郝曉靜 李清亮 郭立新 韓杰 郭相明

(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,西安 710071; 2. 中國(guó)電波傳播研究所 電波環(huán)境特性及?；夹g(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266107)

引 言

大氣波導(dǎo)是影響電波傳播的一種反常大氣環(huán)境. 大氣波導(dǎo)的存在會(huì)導(dǎo)致超視距現(xiàn)象和雷達(dá)盲區(qū)的出現(xiàn),對(duì)雷達(dá)、通信等電子信息系統(tǒng)性能產(chǎn)生重要的影響. 因此,大氣波導(dǎo)的研究,尤其是大氣波導(dǎo)的預(yù)報(bào)得到了廣泛的關(guān)注．

利用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式進(jìn)行低空大氣波導(dǎo)模擬和預(yù)報(bào)研究是近年來大氣波導(dǎo)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn).國(guó)內(nèi)外多所院校和科研機(jī)構(gòu)都開展了此方面的研究.在國(guó)外,美國(guó)和歐洲從1996—2011利用中尺度數(shù)值模式對(duì)大氣折射環(huán)境和大氣波導(dǎo)進(jìn)行了模擬和預(yù)報(bào)研究[1-5]. 研究結(jié)果表明,數(shù)值模式已經(jīng)能夠描述大氣波導(dǎo)的存在和位置特征,但預(yù)報(bào)的波導(dǎo)參數(shù)(高度、強(qiáng)度等)不準(zhǔn)確. 在國(guó)內(nèi),也有很多院校和科研機(jī)構(gòu)開展了這方面的研究工作[6-12],主要集中在初步實(shí)現(xiàn)了中尺度模式預(yù)報(bào)大氣波導(dǎo)及在一些典型天氣系統(tǒng)影響下大氣波導(dǎo)生消變化機(jī)理的個(gè)例研究. 分析國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn),利用中尺度數(shù)值模式預(yù)報(bào)大氣波導(dǎo)雖然能夠描述波導(dǎo)的存在和位置特征,但對(duì)波導(dǎo)高度和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度較差. 雖然基于中尺度數(shù)值模式預(yù)報(bào)大氣環(huán)境還存在許多問題尚待解決,但它仍是預(yù)報(bào)三維對(duì)流層大氣折射環(huán)境和大氣波導(dǎo)的有效手段.

本文利用全球電信系統(tǒng) (Global Telecommunications System,GTS)探空數(shù)據(jù)計(jì)算的波導(dǎo)參數(shù)作為真實(shí)值,驗(yàn)證了第五代大氣中尺度模式(Mesoscale Model 5 Version 3, MM5V3)預(yù)報(bào)表面波導(dǎo)和懸空波導(dǎo)的有效性;利用美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心最終分析 (Final Operational Analysis,FNL)數(shù)據(jù)和美國(guó)海軍研究生學(xué)院(Naval Postgraduate School, NPS)蒸發(fā)波導(dǎo)模型(下文簡(jiǎn)稱“NPS模型”)計(jì)算的蒸發(fā)波導(dǎo)參數(shù)作為真實(shí)值,對(duì)MM5V3中尺度模式預(yù)報(bào)的蒸發(fā)波導(dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證. 驗(yàn)證所在區(qū)域?yàn)闁|海關(guān)注區(qū)、南海關(guān)注區(qū)和亞丁灣關(guān)注區(qū)．驗(yàn)證中尺度數(shù)值模式在這些關(guān)注區(qū)預(yù)報(bào)大氣波導(dǎo)的可行性及其存在的問題,為日后提高數(shù)值模式預(yù)報(bào)大氣波導(dǎo)可靠性和準(zhǔn)確度的研究工作提供了參考.

1 MM5V3預(yù)報(bào)平臺(tái)建立

MM5V3中尺度模式是美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心從20世紀(jì)80年代以來共同開發(fā)的第5代區(qū)域中尺度數(shù)值模式的第三個(gè)版本. 本文模式初始場(chǎng)和側(cè)邊界條件選用美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心得到的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)(Global Forecasting System, GFS)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣波導(dǎo)未來24小時(shí)的預(yù)報(bào)．利用MM5V3模式進(jìn)行波導(dǎo)預(yù)報(bào)的參數(shù)化方案如表1所示.

