[发明专利]基于YSU方案关键参数扰动的大气波导集合预报方法

说明书

一种基于YSU方案关键参数扰动的大气波导集合预报方法，包括步骤：1)选定区域数值天气预报模式，将模式边界层参数化方案设定为YSU方案；2)将YSU边界层参数化方案中形态参数pfac作为关键参数，设定参数取值范围和间隔；3)根据关键参数pfac的取值范围和间隔，计算集合成员数；4)根据关键参数pfac的取值范围和间隔对其进行扰动，针对每一个pfac取值分别对数值天气预报模式进行编译，将编译得到的可执行文件编号作为集合成员之一；5)针对pfac的所有扰动成员编译完成后就得到基于YSU边界层方案关键参数扰动的大气波导集合预报模式成员；6)利用上一步得到的集合预报模式成员开展大气波导模拟和预报。

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YSU边界层方案关键参数扰动的大气波导集合预报方法。

背景技术

大气波导是由于对流层中存在逆温和(或)水汽随高度急剧减小的层次，而使电磁波在该层中形成陷获折射现象。大气波导的探测主要依赖于高垂直分辨率的探空资料，如GPS探空、低空探测火箭资料等。然而，这些探空资料毕竟是单点释放，虽然在垂直分辨率上要优于各种再分析资料，但是其水平分辨率依然过于稀疏，不能完整地再现波导的时空演变特征。因此，利用中尺度模式开展大气波导数值模拟和预报研究是目前最重要的发展方向。大气波导数值预报的误差主要源自初值误差和模式误差，初值中的观测误差、仪器误差以及大气的混沌特性，使得初始场不可避免地存在不确定性，这部分误差可通过观测资料同化等方法减小。其次是模式自身的误差，由于模式是一个离散化的模型，需要对辐射、边界层和云微物理等次网格尺度的物理过程进行参数化，这种物理过程参数化方案的不确定性是模式误差的主要来源之一，其很难通过改进模式初始场和边界条件来消除。对于预报大气波导来说，边界层参数化方案能否准确描述大气边界层结构对预报结果的影响是最为显著的。

目前中尺度数值天气预报模式中常用的边界层参数化方案包括YSU，MYJ，QNSE，MYNN，ACM2，BouLac TKE，UW TKE，TEMF，GBM TKE等方案。研究发现，YSU边界层参数化方案在大气波导的数值模拟和预报中表现出较大的优势，然而在边界层方案的内部为了方程的闭合与简化不可避免地引入了一些常数项。如YSU方案中引入的常值参数就包括了影响边界层顶高计算的临界总体理查森数Ribcr、影响湍流扩散系数廓线的形态参数pfac、影响夹卷通量大小的系数项ar等等。这些闭合常数的取值一般根据实验室、大涡模拟(LES)数据或者是某次、某些具体的天气过程来经验确定，不同研究通常给出的结果也不尽相同，因此具有明显的不确定性与局限性。

数值试验发现大气波导模拟结果对形态参数pfac的取值非常敏感，在不同的天气背景条件下其取值应该不同。但目前研究和业务中还没有给定合理的取值标准，多根据经验设定，这给大气波导预报结果带来了很大的不确定性。而通过对其进行扰动，采用集合预报技术是消除边界层参数化方案误差的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于YSU边界层方案关键参数扰动的大气波导集合预报方法，用以解决目前大气波导集合预报领域还没有针对性的模式物理参数扰动方法的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1、一种基于YSU边界层方案关键参数扰动的大气波导集合预报方法，包括下列步骤：

1)选定区域数值天气预报模式，将模式边界层参数化方案设定为YSU方案；

2)将YSU边界层参数化方案中形态参数pfac作为关键参数，设定参数取值范围P_min、P_max和间隔dP；

3)根据关键参数pfac的取值范围P_min、P_max和间隔dP，计算集合成员数