异物理模态法物理量差异对集合预报的影响

【摘要】：中尺度集合预报是数值集合预报的前沿和热点研究领域,其中最关键的问题是初值扰动原理和方法,即如何在初值误差分布范围内找出所有可能的初值集合,获得所有可能的解的数学处理方法。暴雨是影响我国的主要重大灾害性天气,发展暴雨集合预报是提高我国暴雨天气预报准确率的重要途径之一。陈静等针对我国中低纬暴雨热力场较均匀、斜压性较弱的特征,发展了一种新型的中尺度暴雨集合预报初值扰动方法,即异物理模态法。其基本原理是从不同非绝热物理过程预报离差中寻找对流敏感区,产生扰动初值。利用积分12h的500hPa水汽通量散度产生扰动结构和扰动幅度的试验表明,该方法可以较好地反应我国暴雨预报的中尺度不确定性,具有一定的应用效果。由于暴雨的发生不但和水汽有关,并且和环境的热力条件关系密切,而湿位涡则是可以跟踪气块移动的物理量并能同时反映大气的动力、热力和水汽性质。基于这种考虑,我们尝试借助湿位涡的预报离差发现模式的对流敏感区域,参照陈静等在《一种新型的中尺度暴雨集合预报初值扰动方法研究》中异物理模态法的数学计算方案,选择积分12h的500hPa湿位涡预报离差构造初值扰动的归一化初值扰动模态。利用500hPa湿位涡和水汽通量散度预报离差构造扰动初值,对一次川东北大暴雨个例进行集合预报试验,得到以下几点结论;1用两种处理方法所产生的扰动初值结构极为相似,都具有明显的中尺度特征且水平分布不均匀。扰动初值主要出现在西太平洋副热带高压西侧与偏南风急流相伴的暖湿空气输送带中,表明两种处理方法都和水汽有密切的联系,扰动结构与水汽输送与分布有密切关系。2.两种处理方法所产生的24h累积降水的集合预报平均、大于25mm、50mm、100mm的降水概率以及离散度空间分布都非常相似,只是雨带的位置和强降水中心位置有所差异。集合预报还较好的预报了控制预报中漏报的川西高原南部的暴雨区。两种方法预报离散度都显示了落区预报存在较大的不确定性。3就对u、v、t、q、rh的三层(500hPa、700hPa、850hPa)区域预报离差比较而言,两种初值扰动方法也比较接近,但总体而言,由水汽通量散度预报离差产生的集合预报略优于湿位涡处理方法。上述结论是基于一个川东暴雨个例的研究后得到的,是否适用于其它暴雨个例,还需要进行更多的研究。