Teori om ikke-ortogonalisering og rumlig lokalisering for konvektion-tilladt ensembleprognose

Konvektionstilladende ensembleprognoser har betydelig forsknings- og anvendelsesværdi, og den indledende genereringsmetode spiller en vigtig rolle i forbedringen af ​​dens nøjagtighed. For nylig, en forskergruppe ledet af Chaohui Chen fra National University of Defense Technology foreslog en ny metode til at generere indledende forstyrrelser med fuld overvejelse af den stærke lokalitet af et konvektivt vejrsystem. De eksperimentelle resultater bekræfter, at det kan forbedre effekten af ​​konvektions-tilladt ensembleprognose. Denne innovative forskning er blevet offentliggjort i Science Kina Jordvidenskab .

På nuværende tidspunkt, initial tilstand ensemble forudsigelser er relativt modne på mellemlang til lang sigt og klimaskalaer, og det har dannet tilsvarende forstyrrelsesgenereringsmetoder. Imidlertid, mange problemer eksisterer i den direkte anvendelse af disse metoder i konvektionstilladende ensembleprognoser, såsom den lille divergens i ensembleprognosesystemet og ensembleets tendens til at konvergere. Generelt, den dominerende tilgang både i Kina og i udlandet er at bruge ortogonalitet til at tackle spredningen eller uafhængigheden i ensembleprognoser på kort sigt eller konvektiv skala som ensemble transformation Kalman filter (ETKF). Men alle disse metoder har nogle ulemper.

Baseret på den konventionelle opdræt af vækstmetoder (BGM) metode, dette papir foreslog en lokal BGM (LBGM) metode i betragtning af den stærke lokalitet af et konvektivt vejrsystem, som adskiller sig fra eksisterende metoder. BGM-metoden frembringer den første forstyrrelse via den kortsigtede forudsigelsescyklus for selve modellen. I konventionel BGM -metode, ensembleforstyrrelsen skal ændres efter hver avlscyklus, hvor skaleringsfaktoren simpelthen er en funktion af det lodrette niveau. Det vil sige skaleringsfaktorerne for alle punkter på det samme lodrette niveau er identiske (figur 1 (a)). Imidlertid, den horisontale inhomogenitet i fordelingen af ​​fysiske variabler skal også overvejes for konvektionstilladende ensemble-forudsigelsessystemer med stærk lokalitet og uafhængighed. Derfor, slagradius indføres for at bestemme det lokale rum for hvert punkt, og skaleringsfaktoren beregnes i henhold til forstyrrelsesrodens middelværdi -kvadratfejl (RMSE) af punkter i det lokale rum for hvert punkt (figur 1 (b)). Det kan ses, at LBGM -metoden bruger forstyrrelsen RMSE på punkter inden for et bestemt område omkring et punkt til at bestemme skaleringsfaktoren på det tidspunkt, som inkorporerer lokale oplysninger i den omskalerede forstyrrelse. Samtidigt, lokalområdet kan justeres ved at tildele forskellige slagradius.

For at teste effekten af ​​LBGM -metoden, dette papir præsenterer en foreløbig vurdering med hensyn til dets forstyrrelsesstruktur, ensemble spredt, og prognosen RMSE. De eksperimentelle resultater bekræfter, at flere lokale karakteristika ved forstyrrelser er inkorporeret efter omskalering gennem LBGM -metoden, og metoden afspejler også interaktionen mellem netpunkter. For fysiske forstyrrelser og nogle meteorologiske elementer nær overfladen, ensemblespredningen genereret ved LBGM -metoden er større end den, der genereres ved konventionel BGM, og den forventede RMSE for LBGM er lavere end den for traditionel BGM. I mellemtiden, ensemble -prognosesystemet viser bedre ydeevne med den nye algoritme.

LBGM -metoden baseret på konventionel BGM er konceptuelt ny. Da det ikke kræver yderligere beregningsressourcer, denne metode har et stort anvendelsespotentiale i konvektions-tilladt ensembleprognose.