1.一种基于误差特征演变和离散度共振的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将初值、侧边界和物理过程设为单误差源,分别利用初值、侧边界和物理过程的扰动方法生成单误差源的扰动集合和多误差源的扰动集合;
S2、分别计算单误差源集合预报和多误差源集合预报的误差能量RMDTE,采用尺度分离方法将RMDTE在不同空间尺度上进行分解,并分别分析单误差源扰动和多误差源扰动的误差演变特征;
S3、利用RMDTE结合集合敏感性分析方法分别得到各单误差源扰动误差和多误差源扰动误差快速增长的敏感区域及对应的敏感要素;
S4、对比多误差源扰动和单误差源扰动的误差演变特征、敏感区域及敏感要素的差异,分析多误差源扰动中不同单误差源扰动的相互作用机制;
S5、构建离散度共振模型,动态评估多源扰动组合在敏感区域或敏感要素中的协同效应,根据评估结果和多误差源扰动中不同单误差源扰动的相互作用机制调整扰动位相,构建多误差源的协同扰动集合。
2.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S1中,初值扰动方法包括局地增长模繁殖法、奇异向量法、重尺度化集合转换和集合卡尔曼滤波;侧边界扰动方法包括动力降尺度;物理过程扰动方法包括随机物理过程参数化倾向扰动、随机动能后向散射方案和随机参数扰动。
3.根据权利要求2所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S1中,初值扰动方法为局地增长模繁殖法;侧边界扰动方法为动力降尺度;物理过程扰动方法为随机参数扰动。
4.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S2中,误差能量RMDTE的计算公式为:,
式中: 为误差能量, 为误差总能量, 、 和 分别表示纬向风U、经向风V和温度T在扰动预报和未扰动的控制预报之间的差异; 为恒压干燥空气中的比热容; 为参考温度;i、j表示模式区域的水平格点,t表示积分时刻;p为对应模式层的气压,n为集合成员的个数,l表示垂直积分使用的模式层数。
5.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S2中,分析单误差源扰动和多误差源扰动的误差演变特征包括:基于扰动集合,从RMDTE和空间尺度两个方面分析单误差源扰动和多误差源扰动的误差演变特征,归纳各单误差源扰动误差和多误差源扰动误差的经纬向传播、振幅波峰、振幅波谷的演变规律。
6.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S3包括:利用步骤S2得到的RMDTE,在RMDTE的峰值区域,计算RMDTE与500 hPa位势高度、850 hPa风场、对流有效位能、高低空垂直风切变的集合敏感性分析结果,并根据集合敏感性分析结果识别出各单误差源和多误差源快速增长的敏感区域以及对应的敏感要素。
7.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S4中,分析多误差源扰动中不同单误差源扰动的相互作用机制包括:分析单源误差和多源误差的演变特征、敏感区域及敏感变量的差异,根据多误差源扰动相对单误差源扰动带来的增益或抑制效应,建立多误差源扰动中不同单误差源扰动的相互作用机制。
8.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S5包括:利用单误差源和多误差源组合的扰动集合,通过计算多误差源组合扰动中各单误差源扰动相互作用的扰动集合离散度来评估多误差源组合在敏感区域或敏感要素中的协同效应,若扰动集合离散度小于等于0,根据多误差源扰动中不同单误差源扰动的相互作用机制调整组合扰动的位相,重新计算扰动集合离散度,直至扰动集合离散度大于0,得到多误差源的协同扰动集合。
9.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S5中,扰动集合离散度的计算公式为:,
式中:为扰动集合离散度, 为多误差源组合扰动, 和 为两个不同的单误差源扰动, 为样本数。
10.根据权利要求1所述的集合预报多源误差协同扰动方法,其特征在于:所述步骤S2中,空间尺度包括中γ、中β和中α尺度。