表1 MM5V3模式設(shè)置

2 驗(yàn)證數(shù)據(jù)與方法

2.1 驗(yàn)證數(shù)據(jù)

用于驗(yàn)證數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果的數(shù)據(jù)有兩種.第一,2014年每天08:00時(shí)、20:00時(shí)兩個(gè)時(shí)次的GTS探空數(shù)據(jù). GTS是世界氣象組為了迅速、準(zhǔn)確地在全世界范圍內(nèi)傳遞氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)而設(shè)立的一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng). 本文使用的是由GTS提供的全球探空數(shù)據(jù)(下文簡(jiǎn)稱“GTS數(shù)據(jù)”). 用GTS數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)報(bào)的表面波導(dǎo)、懸空波導(dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證. 第二,2014年每天08:00時(shí)、20:00時(shí)兩個(gè)時(shí)次的FNL最終分析數(shù)據(jù). FNL最終分析數(shù)據(jù)是由美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心提供的全球氣象環(huán)境格點(diǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù),水平分辨率為1°×1°．因?yàn)镕NL最終分析數(shù)據(jù)加入了高空探測(cè)等各種水文氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)等,且已有大量研究證實(shí),在缺少實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下,FNL最終分析數(shù)據(jù)可以作為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來使用[13]．因此,在缺少海洋實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下,本文用FNL最終數(shù)據(jù)(下文簡(jiǎn)稱“FNL數(shù)據(jù)”)對(duì)蒸發(fā)波導(dǎo)的預(yù)報(bào)效果進(jìn)行驗(yàn)證. 預(yù)報(bào)區(qū)域中選擇離驗(yàn)證點(diǎn)最近的格點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證點(diǎn)和格點(diǎn)的距離<0.05°,大約為5 km左右,波導(dǎo)的水平范圍一般在幾km到幾百km,所以,驗(yàn)證點(diǎn)基本能用來對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證．

2.2 診斷和驗(yàn)證方法

2.2.1 GTS數(shù)據(jù)診斷表面和懸空波導(dǎo)方法

利用GTS數(shù)據(jù)的溫、壓、濕參數(shù)計(jì)算修正折射指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱M)剖面,然后通過分析M的梯度判斷波導(dǎo)及其參數(shù). 具體方法和步驟如下.

某高度大氣修正折射指數(shù)M可表示為

(1)

式中:P為大氣壓強(qiáng);T為大氣溫度;e為水汽壓;Z為該層大氣的高度. 這些參數(shù)都可以直接或間接地從GTS數(shù)據(jù)中獲取. 當(dāng)修正折射率梯度滿足條件

(2)

ΔM=Mmax-Mmin.

(3)

2.2.2 FNL數(shù)據(jù)診斷蒸發(fā)波導(dǎo)方法

目前,通常基于近海面測(cè)量的水文氣象參數(shù),利用蒸發(fā)波導(dǎo)模型獲取蒸發(fā)波導(dǎo)高度. 國(guó)內(nèi)外存在多個(gè)蒸發(fā)波導(dǎo)模型,PJ(Paulus-Jeske,)模型[14]、MGB(Musson-Genon-Gauthier-Bruth)模型[15]、BYC(Babin-Young-Carton,)模型[16]、NPS模型[17]、俄羅斯國(guó)家水文氣象大學(xué)(Russian State Hydrometeorological University,RSHMU)模型[18]等. 雖然所有模型均基于莫寧-奧布霍夫相似理論,但美國(guó)的Babin[17]和烏克蘭的V. K. Ivanov[18]等對(duì)不同模型進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,均推薦了采用NPS模型進(jìn)行蒸發(fā)波導(dǎo)的預(yù)測(cè). NPS模型使用海面上一定高度或不同高度上大氣溫、壓、濕、風(fēng)及海表溫度作為輸入,基于莫寧-奧布霍夫相似理論,獲得大氣溫、壓、濕剖面,然后計(jì)算出M剖面,把M最小值所在的高度確定為波導(dǎo)高度.

