)做出訂正。本文還提出,可以通過“相似樣本,,來建立上述映射關(guān)系(這里簡稱為SEM方法),期望獲得更穩(wěn)定的結(jié)果。為此提出一種新的判斷大氣要素場相似度的方法——相似面積比方法。以美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)提供的FNL(Final Operational Global Analysis)分析資料作為評判預(yù)報(bào)誤差的依據(jù),根據(jù)2002-2010年1月和7月GRAPES(Global/Regional Assimilation and PrEdiction System)模式500hPa高度場24小時(shí)和48小時(shí)回報(bào)資料,對其在東亞地區(qū)預(yù)報(bào)誤差的空間特征進(jìn)行了初步分析,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用上述方法進(jìn)行了非系統(tǒng)性誤差的估計(jì)及預(yù)報(bào)訂正試驗(yàn),主要結(jié)論如下：(1) GRAPES的24小時(shí)和48小時(shí)形勢預(yù)報(bào)存在明顯的系統(tǒng)性誤差,它具有一定的季節(jié)性和地域性。相對于FNL分析場,冬季GRAPES模式預(yù)報(bào)值在20°N以北,120°E以西地區(qū)偏大,最大偏差出現(xiàn)在青藏高原東北側(cè)；夏季GRAPES模式500hPa高度預(yù)報(bào)場在40°N以南地區(qū)偏低,尤其是青藏高原地區(qū)。這反映了GRAPES模式對大尺度地形地區(qū)的動(dòng)力熱力過程描寫可能存在缺陷。(2) 非系統(tǒng)性預(yù)報(bào)誤差具有明顯的流依賴的特征,隨著季節(jié)和天氣狀態(tài)的變化而變化。不論是冬季還是夏季,24小時(shí)非系統(tǒng)性預(yù)報(bào)誤差占總預(yù)報(bào)誤差的比例達(dá)50%以上,48小時(shí)非系統(tǒng)性誤差占總預(yù)報(bào)誤差的比例達(dá)45%以上,反映出訂正非系統(tǒng)誤差的重要性和必要性。(3) 對2008-2010年1月和7月500hPa高度場的24小時(shí)非系統(tǒng)性誤差估算的結(jié)果表明,DEM方法對非系統(tǒng)性誤差有一定的估算能力,根據(jù)其估算的預(yù)報(bào)誤差可以對預(yù)報(bào)做出有效訂正。對183個(gè)檢驗(yàn)樣本,該方法估算的大部分樣本的非系統(tǒng)性誤差的空間結(jié)構(gòu)特征與真實(shí)值較為一致,但估計(jì)值比真實(shí)值要小。對系統(tǒng)性誤差的訂正可以使168個(gè)樣本的預(yù)報(bào)得到改善,作非系統(tǒng)性誤差訂正后,有127樣本的預(yù)報(bào)得到一定的改善。經(jīng)過系統(tǒng)和非系統(tǒng)誤差兩步訂正后,預(yù)報(bào)訂正的有效率從91.8%提高到96.7%。(4) 針對現(xiàn)有常用大氣狀態(tài)相似性判據(jù)存在的問題,本文提出一種新的相似性度量方法——相似面積比方法。利用2001-2011年11年冬季00時(shí)氣象要素場資料進(jìn)行的相似個(gè)例選取試驗(yàn)表明：相比海明距離和相關(guān)系數(shù)兩種相似性度量,相似面積比方法具有一定的優(yōu)越性。利用65年500hPa的月平均溫度資料序列進(jìn)行上述三種相似性度量方法的相似預(yù)報(bào)試驗(yàn)結(jié)果表明：相似面積比方法最好,海明距離方法的結(jié)果略差于相似面積比,相關(guān)系數(shù)較差。