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资料同化是数值预报中的核心问题。随着探测技术的发展,可获得的资料越来越多,如何评定资料的好坏,挑选对预报有利的资料,从而提高同化系统的计算效率、改善预报水平是当今数值预报领域的主要课题。本文在Liu和Kalnay(2008)(简称LK08法)的研究基础上,将基于集合的观测资料影响性评价方法运用到一个简单的大气环流模式中,对模拟的探空、卫星反演温湿廓线以及云导风资料进行了对模式预报影响性的综合评价,考查了LK08法在真实大气环流模式上的适用性。
LK08法利用集合敏感性估算观测资料影响性,其特点为:(1)基于集合变换卡尔曼滤波技术计算集合敏感性,与基于伴随敏感性的评价方法相比无需用到预报模式的伴随以及同化系统的伴随;(2)能一次性计算出同化系统中每个观测的影响性,并可按感兴趣的分类标准进行影响性数值的简单累加,以此来比较不同类型观测的相对影响性;(3)计算所得的观测影响性值是带符号的量值,正负号表示该观测对预报起的作用是负效果还是正效果,数值的大小则表示了对预报结果影响的程度,从而实现了对资料定性、定量的评价。
本文将LK08法运用到一个简单的大气环流全球模式(SPEEDY)中,考查了不同模拟观测对预报的影响性,主要进行了两组试验。试验一,同化模拟的探空资料然后按区域及不同观测变量进行累加比较。结果显示,南北半球的观测对预报的总影响性相差不大,但南半球单个观测的影响性远大于北半球。不同观测变量中风场资料对预报的影响性最大。
在试验二中,我们增加了观测手段的种类。除探空资料外,还加入了卫星反演温湿廓线以及云导风资料。这样设计更好地模拟了实际观测系统中的资料种类及地理分布情况。试验结果显示:(1)各类观测对预报的作用均是正贡献;(2)从不同半球看,北半球资料的总体影响性远大于南半球,这与试验一中两半球资料影响性相当的结论不同。这一差异表明了资料对预报的影响性不仅与观测资料本身有关,也与同化预报系统密切相关;(3)在北半球,影响性最大的是探空资料,其次是卫星廓线,最小的是云导风资料。在南半球,观测影响性由大到小依次是卫星、探空和云导风。卫星资料的作用在南半球大于北半球,原因是南半球探空资料非常稀少;(4)按不同层次、不同观测类型累加比较影响性发现,在200hPa~300hPa之间探空和云导风资料的影响性占主导,主要是风场的影响性很大,这与该高度存在急流有关。卫星资料影响性主要集中在500hPa以下。在100hPa以上的平流层中资料对预报基本无贡献。
最后的有效性验证分析表明,按LK08法计算得到的总体观测影响性能解释实际影响性的70%~75%,且很好地抓住了其变化和走势。