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一次梅雨锋暴雨预报中的误差演变规律和可预报性分析

罗雨  张立凤  
【摘要】:在暴雨数值预报中,分析初始误差在降水过程中的演变规律,从而揭示误差发展机理,对于建立系统的暴雨可预报性理论具有重要意义。本文针对2003年7月淮河流域梅雨锋暴雨中的一次降水过程,在分析AREM模式中暴雨预报对初始动力、热力要素的不同敏感性的基础上,着重讨论了伴随降水过程的误差形态演变特征,分析了雨带上初始误差尺度演变特征和误差发展的能量来源,最终揭示误差发展机制及其对暴雨可预报性的影响。此次暴雨个例中,初始热力要素的误差是造成降水预报误差的主要原因,初始误差的振幅越小,误差的增长率越快,并且在有限时段内,微小初始误差造成的降水预报误差的量级和较大初值误差引起的降水误差相近。误差的形态演变经历了由局部增长到全局发展的过程,并且这与降水过程密切相关,在这个过程中,雨带上的误差始终得到最优增长,误差极值中心总是和强降水中心密切相关,特别是降水过程的初始阶段,误差极值中心的移动完全取决于雨团中心位置和强度的变化,雨带上的初始误差对于降水误差的贡献很大。初始湿度条件不仅影响误差的传播,也使得雨区误著的最优增长对波长具有选择性,丰富的湿度条件使得在积分初期波长位于300km附近的误差能够迅速增长,然后造成了更大尺度范围上的误差显著增长,体现了误差增长的升尺度特征。湿物理过程是误差发展的主要机制,相应的凝结加热是误差增长的重要能量来源,误差能量的极值区总是位于最大凝结加热区附近,凝结加热的作用促使在有限时间内误差能够得到快速发展,并且误差的增长不会呈现饱和的趋势。实际上,初始湿度场分布、水汽充沛与否直接影响到降水强度,最终影响的则是凝结加热作用的强弱,因此,湿度条件、凝结加热二者对误差增长的作用是一致的。综合分析可以认为,降水的产生必将伴随误差的增长,因为丰富的湿度条件是有利于降水的天气形势,此时的大气状态更不稳定,对于初始误差将更加敏感,可见对降水有利的环流形势本身就为初始误差的增长提供了契机;而伴随着降水的发生发展,凝结加热则成为了误差发展的重要能量来源,只要有凝结加热作用的存在,误差在有限时段内将持续增长不会达到饱和状态,从而制约了暴雨的可预报性。所以,从能量角度而言,误差的增长和降水的发生发展是"同源"的,在有利的环流形势中,降水的发生发展必然激发误差的快速增长,而这对暴雨可预报性的影响是客观存在的,即暴雨这种天气事件具有系统固有的可预报性,这就使暴雨精细化预报的实现遇到困难,因此通过集合预报或降水概率预报对暴雨的可预报性进行客观、定量的评估被认为是提高暴雨预报水平的有效途径之一。

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