基于WRF模式的粤港澳大湾区大气数值模拟的多模式集合预报研究

发布时间：2020-09-22 13:43

　　人们日常出行、农副业收成和工业生产都与天气预报息息相关,但是无论是降水还是温度等气象要素的预报都存在一定的不确定性。随着预报系统和预报技术的不断发展,天气预报的不确定性也有所降低。其中,综合了多模式的不确定性而产生的集合系统越来越受到关注,也被用在了实际业务中。本文基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)、日本气象厅(JMA)和中国气象局(CMA),四个数值预报中心每天12点报告的每日2m温度数据,使用多种插值方法,并进行降尺度修正和集合预报,建立降尺度的多模式集合预测模型。并通过包括广东,香港,澳门在内的粤港澳大湾区的案例研究评估了该模型的预报效果。本文主要研究工作及成果如下:(1)首先对四种不同的插值方法进行单中心模式的插值试验。经过对比,表明克里金插值(Kriging)的综合表现是四种插值方法中最好的。并且随着预报时效的延长,虽然四种插值方法的误差都会增加,但是克里金插值(Kriging)的优势依然明显。(2)通过统计降尺度有效地改进了各单中心模式直接插值预报的效果。随着预测时间的延长,即使在最长的预测时限内,其降尺度后的均方根误差也低于直接插值的均方根误差。(3)使用超集集合法,执行单中心模式降尺度的预测结果的多模式积分,结果表明多模式集成明显地改进了预报效果。(4)以粤港澳大湾区为实例,利用 WRF(Weather Research and Forecasting)模式结合动力降尺度和统计降尺度对粤港澳大湾区的温度进行模拟,多模式集合预报模型提高了粤港澳大湾区地面温度预报的准确性。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P45
【部分图文】：

过程图,过程,降尺度,集合预测

其次，对每个单中心集合预报资料进行降尺度修订，判断降尺度后温逡逑度预报的准确度是否提高。最后，采用超级集合的方法将多个预测中心的数据逡逑组合成一个数据集，建立集合预测模型。本文的整体研宄过程如图２－１所示。逡逑８逡逑

状态图,正态,数据,正态分布

华北电力大学硕士学位论文逡逑能是稳定方差，纠正偏度或使分布接近正态分布。逡逑ｃ．在对数据进行ＢＡＬ变换之后，可以去除趋势和模型的空间自相关。这个逡逑过程的一个结果是经常获得接近正态分布的残差，但这不是ＢＡＬ变换的具体目逡逑标，更像是ＮＳＴ变换的目标。逡逑常态得分变换（ＮＳＴ）的目的是本身非正态分布的数据转换成接近于正态分逡逑布。常态得分变换首先会将数据按照值的大小进行从低到高的等级划分，这些逡逑等级会与正态分布中同等级进行匹配。变换过程的步骤如下：首先对数据集进逡逑行排序和排序，从小到大，然后在数据集中的每个级别的标准正态分布中找到逡逑等效级别。分别在每个级别中找到标准正态分布中的同等对应级别，再用与这逡逑些级别关联的正态分布值构成变换后的数据集［４６］。数据正态化处理前后的数据逡逑分布状态如图３－２和３－３。逡逑

状态图,正态,数据,状态

华北电力大学硕士学位论文逡逑分布图的最左侧柱状图高度较低，表示存在的采样点相对较少但是温度值较高，逡逑这也表明该数据不是正太分布。因此，直方图的分布情况表明该数据处于非正逡逑0逡逑由图３－２邋ｂ）ＱＱ图可以看出，数据散点分布在直线周围，整体并没有呈现为逡逑一条规整的直线。ＱＱ图的横坐标是从小到大的实际数据，纵坐标是正态分布逡逑的期望值，因此如果实际和正常期望匹配，则散点图将是直线。该图中的数据逡逑不是非常接近直线，因此是非正常的。逡逑由图３－２邋ｃ）趋势分析图可以看出，浅绿色的线从低值开始，其值随着该线逡逑向ｘ轴的中心移动而增加，随后下降。蓝线的值随着此线向北移动而增加，趋逡逑势明显。该趋势分析图中的每个垂直杆对应表示一个温度监测点的位置和温度逡逑值，穿过其在水平面的投影点来绘制出一条最佳拟合线。而上图可以明显看出逡逑数据的值域呈现了很强的趋势，而当旋转这些点时，趋势始终呈现为倒置的Ｕ逡逑形，因此，该数据集处于非正态分布。逡逑ｌｕｌｉｌＴ邋？邋Ｉ０１逡逑ＬＨＩ．邋邋逦逦逦：邋＾￣￣ｊｍ逦逦逦逦逦ｒ邋ｉ逡逑．

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