[发明专利]一种基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法

说明书

本发明提供一种基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法，包括下列步骤：1)确定模式初始背景场；2)对初始背景场进行尺度分离，得到大尺度背景场和中小尺度扰动场；3)对分离出的小尺度场进行扰动；4)将分离出的大尺度场与扰动后的中小尺度场进行叠加，得到基于目标系统扰动的热带气旋集合预报初始成员；5)将步骤4)得到的初始集合成员作为初始场，开展热带气旋集合预报。本发明通过将背景场分解为缓变的大尺度场和快变的中小尺度场，并对中小尺度场进行扰动得到基于目标系统扰动的热带气旋集合预报初始成员，解决了目前热带气旋集合预报中多采用全球模式中长期预报扰动技术的问题，使初始集合成员更有针对性。

技术领域

本发明属于数值天气预报技术领域，尤其涉及一种基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法。

背景技术

对热带气旋数值预报而言，目前形成的共识是由于初值误差和模式误差的存在，单一初值单一模式的确定性预报难以做出稳定准确的预报结果。为了减小各种误差对预报结果的影响，集合预报的方法被应用于热带气旋的数值预报研究和业务预报中来。目前研究和业务中常见的热带气旋集合预报方法可分为三类，即扰动初始环境场、扰动热带气旋初始位置和强度、扰动模式。目前热带气旋的集合数值预报尚处在发展阶段，还存在一些亟待解决的问题，包括：(1)目前使用较多的初值扰动方法没有针对性，如BGM、SV方法等，主要用于中高纬度地区的中期天气预报，而低纬地区的天气系统，特别是热带气旋等，在动力和热力机制上与中高纬地区天气系统有很大差别，导致被应用到热带气旋的集合数值预报中效果大打折扣。(2)热带气旋路径数值预报对积云参数化方案敏感性不强，不同参数化方案之间的差异，不足以对热带台风内部对流结构造成决定性的影响，这导致基于物理过程扰动的集合预报发散度不够。(3)多模式多初值的超级集合预报方法在实际工作中还不便开展，对大多数业务机构来说，能够同时获取的初始场和数值模式是有限的。

对热带气旋的路径而言可以分为两类，一类是稳定的正常路径，其余是突然转向的异常路径，目前数值模式的发展水平对正常路径的热带气旋已经具有很好的预报能力，而应重点针对异常路径热带气旋的产生原因开展专门的设计，进而设计有针对性的热带气旋集合预报技术。从宏观角度来说，制约热带气旋运动过程的科学问题是两个方面：一是热带气旋系统自身的结构，包括大小、强度等；另一方面是环境场的引导作用。对环境场的扰动，如前所述主要是采用MCF、LAF、BGM、SV等方法，这些方法适合全球模式，对热带气旋的预报来说缺乏针对性。台风由热带地区生成往中纬度运动过程中，主要受到中纬度环流系统的影响，因此相较于对整个初始场进行扰动，只对中纬度相关环流系统进行有针对性的扰动，可能会得到更合理的集合预报初始成员。

中纬度的环流系统可以分解为稳定的大尺度背景场和快变的中小尺度扰动场，而热带气旋路径的突变往往和热带气旋周边中小尺度扰动场的变化有关。因此可将热带气旋周边的中小尺度扰动场看作对热带气旋路径突变有重要影响的目标系统，通过对其进行分离合扰动，从而得到有针对性的基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法，用以解决目前还缺乏专门针对热带气旋数值预报的集合成员构造方法的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方法，包括下列步骤：

1)根据需要确定数值初始背景场，该背景场在水平方向为经纬网格，其水平分辨率为Δφ；

2)对初始背景场进行尺度分离，得到大尺度背景场和中小尺度扰动场。假设某要素场F＝F^B+F^D，其中F^B为大尺度背景场，F^D为中小尺度扰动场，为了对初始背景场进行尺度分离，分别对初始场F在纬向和经向进行滤波，其滤波公式为：