[发明专利]一种基于高斯权重的LBGM法初值扰动生成方法

说明书

本发明涉及集合预报技术领域。本发明针对现有LBGM法中局地范围内的格点对调整系数的贡献权重相等，忽视了局地范围内格点之间的差异性问题，提供一种基于LBGM的扰动生成方法，通过引入局地半径，以有限区域内的每个格点为中心，划定对应的局地范围，通过高斯函数计算局地范围内周围格点对中心格点的高斯权重，从而得到中心格点的预报均方根误差，确定扰动公式；其中，通过高斯函数计算局地范围内周围格点对中心格点的高斯权重。在原有LBGM方法的基础上，提出高斯权重来更精细地表示局地范围内格点间的相关性，从而提高对流可分辨尺度集合预报的有效性。

技术领域

本发明属于集合预报技术领域，具体涉及扰动生成方法。

背景技术

大气的混沌特征，以及初始场和数值模式存在着误差，使得数值预报结果不可避免地与未来实际状态存在着差距，由此催生出了集合预报技术。目前，全球中期集合预报（预报时间为3-15天，分辨率为30-70km）和区域中尺度集合预报（预报时效为1-3d，分辨率为7-30km）技术已相对成熟。随着人们对灾害性天气的预报需求不断增大，以及科学计算水平的提高，集合预报技术逐渐向对流尺度方向（预报时间小于24h，分辨率为1-4km）发展。

初始扰动的设计对于集合预报效果有着十分重要的影响。自集合预报发展以来，已经有了一些较为成熟的扰动生成方法。其中，比较典型的就是增长模培育法(BGM)。这种方法通过模式的自然选择，得到相空间中增长最快的扰动。此外，BGM使用的过程了不依赖高度稳定和准确的观测资料，生成的扰动与模式协调性好，包含了模式能分辨的所有尺度信息。

以前的工作对BGM展开了较为全面的研究。例如，将BGM用于台风天气的预报当中，证明了BGM对极端天气具有一定的应用价值。探究增长模繁殖长度、叠加方式和增长模动态调整方式及自由繁殖等对生成扰动的影响。这些都为BGM应用于高分辨率的对流尺度奠定了基础。其中，BGM法在对流尺度集合预报中的应用实验，试验基于WRFV2.2模式，预报对象为美国一次典型超级单体风暴。结果表明了BGM在对流尺度中具有可行性。随后，在将BGM用于飑线的对流尺度预报中，发现其结果相较于同一分辨率下的控制预报更有技巧，但也暴露出BGM法直接用于对流尺度中离散度低的缺点。为解决该问题，业内提出了一种新型局地增长模培育法（LBGM）。该方法在原BGM方法的基础上，将局地半径参数引入培育阶段，实现扰动大小的周期性局地调整。实验证明LBGM生成扰动的空间分布具有流依赖性特征，且包含了比BGM更多的局地信息。

LBGM局地化的本质实际是在扰动大小调整阶段考虑了格点之间的水平差异性。通过设置局地半径参数，从而在计算各个格点的调整系数时只考虑相对距离小于设定局地半径参数的格点，以此来体现格点间的水平差异性。

但是，该方法仍存在不足，即局地范围内的格点对调整系数的贡献权重相等，忽视了局地范围内格点之间的差异性。理论上来讲，大气中的物理场是连续的，物理场中的两点之间的相关性应该随距离的增加而减小。因此，在生成初值扰动时将局地范围内格点间相关性与距离的关系考虑进去是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有LBGM生成初值扰动时，没有将局地范围内格点间相关性与距离的关系考虑进去，采用等权重的方式而忽视了局地范围内格点之间的差异性。

本发明解决技术问题的技术方案是提供一种基于LBGM的扰动生成方法，通过引入局地半径，以有限区域内的每个格点为中心，划定对应的局地范围，计算局地范围内周围格点对中心格点的权重，从而得到中心格点的预报均方根误差，确定扰动公式；其中，通过高斯函数计算局地范围内周围格点对中心格点的高斯权重。

其中，所述通过高斯函数计算局地范围内周围格点对中心格点的高斯权重，包括以下步骤：

步骤1：根据二维高斯函数，计算局地范围内周围格点的贡献值；

步骤2：利用局地范围内周围格点的贡献值，得到各周围格点对中心格点的高斯权重。