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台风北冕 (0809) 数值预报敏感初始误差研究

黄江平 董佩明 李超 刘君

黄江平, 董佩明, 李超, 等. 台风北冕 (0809) 数值预报敏感初始误差研究. 应用气象学报, 2013, 24(4): 425-434..
引用本文: 黄江平, 董佩明, 李超, 等. 台风北冕 (0809) 数值预报敏感初始误差研究. 应用气象学报, 2013, 24(4): 425-434.
Huang Jiangping, Dong Peiming, Li Chao, et al. Influences of sensitive initial error on the numerical forecast of typhoon Kammuri (0809). J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 425-434.
Citation: Huang Jiangping, Dong Peiming, Li Chao, et al. Influences of sensitive initial error on the numerical forecast of typhoon Kammuri (0809). J Appl Meteor Sci, 2013, 24(4): 425-434.

台风北冕 (0809) 数值预报敏感初始误差研究

资助项目: 

国家自然科学基金项目 41075017

详细信息
    通信作者:

    董佩明,email: dongpm@cams.cma.gov.cn

Influences of Sensitive Initial Error on the Numerical Forecast of Typhoon Kammuri (0809)

  • 摘要: 基于WRF四维变分伴随模式建立数值预报敏感初始误差计算流程并对台风北冕 (0809) 进行了分析。结果表明:基于线性化近似的伴随敏感分析方法对台风系统在24 h内适用。构造敏感初始误差的参考系数存在一个合理的取值范围,参考系数取为0.08效果最好。在初始场中去除敏感初始误差能够有效减少预报误差,改善台风路径预报效果,依据24 h预报误差计算出的敏感初始误差订正对24 h后台风数值预报效果也有明显影响。另外,敏感初始误差分布在台风中心附近,伴随台风系统环流且各物理量分布形态相似。对流层下层和中上层的敏感初始误差均对数值预报效果有所影响,对流层中上层的作用略大于对流层下层。敏感初始误差中各物理量对数值预报改善的贡献各不相同,相对而言,风场的贡献最大。
  • 图  1  850 hPa风场u分量小扰动24 h演变结果 (单位:m·s-1)

    (a) 线性演变, (b) 非线性演变

    Fig. 1  24-h development of u perturbation at 850 hPa (unit: m·s-1)

    (a)linear development, (b)nolinear development

    图  2  模式层小扰动24 h线性和非线性演变结果的干能量

    Fig. 2  The dry energy of 24-h linear and nolinear perturbation development at model levels

    图  3  不同试验方案台风模拟路径与NCEP再分析场偏差统计

    Fig. 3  The bias of typhoon track between experiments and NCEP reanalysis

    图  4  控制试验CNR和敏感性试验EXP4 δ=0.4735模式面扰动气压 (单位:Pa) 和500 hPa风场u分量 (单位:m·s-1) 24 h预报误差对比(黑框区域为目标区)

    (a) CNR扰动气压, (b) EXP4扰动气压, (c) CNR u分量, (d) EXP4 u分量

    Fig. 4  The contrast of 24-h forecast error of pressure perturbation (unit:Pa) at δ=0.4735 and u perturbation (unit:m·s-1) at 500 hPa between control experiment CNR and sensitivity experiment EXP4 (the black box denotes the target area)

    (a) pressure perturbation in CNR, (b) pressure perturbation in EXP4, (c) u perturbation in CNR, (d) u perturbation in EXP4

    图  5  敏感初始误差在700 hPa的水平分布 (扰动气压在δ=0.7365模式面上,背景均为水平风矢量)

    (a) u分量 (单位:m·s-1),(b) v分量 (单位:m·s-1),(c) 风矢量, (d) 扰动气压 (单位:Pa),(e) 位温 (单位:K),(f) 比湿 (单位:g·kg-1)

    Fig. 5  The horizontal distribution of sensitive initial error at 700 hPa (expect that pressure perturbation is at δ=0.7365, and all with background wind vector)

    (a) u (unit: m·s-1), (b) v (unit: m·s-1), (c) wind vector, (d) pressure perturbation (unit: Pa), (e) potential temperature(unit: K), (f) humility (unit: g·kg-1)

    图  6  沿20°N台风中心敏感初始误差的垂直剖面

    (a) u分量 (单位:m·s-1),(b) v分量 (单位:m·s-1),(c) 扰动气压 (单位:Pa),(d) 位温 (单位:K),(e) 比湿 (单位:g·kg-1)

    Fig. 6  The section of sensitive initial error along 20°N

    (a) u (unit:m·s-1), (b) v (unit: m·s-1), (c) pressure perturbation (unit: Pa), (d) potential temperature (unit: K), (e) humility(unit: g·kg-1)

    图  7  不同时刻台风路径预报

    (a) 2008年8月5日00:00, (b) 2008年8月5日12:00, (c) 2008年8月6日00:00

    Fig. 7  The forecast of typhoon track for different initial time

    (a) 0000 UTC 5 Aug 2008, (b) 1200 UTC 5 Aug 2008, (c) 0000 UTC 6 Aug 2008

    表  1  试验方案和目标区域24 h预报误差的干能量积分

    Table  1  The experiment design and the integrated dry energy of 24-h forecast error in the target area

    试验方案 参考系数 24 h预报误差干能量
    /(105 J)
    误差减少
    率/%
    CNR 15.4869
    EXP1 0.01 14.3733 7.19
    EXP2 0.03 12.6838 18.10
    EXP3 0.05 11.5815 25.22
    EXP4 0.08 10.5205 32.07
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    表  2  不同试验的预报误差干能量统计

    Table  2  The dry energy of forecast error

    试验 24 h预报误差干能量/(105J) 误差减少率/%
    试验1 12.7473 17.69
    试验2 12.3248 20.42
    EXP4 10.5205 32.07
    CNR 15.4869
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    表  3  不同试验的预报误差干能量统计

    Table  3  The dry energy of forecast error

    物理量 24 h预报误差干能量/(105J) 减少率/%
    水平风场 11.3685 26.48
    位温 13.9362 10.01
    扰动气压 14.2984 7.67
    湿度 15.2984 1.22
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    表  4  不同起报时间24 h小扰动线性和非线性演变的干能量整层积分

    Table  4  The integrated dry energy of 24-h perturbation between linear and nolinear development for different initial time

    起报时间 非线性演变/(105J) 线性演变/(105J) 误差/%
    2008-08-03T18:00 1.8083 1.40394 22.36
    2008-08-05T00:00 3.9387 3.63357 14.85
    2008-08-06T00:00 3.0678 1.98890 35.16
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-07
  • 修回日期:  2013-04-15
  • 刊出日期:  2013-08-31

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