【摘要】：熱帶氣旋(以下簡(jiǎn)稱TC)會(huì)帶來(lái)的大風(fēng),降水,風(fēng)暴潮等十分劇烈的氣象災(zāi)害,對(duì)沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公眾生活有著巨大的影響。相比統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)和傳統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)方法,集合預(yù)報(bào)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的對(duì)TC預(yù)報(bào)的重要手段,然而較多集中在對(duì)TC強(qiáng)度預(yù)報(bào)和路徑預(yù)測(cè)的研究,缺乏專門(mén)針對(duì)TC降水集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品的可預(yù)報(bào)性分析,因此急需開(kāi)展TC集合預(yù)報(bào)誤差診斷分析和訂正技術(shù)研究,加深對(duì)影響TC降水相關(guān)機(jī)制的認(rèn)識(shí)和理解,提高TC降水集合預(yù)報(bào)的質(zhì)量和水平,滿足氣象業(yè)務(wù)部門(mén)防臺(tái)減災(zāi)的迫切需要。本文通過(guò)客觀比較 TIGGE(the THORPEX interactive grand global ensemble)資料集中的累積降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品,和熱帶降雨測(cè)量衛(wèi)星TRMM/3B42RT的降水?dāng)?shù)據(jù),利用多種確定性和概率性檢驗(yàn)指標(biāo)檢驗(yàn)了歐洲ECMWF,美國(guó)NCEP,中國(guó)CMA三個(gè)預(yù)報(bào)中心對(duì)TC降水集合預(yù)報(bào)的能力,并著重分析了不同預(yù)報(bào)時(shí)效間TC降水誤差的相關(guān)性,在此基礎(chǔ)上發(fā)展了考慮不同成員預(yù)報(bào)水平的TC降水預(yù)報(bào)的統(tǒng)計(jì)訂正技術(shù)。主要結(jié)論如下:首先,與其他要素的集合預(yù)報(bào)特征相似,TC降水集合平均預(yù)報(bào)的水平優(yōu)于相應(yīng)的控制預(yù)報(bào),并且隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的增長(zhǎng),集合平均對(duì)TC降水的預(yù)報(bào)能力下降。就偏差而言,隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)和降水閾值的增大(從小雨到大雨),三個(gè)預(yù)報(bào)中心對(duì)TC降水的集合平均預(yù)報(bào)均由高估轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸�。通過(guò)進(jìn)一步與非TC降水預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn),盡管集合預(yù)報(bào)對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)水平依然較低,但是各預(yù)報(bào)中心對(duì)中雨和大雨的預(yù)報(bào)能力要優(yōu)于小雨,這可能是由于TC降水集合預(yù)報(bào)對(duì)小雨的嚴(yán)重高估導(dǎo)致的。此外,隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的增加,各中心預(yù)報(bào)對(duì)不同閾值降水的分辨能力降低,主要表現(xiàn)為降水量低估。同時(shí),各中心TC降水預(yù)報(bào)均為欠離散的,具體表現(xiàn)為48h之后欠離散程度隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的增加而加大。更進(jìn)一步,不同中心的集合平均對(duì)TC降水的預(yù)報(bào)能力存在差異。總體而言,ECMWF的預(yù)報(bào)效果最優(yōu),NCEP和CMA在不同預(yù)報(bào)時(shí)效上優(yōu)劣不同,即在短期預(yù)報(bào)上NCEP優(yōu)于CMA,而在中期預(yù)報(bào)上CMA優(yōu)于NCEP。對(duì)于不同量級(jí)的TC降水,對(duì)中雨預(yù)報(bào)最優(yōu)的為ECMWF,對(duì)其他等級(jí)降水(小雨,、大雨,、暴雨)預(yù)報(bào)最優(yōu)的為NCEP。另外,ECMWF對(duì)不同閾值降水的辨別能力要優(yōu)于其他兩個(gè)中心。其次,TC降水的概率預(yù)報(bào)和集合平均預(yù)報(bào)有不同的變化特征,隨著降水閾值的增大,概率預(yù)報(bào)的能力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),即對(duì)中雨和大雨的概率預(yù)報(bào)技巧較高,而對(duì)小雨和暴雨的預(yù)報(bào)能力較低。其可能原因,集合預(yù)報(bào)對(duì)小雨預(yù)報(bào)的可靠性較差,另一方面是集合預(yù)報(bào)模式對(duì)暴雨預(yù)報(bào)的分辨性較差。此外,不同中心TC降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品之間在概率性指標(biāo)上同樣存在差異。整體來(lái)看,ECMWF表現(xiàn)最優(yōu),而短期預(yù)報(bào)和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)上分別為NCEP優(yōu)于CMA和CMA優(yōu)于NCEP,與對(duì)集合平均的分析結(jié)果一致。對(duì)不同等級(jí)降水,發(fā)現(xiàn)小雨預(yù)報(bào)NCEP最優(yōu)、CMA最差,而中到暴雨預(yù)報(bào)ECWMF最優(yōu)、NCEP最差,這是由不同中心TC降水概率預(yù)報(bào)在分辨性與可靠性上的差異所導(dǎo)致的。再次,本文利用MVL方法分析了 TC降水預(yù)報(bào)誤差的增長(zhǎng)特性,發(fā)現(xiàn)三個(gè)預(yù)報(bào)中心在短期內(nèi)(1—4天)誤差呈線性增長(zhǎng)的特征,即前期與后期的降水預(yù)報(bào)誤差之間存在線性相關(guān)性,在1-4天內(nèi)前期降水預(yù)報(bào)好的成員在后期降水預(yù)報(bào)水平依然較好。基于這一特性,以算術(shù)加權(quán)平均的方法建立了集合平均的新計(jì)算方案。該方案中不同成員的權(quán)重,分別通過(guò)RMSE,MAE和偏最小二乘回歸(PLS)進(jìn)行客觀估計(jì)。與傳統(tǒng)等全集合平均進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),新方案對(duì)傳統(tǒng)方法在短期內(nèi)有明顯改進(jìn),特別是在48h改進(jìn)程度最大,而在長(zhǎng)期內(nèi)新方案預(yù)報(bào)水平低于傳統(tǒng)方法。這是與TC降水預(yù)報(bào)誤差增長(zhǎng)特性相一致的,即在誤差線性增長(zhǎng)時(shí)效內(nèi),考慮不同成員在前期預(yù)報(bào)中的表現(xiàn)能夠改善后期的集合平均預(yù)報(bào)水平。因此,本文針對(duì)不同中心建立了適用于TC降水的集合預(yù)報(bào)后處理方法。具體而言,對(duì)于ECMWF,采用基于RMSE的訂正方法訂正144h內(nèi)的預(yù)報(bào)、144h以上使用傳統(tǒng)集合平均方法;對(duì)于CMA使用PLS訂正48h內(nèi)的預(yù)報(bào),48h-144h預(yù)報(bào)用基于MAE的訂正方法,超過(guò)144h的預(yù)報(bào)用傳統(tǒng)集合平均作為預(yù)報(bào)結(jié)果;對(duì)于NCEP,利用PLS訂正240h內(nèi)的預(yù)報(bào)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P444;P457.6
【圖文】：

