热带地区的客观分析

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1、第5毒第1期热带气象VoL5．No．1Feb．1989l989年2月JOURNAL0FTROPICALMETE0R0LIY热带地区的客观分析薛纪善求省热带海洋气象研究所提要本文对热带地区的客观分析听遇到的几个特殊问题，删如观测资料不足，初估场的系统误差，风与气压场的平衡与风的辐敬舟量的分析．水汽与下垫面状态分析等进行了讨论同时探讨了解斑这些间题的可能遣径一、引言观测资料的客观分析在数值预报中占有重要的地位目前一种相当普遍的看法是在，后的若干年内，改进分析与同化技术是提高数值预报精度最有潜力的一个环节与中高纬地区相比，热带地

2、区的客观分析方法还是很不成熟的。其困难一方面是在广太热带洋面上搜集精确的观测资料遇到各种障碍，另一方面则是热带大气运动的不少动力学特征还没有被认识，或其形式极为复杂，使分析方案难以与之匹配。改进热带客观分析已是数值预报研究工作者与业务工作者所面临的一项十分紧迫的任务本文对热带地区客观分析所遇到的几个不同于中高纬度的特殊问题进行讨论，分析问题产生的缘由，评述其困难所在，并探讨一些可能的解决途径。二、观测资料的覆盖率在热带地区，特别是广大热带海洋上，可以利用的常规天气观测t包括探空、地面以及船舶观测)资料的覆盖率比中高纬度低得

3、多。与此同时，卫星观测的温度与风的资料以及飞机观测资料的密度比较大因此低纬度的分析不能象中、高纬度那样把主要立足点放在常规天气资料上．而应尽量地利用上述空间观测的资料与常规的天气资料不同，空间观测资料一殷属于非定时资料．在垂直方向上又往往分布不均匀，例如只限于某个特定高度，观测精度的变化也很大．因而给分析带来了很大困难目前普遍采用的最优插值(OI)方法，尽管从原则上讲具有综合利用不同误差水平的观测资料以及考虑要素间三维相关的能力，但在实践上人们并不能准确地知道那些需要预先给定的参数值，这就使分析有一定的随意性：以根据卫星观

4、测到的云的移动导得的风的数据为例，欧i}II中期预报中心(ECMWF)与英国气象局(MO)所给定的200hPa风的观测误差分别是5．Oms本文丁1988年9月I?H收到．1】月10日牧到修政稿2热带气象5卷与11．0m／s[1分析中需要预先给定的初估场(firstguess．一般是六或十二小时预报)误差的相关函数也有类似情况出现。例如以上两个单位规定的200hPa与100hPa面上高度预报误差的相关系数分别是0．59与0．17。可以想象，同一份资料，在这两个系统中使用的结果是多么不同。因此目前的任务不仅是要提高卫星观测的精

5、度，还要研究如何恰当地在分析方案中使用这类非常规资料。卫星或飞机观测的另一个特点是不同空间位置上的观测误差是高度相关的。这一相关特性有可能改变单一资料的使用价值(巩在O1分析中则会影响单个资料的权重系数。观测误差的相关性无疑随着观测手段与要素而不同。这方面的研究进行得不多这是利用非常规资料中又一个值得引起注意的重要问题。除了卫星观测的温、湿度与风以外，云与地表参数的数据也有应用潜力本文的后面几部分会提到一些已有的应用。但总的说来这方面的工作还进行得不多。目前的状况是，一方面低纬度地区由于相当一部分地方资料空缺，因而分析质量

6、很低，另一方面卫星观测等资料在热带分析中的利用率又不高这种情况在国内更为突出。因此，在热带的客观分析中恰当利用空间观测资料的问题，应在热带的数值预报研究中给予优先的考虑三、观测资料的质量控制观测资料的质量控制是指从不同角度对观测资料的可靠性进行检查，以剔除的记录。这是保证客观分析质量的一个重要步骤。在资料稀疏的地区这一过程尤’不然的话，个别记录的不正确使用也会使预报全部失败。质量控制是建立在观测与初．场误差的统计特征基础上的例如当以观测值对初估场值的偏差作为质量控{睁I的依据时，质量控制过程可以表示成为如下判别式：r。一，

7、J0>0r+￡』?这里A代表任何要素，E代表误差，下标O与f分别表示观测值与初估场值。n是一个统计常数。以上不等式成立意味着两者的差已超出了容许范围，因而A。可能是一个错误的记录。这样的做法在观测与预报误差均接近于正态分布时是恰当的但低纬度的形势特点是在相对均匀少变的背景上叠加一些气候慨率较小的强烈天气系统，如热带风暴系统等。初估场误差的方差的主要部分即是这些不经常出现的、但数值较大的强烈天气系统的预报误整。简单地给定平均误差水平井采用以上判据不足以恰当反映可以容许的观滑误整的统计分布特点。这给低纬度观测资料的质量控制带来

8、困难。因此低纬度资料的质量控制问题应该从统计理论上重新加以认识。从实践上说，在热带风暴频发的地区与季节，n应取得较大．以防止反映风暴活动的正确观测值因为与初估场有较大的偏差而被当作错误记录予以剔除。同时质量控制中的人工干预也是必要的。此时，其他方面获得的信息，甚至经验或理论模型(所谓bogusdata)