BCC-AGCM模式月尺度预测误差诊断及其订正方法研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liu3352
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月尺度的气候预测在众多国内外学者的不懈努力下,取得了长足的发展,但是其预测误差仍旧是客观存在的。尤其是在当前气候变化的大背景下,气象中的极端事件发生频次越来越高,月尺度的气候预测对于气象灾害的提前预知,减少其带来的损失有着至关重要的意义。这从客观上提高了国家对月尺度气候预测准确率的要求,但是由于其时间尺度超越了短期逐日天气预报可预报性的上限,且同时受到初值和边值问题的影响,其目前的预报精度还远远不能满足国家和社会的需求,因此探索和发展针对其有效订正策略的研究具有重要的应用价值。本文旨在探索如何将已有的误差订正技术合理运用于业务运行模式中,以期提高其预报准确率,同时也为模式预报结果的释用提供有效信息。鉴于此,本文基于已经业务运行的国家气候中心第二代月动力延伸预测系统(DERF2.0)中大气环流模式(BCC_AGCM)的回报资料和各种再分析资料,首先分析了该模式对冬季气温预测的误差特征及其与外强迫的联系;进而围绕模式夏季降水的回报结果,开展了一系列数值试验,探索了针对其误差订正的有效策略和方案,取得了较好的效果。本文主要结论如下:(1)模式能够在整体上较好地反映出欧亚区域冬季气温的变化趋势,抓住东亚冬季风区气温年际变化的主要空间模态,对东亚冬季风区冬季气温具有一定的预报能力。预测误差在陆地大于海洋,高纬地区大于低纬地区,同时与海拔高度也有密切关系。预测误差的主要模态与一些关键区域的海温和海冰存在显著的相关性,表明模式对外强迫异常的响应能力存在缺陷。这为结合模式对关键区海温和海冰异常的响应能力,有针对性地改进模式对东亚冬季风区冬季气温的预测能力提供了依据。(2)模式夏季降水误差主要是由北半球大尺度环流及海温异常造成的。根据关键因子与模式预测误差的高相关性,建立针对误差相关模态进行订正的模型。结果表明,超过60%的年份订正后,其ACC都较原始结果及系统订正有明显的改进。其中2003年-2011年平均的ACC评分超过0.15,而原始结果仅为0.03,系统订正后仅为0.07,而MSSS评分也在绝大多数地区为正值,表明订正方案能在一定程度上减小由于模式对关键因子响应不足造成的误差。同时,通过提取与模式预测误差不同模态的主分量显著相关的前期环流及气候因子,可以一定程度上揭示模式的预报性能对哪些因子较为敏感,这也为模式夏季降水预报策略的研究和模式预报结果的释用提供了一些新思路和有用的信息。(3)在基于EOF订正方案的制定中,通过交叉验证,对观测和预报场分别取不同的模态数参与回归建模方法的订正效果进行了考察。结果表明,并不是利用相同的模态进行回归建模时的订正技巧最佳;此外,订正技巧主要随着预报模态个数的变化而变化,而受到观测模态个数的影响较小;引入模式预报场的高阶模态会使得订正技巧大幅下降。通过试验,综合ACC及其标准差的大小,基于EOF的订正方案最终采用30个成员集合平均,这样的做法克服了单个成员预报技巧的不稳定。(4)通过基于SVD订正方案模态个数随订正技巧变化的数值试验发现,利用前6个模态进行订正可使得效果达到最优,当订正效果达到最优后,伴随累积模态个数的增加,ACC则出现迅速的回落,这也说明高阶模态可能提供了虚假的信号,引入其进行订正会带来不利的影响。(5)基于EOF和SVD的方案都能显著的提高模式夏季降水的预报技巧。从ACC的角度来看,EOF方案ACC评分均值略高于SVD方案,其稳定性也略优于SVD方案;从MSSS的角度而言,EOF方案的MSSS评分正值的区域比SVD更大,其量值也略高;另外,二者对于模式原始预报平均误差量值的减小效果十分显著。总体来说,综合各项检验标准,EOF方案订正效果略优于SVD方案,同时,由于EOF方案采用了集合平均的结果,其订正效果的稳定性也略优于SVD方法。
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