數值天氣預報的創新之路-從初值問題到反問題

基于大氣并非是一個確定論的系統,從信息論的視角考察了數值天氣預報問題.認為表征初值和邊值的數據可以視為輸入信息(信息源),而數值模式則不過是一個信息變換機構,它把輸入信息變換成預報結論而輸出來,輸出的預報結論則是未來天氣狀況的信息.于是預報的準確性受制于:一是輸入信息所包含的輸出信息的信息量,另一是信息在變換過程中丟失的信息量.從初值的形成過程揭示出了當前觀測系統在一個時刻提供的數據沒有包含初值所要求的全部信息,而缺失的部分或多或少的隱藏在過去的觀測數據中.提為初值問題意味著只依據一個時刻的狀態導致輸入的信息量缺失,應考慮過去的歷史數據以增加輸入數據中所包含的預報量的信息.文中指出由于輸出信息比輸入還多的數值模式是不存在的,這樣的改進帶有根本性.進一步論證了數值模式的誤差信息,也或多或少的隱藏在過去的歷史數據中,為了充分使用過去的觀測數據,本文建議改變問題的提法,不提成初值問題,提成反問題.資料同化本質上是反問題,其欠定性不應人為夸大.提成反問題的數值天氣預報能充分應用過去的歷史資料,將天氣方法、統計方法、動力方法有機地結合在一起.對于這個反問題如何具體求解方面,在分析了業務和研究的區別,模式的普適性和針對性的統一的基礎上,給出了反問題的具體解決途徑.強調無需構建新模式(這是非常困難的工作),只需運行現成的模式,借助所關心的預報對象的歷史數據來改造現成模式,因而是完全可行的.

作 者： 丑紀范 Chou Jifan   作者單位： 蘭州大學大氣科學學院,蘭州,730000  刊 名： 氣象學報  ISTIC PKU 英文刊名： ACTA METEOROLOGICA SINICA  年，卷(期)： 2007 65(5)  分類號： P4  關鍵詞： 數值天氣預報   反問題   信息論  

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