21 / 2021-07-07 20:37:01

GRAPES中尺度降水集合预报多随机物理模式扰动方法研究

中尺度降水，集合预报，模式不确定性，随机参数扰动，多种模式随机扰动方案

摘要 为了更全面地表示模式不确定性，我们在GRAPES区域集合预报系统中引入了随机扰动云微物理，积云对流，边界层和地表层参数化方案中的18个参数的随机参数扰动方案（SPP），以及物理参数化倾向随机扰动方案（SPPT）和随机动能后向散射方案（SKEB），以评估和比较多种随机扰动方案组合的总体性能。我们共进行了六组试验，试验时段为2015年6月1-30日，试验区域为中国。试验结果显示：（1）所有随机扰动试验均优于控制试验，并且随机扰动方案的组合均比单个SPP方案表现更优，这表明模式随机扰动方案可以有效地提高降水概率预报技巧，并且多个模式随机扰动方案的组合可以更好地表示模式不确定性。（2）在降水概率预报和地面及高空要素检验中，三种模式随机扰动方案（SPP,SPPT及SKEB）的组合优于任何两种模式随机扰动方案的组合，其能更好地表示模式的不确定性、有效地提高降水概率预报技巧。（3）将SKEB与SPP和/或SPPT结合使用，可显著增加集合离散度并减少高空纬向风的离群率。这主要是由于SKEB直接扰动风场，它会极大地影响高空风场，并且对改善风的集合离散度和离群率产生较大的贡献。（4）SPP的引入对整体概率技巧评分具有积极的影响，且SPP不会导致任何波长下的动能谱的演化发生较大变化。（5）SPPT和SKEB的引入将使中尺度系统的动能发生5％-10％和30％-80％的变化，并且所有三种随机扰动方案（SPP，SPPT和SKEB）主要影响中尺度系统的动能。本研究表明了结合多种模式随机扰动方案的潜力，并且为未来区域和全球集合预报的发展和设计奠定了基础。