近地層內(nèi)溫度T、比濕q的垂直剖面如下式:

(4)

(5)

式中:T(z)、q(z)分別為高度z處大氣溫度和比濕;Tsea、qsea分別為海表溫度和比濕;θ*和q*分別為位溫θ和比濕q的特征尺度;k為卡曼常數(shù);zot為溫度粗糙度高度;ψθ、Γd分別為溫度普適函數(shù)和干絕熱遞減率;L為相似長(zhǎng)度．

在NPS模型中,氣壓剖面可以通過聯(lián)立流體靜力學(xué)方程和理想氣體定律得到:

(6)

式中:p(z1)、p(z2)分別為測(cè)量高度z1、z2處的氣壓;TM為高度z1、z2處的虛溫平均值．聯(lián)立式(4)～(6)即可求得M剖面,剖面最小值對(duì)應(yīng)的高度為波導(dǎo)高度.

2.2.3 驗(yàn)證方法

為了對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證,分別計(jì)算一般強(qiáng)度波導(dǎo)(下文簡(jiǎn)稱“一般波導(dǎo)”)預(yù)報(bào)可靠度、漏報(bào)率、虛警率和強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度. 這里需要強(qiáng)調(diào),蒸發(fā)波導(dǎo)不區(qū)分波導(dǎo)強(qiáng)度,只分析波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度. 為了對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證,分別計(jì)算了波導(dǎo)頂高和波導(dǎo)強(qiáng)度的均方根誤差. 具體方法步驟為:

1)對(duì)于表面、懸空波導(dǎo),把GTS數(shù)據(jù)同預(yù)報(bào)值都有效的數(shù)據(jù)選入樣本;對(duì)于蒸發(fā)波導(dǎo),把FNL數(shù)據(jù)同預(yù)報(bào)值都有效的數(shù)據(jù)選入樣本,并都用樣本總數(shù)TS記錄.

2)把實(shí)測(cè)值和預(yù)報(bào)值結(jié)果一致(實(shí)測(cè)值和預(yù)報(bào)值都存在波導(dǎo)或都不存在波導(dǎo))的次數(shù)記為準(zhǔn)確次數(shù)TA.

3)統(tǒng)計(jì)一般波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度RA, 用于驗(yàn)證一般強(qiáng)度波導(dǎo)預(yù)報(bào)有無的可靠性.可靠度RA為準(zhǔn)確次數(shù)TA與樣本總數(shù)TS之比,即

(7)

4)統(tǒng)計(jì)漏報(bào)率RM. 當(dāng)實(shí)測(cè)值存在波導(dǎo),而預(yù)報(bào)沒有波導(dǎo)時(shí),即為漏報(bào)．漏報(bào)率RM為漏報(bào)次數(shù)TM與實(shí)測(cè)存在波導(dǎo)次數(shù)TSY之比,即

(8)

5)統(tǒng)計(jì)虛警率RF. 當(dāng)預(yù)報(bào)存在波導(dǎo),而實(shí)測(cè)值沒有波導(dǎo)時(shí),即為虛警,也稱錯(cuò)報(bào)．虛警率RF為虛警次數(shù)TF與實(shí)測(cè)沒有波導(dǎo)次數(shù)TSN之比,即

(9)

6)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度RAS. 當(dāng)波導(dǎo)強(qiáng)度大于20 M時(shí),即為強(qiáng)波導(dǎo),強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度RAS為強(qiáng)波導(dǎo)次數(shù)TAS與實(shí)測(cè)存在強(qiáng)波導(dǎo)次數(shù)TSS之比,即

(10)

7)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確度

當(dāng)實(shí)測(cè)值與預(yù)報(bào)值波導(dǎo)都存在時(shí),通過計(jì)算預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值之間的偏差,驗(yàn)證預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度.準(zhǔn)確度的統(tǒng)計(jì)量為均方根誤差,分別統(tǒng)計(jì)波導(dǎo)頂高(用h表示)的均方根誤差ERMS(h)和波導(dǎo)強(qiáng)度(用s表示)的均方根誤差ERMS(s),表達(dá)式如下:

(11)

(12)

式中:hfi和hsi分別為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值;sfi和ssi分別為波導(dǎo)強(qiáng)度預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值;n為實(shí)測(cè)結(jié)果與預(yù)報(bào)結(jié)果都存在波導(dǎo)的次數(shù).

