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随机物理倾向扰动方案在西部山地对流尺度集合预报中的研究 被引量：4
1
作者 王明欢 李俊 +3 位作者 熊洁 赖安伟 孙玉婷 许建玉 《气象》 CSCD 北大核心 2021年第8期966-981,共16页
为了研究随机物理倾向扰动(SPPT)方法在复杂地形条件下对对流尺度集合预报中的影响,针对SPPT随机扰动场的时间尺度、空间尺度和格点标准差三个参数进行敏感性试验,分析扰动变化规律,探讨其预报效果。结果表明:空间尺度90 km、时间尺度3 ... 为了研究随机物理倾向扰动(SPPT)方法在复杂地形条件下对对流尺度集合预报中的影响,针对SPPT随机扰动场的时间尺度、空间尺度和格点标准差三个参数进行敏感性试验,分析扰动变化规律,探讨其预报效果。结果表明:空间尺度90 km、时间尺度3 h和格点标准差0.525参数构造的SPPT随机扰动场结构对西部山地对流尺度集合预报整体效果较好,该试验不同层次高空要素(纬向风场、温度场和湿度场)和近地面要素(10 m风和2 m温度)的离散度增长较快,考虑预报误差的离散度/RMSE也好于其他试验。虽然最优配置试验的3 h累积降水的集合平均相对于其他参数试验没有明显在各个量级上都有提高,但在≥10 mm、≥25 mm和≥50 mm的降水等级的ETS评分接近或者高于控制试验,概率预报技巧较好。综合来看,空间尺度参数的选取比时间尺度对离散度的影响更加明显,增加扰动振幅对离散度的增加也起到积极的作用,同时可以提高不同量级降水的概率预报技巧。 展开更多
关键词 集合预报 对流尺度 不确定性 随机物理倾向扰动(sppt)
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随机物理倾向扰动在风暴尺度集合预报中的影响研究 被引量：8
2
作者 闵锦忠 刘畅 +2 位作者 王世璋 庄潇然 武天杰 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期590-604,共15页
为深入探究随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案在风暴尺度集合预报中的影响,基于WRF模式利用FNL资料对SPPT方案中的3个参量分别进行敏感性试验,得到SPPT方案的最佳参数配置,并在此基础... 为深入探究随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案在风暴尺度集合预报中的影响,基于WRF模式利用FNL资料对SPPT方案中的3个参量分别进行敏感性试验,得到SPPT方案的最佳参数配置,并在此基础上分析SPPT方案模拟的降水分布特征。结果表明:SPPT方案敏感性试验中,去相关时间选择6 h时构造的集合成员可信度更高,逐时降水评分效果在积分中后期较高,对于暴雨及以上量级的评分技巧最优;造成降水主要天气系统的维持时间对该变量的选取有较大的影响。去相关空间尺度选择100 km的集合试验更为可靠,对降水预报技巧较高;同时该变量的选取与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃以及模式的空间分辨率有密切联系。通过对离散度和离群值分析认为扰动振幅选择0.525最为合理。SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量,对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。 展开更多
关键词 随机物理倾向扰动 风暴尺度 集合预报
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GRAPES全球集合预报系统不同随机物理扰动方案影响分析 被引量：8
3
作者 彭飞 李晓莉 陈静 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期972-987,共16页
为了更好地理解不同随机物理扰动方案对全球中期集合预报的影响差异,本研究基于GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)对比分析了随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)、随机动能补偿(Stochasti... 为了更好地理解不同随机物理扰动方案对全球中期集合预报的影响差异,本研究基于GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)对比分析了随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)、随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)及联合使用SPPT与SKEB三种模式扰动方案所产生的扰动特征及其对集合预报的影响。