改进15天以内数值天气预报的方法研究

改进15天以内数值天气预报的方法研究

作者:师大云端图书馆 时间:2017-03-11 分类:硕士论文 喜欢:3209
师大云端图书馆

【摘要】随着大型计算机的发展、模式自身的完善和卫星、雷达等非常规资料的应用,数值天气预报的准确率不断提高。但当前数值预报模式并不能完全满足业务上日益增长的对提高预报准确率的要求,数值预报结果还存在很大的不确定性,特别是两周左右的延伸期预报技巧更差。因此,本文在检验CAM3.0模式15天内的模拟能力及对初值的依懒性之后,针对纯动力模式预报存在系统误差和大量观测资料积累的事实,提出了一种基于距平积分思想和历史观测数据进行预报误差订正的新方法ANO,并对其分别就冬季、夏季个例的预报以及欧洲中心的预报场进行了检验。本文的主要结论包括:(1)采用CAM3.0(T42)模式,ERA-interim资料作为初值,对1982~2011年间的1月的30个个例在确定性预报的前提下后报15天,结果表明,500hPa全球位势高度预报场的ACC大于0.6的天数达到了6天,RMSE小于90gpm,在这段时间内初值起主导作用;6-8天的ACC基本在0.4-0.6之间变化,外源强迫的作用已开始显现;到11天,ACC>0.2,初值对预报影响变弱,但外源强迫的作用逐渐增大;11-15天,ACC接近0,模式对初值的记忆微弱,此时外源强迫完全占主导作用。由于大气环流模式CAM3.0包含完整的物理过程参数化方案,其对一周内的天气也有很高的预报技巧,对15天内的天气过程具有一定模拟能力。基于ECMWF和NCEP再分析资料设计的两组试验也都得出相似的结论。(2)ANO方法对2008年冬季1月9-24日灾害天气过程的检验表明:200hPa全球区域位势高度、温度以及风场的预报技巧均有提高,南半球的改善整体好于北半球。对500hPa位势高度的预报显著提高了全球、北半球、南半球及热带的ACC;对温度的预报改进效果同样显著,均方根误差在15d内平均减小达1K。此外,ANO订正后15d平均的纬向平均温度、相对湿度、纬向风和经向风的垂直结构更接近观测。与另外一种误差修正方法作对比发现,虽然两种方法均有较大幅度提高ACC和减小RMSE,但在大部分区域ANO方法更有优势。(3)通过对1982-2011年夏季30个个例预报场的平均ACC的统计分析,确认了ANO方法对CAM3.0模拟的200hPa、500hPa及850hPa位势高度和温度的显著改善。30个个例第5天和第10天的预报结果表明,ANO方法对预报具有稳定的改善,对夏季持续性暴雨的不同个例都有改进。之后,将ANO方法应用于7个持续性强降水个例的预报中,无论是基本环流场还是水汽的输送及其辐合辐散,ANO方法订正后的结果更加接近观测。此外,ANO方法与另一种模式误差订正方法的对比发现,ANO方法对位势高度、温度、湿度场及风场的订正均有较好效果。(4)使用ANO方法对ECMWF模式2012年7月20-30日11天的预报产品进行订正,并将其与原预报及观测进行对比,发现500hPa和850hPa的位势高度的预报场在ANO修正后ACC整体高于原预报,RMSE也都有减小。ANO订正后的850hPa和500hPa温度场较之原预报更接近观测,850hPa的改进幅度大于500hPa。同时,ANO方法对500hPa和850hPa的相对湿度也有较好的改善,显著减小了模式误差,提高了预报技巧。综合来看,ANO方法具有在实际业务预报中应用的可能性。
【作者】车玉章;
【导师】彭新东;
【作者基本信息】中国气象科学研究院,气象学,2014,硕士
【关键词】数值天气预报;ANO方法;距平积分;历史资料;CAM3.0模式;

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