3 驗(yàn)證結(jié)果分析

3.1 表面波導(dǎo)和懸空波導(dǎo)驗(yàn)證

3.1.1 東海關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D1(a)所在區(qū)域,分別選取47909和47945兩個(gè)站點(diǎn)為代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證,結(jié)果見表2．由表2可知:兩個(gè)站點(diǎn)一般波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均大于70%;強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均大于80%;漏報(bào)率分別為40%和39%;虛警率分別為19%和26%;波導(dǎo)頂高的均方根誤差約為500 m;波導(dǎo)強(qiáng)度均方根誤差為12 M.

圖1(b)和(c)為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值的散點(diǎn)圖.圖中顯示:47909預(yù)報(bào)值高于實(shí)測(cè)值;47945預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值較接近,波導(dǎo)頂高所在的高度層較一致.

表2 東海關(guān)注區(qū)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 站點(diǎn)47909

(c) 站點(diǎn)47945

3.1.2 南海關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D2(a)所在區(qū)域,分別選取48855和96471兩個(gè)站點(diǎn)為代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證,結(jié)果見表3．由表3可知:兩個(gè)站點(diǎn)一般波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均大于80%;強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度較一般波導(dǎo)高;漏報(bào)率分別為39%和24%;虛警率分別為14%和7%;波導(dǎo)頂高均方根誤差分別為719 m和767m;波導(dǎo)強(qiáng)度均方根誤差分別為13 M和9 M.

圖2(b)和(c)為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值的散點(diǎn)圖.圖中顯示:48855實(shí)測(cè)值高于預(yù)報(bào)值;96471樣本較少. 兩個(gè)站點(diǎn)有一個(gè)共同趨勢(shì),預(yù)報(bào)值低于實(shí)測(cè)值.

表3 南海關(guān)注區(qū)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 站點(diǎn)48855

(c) 站點(diǎn)96471圖2 南海關(guān)注區(qū)站點(diǎn)分布以及波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖

3.1.3 亞丁灣關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D3(a)所在區(qū)域,分別選取43333和43369兩個(gè)站點(diǎn)為代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證. 從表4可以看出:兩個(gè)站點(diǎn)一般波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均大于60%;漏報(bào)率分別為23%和15%;虛警率分別為34%和40%;43333站沒有強(qiáng)波導(dǎo)樣本,43369站的強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度為100%;波導(dǎo)頂高均方根誤差分別為887 m和511 m;波導(dǎo)強(qiáng)度均方根誤差分別為10 M和19 M.

圖3(b)和(c)為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖,圖中顯示:43333站樣本較少,預(yù)報(bào)值低于實(shí)測(cè)值;43369站大部分預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值波導(dǎo)頂高在相同高度層內(nèi).

表4 亞丁灣關(guān)注區(qū)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 站點(diǎn)43333

(c) 站點(diǎn)43369圖3 亞丁灣關(guān)注區(qū)站點(diǎn)分布以及波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖

3.2 蒸發(fā)波導(dǎo)驗(yàn)證

3.2.1 東海關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D4(a)所在區(qū)域,分別選取兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證:區(qū)域1為125°E～127°E,27°N～30°N;區(qū)域2為128°E～133°E,21°N～25°N,結(jié)果見表5．由表5可知:兩個(gè)區(qū)域波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均大于95%;區(qū)域1的漏報(bào)率為5%,區(qū)域2無漏報(bào);區(qū)域1無虛警,區(qū)域2沒有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)無波導(dǎo)的情況,沒有虛警樣本,所以沒有得到虛警率;兩個(gè)區(qū)域波導(dǎo)頂高的均方根誤差分別為2 m和3 m.

