Page 99 - 《高原气象》2025年第3期
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第 44 卷  第 3 期                        高     原     气    象                             Vol. 44  No. 3
                 2025 年 6 月                       PLATEAU METEOROLOGY                                June， 2025


               张万里， 王元兵， 李柔，等， 2025.  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［J］.
               高原气象， 44（3）： 657-671.  ZHANG Wanli， WANG Yuanbing， LI Rou，et al， 2025.  Study of Multivariate Background Error
               Characteristics of Convective System on Plateau Slope and Typhoon System Based on Convective-Scale Ensemble Samples［J］. Pla‐
               teau  Meteorology，  44（3）：  657-671.   DOI：  10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00098. CSTR：32265. 14. gyqx. CN62-1061/
               P. 2024. 00098.




                     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



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                       张万里 ， 王元兵 ， 李 柔 ， 陈耀登 ， 孟德明 ， 钱新尧 ， 金喜立                                        1
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                                （1. 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/
                                         气象灾害预报预警与评估协同创新中心，  江苏  南京    210044；
                                              2. 广东省罗定市气象局，  广东  罗定    527200）
                       摘要： 高原边坡地区及台风系统观测资料的有效同化对我国天气预报有重要影响， 而背景误差是影响资
                       料同化效果的关键因子。为了更好地理解高原边坡对流系统和台风系统的常规控制变量以及各水凝物
                       控制变量背景场误差特征， 从而发展适用于高原边坡对流系统和台风系统的资料同化方案， 本文基于集
                       合变换卡尔曼滤波和集合-变分混合同化方法分别更新集合扰动和集合平均得到含有 80个集合成员的 4
                       公里分辨率对流尺度集合预报样本， 选取 2022 年 8 月中旬发生在青藏高原东北边坡的对流个例和 2022
                       年第 12 号台风“梅花”个例， 经过物理变换、 垂直变换以及水平变换统计得到包含多相态水凝物和垂直
                       速度在内的多元变量背景场误差协方差， 同时对其空间误差特征如特征值、 特征向量和特征长度尺度进
                       行了分析。研究发现， 与台风系统对比， 高原边坡对流系统的背景场误差相对更大， 对水凝物变量以及
                       垂直速度的模拟更差。因此， 在高原边坡对流系统的资料同化中， 分析会更接近于观测而远离背景场，
                       对其观测质量和数量要求相对更高。另外， 高原边坡对流系统的大气特征和水凝物以及垂直速度变量
                       的水平尺度相对于台风系统更小、 更有局地性； 对比常规控制变量， 水凝物和垂直速度变量具有更小的
                       水平尺度和更强的局地性特征。因此在同化分析时， 高原边坡区域的观测资料以及与水凝物相关的观
                       测信息影响范围相对有限。
                       关键词： 背景场误差； 资料同化； 高原边坡对流； 台风
                       文章编号： 1000-0534（2025）03-0657-15   中图分类号： P456.7   文献标识码： A
                       DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00098
                       CSTR：：32265. 14. gyqx. CN62-1061/P. 2024. 00098


               1  引言                                             是利用一切有用信息来估计一个更加准确的大气

                                                                 运动状态的过程（Talagrand， 1997）。在资料同化
                   强对流天气过程和台风天气过程的准确预报
                                                                 中， 结合观测数据与模式背景场可以得到更符合
               对于防灾减灾具有重要的意义。由于大气本身的
                                                                “真实”大气状态的分析场以作为数值模式的初始
               混沌特性、 模式误差以及初始误差的共同影响， 数
               值天气预报存在不确定性（薛建军等， 2022）， 但是                       场 ，  进 而 提 高 数 值 预 报 的 准 确 度（官 元 红 等 ，
               通过资料同化技术可以减小模式的初始误差从而                             2007）， 而做好资料同化的核心问题是如何构建合
               有效提高预报准确性（陈耀登等， 2020）。资料同化                        理的背景场误差协方差（陈耀登等， 2017； 陈娴雅


                  收稿日期： 2024⁃05⁃30； 定稿日期： 2024⁃10⁃14
                  资助项目： 国家自然科学基金项目（U2142208， 42105149）； 国家重点研发计划项目（2022YFC3080500）
                  作者简介： 张万里（2001 -）， 男， 贵州人， 硕士研究生， 主要从事气象资料同化及数值天气预报研究. E-mail： 202312010155@nuist.edu.cn
                  通信作者： 王元兵（1990 -）， 男， 山东人， 副教授， 主要从事气象资料同化及数值天气预报研究. E-mail： wyb@nuist.edu.cn
                  © Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
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