Page 107 - 《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 665

图9 各水凝物变量及垂直速度的第一特征向量
（a） 云水； （b） 云冰； （c） 雨水； （d） 雪水； （e） 云霰； （f） 垂直速度
Fig. 9 The first eigenvector of each hydrometeor variable and vertical velocity.（a） cloud water，
（b） cloud ice， （c） rain， （d） snow， （e） graupel， （f） vertical velocity
征向量均有极值出现， 说明云水主要分布于模式低 量的水平特征长度尺度， 由图可知， 相较于温度和
层。关于两系统中云霰的第一特征向量， 极值在低 相对湿度， 两个系统中速度 U 和 V 的特征长度尺度
层出现但较云水高度更高， 即云霰的分布高度比云 值更大， 即在同化分析过程中， 风场观测资料在同
水更高。而对于云冰、 雪水和垂直速度， 两系统的 化结果中的作用范围更大。同时也进一步看出， 相
第一特征向量极值均出现在中层， 在模式低层和高 较于风场两系统中温度和相对湿度水平尺度更小，
层第一特征向量值基本为 0， 即云冰和雪水主要分 对模式的影响更具有局地性。相比于高原边坡对
布在模式中层， 同时在模式中层垂直速度误差较 流系统， 台风系统各常规控制变量的特征长度尺度
大， 可能是受到了水凝物的影响。由此说明在台风 值均更大。两系统速度 U、 V 的特征长度尺度数值
和高原边坡两个对流系统中， 水凝物主要存在于中 相差较大， 温度和相对湿度相差较小， 且两者具有
低层， 在高层由于水汽很少几乎为 0， 所以在高层 类似的变化趋势。这一结果表明高原边坡对流系
水凝物的第一特征向量值基本为 0， 即几乎没有水 统的风场和热力场的水平尺度相较于台风系统更
凝物分布在高层。而云冰、 雪水和云霰的形成要求 小， 同时说明在高原边坡对流系统的同化分析过程
较低的温度， 所以第一特征向量极值出现在中层， 中， 其观测资料对同化结果的影响范围较台风系统
在低层基本为0。 更小， 更具有局地性。
6. 3 水平特征长度尺度 图 11 表示的是各水凝物控制变量及垂直速度
在水平转换中， 经过递归滤波处理后可以得到 在两个对流系统中的水平特征长度尺度。从图 11
一个重要的空间特征参数即特征长度尺度， 它不仅 中可以看出， 云水和雨水的特征长度尺度较云冰、
可以反映误差协方差水平方向上的相关关系， 同时 雪水和云霰更小， 说明在同化时， 云水和雨水的观
其数值尺度代表了在同化分析中观测数据的影响 测较云冰、 雪水和云霰的观测影响范围更小， 也说
范围（陈耀登等， 2023）。图 10 代表了常规控制变 明云水和雨水的水平尺度较小。对比台风和高原