圖4(b)和(c)為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值的散點(diǎn)圖,圖中顯示,大部分樣本預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值波導(dǎo)頂高值很接近,說明驗(yàn)證期內(nèi)該海域蒸發(fā)波導(dǎo)高度預(yù)報(bào)效果較好.

表5 東海關(guān)注區(qū)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 區(qū)域1

(c) 區(qū)域2圖4 東海關(guān)注區(qū)站點(diǎn)分布以及波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖

3.2.2 南海關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D5(a)所在區(qū)域,選取經(jīng)緯度范圍為112°E～117°E,10°N～20°N的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證,結(jié)果見表6．由表6可知:預(yù)報(bào)可靠度為100%;無漏報(bào);沒有虛警樣本;波導(dǎo)頂高的均方根誤差為2 m.

圖5(b)為波導(dǎo)頂高預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖.圖中顯示:大部分樣本預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值波導(dǎo)頂高值很接近,說明驗(yàn)證期內(nèi)南海關(guān)注區(qū)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)報(bào)效果較好.

表6 南海關(guān)注區(qū)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 南海區(qū)域圖5 南海關(guān)注區(qū)站點(diǎn)分布以及預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖

3.2.3 亞丁灣關(guān)注區(qū)驗(yàn)證結(jié)果

模式預(yù)報(bào)區(qū)域?yàn)閳D6(a)所在區(qū)域,分別選取兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證:區(qū)域1為60°E～70°E,6°N～16°N;區(qū)域2為84°E～92°E,6°N～14°N,結(jié)果見表7．由表7可知:波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度均為100%;且均無漏報(bào);沒有虛警樣本,所以沒有得到虛警率;波導(dǎo)頂高的均方根誤差分別為3 m和2 m.

波導(dǎo)預(yù)報(bào)值和實(shí)測(cè)值散點(diǎn)圖(圖6(b)和(c))顯示,驗(yàn)證期內(nèi),亞丁灣關(guān)注區(qū)波導(dǎo)預(yù)報(bào)效果較好.

表7 亞丁灣關(guān)注區(qū)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度

(a) 站點(diǎn)分布

(b) 區(qū)域1

(c) 區(qū)域2圖6 亞丁灣關(guān)注區(qū)站點(diǎn)分布以及預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值45°散點(diǎn)圖

3.3 驗(yàn)證結(jié)果總結(jié)

通過利用GTS數(shù)據(jù)對(duì)MM5V3模式預(yù)報(bào)的表面和懸空波導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證. 驗(yàn)證結(jié)果表明:

1)一般波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度在東海關(guān)注區(qū)和南海關(guān)注區(qū)約為70%～95%;而在亞丁灣關(guān)注區(qū)稍低,為60%～70%.說明MM5V3模式在東海、南海關(guān)注區(qū)的預(yù)報(bào)可靠度較亞丁灣好.

2)強(qiáng)波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠度在上述三個(gè)關(guān)注區(qū)都為80%以上,說明MM5V3模式在強(qiáng)波導(dǎo)的預(yù)報(bào)上可靠度較高.

3)東海、南海關(guān)注區(qū)的預(yù)報(bào)效果比較結(jié)果為:南海關(guān)注區(qū)漏報(bào)率和虛警率較東海關(guān)注區(qū)低;南海關(guān)注區(qū)和東海關(guān)注區(qū)的虛警率都較漏報(bào)率低．說明從虛警率和漏報(bào)率的角度來看,MM5V3模式在南海的預(yù)報(bào)可靠性較東海高,且兩個(gè)關(guān)注區(qū)對(duì)無波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性較有波導(dǎo)存在時(shí)預(yù)報(bào)可靠性高.

4)預(yù)報(bào)表面、懸空波導(dǎo)高度均方根誤差為500～800 m,強(qiáng)度均方根誤差為10～20 M,預(yù)報(bào)波導(dǎo)高度和強(qiáng)度的均方根誤差較大,說明MM5V3模式對(duì)波導(dǎo)參數(shù)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度較差.

