中期延伸期t213 集合数值预报的扰动能量信号分析

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1、中期延伸期T213集合数值预报的扰动能量信号分析*国家科技支撑计划项目支持（2009BAC51B03）。肖天贵1张恒1金荣花2代刊2（1成都信息工程学院大气科学学院，成都610225；2国家气象中心，北京100081）摘要本文选取了2008年初持续性的低温雨雪天气过程，利用T213数值预报模式回算的中期集合数值预报产品数据，通过WPD方法获得了基于集合数值预报的低频扰动能量信号，通过与NCEP/NCAR再分析资料的距平相关及误差分析表明，对于中期延伸期的预报而言，低频扰动能量信号是一种有一定业务预

2、报技巧的可预报分量。（1）从200hPa位势高度场1月1日的未来15d预报来看，虽然T213模式集合预报存在着时间延迟的问题，对强低值系统的预报较弱，但对冷暖气流的传播路径及低温雨雪主要爆发区的预报效果较好，当取0.4作为波包大值区（带）和波包小值区（带）的临界值时，在10d以后仍然存在一定的预报技巧，故低频扰动能量信号对于中期延伸期的业务预报具有可参考性。（2）200hPa、500hPa高度场和700hPa经向风场集合预报场扰动能量的距平相关系数较为稳定，1～15d的集合预报与观测场的ACC都维

3、持在0.4以上，从15d预报时效的趋势上看，200hPa高度场在第5d后，处于一个稳定持续的状态；700hPa经向风场和500hPa高度场在15d中均保持在0.42-0.5之间。故可看出，扰动能量信号具有中等程度的可预报性的参考态。（3）200hPa、500hPa高度场和700hPa经向风场在1～5d预报与观测的ACC在东、北半球的预报技巧较高，关键区的相关性都较好，10d以后的相关性较为稳定。尤其是关键区的都有一定程度的预报技巧。因此，说明对T213模式集合预报的低频扰动能量信号，在一定程度上可

4、以通过稳定关键区提高中期延伸期的预报技巧。（4）T213模式集合预报的低频扰动能量分量的预报误差在空间上较为稳定，正负误差较强的区域随时间变化较小。对高纬度地区强冷空气的预报相对较弱，但随时间延长，误差减弱。在中低纬地区波包整体误差值较小，特别是在南海到我国南方地区，基本为较弱的正误差。可见，对于集合数值预报产品利用WPD方法获得的低频扰动能量信号的误差无论时间还是空间上都较为稳定，表明获得的模式分量对10d以后的预报技巧有所改进。关键词：中期延伸期预报，T213数值预报，集合预报，扰动能量信号，

5、波包诊断方法1引言国家气象中心中期数值天气预报系统T213全球谱模式于2002年业务化以后，在3～10d的中期天气预报工作中发挥了重要的作用。2010年，T213全球天气模式集合预报产品进入了交互式全球大集合预报系统（TIGGE）国际数据交换，集合预报系统得到国际认可，这是对我国全球天气模式集合预报的充分认可。目前，T213的预报产品已有广泛的应用，例如在上海世博会的预报服务应用中，在台风预报中都具有重要参考价值。研究表明，T213模式对高度场、温度场和风场的预报在5d左右效果较好，南方地区的温度

6、误差的标准差小于2.2℃，但随预报时效的延长，各层要素场相关系数逐渐变差（王小萍等，2005；管成功等，2006；田伟红，2008；尚可政等，2011）。但从社会和经济需求看，频繁发生的持续性、高影响异常天气事件导致的气象灾害要求我们对中期甚至10～30d延伸期预报也非常迫切。大气可预报性理论研究（Lorenz，1963，1969）表明，逐日天气可预报时效的理论上限一般为2周，超过两周以上的天气预报，还缺少可以用于业务的预报技巧（丑纪范等，1995）。然而，这并不代表大气运动在超过该预报时效理论上

7、限以后就没有可预报的分量（丑纪范，2002；穆穆等，2002），数值预报模式在长期的预报过程中所表现出来的预报技巧和误差的稳定性、相似性可能会对较长时间尺度的预报提供一些有用的信息（顾震潮，1958；Timothy，1989；Jung，2005）。因此，我们可以根据数值预报的已有结果构建一些有用的可预报的分量信息，例如扰动能量的信号，提出一些中期延伸期预报中可以用于业务的预报技巧。基于上述思路，我们利用T213全球谱模式2008年1月1～31日的集合数值预报数据，利用波包诊断分析WPD方法，通过提

8、取模式预报场的低频分量，研究利用模式集合预报产品进行中期延伸期预报的可能性及预报技巧。2T213集合预报产品及扰动能量诊断方法2.1T213L31集合预报产品T213L31（以下简称T213）全球谱模式是在欧洲中期天气预报中心的IFSCODES的基础上，经过适应性的移植开发、改造和优化而建立起来的。T213模式的垂直分辨率为31层，水平分辨率为T213（即213个波谱），空间分辨率为0.5625o×0.5625o，共15个集合成员。它利用最优插值分析系统提供的初值，进行10天预报，