为避免初值扰动影响,考察随机物理方案所产生的扰动特征时,不使用初值扰动。通过扰动与误差相关性分析(PECA)发现,不同随机物理扰动方案所产生的扰动对预报误差均具有一定的描述能力,而且联合使用SPPT与SKEB方案时,扰动对误差的描述能力最好。对所有扰动方案来说,扰动总能量最初主要集中在热带地区对流层中高层以及平流层低层。随着预报时效的延长,扰动总能量不断增大,其大值区不断向热带外地区转移。从扰动总能量的谱结构来看,扰动能量均呈现升尺度发展的特征。在基于奇异向量初值扰动的GRAPES-GEPS中,随机物理扰动方案的使用均能够显著增加不同地区等压面要素的集合离散度,并在一定程度上改善集合平均误差。由于集合离散度的增大,预报失误率显著减小。连续分级概率评分也有所减小,尤其是在热带地区,改进更为明显。此外,中国地区不同量级(小雨、中雨、大雨和暴雨)降水概率预报技巧在一定程度上得到改善。上述改进均在联合使用SPPT与SKEB方案时最好,这与扰动总能量、扰动与误差相关分析结果一致。 展开更多
关键词 随机物理倾向扰动方案 随机动能补偿方案 模式扰动 扰动特征 集合预报
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随机物理过程扰动方案在克拉玛依区域集合预报中的应用研究 被引量：3
4
作者 史永强 张涵斌 +1 位作者 刘郁珏 张歆然 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期926-937,共12页
克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行,该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动,导致离散度发展受到限制,为改善区域集合预报的离散度,本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。通... 克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行,该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动,导致离散度发展受到限制,为改善区域集合预报的离散度,本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。通过开展SPPT方案关键参数的敏感性试验,确定了适用于本系统的参数设置,构建了初值-物理过程扰动方案(ETKF-SPPT),并与仅采用初值扰动的集合方案(ETKF)进行了对比。结果表明:ETKF初值扰动方法能够产生具有动力学结构的初值扰动,但是随着预报时效的延长,集合离散度增长很快达到饱和,并在侧边界约束下逐渐减小;ETKF初值扰动结合SPPT模式扰动可使集合离散度在各个预报时效均保持增长状态;集合预报检验结果表明,仅采用ETKF初值扰动的集合预报概率分布可靠性较低,概率预报准确性也较差;ETKF-SPPT方法可获得更好的概率预报结果,可靠性更好,均方根误差更低。对克拉玛依城区一次大风预报个例表明,ETKF方案对大风起风时间和量级把握较差,而ETKF-SPPT可以增加集合离散度,起风时间和风速预报更准确。综合而言,增加SPPT扰动可以有效改善克拉玛依区域集合预报系统的预报技巧。 展开更多
关键词 集合预报 初值扰动 模式扰动 随机物理过程倾向
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基于2118台风“圆规”模式扰动方案对台风区域集合预报的影响
5
作者 邵端舟 张宇 +3 位作者 徐建军 陈思奇 李家菁 胡嘉政 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第4期1511-1530,共20页
为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响,本文以2021年18号台风“圆规”为例,基于WRF模式,采用了多物理过程参数化方法(MP)、随机变化参数扰动方法(SPP)和物理倾向随机扰动(SPPT)三种不同的方法,设计了EXP1(MP)、EXP2(SPP+SP... 为了探讨不同模式扰动方案对台风区域集合预报的影响,本文以2021年18号台风“圆规”为例,基于WRF模式,采用了多物理过程参数化方法(MP)、随机变化参数扰动方法(SPP)和物理倾向随机扰动(SPPT)三种不同的方法,设计了EXP1(MP)、EXP2(SPP+SPPT)和EXP3(MP+SPP+SPPT)三组敏感性试验进行了比较研究。结果表明:三组区域集合预报试验都能较好地模拟台风路径和台风增强的过程,其中EXP3试验效果最好,EXP3试验的路径偏差值为三组集合预报试验最小的,其平均值为52.8 km,而控制试验CTRL(无模式扰动)、EXP1和EXP2的平均值分别为61.8、54.4和65.7 km;三组集合预报试验的扰动能量值基本都大于控制试验CTRL,且EXP3的扰动能量发展最快,扰动能量值基本为最大的;三组集合预报试验的Brier评分相较于控制试验CTRL有所改善,且EXP3的Brier评分值为三组集合预报试验改善最大的,EXP1和EXP2相对于CTRL试验的改善率为45%和48.76%,而EXP3能达到70%,EXP2与EXP1的预报效果相当,EXP3相较于EXP1和EXP2预报效果有所改善,其相对于EXP1和EXP2的改善率达到57.5%和40%。 展开更多
