分析约束的集合预报初始扰动构造方案的研究

潘贤 王秋萍 张瑜 何佩仪 马旭林

1 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室，南京 201144

2 河南省气象探测数据中心，郑州 450003

3 中国民航西南地区空中交通管理局气象中心，成都 610202

1 引言

数值天气预报的初始误差和模式误差等限制了非线性大气运动的单一确定性预报技巧（Lorenz,1963, 1969; Epstein, 1969; Leith, 1974），而集合预报通过旨在合理表征上述两类主要误差导致的预报不确定性，进而给出未来大气运动演变的概率密度函数以解决单一数值解的缺陷，在极端天气的辨识度、预报可信度等方面具有显著优势（杜钧和陈静, 2010; 杜钧和邓国, 2010; 李晓莉等, 2019; 陈静和李晓莉, 2020）。集合预报质量很大程度上取决于集合初始扰动对大气运动不确定性描述的准确程度。合理的集合预报扰动能够捕获初始场和预报场中快速增长的误差，合理表征其预报不确定性。因此，集合扰动结构及演变特征和预报误差结构与传播规律的一致性对提高集合预报质量至关重要（马旭林等, 2014; Keresturi et al., 2019）。

经典的蒙特卡洛初始扰动构造方案假定真实大气中的初始误差满足随机分布规律，其初始扰动虽然可以描述大气的不确定性特征，但由于缺乏动力增长的物理机制，难以反映预报误差的流依赖特征，导致预报集合成员之间的离散度通常偏小（马旭林等, 2018）。时间滞后平均法（Lagged Average Forecasting, LAF; Hoffman and Kalnay, 1983）由于引入了实际预报误差，其扰动质量通常优于蒙特卡洛随机扰动法。但是由于受到预报时效的限制，构造的集合成员数有限。多年来，针……