第二章資料與方法第二章資料與方法逡逑１研究資料逡逑選取２００８—２０１７年夏季西太平洋登陸的熱帶氣旋作為研宄對(duì)象，熱帶識(shí)別是利用降水與熱帶氣旋中心之間的距離關(guān)系來(lái)確定的，５００ｋｍ為絕對(duì)水控制距離，所有４熱帶氣旋中心距離小于此值的降水均被識(shí)別為熱帶氣Ｅｎｇ］ｅｈａｒｔ，２００１邋）。逡逑１邐Ｉ邐１邐１邐；邐１邐Ｉ邐Ｉ邐＿逡逑－ｔ＿．ｉ邋ｉｎｉｉｕｉｊｉｉｉ邋＿．ｊ邐－－－．逡逑

邋（Ｍｅａｎ－Ｖａｒｉａｎｃｅ邋ｏｆ邋Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｓ）圖是用來(lái)描述集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)時(shí)空特征的。逡逑合預(yù)報(bào)的擾動(dòng)均值是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的，其二集合預(yù)報(bào)的擾動(dòng)方差動(dòng)的空間的相關(guān)性，ＭＶＬ圖可以直觀地呈現(xiàn)出兩者之間的相互關(guān)系和變ｅｒｔ，２００８），通常ＭＶＬ圖以擾動(dòng)均值隨時(shí)間的變化Ｍ（ｔ）為橫坐標(biāo)，以擾時(shí)間的變化Ｖ邋（ｔ）為縱坐標(biāo)。公式如下：逡逑８ｘ＇；｛ｔ）邋＝邋ｘ＂｛ｔ）－ｘｉ｛ｔ）逡逑／？，（0邋＝邋ｌｎ（｜＾ｘ；（／）｜）逡逑〈士｜＞，（，）〉＝〈ｌｎ（（ｊｌ郵，〉逡逑Ｖ（ｔ）邋＝邋（Ｖａｒ（ｈ，邋（0））邋＝邋／ｙ邋Ｚ邋（0逡逑ｘ表示預(yù)報(bào)要素，ｎ為集合成員的個(gè)數(shù)，ＣＭＡ有１４個(gè)，ＥＣＭＷＦ有５０個(gè)，ＮＣＥ，Ｌ表示樣本格點(diǎn)的個(gè)數(shù)，一表示空間平均，＜＞表示成員平均。下面以圖行說(shuō)明：逡逑

邐ａ邋１０邋ＱＭ邋Ｑ．３Ｇ邋０－４０邋Ｃ．ＳＯ邋０逡逑ｆｖｌｌｔ｝逡逑圖２．邋２邋ＭＶＬ圖例逡逑橫坐標(biāo)為Ｍ邋（ｔ），即擾動(dòng)均值，縱坐標(biāo)為Ｖ邋（ｔ）為擾動(dòng)方差，一共點(diǎn)依次表逡逑示１０個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效，２４ｈ—２４０ｈ的預(yù)報(bào)間隔２４ｈ。由圖可以看出，擾動(dòng)均值足隨右：預(yù)逡逑報(bào)時(shí)效呈單調(diào)遞增的趨勢(shì)，前５個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)效中擾動(dòng)方差也１Ａ隨預(yù)報(bào)時(shí)效遞增的趨勢(shì)，逡逑１７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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3 白雪梅;李依瞳;趙琳娜;王彬雁;李瀟o

本文編號(hào)：2795101