[发明专利]区域自动站修正地表下垫面参数的模式预报方法

说明书

本发明涉及一种区域自动站修正地表下垫面参数的模式预报方法，涉及气象预报技术领域，包括：步骤S1、获取区域自动站的高时间分辨数据,并设置初始土壤温湿场；步骤S2、对获取的所述高时间分辨数据进行分析，剔除离群数据；步骤S3、采用陆面通量同化技术构建离线循环陆面同化模型，逐步修正土壤温湿场；步骤S4、当修正后的所述土壤温湿场的土壤温湿稳定时，将大气数值模式的初始场替换为所述土壤温湿场。通过采用基于区域自动站修正地表参数的模式预报方法，有效提高了气象数值预报的预报准确率，大大减少了误差，达到了业务和特殊复杂地形的需求。

技术领域

本发明涉及气象预报技术领域，尤其涉及一种区域自动站修正地表下垫面参数的模式预报方法。

背景技术

气象数值预报模式对大气初始场资料极为敏感，在大气演变过程中受到地表的各种强迫作用的影响，尤其是地面和海洋的热力交换。区域数值模式的预报准确率依赖于初始场的地表下垫面压、温、湿的层结结构，尤其是特殊复杂地形条件下的山区。

灾害性天气可造成巨大的经济损失和严重的社会影响，而数值预报模式已逐步成为预报的核心技术。自20世纪50年代成功地将数值预报应用于天气业务以来，伴随着高性能计算机、卫星探测等新技术的发展，模式数值预报已成为大气科学进步的重要标志、气象预报的主要方法。

随着数值模式的快速发展，模式分辨率的提高，受陆面热量和水分加热差异的强迫而产生的中尺度热力环流和斜坡地形对局地天气起主导作用，数值模式的预报技巧取决于能否准确表达地-气相互作用。尤其对于特殊复杂地形条件下多种灾害性天气，由于缺乏对局地的地表热力细致描述，也导致目前全球数值预报模式在局地的特殊天气预报能力都普遍偏弱，预报值和实况值平均误差在 20％-30％，远远不能满足实际业务需求。

数值模式的陆-气界面的地表过程的逐渐受到重视，能否准确描述地-气相互作用是数值模式的关键环节。陆面过程，是指发生在大气、地表(即下垫面，例如植被、雪盖、冰川等)和土壤层之间的能量、水分和动量交互作用的过程总和。陆面过程参数化则是针对各个过程的物理机制建立起来的计算机模型，从而对陆面过程问题进行研究分析(段志华等，2012)。陆面过程为天气和气候模式提供了必要的下垫面条件，陆面特征量的改变影响着陆地表面与大气之间的动量及水、热交换(王洋等，2014)，进而影响着边界层结构的发展。由于陆气耦合系统是非线性的，陆气相互作用中来自于陆面过程方案的不确定性可以被放大或者缩小(Weietal，2010)，为了准确描述地表状态，模式预报中有两种应用方式。一种是作为大气模式的一部分，和大气模式同时运行；另一种运行于独立的系统中，由观测到的气象变量来诊断土壤温度、湿度和植被状况，并用于大气模式初始化。这种方式就是陆面资料同化系统(LDAS)。

目前区域数值模式在描述地表状态的过程中，采用耦合陆面方案，土壤状态来源于全球模式粗分辨率场的插值，不能细致刻画高分辨率区域模式的地表特状态。而且在大气模式模拟过程中，土壤状态是不预报的。离线陆面方案(HLRDAS) 的解决了耦合陆面方案的局限，可以在区域数值模式运行之前，先运行陆面方案的同化，运用多源资料修正地表土壤的状态，驱动离线陆面方案所需要的资料来源于全球陆面同化模式的输出，所以仍然存在分辨率粗的问题。国内近10年来区域自动站建设发展迅速，有着高时间和水平分布的观测资料，国内目前多用于大气模式的资料同化，而未见使用于离线陆面方案的资料同化中。

区域数值模式的初始场来源于全球数值模式的插值，空间分辨率低，如果模式区域处于复杂的山区地形中，由于低层的大气流场和垂直结构存在诸多问题，模式对于的预报准确率不足，不能满足业务和实际需求。

1、模式初始场常规观测资料存在诸多问题(分布不均匀，时间尺度大)，非常规资料(雷达、云辐射、GPS掩星、风廓线)的融合也是非常复杂的技术问题。资料同化也只是对大气初始状态进行修正。模式初始场的地表和土壤的误差，数值模式大气的演变过程中地气的相互作用，会将误差传导到大气并且由于非线性的特性，导致误差放大。这是复杂地形的区域中地形强迫产生的中小尺度天气的预报误差的关键来源。