关键词 区域集合预报 台风 多物理参数化组合方案(MP) 随机参数扰动法(SPP) 模式物理参数化倾 向随机扰动法(sppt)
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不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的对比试验研究 被引量：9
6
作者 刘畅 闵锦忠 +2 位作者 冯宇轩 贲海荣 王世璋 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期605-619,共15页
由于适用于中长期集合预报的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确,为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果,基于WRF模式设计了3组模式扰动方案:多物理扰动(MP)方案、随机物理倾向扰动(Stochastically Pertur... 由于适用于中长期集合预报的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确,为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果,基于WRF模式设计了3组模式扰动方案:多物理扰动(MP)方案、随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)方案以及由MP方案与SPPT方案组合构建的一种新混合扰动(SPMP)方案。对2013年7月5—6日发生在江淮流域的一次强对流天气过程进行了数值模拟。结果表明:MP方案在积分前期的降水概率评分较高,对高层大气的扰动效果更为合理;SPPT方案主要作用于积分中后期,对大气低层及近地面的扰动效果最为理想,尤其是对于地面水汽场的模拟;SPMP方案能显著提高大气中高层各预报变量的离散度,降低均方根误差,提升集合成员的可信度,有效弥补降水预报评分在单独使用MP方案和SPPT方案不同积分时段的不足。在扰动水平传播方向上,SPMP方案的扰动形态主要受MP方案主导;垂直方向上,SPMP方案在低层的扰动形态与SPPT方案一致,在高层受MP方案控制。波谱能量分析表明3组方案的扰动能量随积分时间均有向大尺度传播的趋势,SPMP方案能有效补偿两种方案能量在各尺度的耗散。 展开更多
关键词 模式扰动 风暴尺度 集合预报 随机物理倾向扰动
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华东区域中尺度集合预报系统的改进及2020年梅雨期降水试验 被引量：1
7
作者 谭燕 黄伟 +2 位作者 杨玉华 张旭 陈葆德 《大气科学》 CSCD 北大核心 2022年第6期1437-1453,共17页
考虑区域模式预报中不确定性的各种来源,分别引入初始场误差、侧边界误差和模式误差构建新一代华东区域中尺度集合预报系统,并对2020年梅雨期降水开展为期一个月的集合预报试验。通过不同时空尺度典型个例的分析可以看出,所选取的随机... 考虑区域模式预报中不确定性的各种来源,分别引入初始场误差、侧边界误差和模式误差构建新一代华东区域中尺度集合预报系统,并对2020年梅雨期降水开展为期一个月的集合预报试验。通过不同时空尺度典型个例的分析可以看出,所选取的随机物理倾向扰动方案中的参数具备一定的通用性,且在参数调优中加强随机过程的影响,系统中低层的风场和湿度场有明显的反馈,集合系统的离散度得到较大改善,对预报的影响大小依次为:格点方差、随机扰动场的去相关空间和随机扰动场的去相关时间。一个月的梅雨期降水评估结果显示:集合系统升级后对各时次各量级的降水TS(Threat Score)评分均有所提升,但仍然存在着降水强度偏大的问题;从概率预报的角度来看,系统升级后,对中到大雨预报的准确率和可信度提升明显,对强降水事件的描述更准确;形势场的检验结果表明,系统的预报偏差问题得到了部分程度地改善,对大气中低层风场、湿度场和地面变量的预报效果较好。相比原华东区域中尺度集合预报系统,升级后的系统,其整体优势可概括为:预报误差减小、集合离散度明显增加,降水预报的能力在各时段各量级均有提升,其中物理过程的不确定性对于捕捉强降水事件有明显的影响,使得系统的预报可信度增加。 展开更多
关键词 中尺度集合预报 随机物理倾向扰动(sppt) 梅雨 性能分析
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