(5) 利用相似面積比方法從2002-2010年6-8月除檢驗(yàn)樣本外的其他樣本中選取相似樣本建立預(yù)報(bào)誤差和預(yù)報(bào)狀態(tài)的映射關(guān)系,對2008-2010年的7月500hPa高度場48小時(shí)非系統(tǒng)性預(yù)報(bào)誤差進(jìn)行訂正試驗(yàn),對93個(gè)檢驗(yàn)樣本的試驗(yàn)結(jié)果表明SEM方法和DEM方法都對非系統(tǒng)性誤差有一定的估算能力。系統(tǒng)性誤差訂正使得90個(gè)樣本預(yù)報(bào)得到改善,DEM方法和SEM方法估算的非系統(tǒng)誤差訂正分別使得62和57個(gè)樣本預(yù)報(bào)得到進(jìn)一步改善。2008年和2010年的試驗(yàn)結(jié)果表明SEM方法的結(jié)果好于DEM方法,但2009年的試驗(yàn)結(jié)果則反映DEM方法比SEM方法的結(jié)果好。這在一定程度上反映出SEM方法的不穩(wěn)定性,可能和相似樣本的選取有關(guān)。(6) 利用TEM方法對2008-2010年1月和7月500hPa高度場的24小時(shí)和48小時(shí)非系統(tǒng)性誤差進(jìn)行估算,并和SEM和TEM的結(jié)果進(jìn)行對比分析,試驗(yàn)結(jié)果表明TEM方法對非系統(tǒng)性誤差有較好的估算能力,能在系統(tǒng)誤差訂正的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)報(bào)。通過比較2008-2010年7月48h預(yù)報(bào)的訂正效果可知,TEM方法優(yōu)于DEM和SEM方法。對于93個(gè)檢驗(yàn)樣本,TEM方法估算的非系統(tǒng)誤差訂正的預(yù)報(bào)效果比SEM和DEM方法好的樣本分別有61和59個(gè),并且TEM方法得到的訂正預(yù)報(bào)的平均均方根誤差較其他兩種方法小,說明TEM方法估算的非系統(tǒng)誤差訂正效果較為明顯。
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圖２－１邐１月份東亞地區(qū)不同預(yù)報(bào)時(shí)效的ＳＯＯｌｉＰａ高度場的系統(tǒng)性誤差場禪位：即ｍ）邋：邋（ａ）邋２化逡逑預(yù)報(bào)；化）４８ｈ預(yù)報(bào)．逡逑圖２－１給出了邋ＧＲＡＰＥＳ模式Ｉ月份東亞地區(qū)２４ｈ和４化系統(tǒng)性誤差場，可逡逑看出，２４ｈ和４化５００ｈＰａ高度場的系統(tǒng)性誤差呈現(xiàn)出自南向北隨紳度由正值逐逡逑漸減小至負(fù)值的趨勢，且負(fù)值區(qū)域范圍較大。這說明除了低紳度地區(qū)ＧＲＡＰＥＳ逡逑的預(yù)報(bào)值偏低，，而在東亞大部分地區(qū)（２０°Ｎ邋Ｗ北，１２０°Ｅ邋Ｗ西）ＧＲＡＰＥＳ模式逡逑的預(yù)報(bào)值偏高，尤其是在青藏高原的東北側(cè)。這反映了邋ＧＲＡＰＥＳ模式對大尺度逡逑地形地區(qū)的動(dòng)力熱力過程描寫可能存在缺陷。４化５（Ｘ）ｈＰａ高度場的系統(tǒng)性誤差場逡逑和２４ｈ的系統(tǒng)性誤差場分布特征相似，但誤差偏差較大，說明系統(tǒng)性誤差隨著預(yù)逡逑報(bào)時(shí)效的X椉傭鳻棿�。辶x希櫻埃危保蓿潁潁潁潁В危哄五五危海蓿澹叮埃五澹鰣五五邋巍誨辶ⅲ義希擔(dān)擔(dān)危危插澹皺澹插危祝危蒎位Ф憾懾義希擔(dān)埃危

本文編號(hào)：2693649