【摘 要】
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区域模式对大尺度环流的分析相比全球模式存在更大的偏差,这样的偏差会随循环同化的进行不断积累并影响预报准确度。为减少误差积累,科学家们提出了尺度混合方案,尺度混合方案既能使区域模式持续性地热启动运行,实现中小尺度信息持续建立与积累,同时也能减小循环过程中积累的预报误差。截断尺度的选择是尺度混合方案中的重要研究内容,本文根据不同气象要素的特性,提出了动力场和温湿场变量采用差异化截断尺度的混合方案,并通
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区域模式对大尺度环流的分析相比全球模式存在更大的偏差,这样的偏差会随循环同化的进行不断积累并影响预报准确度。为减少误差积累,科学家们提出了尺度混合方案,尺度混合方案既能使区域模式持续性地热启动运行,实现中小尺度信息持续建立与积累,同时也能减小循环过程中积累的预报误差。截断尺度的选择是尺度混合方案中的重要研究内容,本文根据不同气象要素的特性,提出了动力场和温湿场变量采用差异化截断尺度的混合方案,并通过引入功率谱分析进一步优化了截断尺度的选择,最后在集合-变分混合同化中应用改进的尺度混合方案进行了同化和预报试验。主要工作和结论如下:（1）在区域模式背景场中,根据动力场和温湿场变量影响范围的差异,提出了动力场和温湿场变量采用差异化截断尺度的混合方案并进行了试验分析。由于不同变量受大尺度信息偏差的影响程度不同,差异化截断尺度混合方案能向受大尺度信息偏差影响更大的变量引入更高权重的全球背景场信息。批量试验结果表明:尺度混合方案对风场、温度、湿度的分析和预报均能起到改进效果,差异化截断尺度混合方案能进一步减小区域模式在连续循环同化过程中的预报误差积累,提高模式预报准确率。（2）引入功率谱分析对差异化截断尺度混合方案进行优化并进行特征分析。功率谱分析得到的截断尺度可以根据循环时次和全球背景场的差异不断调整,并且分析结果进一步证实了不同特性的物理量对全球背景场信息引入的权重存在差异,需要向动力场引入更多的全球背景场信息。随后将引入了功率谱分析的尺度混合方案用于背景误差协方差的构建中,特征统计量表明:尺度混合方案减小了特征值,使背景误差集中在更小的水平尺度,且对风场的影响大于温湿场。（3）基于对差异化截断尺度混合方案的研究和改进,进一步将方案引入区域模式的集合-变分混合同化系统中进行了同化和预报试验。结果表明:集合信息为静态背景误差协方差带来流依赖特征的同时,尺度混合方案也将背景误差协方差的水平结构集中在更小的尺度,有利于区域模式对高分辨率观测资料进行同化。结合尺度混合的集合-变分方案兼具二者优势,能通过调整背景场大气环流和水汽输送,有效改进降水量级和落区的预报,从而提高模式预报性能。
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