中央气象局四维变分资料同化4DVAR之初步应用与-气象科技研究.PDFVIP

氣象學報第 51 卷第 1 期 中央氣象局四維變分資料同化(4DVAR) 之初步應用與評估 1 2 1 2 江晉孝 、張昕 、馮欽賜 、黃向宇 1中央氣象局 2美國國家大氣科學研究中心 摘 要 中央氣象局WRF模式目前使用之資料分析方法為三維變分資料同化 (Three-Dimensional Variational Data Assimilation, 3DVAR) ，此技術是假定 觀測資料與模式控制變數皆屬同一時間，優點為所需之計算機資源較低， 但其背景誤差協方差矩陣不隨時間變化與無法同化不同時間的觀測資料 則為極大之劣勢。配合中央氣象局新一代超級電腦之建置，大幅提升的計 算 機 資 源 ， 讓 我 們 能 嘗 試 運 用 四 維 變 分 資 料 同 化 (Four-Dimensional Variational Data Assimilation, 4DVAR)技術評估與分析其對WRF模式預報 的效益。 研究結果發現， (1)由單觀測點實驗證明4DVAR確實擁有與流場相關 (flow dependent)的背景場誤差統計特性，由實驗中亦了解觀測點位置與選 取 個 案 為 影 響 與 流 場 相 關 特 性 顯 著 程 度 之 重 要 因 素 。 (2) 在 2008 年 (THORPEX Pacific Asian Regional Campaign¸ T-PARC)實驗期間，格點校 驗結果顯示 4DVAR相較於 3DVAR得到略差的表現，但在颱風路徑預報 上，則呈現優劣互現的結果。(3)在評估同化如雷達等時空密集觀測資料能 力方面， 4DVAR比3DVAR更能掌握較佳的降水分布型態與極值，而由公 正預兆得分 (ETS)及偏離指數 (Bias)校驗結果，4DVAR亦得到較高的得分值 與較佳的偏離值，顯示 4DVAR較有潛力與優勢在未來同化時空密集度較高 的 降 水 資 料 。 (4) 在 效 能 評 估 方 面 ， 由 實 驗 顯 示 ， 多 重 增 量 能在 分鐘內完成 公里解析度 東亞區域 之 (Multi-incremental)4DVAR 30 45 ( ) 同化過程，而在 公里的高解析度網格 臺灣區域 之設定下則耗時約 分鐘 5 ( ) 50 即可完成同化流程，與Full resolution 4DVAR相比較能符合作業上之需求 與效益。 關鍵字：變分資料同化、與流場相關的背景場誤差統計特性、颱風路徑預 報 、多重增量 、格點校驗 、公正預兆得分 、偏離指數 －55－ 以 及 瑞 典 氣 象 與 水 文 研 究 所 (Swedish 一、前言 Meteorological and Hydrological institute; 臺灣常受到颱風、梅雨以及中尺度對 Huang et al. 200