区域系集预报系统设计之初步研究.PDFVIP

區域系集預報系統設計之初步研究 李志昕、洪景山、曹嘉宏 中央氣象局氣象資訊中心 摘 要 區域系集預報系統的發展，主要是期望此系統能包含模式預報的不確定性。欲發展區 域系集預報系統，須產生有效且合理的系集預報成員。產生系集預報成員的方法，包含初 始場擾動法、邊界擾動法、模式物理參數化擾動法等。本研究利用WRF模式進行預報實驗， 配合物理參數化擾動法，針對模式積雲參數化、微物理參數化、邊界層參數化以及土壤模 式等，產生40組系集成員，並分析模式物理參數化擾動法能否提供合適之系集預報成員。 欲找出合適之系集預報成員，需發展統計校驗技術。進行系集預報系統效能之評估時，必 須分兩個層面進行評估，第一部分是評估系集成員分歧是否足夠，據以最大程度涵蓋可能 的發生機率；第二部分是評估系集預報系統的預報能力和可信度。根據初步分析結果，使 用模式物理參數化擾動法產生之40組系集成員離散程度不足，顯示此一方法尚不足以提供 足夠分散之系集成員，因此未來需針對其他系集成員產生方式進行實驗和評估分析，以期 望找出最合適之系集預報成員組合方式。 模式物理參數化產生擾動，包含模式積雲參數化、微 一、 前言 物理參數化、邊界層參數化與土壤模式等，共產生 40 數值天氣預報系統中存在著非線性過程，任何微 組系集成員，並分析此一系集成員產生的方法能否提 小的變化，皆有可能導致預報結果產生巨大的差異。 供合適之系集預報成員。 然而，預報系統中存在著許多不確定性，包含初始資 二、 研究方法 料的誤差或是模式中的缺陷，皆可能造成模式預報結 果的變化。傳統的數值天氣預報為單一模式預報，期 (一) 實驗設計 望由最佳的單一初始資料，獲得最佳之模式預報結 本實驗使用 WRF 模式進行實驗，水平解析度設定 果。這種決定性的預報無法掌握預報過程中的不確定 為 45 km，垂直解析度設定為 45 層，模式頂層為 30 性，同時亦無法提供預報過程中的不確定性資訊，因 hPa，使用之WPS和WRF版本為WPS3.1.1版和WRF3.1.1 此期望單一模式掌握所有可能的天氣變化有其困難 版。實驗中沒有進行資料同化，採用 NCEP-GFS作為背 度。 景分析場，每天 00Z 和 12Z 作 72 小時的預報，針對 系集預報的發展是為了彌補單一模式預報的不 2008年 6月1日至 6月 27日進行預報。 足，藉由多個不同的系集成員預報，期望能包含模式 為了產生預報擾動，本研究將改變模式物理參數 預報的不確定性，並且將不確定性量化，以提供未來 化，藉由不同土壤模式、微物理參數化、邊界層參數 的預報機率。因此欲發展系集預報系統，需產生有效 化和積雲參數化，產生 40組相異模式物理參數化組合 且合理的系集預報成員。針對區域模式，產生系集預 的預報實驗。土壤模式使用三個模式，分別為 Noah 報成員的方法，包含藉由不同初始場產生的擾動、邊 Land-Surface Model、Rapid Update Cycle Model、 界條件差異的擾動、不同模式物理參數化產生的擾動