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中尺度降水集合预报随机参数扰动方法研究

区域集合预报，随机参数扰动

中尺度降水集合预报随机参数扰动方法研究

徐致真¹ 陈静^*2

1. 中国气象科学研究院，北京，100081


2. 中国气象局数值预报中心，北京，100081

摘 要 中尺度降水模式预报具有很大的不确定性，为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性，基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式，从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等四个参数化方案中选取了18个关键参数，设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization，SPP），并通过2015年6月总计一个月的随机扰动集合预报试验，对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示：对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后，降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报，而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著，且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数，表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧；从能量变化特征可知，不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同，但总体而言，扰动前后各项能量基本相同；随机场时空尺度敏感性试验发现，SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响，当扰动随机场选用12h失时间相关系数及20n截断波数时，集合预报结果最优。上述结果表明，SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果，还能够提高集合预报降水概率预报技巧，具有良好的业务应用与发展前景。

关键词：区域集合预报，随机参数扰动方法，时间尺度，空间尺度