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数值天气预报中的误差增长及大气的可预报性

言 由于初始场的误差,模式中物理过程的近似性,以及各种计算误差等导致模式预报的误差,这种误差随着预报时间的延长而增加,在预报时效向题上就是大气的可预报性。误差增长主要取决于大气中的不稳定性及非线性相互作用等。 可预报性问题的系统研究开始于本世纪60年代,研究的一个主要目的是对所谓决定论预报的可能时效作出科学的估计,为当时正进行的全球大气研究计划(GARP)—它的重要目标是发展中期数值天气预报,提供依据,避免盲目性。常用的方法是数值试验方法,采用大气环流数值模式,通过控制(“无误差”)试验和在初始场引入随机误差试验的比较,考察误差增长的速度,确定可预报性的长度〔4,“,“,。例如smagorinsky〔“]应用GFDL的九层原始方程模式的试验表明前7天误差随时间指数增长,其倍增时间为2.5天,随着误差增长,其增长速度减小,表现出非线性过程,给出的可预报时间约为8天。Lorenz[41甩28个波的二层斜压模式进行了数值试验,发现误差...  (本文共9页) 阅读全文>>

兰州大学
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利用历史资料订正数值模式预报误差研究

数值预报是当今天气预报和气候预测的主要手段,但与传统的天气图方法和统计方法相比存在一个根本性的问题,就是在数学上被提为初值问题,大量历史资料没有被吸收进来。我国学者最早指明了该问题,并将利用历史资料的思想应用到从延伸期到短期气候预测这段时间尺度范围内的数值预报中。本文在前人工作基础上将其领域向该时间尺度的两极扩展,探索有针对性的利用历史资料订正数值预报的新途径。一方面,瞄准时间尺度更短的中期天气预报,以我国自主研发的中期业务预报模式GRAPES为试验平台,以我国原创性预报策略着力提高我国自身中期数值预报水平。将“误差诊断-误差反演-误差订正”作为研究主线,逐层深入,提出了创新性的反演和订正方法,搭建起相似-动力方法订正中期数值预报的系统框架,取得了令人鼓舞的效果。另一方面,聚焦时间尺度更长的长期气候预估,以当前气候变化评估和预测的主要工具CMIP5为实施对象,着力提高其模拟预估结果的可靠性。以“几何理论-历史模拟-未来预估”作为...  (本文共183页) 本文目录 | 阅读全文>>

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数值模式延伸期可预报分量提取及预报技术研究

10-30天延伸期预报对防灾减灾工作有着重要意义,对保障国民经济发展起着重要作用。目前世界各国对延伸期预报还处于探索阶段,开展的延伸期预报业务水平有待于进一步提高。由于大气可预报性限制,国外数值预报模式虽然在十天以内的预报能力大大提高,但是十天以上则收效甚微。本文基于新的理念和新的方法进行延伸期预报的探索。在已有的国家气候中心月动力延伸预报模式的基础上,根据提取可预报分量的原理,从数值模式预报变量误差增长的角度出发,发展了在实际大气模式中提取可预报分量的方法。初步建立了基于可预报分量的10-30天延伸期预报模式,进行了历史回报的检验,显示了一定的业务应用前景。同时文中建立的可预报分量模式,以现有业务预报模式为基础,无需重新编写描述大气动力方程组的程序,具有比较好的可移植性。本文的研究主要得到以下结论:(1)提出了在数值模式中提取可预报分量的实用方法。通过建立数值模式初值场和预报场之间的非线性映射关系,对其中的误差增长算子采用直接...  (本文共132页) 本文目录 | 阅读全文>>

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动力相似预报的策略和方法

本文基于对数值天气预报和短期气候预测研究的全面回顾,指出发展预报策略和方法研究是除了改善资料和改进模式之外提高预报水平的重要途径,并强调动力预报中对历史相似信息的利用在实现统计-动力有机结合方面的重要价值。为此,本文在前人研究基础上,紧紧围绕“动力相似预报”这一新框架,沿着“如何在动力预报中有效地运用相似性信息”这一研究主线,在数值预报订正、集合预报、模式后处理技术以及可预报性研究等方面,全面引入相似的观点,提出了创新性的策略和方法,并进行理论分析和数值试验,得到了令人鼓舞的结果,从而证实其具有广泛的研究和应用前景。主要结果和结论如下:(1) 从物理上深入研究了“相似预报——频流型——可预报性”关系,数值试验和诊断分析都证实理论模型和实际大气不同尺度的动力预报结果及其误差行为具有相似性,通过比较和探讨统计和动力相似预报的差别,归纳并提出了三类相似性问题和动力相似预报的物理基础,进而提出动力预报的相似性原理。(2) 提出了利用历史...  (本文共183页) 本文目录 | 阅读全文>>

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初始条件和海气相互作用对延伸期可预报性的贡献研究

延伸期预报的可预报性主要来自初始条件的记忆和海气相互作用两个方面,因此研究两者对延伸期预报可预报性的贡献十分重要。数值模式是延伸期预报的重要工具,鉴于目前初始条件和海气相互作用对延伸期预报的贡献认识不充分,大气环流模式与海气耦合模式对于延伸期预报的性能优劣也尚无定论。国家气候中心(NCC/CMA,National Climate Center of China Meteorological Administration)动力延伸期预报基于大气环流模式(BCC_AGCM,Beijing Climate Center atmospheric general circulation model)和基于同样大气分量模式的气候系统模式(BCC_CSM,Beijing Climate Center climate system Model)开展,因此,利用国家气候中心业务第二代大气环流模式和气候系统模式,综合评估大气环流模式和海气耦合模式开...  (本文共130页) 本文目录 | 阅读全文>>

《气象科技进展》2013年01期
气象科技进展

月动力延伸预报研究进展回顾

1引言2008年1月南方持续性低温雨雪冰冻事件以及其他一些灾害天气的预报表明,目前短期天气预报已具有较高的技巧,但更长时效的延伸期预报水平亟待提高,防灾减灾的需求使得改进延伸期预报显得尤其迫切。大气可预报性理论研究表明,逐日天气可预报时效的理论上限一般为2周[1,2]。在中短期数值天气预报取得成功的基础上,世界上主要气象预报中心均在努力研发各种技术,以提高天气预报的准确率与延长预报时效[3-5]。10~30d延伸期预报与天气预报和短期气候预测有很大的不同,它的预报时效较长,超过了逐日天气可预报时效的上限(约2周),逐日天气预报的主要对象(如Rossby波)在延伸期时间尺度已经变得不可预报[6-8];同时,其预报时效又太短,以至于气候系统中一些缓慢变化的外界强迫(如海温、海冰、土壤湿度和积雪等)的作用还未完全显现。处于中短期天气预报和季节预测之间的动力延伸预报,初始场的信息随着预报时效的延长而逐渐减弱,而气候系统中缓变的外强迫所起...  (本文共6页) 阅读全文>>