Page 105 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 张万里等：基于对流尺度集合样本的高原边坡对流系统和台风系统多元变量背景场误差特征研究 663
量特征值均比台风的大， 其中温度和相对湿度两个 慢直至减为 0。对比台风系统和高原边坡对流系统
变量的特征值数值差异较大， 高原边坡对流温度的 中云水和雨水两水凝物变量， 台风的特征值均大于
第一模态对应的特征值超过台风的 5 倍， 相对湿度 高原边坡对流， 其中雨水特征值的数值相差较大。
的第一模态对应的特征值接近台风的 2倍。特征值 对于云冰、 雪水和垂直速度的特征值则相反， 其中
是B矩阵经过垂直变换得到的表征背景场误差协方 雪水和垂直速度特征值的数值相差较大。对于云
差垂直分量大小的重要参数， 同时 EOF空间模态按 霰的特征值， 前两个模态两系统相当， 从第三模态
其方差贡献率从大到小排序， 排在前面的空间模态 开始， 高原边坡对流略大于台风。水凝物控制变量
表征了误差协方差的主要特征， 由此说明高原边坡 特征值的大小表示了其背景场垂直误差的大小， 在
对流的背景场垂直误差较台风系统更显著， 对高原 台风中云水和雨水两个水凝物的背景场垂直误差
边坡对流系统的模拟效果差于台风系统。这一结 较高原边坡对流显著， 即云水和雨水的模拟效果较
果又表明在资料同化分析过程中， 高原边坡对流系 高原边坡对流差。而高原边坡对流的云冰、 雪水、
统的观测资料将比台风系统占有更大权重， 对高原 云霰和垂直速度背景场垂直误差较台风显著， 所以
边坡对流系统的观测资料质量提出了更高的要求。 在资料同化过程中对高原边坡对流系统的部分水
图 7为 EOF空间各个模态上各水凝物控制变量 凝物观测资料（如云冰、 雪水和云霰等）提出了更高
及垂直速度的特征值。由图 7 可以看出， 两个对流 的要求。与传统的控制变量相比， 每个水凝物的特
系统的水凝物特征值量级均很小， 各水凝物随模式 征值都明显小于常规控制变量， 也就是说， 水凝物
态有相似的变化趋势， 前几个模态的特征值较大， 背景场垂直误差远远小于常规控制变量， 这与水凝
而后随着 EOF 模态数增加特征值减小速率先快后 物本身的量级也有关。

图7 各水凝物变量及垂直速度的特征值
（a） 云水； （b） 云冰； （c） 雨水； （d） 雪水； （e） 云霰； （f） 垂直速度
Fig. 7 Eigenvalue of each hydrometeor variable and vertical velocity.（a） cloud water，
（b） cloud ice， （c） rain， （d） snow， （e） graupel， （f） vertical velocity
6. 2 特征向量 直方向的分布。特征向量不仅表征了在垂直方向
图 8描述了常规控制变量的第一特征向量沿垂 上背景场误差传播的分布， 同时还反映了其相关