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研究进展
Taylor图的推广形式及其在模式矢量场评估中的应用

2016-12-19 | 【  【关闭】

  Taylor图被广泛应用于数值模式的评估与比较研究中,是多模式评估的有力工具。但Taylor图只适用于标量场的评估(比如:气温、降水)。目前尚没有适用于矢量场的评估图表。此外,Taylor图评估的是模式对距平场的模拟能力。如果模式与观测的平均值存在差异,这一差异在Taylor图上不能很好地反映出来。

  针对Taylor图的这两点不足之处,中科院大气物理研究所的徐忠峰和韩瑛副研究员与南京大学的本科生侯兆禄(现为大气物理研究所研究生)、郭维栋教授合作,发展了适用于矢量场评估的图表。该研究定义了三个统计量:矢量场相似系数、矢量场均方根长度及矢量场之间的均方根差异。基于余弦定理,利用上述三个统计量构造了矢量场评估(VFE)图。结果表明:VFE图表可以合理反映模拟与观测矢量场之间分布模态的相似程度、矢量场平均长度和变率的大小、以及矢量场之间差异。从VFE图表可以定性地看出,模拟矢量场的均方根误差有多少来源于矢量长度的误差,多少来源于矢量场分布模态的误差。比如:以夏季亚澳季风区矢量风场模拟能力评估为例,模式6与模式19的均方根误差基本相同,但模式6对风场空间分布模态的模拟好于模式19,模式6高估了风场的强度,模式19则低估了风场的强度(图1a)。另外,VFE图表还可以定性地反映观测的不确定性对模式评估结果的影响(图1)。

  VFE图表对Taylor图的推广体现在两方面:1评估变量由标量场推广到矢量场;2评估对象由对距平场推广到全场(平均值和距平场)。当评估对象为1维变量且为距平场时,VFE图等同于Taylor图。该研究为矢量场(比如:风矢量、风应力、温度梯度)的多模式比较和评估提供了有力的工具。(详情参见Xu et al. 2016)。

  (a)summer                                                             (b)winter

  图1: 亚澳季风区(10°S–40°N, 40°–140°E) 气候平均态(1979-2005年)850-hPa矢量风场的VFE图。图中红色圆圈代表19个CMIP5模式的historical模拟结果,蓝色加号代表6个再分析资料(NNRP, NCEP2, ERA40, ERA-Interim, JRA25, and JRA55)。所有数据与6个再分析资料的集合平均进行比较。 蓝色加号的离散程度反映“观测”数据的不确定性。

 

  Xu Z., Z. Hou, Y. Han, W. Guo, 2016: A diagram for evaluating multiple aspects of model performance in simulating vector fields, Geoscientific Model Development, doi:10.5194/gmd-2016-172

  www.geosci-model-dev.net/9/4365/2016/

    (转自:http://www.iap.ac.cn/xwzx/zhxw/201612/t20161219_4723647.html


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