(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210716189.9 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 中国气象局广州热 带海洋气象研究 所 （广东省气象科 学研究所） 地址 510000 广东省广州市越秀区福今路6 号 (72)发明人 张旭斌　 (74)专利代理 机构 广州越华专利代理事务所 (普通合伙) 44523 专利代理师 杨艳珊 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合 预报方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于多源多类型扰动组 合的对流尺度集合预报方法及系统， 其方法包 括： 步骤一、 基于中尺度GRAPES模式， 建立包含初 值、 侧边界与模式物理扰动的中尺度集合预报逻 辑， 并以模式积分生成气象要素预报， 为下一个 对流尺度集合预报的初值与侧边界分析提供 降 尺度扰动数据； 步骤二、 基于对流尺度GRAPES模 式， 建立包含初值、 侧边界与模式物理扰动的对 流尺度集合预报逻辑， 并以模式积分生成气象要 素预报场。 本申请可以弥补单一源及单一类型扰 动方法的不足， 满足对流尺度集 合预报需求。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115270405 A 2022.11.01 CN 115270405 A 1.一种基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤一、 基于中尺度GRAPES模式， 建立包含初值、 侧边界与模式物理扰动的中尺度集合 预报逻辑， 并以模式积分生成气象要素预报， 为下一个对流尺度集合预报的初值与侧 边界 分析提供降尺度扰动数据； 步骤二、 基于对流尺度GRAPES模式， 建立包含初值、 侧边界与模式物理扰动的对流尺度 集合预报逻辑， 并以模式积分生成气象要素 预报场。 2.根据权利要求1所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述中尺度集合预报逻辑， 其包括： 控制成员分析与预报； 以及， 扰动成员分析与预 报； 所述控制成员分析与预报、 扰动成员分析与预报分别包括： 循环更新资料同化分析和 中尺度数值模式预报， 生成分析场与预报场； 其中， 分析场由6小时的循环同化获得， 而预报场由24小时的模式积分获得。 3.根据权利要求2所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述循环更新资料同化分析采用三维变分分析方法， 并采用多网格技术与部分循环 分析同化策略。 4.根据权利要求3所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述三维变分分析方法通过GRAPES  3D‑Var模块执行， 且以流函数、 势函数、 非平衡 Exner气压与假相对湿度作为控制变量； 过程中的背景误差协方差由新息向量方法估计得到， 并经过调试以适应中尺度同化分 析； 其中， 所同化的观测资料主 要包括探空、 地 面、 船舶、 风廓线雷达与飞机报文； 所述三维变分 分析方法求解的惩罚函数为： 其中， xa和xb分别表示分析场与背景场， yo表示观测场， 而H表示观测算子； B和R分别表 示背景误差协方差与观测误差协方差 。 5.根据权利要求3所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述多网格技 术包括： 将背景场从原来模式格点投影到原格点数一半的粗网格格点上， 采用粗网格背景误差 协方差设置进行三维变分 分析， 获得粗网格分析场； 将粗网格分析场插值到原来模式格点作为新的细网格背景场， 采用细网格背景误差协 方差设置进行三维变分 分析， 获得细网格分析场， 并作为 最终分析场。 6.根据权利要求3所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述部分循环分析包括： 在分析时刻前6小时， 以水平分辨率为0.5 °*0.5°的全球数值模式NCEPglobal   forecast  system的6小时预报场作为背景场； 其中， 全球数值模式NCEPglobal  forecast   system称为GFS； 经过多网格三维变分分析方法同化分析， 获得该时刻分析场， 并以GFS预报场作为中尺权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270405 A 2度数值模式的侧边界进行3小时预报； 以3小时预报场作为背景场， 间隔3小时进行多网格三维变分 分析； 经过两轮循环同化， 获得分析时刻分析场； 以分析时刻分析场作为初始场， 以GFS的12 ‑36小时预报场作为侧边界， 采用中尺度数 值模式进行24小时预报， 获得中尺度集 合预报控制预报场。 7.根据权利要求2所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述扰动成员分析与预报， 其包括： 1)、 在分析时刻前6小时， 采用三维变分分析的背景误差协方差矩阵， 生成随机平衡扰 动； 将随机平衡扰动叠加到GFS的6 ‑12小时预报场， 获得扰动成员 进行循环同化所需的冷 启动背景场与侧边界条件； 进行间隔3小时的循环同化， 并获得分析时刻的扰动初始场； 2)、 将随机平衡扰动叠加到GFS的12 ‑36小时预报场， 获得扰动成员进行模式积分所需 的扰动侧边界条件； 基于分析时刻扰动初始场， 以及GFS提供的扰动侧边界条件， 进行24小时的模式积分获 得扰动成员预报场； 3)、 针对微物理与边界层过程分别挑选不同的参数化方案， 并进行不同组合； 假定扰动成员为16个， 则针对16个扰动成员， 分别选择不同的参数化方案组合， 且成员 1‑4为WSM6与MRF组合； 成员5 ‑8为WSM6与YSU组合； 成员9 ‑12为WSM5)与MRF组合； 成员13 ‑16 为WSM5与YSU组合； 采用SPPT)方案， 在模式物理过程总倾向上叠加标准差为0.5， 空间相关尺度为100公 里， 时间相关尺度为6小时的随机扰动。 8.根据权利要求1所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述对流尺度集 合预报逻辑， 其包括： 控制成员分析与预报； 初值扰动生成； 侧边界扰动生成； 模式物理扰动生成； 以及， 模式积分预报， 采用包含多源多类型扰动组合的初值、 侧边界与模式进行24小时积分， 获得对流尺度集 合预报系统的扰动成员预报场； 其中， 所述控制成员分析与预报包括： 循环更新资料同化分析和对流尺度数值模式预 报， 生成分析场与预报场； 分析场由6小时的循环同化获得， 而预报场由24小时的模式积分 获得； 且， 与中尺度集 合预报逻辑中的三维变分 分析方法不同的是： 在三维变分 分析中所用的背景误差协方差经 过调试以适应对流尺度同化分析； 以分析时刻分析场作为初始场， 以中尺度数值模式24小时预报场作为侧边界， 采用对 流尺度数值模式进行24小时预报， 获得对流尺度集 合预报控制成员预报场。 9.根据权利要求8所述的基于多源多类型扰动组合的对流尺度集合预报方法， 其特征 在于， 所述扰动成员的生成， 其满足 公式：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270405 A 3