GRAPES全球集合预报系统不同随机物理扰动方案影响分析

摘要

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.