数字滤波初始化(DFI)在高水平分辨率模式中的应用问题

摘要

数字滤波初始化(DFI)应用的前提假设之一即是不平衡重力惯性波在频率谱上与有天气意义的波动不重叠.随着水平分辨率的不断提高,数值模式能够解析的重力波具有更短波长、更加高频的性质,模式中有天气意义的波动与高频噪声之间的界线更加模糊,因此数字滤波初始化在高分辨率模式中的应用性能尚未明确.本文以一次深对流过程为例,在3km水平分辨率条件下采用不同滤波参数配置进行数字滤波初始化试验,试图对高水平分辨率预报初始场中高频噪声特征、如何区分具有天气意义的高频信号和虚假噪声、DFI在WRF模式高水平分辨率条件下的应用性能等一系列相关问题给出初步的认识.试验结果表明,在针对高分辨率模式进行数字滤波初始化时,原有应用于低分辨率模式的初始化配置参数已不适用,必须根据高分辨率噪声的特点重新设计相应的滤波方案.即使在‘无噪声'状态下,有天气意义的信息在模式中也具有与虚假高频噪声一致的表现形式,即大的地面气压变化倾向.DFI的确能对特定切断频率的高频振荡进行滤波,但是DFI无法区分其性质究竟是具有天气意义的高频信号,还仅仅只是虚假的高频噪声.如果要达到滤除初始场中高频噪声的理想效果、并且消除积分过程中的高频振荡,必须延长滤波时间窗,但这是以增加额外的积分时间、以及有可能损害气象上有意义的波动为代价的.滤波效果越显著,滤波结果对初始场的改变越大,此两个方面实质上是冲突的,因此在应用DFI时必须在滤波效果可接受和保证预报性能两方面之间进行妥协.最后我们就DFI在高分辨率有限区域数值模式中的可能应用提出了具体的建议.