更具體地說，基于本研究的數(shù)據(jù)和分析，針對(duì)在英留學(xué)生提出了四個(gè)相當(dāng)重要和有用的建議，忽略了復(fù)雜的交易過程和復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)。

通過利用4天的FNL數(shù)據(jù)對(duì)MM5V3模式預(yù)報(bào)的蒸發(fā)波導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證. 驗(yàn)證結(jié)果表明:因?yàn)檫x用的區(qū)域?yàn)檎舭l(fā)波導(dǎo)高發(fā)區(qū),且根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證時(shí)間段驗(yàn)證區(qū)域蒸發(fā)波導(dǎo)出現(xiàn)概率都為80%以上,所以模式預(yù)報(bào)和FNL數(shù)據(jù)基本都出現(xiàn)了蒸發(fā)波導(dǎo),因此,初步得出MM5V3對(duì)蒸發(fā)波導(dǎo)高發(fā)區(qū)內(nèi)的波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)報(bào)．

4 結(jié) 論

通過以上結(jié)果分析可得出以下結(jié)論:MM5V3 數(shù)值模式能夠?qū)?qiáng)度強(qiáng)的表面和懸空波導(dǎo)做出預(yù)報(bào),但對(duì)強(qiáng)度較弱的波導(dǎo)預(yù)報(bào)效果較差;預(yù)報(bào)虛警率低說明當(dāng)預(yù)報(bào)出現(xiàn)波導(dǎo)時(shí),實(shí)際存在波導(dǎo)的概率較高;但在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度方面效果不好,有待提高;亞丁灣關(guān)注區(qū)因?yàn)檫x取的站點(diǎn)在陸地上,而東海關(guān)注區(qū)和南海關(guān)注區(qū)站點(diǎn)在島嶼上,相對(duì)島嶼上陸地的下墊面不均勻性增強(qiáng),進(jìn)而通過背景場(chǎng)進(jìn)一步影響預(yù)報(bào)結(jié)果,是可能導(dǎo)致亞丁灣關(guān)注區(qū)預(yù)報(bào)可靠度相對(duì)較低的原因. 而且,對(duì)于不同的區(qū)域,適用的模式也不一樣,以上是可能導(dǎo)致亞丁灣關(guān)注區(qū)預(yù)報(bào)可靠度和準(zhǔn)確度低的原因.對(duì)于蒸發(fā)波導(dǎo),MM5V3對(duì)蒸發(fā)波導(dǎo)高發(fā)區(qū)波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)報(bào),但因使用的數(shù)據(jù)有限,因此MM5V3對(duì)蒸發(fā)波導(dǎo)的預(yù)報(bào)性能還需要進(jìn)一步詳細(xì)驗(yàn)證．

目前,中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式是國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)大氣波導(dǎo)預(yù)報(bào)行之有效的方法途徑. 但是通過上述分析,模式對(duì)大氣波導(dǎo)預(yù)報(bào)可靠性和準(zhǔn)確度上還需要很大的改進(jìn). 主要考慮以下幾方面:

1) 優(yōu)化初始場(chǎng). 中尺度氣象模式的初始場(chǎng)是使用全球預(yù)報(bào)模式場(chǎng)和觀測(cè)數(shù)據(jù)同化形成的,而全球模式網(wǎng)格粗,海上觀測(cè)數(shù)據(jù)少,不能很好地描述海上大氣邊界層和中尺度模式的初始溫度場(chǎng)與濕度場(chǎng),可通過同化更多的海上觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)改進(jìn)海上初始場(chǎng). 尤其在目前海上觀測(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏的情況下,同化衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)到海上初始場(chǎng),是改進(jìn)海上初始場(chǎng)最可行的途徑.

2) 中尺度模式的物理機(jī)制和參數(shù)化方案有待改進(jìn). 中尺度模式海洋大氣邊界層參數(shù)化方案需要準(zhǔn)確地描述真實(shí)海洋大氣邊界層結(jié)構(gòu)并預(yù)報(bào)大氣折射條件.

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